3kW斯特林发动机的模拟和分析

作     者：闫继位 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：舒水明

授予年度：2012年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：斯特林发动机 模拟 物理模型 数学模型 流动阻力损失 热量损失 

摘      要：近代人类社会的发展进程，离不开化石能源的助推，当今社会更是以化石能源为基础。但化石能源的不合理利用，造成了严重的能源短缺和环境危机，而后者又是人类滥用化石能源的结果。因此，太阳能等可再生能源的开发和利用成为世界性的首要问题。由于斯特林发动机技术具有诸多独特的优点如理论效率高、排放特性好、噪音低等，因而具有广阔的发展前景和应用前景。 本文首先阐述了课题的背景和斯特林发动机的工作原理，建立了适用于α型斯特林发动机的物理模型，同时分析了斯特林发动机工作过程中存在的流动阻力和各种热量损失。在此基础之上，本文建立了额定功率为3kW的α型两缸斯特林发动机的数学模型，并对某些参数进行了分析。文章分析了实际斯特林发动机中存在的流动阻力和各种热量损失，并着重分析了活塞穿梭传热损失和回热器回热损失，结果发现：这两种热量损失在总的热量损失中比例相当大，分别约为47.17%和29.36%;该斯特林发动机的有效功率约为2169.09W，有效效率约为20.2%。最后，文章模拟了武汉地区一个典型日照下该斯特林发动机运行的热性能，结果与黄护林的研究一致：考虑瞬时太阳能能量密度的不恒定性，一天中斯特林发动机的输出功率曲线是马鞍形曲线。 为了验证模型的准确性，文章力图试制一台斯特林发动机样机，并给出了大致的改制方案，决定采用充填密封气等措施来改善斯特林发动机的密封性。