斯特林（Robert Stirling），英國物理學(xué)家，熱力學(xué)研究專家。
人物簡介
斯特林對于熱力學(xué)的發(fā)展有很大貢獻(xiàn)。他的科學(xué)研究工作主要是熱機(jī)。熱機(jī)的研制工作，是18世紀(jì)物理學(xué)和機(jī)械學(xué)的中心課題，各種各樣的熱機(jī)殊涌而出，不斷互相借鑒，取長補(bǔ)短，熱機(jī)制造業(yè)興旺起來，工業(yè)革命處于高潮時(shí)期。
斯特林循環(huán)
隨著熱機(jī)發(fā)展，熱力學(xué)理論研究提到了重要位置，不少科學(xué)家致力于熱機(jī)理論的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循環(huán)，是重要的熱機(jī)循環(huán)之一，亦稱“斯特林熱氣機(jī)循環(huán)”。這種循環(huán)，是封閉式的，采用定容下吸熱的氣體循環(huán)方式。循環(huán)過程是：①等容吸熱加熱；②由外熱源等溫加熱；③等容放熱，供吸熱用；④向冷體等溫放熱，完成一個(gè)循環(huán)。在理想吸熱的條件下，這種循環(huán)的熱效率，等于溫度上下限相同的卡諾循環(huán)。利用這種循環(huán)的“斯特林熱機(jī)”，具有很多特點(diǎn)，如采用外燃，或外熱源供熱等。由于這種循環(huán)是封閉式循環(huán)，可采用傳熱性能好的工質(zhì)，同時(shí)，工質(zhì)的腐蝕性也可以很小，如氮?dú)?/a>、氫氣等氣體。充入的氣體工質(zhì)，還可以加大壓力，視封閉系統(tǒng)的情況，能夠采用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大氣壓力的高壓氣體工作，這樣可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的單位重量的功率，減小發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和重量。斯特林熱機(jī)在逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以作為制冷機(jī)或熱泵機(jī)，這種設(shè)想在現(xiàn)代已進(jìn)入了實(shí)用研究階段。
斯特林循環(huán)熱空氣發(fā)動(dòng)機(jī)不排廢氣，除燃燒室內(nèi)原有的空氣外，不需要其他空氣，所以適用于都市環(huán)境和外層空間。
循環(huán)過程
公式中W 為輸出的凈功；Q1為輸入的熱量。根據(jù)這個(gè)公式，只取決于T1和T2，T1越高、T2越低時(shí)，則 越高，而且等于相同溫度范圍內(nèi)的卡諾循環(huán)熱效率。因此，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種很有前途的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。斯特林循環(huán)也可以反向操作，這時(shí)它就成為最有效的制冷機(jī)循環(huán)。
斯特林循環(huán)可以分為4個(gè)過程：
①定溫壓縮過程：配氣活塞停留在上止點(diǎn)附近，動(dòng)力活塞從它的下止點(diǎn)向上壓縮工質(zhì)，工質(zhì)流經(jīng)冷卻器時(shí)將壓縮產(chǎn)生的熱量散掉，當(dāng)動(dòng)力活塞到達(dá)它的上止點(diǎn)時(shí)壓縮過程結(jié)束。
②定容回?zé)徇^程：動(dòng)力活塞仍停留在它的上止點(diǎn)附近，配氣活塞下行，迫使冷腔內(nèi)的工質(zhì)經(jīng)回?zé)崞髁魅肱錃饣钊戏降臒崆唬蜏毓べ|(zhì)流經(jīng)回?zé)崞鲿r(shí)吸收熱量，使溫度升高。
③定溫膨脹過程：配氣活塞繼續(xù)下行，工質(zhì)經(jīng)加熱器加熱，在熱腔中膨脹，推動(dòng)動(dòng)力活塞向下并對外作功。④定容儲(chǔ)熱過程：動(dòng)力活塞保持在下止點(diǎn)附近，配氣活塞上行，工質(zhì)從熱腔經(jīng)回?zé)崞鞣祷乩淝唬責(zé)崞魑展べ|(zhì)的熱量，工質(zhì)溫度下降至冷腔溫度。
在理論上，定容儲(chǔ)熱量等于回?zé)崃浚溲h(huán)效率等于卡諾循環(huán)效率。兩個(gè)活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由菱形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來保證的。
斯特林熱機(jī)
熱氣機(jī)（即斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)）的理想熱力循環(huán)，它是由兩個(gè)定容吸熱過程和兩個(gè)定溫膨脹過程組成的可逆循環(huán)，而且定容放熱過程放出的熱量恰好為定容吸熱過程所吸收。熱機(jī)在定溫(T1)膨脹過程中從高溫?zé)嵩次鼰幔诙?T2)壓縮過程中向低溫?zé)嵩捶艧帷?/p>
18世紀(jì)末和19世紀(jì)初，熱機(jī)普遍為蒸汽機(jī)，它的效率是很低的，只有3%一5%左右，即有95%以上的熱能沒有得到利用。到1840年，熱機(jī)的效率也僅僅提高到8%。斯特林對于熱力學(xué)理論的研究，就是從提高熱機(jī)效率的目的出發(fā)的。他所提出的斯特林循環(huán)的效率，在理想狀況下，可以無限提高。當(dāng)然受實(shí)際可能的限制，不可能達(dá)到100%，但提供了提高熱效率的努力方向。
發(fā)動(dòng)機(jī)模型
用試管和玻璃注射器做個(gè)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),用蠟燭就可以轉(zhuǎn)，用酒精燈大概轉(zhuǎn)速在350左右，還有很大的改進(jìn)余地。
各種試管、注射器、膠管都有 經(jīng)過改進(jìn)，功率大增，體積減小。最高轉(zhuǎn)速達(dá)到900轉(zhuǎn)/分，用個(gè)小蠟燭就可以帶動(dòng)一個(gè)簡易發(fā)電機(jī)點(diǎn)亮發(fā)光管。發(fā)電機(jī)就是用0.23的漆包線繞2000匝，鐵芯用4個(gè)450電直的廢主軸。磁鐵就是用兩個(gè)10mm的磁鋼吸在鐵質(zhì)飛輪上。
參考資料 >