斯特林发动机热力循环的分析方法

基于机械损失以及加热器和冷却器的温度校核,对斯特林发动机循环的二阶分析法进行修正。以斯特林发动机为模拟对象,数值模拟了GPU-3斯特林发动机内部的交变流动和换热过程,得出其内部压力、温度、速度、功率和效率等参数的变化规律。数值模拟结果与NASA给出的测试结果进行比较,两者结果符合。运用修正后的二阶分析方法,分析了发动机转速、工质以及平均压强对发动机输出性能的影响。该修正后的二阶分析方法功率误差均小于20%。该分析方法为斯特林发动机的优化设计和工作特性分析提供一个有用的工具。     

斯特林发动机气缸内部工质流场特性的数值模拟

运用计算流体力学(CFD)方法对斯特林发动机气缸内部工质的流场进行了数值模拟.应用FLUENT软件,采用标准的κ-ε模型、使用动网格模拟发动机活塞的往复运动.计算结果表明:发动机气缸内部流场极其复杂,膨胀腔和压缩腔内的速度场、压力场以及温度场随活塞运动动态变化,回热器内温度和速度呈线性分布.该方法为气缸结构的优化设计提供了理论依据.     

斯特林发动机天然气扩散燃烧数值模拟

应用数值模拟,对斯特林发动机中天然气的燃烧进行二维模拟.空气预热温度、旋流数和过量空气系数对斯特林燃烧室速度场、温度场分布以及排放有重要影响,通过模拟燃烧室速度场、温度场的分布,以及NO_x和CO_x的浓度场分布,分别对这些参数进行优化.模拟结果为抑制NO_x和Co_x的排放和进一步提高换热效率以及发动机的效率提供参考.     

低温差斯特林发动机热力学分析

在低温差斯特林发动机的功率预测和参数优化分析中，传统的分析方法并不实用。为了快速准确地预估低温差斯特林发动机的输出功率，文中研究二阶Simple模型在低温差斯特林发动机的热力学循环分析中的应用。描述了低温差斯特林发动机的简化结构模型与内部工质的温度特性，基于Simple模型推导低温差斯特林发动机中非理想换热器的实际换热方程式，分析发动机的回热损失、泵送损失和换热器实际换热量。通过实例计算说明低温差斯特林发动机系统内部工质的温度、压力和能量随曲柄转角的变化，分析低温差斯特林发动机的理论输出功率。将低温差斯特林发动机在不同加热温度下的实际输出功率与Simple模型的计算功率对比，对比结果显示，Simple模型计算的输出功率与实际输出功率之间的误差较小，表明Simple模型与低温差斯特林发动机的实际循环吻合较好。为了研究低温差斯特林发动机中回热器对发动机性能的影响，文中优化了低温差斯特林发动机的回热器结构，将回热器优化后的实际输出功率和Simple模型计算功率，与回热器优化前的实际输出功率和Simple模型计算功率对比。对比结果显示，优化回热器后的低温差斯特林发动机的实际输出功率与Simpl...     

斯特林发动机低硫柴油和二甲醚冷态喷雾

基于斯特林发动机喷雾特性,建立了斯特林喷嘴的数学物理模型,模拟了冷态工况下低硫柴油(ULSD)和二甲醚（DME）2种不同燃料在不同背压下斯特林发动机的喷雾过程,并与实验结果进行了对比分析.研究发现,背压的增大对ULSD的雾化具有促进作用, 对DME的雾化具有抑制作用;相同流量和背压下,DME的贯距比ULSD小,喷雾锥角比ULSD大.当背压增加较大时,继续提高背压对喷雾锥角的影响减弱,且喷雾锥角随着流量的增大而增大.     

以乙醇为燃料的斯特林发动机燃烧火焰特性分析

斯特林发动机的燃烧特性直接影响到整机性能.采用可视化试验台架,利用高速摄影机拍摄以乙醇为燃料的斯特林发动机燃烧火焰图片,分析了乙醇燃料引射式燃烧的火焰脉动和形态的特点;根据燃烧方式与火焰RGB值的对应关系,分析了引射空气量的变化对斯特林发动机燃烧方式的影响.结果表明,加入适量引射空气可提高火焰的稳定性,降低火焰长度,增大火焰张角,使燃烧室火焰充满度提高,并且乙醇火焰燃烧方式转变为半预混合、半扩散式.     

自由活塞斯特林发动机相位特性

为了研究自由活塞斯特林发动机的振动位移相位特性,建立了耦合发动机热力学和动力学的计算模型.在模型中对压力波进行了线性化处理,得到了自由活塞斯特林发动机两个活塞振动位移之间相位的计算公式.分析了主要参数对发动机相位角的影响规律,发现:自由活塞斯特林发动机必须在一定的充气压力范围内才满足发动机启动的配气活塞位移领先动力活塞位移的相位关系;负载电阻的变化会使电磁阻尼系数发生改变,进而影响相位关系;动力活塞板簧刚度对相位角影响较小,而配气活塞板簧刚度对相位角影响较大.     

自由活塞斯特林发电机空载磁场模拟及分析

自由活塞斯特林发电机是由自由活塞斯特林发动机和直线发电机耦合在一起构成的,在太阳能热利用以及热电联产等方面具有重要的应用价值。针对自由活塞斯特林发电机中的动磁式直线电机,设计了一种磁路结构,采用有限元软件Ansys/Maxwell进行模拟分析,建立了该磁路结构的动磁式直线电机的电磁场仿真模型,得到了直线发电机空载运行时不同位置的磁感线分布和磁感应强度分布云图,发现不论动子运行到任何位置,齿尖位置的磁感应强度总是最大。基于模拟结果,计算得到了直线发电机的空载感应电动势,其有效值为111.22 V。对动磁式直线发电机的空载性能模拟有助于对其进行优化设计。     

斯特林发动机热腔缸头的热负荷研究

本文对实际斯特林发动机中一种热腔缸头的模化结构,在高温、高压工况下的温度场和应力场,运用自己建立起来的计算方法和实验方法,进行了理论分析和数据实测.所获成果开始揭示这种热腔缸头的热负荷特性;也为斯特林发动机的设计,提供了有用的参考资料。     

自由活塞斯特林发电机的动力学特性研究

将自由活塞斯特林发动机与直线发电机耦合,构成自由活塞斯特林发电机.分析了该发电机的系统结构和运行机理,建立了自由活塞斯特林发电机的质量-弹簧-阻尼系统模型.利用力多边形方法对自由活塞斯特林发电机的动力活塞和配气活塞进行了动力学分析,在力多边形图上可以直观地看出自由活塞斯特林发电机的受力情况以及位移或压力相位角之间的关系,并利用示功三角形表征了压缩功和膨胀功.此外,还对直线发电机的输出特性进行了研究,推导了输出功率的计算公式.研究表明,通过调节负载参数,可以控制自由活塞斯特林发电机的输出功率.     

Influence of resonator diameter on a miniature thermoacoustic Stirling heat engine

A small scale thermoacoustic Stirling engine （TASHE） is simulated according to the linear thermoacoustic theory. The computed results show that in a small scale thermoacoustic Stirling heat engine, the diameter of the resonance tube might have important influences on the working frequency and the performance of the engine, which are always neglected in a large scale system. Likewise, the analysis and experimental results show that in order to obtain better engine performance, the diameter of the resonance tube must be chosen appropriately according to the looped tube dimension and the input heating power. This provides an effective way to miniaturize the thermoacoustic Stirling heat engine. According to the computation and analysis, a small scale engine was built, the resonance tube length and diameter of which were about 350 mm and 20 mm, respectively, and the working frequency was about 282 Hz. When the input heating power was about 637 W, the maximal peak to peak pressure amplitude and pressure ratio reached 0.22 MPa and 1.116, respectively, which were able to drive a thermoacoustic refrigerator or an electrical generator.     

热气机Ericsson传动机构的优化设计研究

提出了热气机工质的一种循环压力改进计算方法,以理论输出功最大为目标建立了一种传动机构即Ericsson机构的尺度综合优化模型,确定了该机构的最佳几何参数.优化结果表明该方法对于优化该机构的几何参数、提高热气机的理论输出功率具有明显的效果.     

发动机泄气制动数值模拟及其性能优化研究

为优化发动机泄气制动性能,用UG软件建立了三维模型,应用动态网格技术对模型进行了网格划分并对气门和活塞的运动规律进行设置和定义.用Fluent软件对泄气制动工作过程进行三维瞬态数值模拟,分析了泄气制动过程活塞压力变化情况,并根据活塞瞬时受力得到各状态下发动机平均制动功率,得出排气背压、排气门开度、发动机转速对制动性能的影响.通过优化工作参数,提高了泄气制动性能,最后进行实验验证,结果表明最大误差为5.2%,最小误差仅为4.1%,表明模拟结果有较高精度和准确性.     

非线性传热情况下斯特林热机的有限时间热力学分析

本文导出斯特林热机工作于非线性传热情况下,最佳功率N与效率η之间的关系。     

基于数值仿真的水下活塞机动力系统建模

水下活塞机动力系统模型以往需要试验才能得到。基于数值仿真方法研究活塞机做功过程,考虑过膨胀现象对活塞机输出性能的影响,建立活塞机指示功计算公式。由指示功拟合公式推出活塞机输出转矩,减去系统辅机消耗的力矩,结合完全气体状态方程得到水下活塞机动力系统模型。根据该模型设计仿真程序和半物理仿真实验对比。数学模型的仿真结果与半物理仿真试验结果相对最大误差为5.28%。研究结果表明,采用数值仿真和理论推导相结合得到的水下活塞机动力系统模型可以代替试验用于水下动力系统特性研究的初步验证。     

斯特林发动机燃油系统压力波动仿真

为研究斯特林发动机燃油系统的动态特性,以压力波动幅值为控制目标,建立了燃油系统的仿真模型,综合分析了高压油泵柱塞直径、蓄压器容积和长径比、蓄压腔出油口位置对压力波动幅值的影响,优化设计系统参数,并依此试验,取得良好的稳压效果。该仿真系统能够反映斯特林发动机燃油系统的实际工作过程,参数优化后的系统能够减小蓄压腔中燃油压力的波动。     

斯特林制冷机的最小附加功率

讨论含有热阻和回热损失的不可逆斯特林制冷机的能量损失．导出制冷机在给定制冷率下的最小附加功率，并作些讨论．所得结论可为斯特林制冷机的优化设计和最佳工况的选择提供新理论依据．