پیشرفت در موتورهای استرلینگ: قدرت بیشتر، راندمان بالاتر و هزینه کمتر

محققان با یک ایده جالب، موتورهای استرلینگ را به سطحی جدید ارتقا داده‌اند. این موتورها که به عنوان قلب‌های تپنده دنیای پاک انرژی شناخته می‌شوند، حالا با قدرت و راندمان بیشتر و هزینه و آلایندگی کمتر، می‌توانند در زمینه‌های مختلف به کار گرفته شوند.

موتورهای استرلینگ: قلبی تپنده برای دنیایی پاک‌تر

موتورهای استرلینگ نوعی موتور حرارتی هستند که از گرم شدن و سرد شدن سیال عامل (گاز) برای تولید نیروی مکانیکی استفاده می‌کنند. این موتورها به دلیل تنوع در منابع گرمایی، راندمان بالا، و عدم تولید آلایندگی، به عنوان گزینه‌ای ایده‌آل برای آینده انرژی شناخته می‌شوند.

راز این پیشرفت چیست؟

در این پژوهش، محققان به جای استفاده از یک گاز مثل هوا یا هلیوم، از مخلوطی از این دو گاز در موتور استرلینگ استفاده کرده‌اند. این کار مثل معجزه عمل می‌کند و قدرت موتور را تا ۱۲۴.۸% افزایش می‌دهد!

بدین منظور محققان یک مدل کامپیوتری برای شبیه‌سازی عملکرد موتور استرلینگ (نوع گاما) ساختند و آن را با دقت بررسی کردند. سپس به جای یک گاز خالص، از مخلوط هوا و هلیوم به عنوان سیال عامل استفاده کردند. با استفاده از روش “طراحی آزمایش” اطلاعات لازم را از مدل استخراج کردند و با کمک یک الگوریتم بهینه سازی (ژنتیک)، بهترین ترکیب هوا و هلیوم را برای موتور پیدا کردند.

هدف این کار پیدا کردن ترکیبی بود که هم قدرت موتور را بیشتر کند، هم بازدهی آن را بالا ببرد و هم هزینه و اتلاف گرما را کاهش دهد. نتایج نشان داد که با استفاده از مخلوط هوا و هلیوم به جای هلیوم خالص (بدون بهینه سازی)، قدرت موتور ۱۲۴.۸ درصد افزایش پیدا می‌کند.

مزایای این نوآوری شگفت‌انگیز

• قدرت بیشتر: موتورهای جدید می‌توانند کارهای بیشتری انجام دهند.
• راندمان بالاتر: از انرژی به طور بهینه‌تر استفاده می‌شود و اتلاف انرژی کاهش می‌یابد.
• هزینه کمتر: با وجود استفاده از هلیوم، بهینه‌سازی و استفاده از مخلوط هوا و هلیوم، هزینه نهایی را کاهش می‌دهد.
• آلایندگی کمتر: موتورهای جدید دوستدار محیط زیست هستند و به حفظ هوای پاک کمک می‌کنند.

کاربردهای این موتورهای جدید

• تولید برق پاک: می‌توان از آنها برای تولید برق در مناطق مختلف، حتی بدون دسترسی به شبکه برق، استفاده کرد.
• حمل و نقل: می‌توان از آنها در وسایل نقلیه هیبریدی و الکتریکی به عنوان منبع انرژی پاک و کارآمد استفاده کرد.
• گرمایش و سرمایش: می‌توان از آنها برای گرم کردن خانه‌ها در زمستان و خنک کردن آنها در تابستان استفاده کرد.
• صنایع مختلف: می‌توان از آنها در صنایع مختلف مانند یخچال‌ها، سیستم‌های تهویه مطبوع، و تجهیزات پزشکی استفاده کرد.

منبع

Vaziri, Bahram, et al. “Multi-objective optimization in air-helium Stirling engine under objectives of efficiency, power, heat loss, and cost.” Journal of Engineering Research (۲۰۲۴). https://doi.org/10.1016/j.jer.2024.03.019