Le cycle de Stirling est un type de cycle thermodynamique régénératif capable d’utiliser un fluide de travail autonome et un composant interne d’échange de chaleur, pour convertir la chaleur en mouvement mécanique ou inversement. Cela rend le cycle de Stirling utile dans les moteurs, les pompes à chaleur, la réfrigération et de nombreuses autres applications. Un certain nombre de conceptions de moteurs différentes utilisent le cycle Stirling, dont la plupart contiennent un ou deux cylindres. Quelle que soit la conception spécifique, un moteur qui utilise ce cycle passe par les quatre étapes de compression, d’ajout de chaleur, d’expansion et d’élimination de la chaleur.
Il existe un certain nombre de moteurs à combustion externe différents, dont chacun utilise un type différent de cycle thermodynamique. Les moteurs à vapeur fonctionnent selon les principes du cycle de Rankine, qui utilise un fluide de travail, tel que l’eau, à la fois à l’état liquide et gazeux. Des fluides supplémentaires doivent être ajoutés de temps en temps, ce qui réduit l’efficacité de ces systèmes. Le cycle de Stirling, qui a été inventé à l’origine en 1816 en tant que rival du cycle de Rankine, utilise un fluide de travail scellé dans le système. Dans la plupart des cas, le fluide de travail utilisé dans les moteurs Stirling est l’air.
L’idée de base du cycle de Stirling tourne autour du chauffage et du refroidissement ultérieur d’un seul volume de fluide de travail. Cela provoque la dilatation et la contraction thermique du fluide, qui peut être utilisé pour effectuer un travail mécanique. Dans la plupart des cas, cela est accompli en attachant des pistons à un volant d’inertie. Au fur et à mesure que le fluide dans le système se dilate et se contracte, les pistons sont entraînés de haut en bas, ce qui fait tourner le volant. Le cycle de Stirling est appelé cycle de régénération en raison du fait que le fluide est autonome et que le même volume de fluide est utilisé à la fois dans la chambre de compression et la chambre d’expansion.
L’utilisation du cycle Stirling ne se limite pas aux moteurs, puisque le processus est également réversible. Cela signifie qu’il est possible pour un appareil qui utilise ce cycle d’agir comme une pompe à chaleur si une alimentation mécanique est fournie. Dans ce cas, une puissance mécanique externe est utilisée pour entraîner les pistons, qui pompent le fluide de travail entre la chambre d’expansion et la chambre de compression. Selon la configuration d’un appareil, cette inversion de cycle peut être utilisée dans une pompe à chaleur, un appareil de réfrigération, ou toute autre application nécessitant le transfert d’énergie thermique.