27532.基于斯特林循環(huán)的熱電轉(zhuǎn)換及其儲能系統(tǒng)研究

1、基于斯特林循環(huán)的熱電轉(zhuǎn)換及其儲能系統(tǒng)研究I基于斯特林循環(huán)的熱基于斯特林循環(huán)的熱電轉(zhuǎn)換及其儲能系統(tǒng)研究電轉(zhuǎn)換及其儲能系統(tǒng)研究摘要自然界中蘊藏的煤、石油、天然氣等化石燃料在燃燒過程中產(chǎn)生的熱能除了直接供給人們生活和工業(yè)應(yīng)用外，相當一部分作為廢熱散失到大氣中，不僅造成能源浪費，也對大氣產(chǎn)生熱污染。為此，一些國家花費了大量的人力和物力開展廢熱回收和利用的研究工作，有的是廢熱直接回收，有的是將廢熱變?yōu)闄C械能或電能。本文以斯特林循環(huán)為基礎(chǔ)，建立了熱

2、機電連續(xù)轉(zhuǎn)換模型及微電能儲存系統(tǒng)，可實現(xiàn)將分散存在的熱能、甚至是低溫熱能有效地轉(zhuǎn)換為電能并加以存儲，其特點是：通過自由活塞式斯特林發(fā)動機與永磁直線發(fā)電機配套組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)由中間升壓儲能環(huán)節(jié)，實現(xiàn)微電能存儲。本文對熱機轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、機電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及儲能回路進行設(shè)計與研究，并對各部分的性能開展仿真及實驗驗證工作，結(jié)果表明該系統(tǒng)可以將小功率熱能轉(zhuǎn)換成電能并存儲于蓄電池中。主要研究內(nèi)容如下：在熱機轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其性能研究中，根據(jù)中低溫分散式熱源的特

3、點，設(shè)計、搭建和仿真分析了一臺單相自由活塞式斯特林發(fā)動機的原型裝置，它的適用溫度與汽車尾氣及太陽能收集到的熱量溫度相一致。在幾何尺寸上，考慮了其與后續(xù)的直線式機電轉(zhuǎn)換模型的匹配連接的特點。同時，為保障這一小功率斯特林發(fā)動機的成功啟動并提高其轉(zhuǎn)換效率，設(shè)計了一磁性彈簧共振配氣活塞子系統(tǒng)，這一磁路不僅可以提供系統(tǒng)運動所需的直線剛度需求，并且能夠為斯特林發(fā)動機的啟動和運行進行內(nèi)部工質(zhì)調(diào)壓。在此模型中，動力活塞不是設(shè)計成與配氣活塞構(gòu)成機械上的連

4、接，它與發(fā)動機內(nèi)部工質(zhì)氣體彈簧組成質(zhì)量彈簧共振子系統(tǒng)，并且和配氣活塞相配合，具有相同的共振頻率（等于系統(tǒng)的公稱頻率）。在此基礎(chǔ)上，進行了熱力學和動力學仿真，分析了影響斯特林發(fā)動機模型運行品質(zhì)特性的因素，得到了相關(guān)的pV圖，其輸出功率大約為11W，轉(zhuǎn)換效率約為10%。該低功率斯特林發(fā)動機模型的設(shè)計可以清楚的展示斯特林循環(huán)的各個運行過程，從而可為更高功率的斯特林發(fā)動機的開發(fā)研究提供思路。另外，這種通過樣機驗證的分析方法對斯特林循環(huán)系統(tǒng)的研究

5、也具有參考價值。在機電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其性能分析中，為了直接利用自由活塞式斯特林發(fā)StudyoftheThermoelectricConversionitsEnergyStageSystemBasedontheStirlingCycleIIIStudyoftheThermoelectricConversionitsEnergyStageSystemBasedontheStirlingCycleAbstractGeneralfossilfuel

6、sstedinnaturesuchascoalpetroleumnaturalgassooncanbeapplieddirectlyinpeoplesdailylifeindustrialproductionintheprocessofcombustioninthefmofheatenergy.Howeveraconsiderablepartoftheheatenergyabovementionedislostintotheatmosp

7、hereuncontrollablywhichnotonlycausesahugeenergywastebutalsomakestheatmosphereheatpollution.Therefesomecountrieshavespentalotofmanpowermaterialresourcestodeveloptheresearchwkfwasteheatrecoveryutilizationsomeofwhichwerewas

8、teheatrecyclingdirectlyothersmadethewasteheattobeconvertedtomechanicalenergyelectricalenergybefereuse.InthispaperonecontinuouslythermalmechanicalelectricalconversionsystembasedontheStirlingcycleaswellasitscrespondingelec

9、tricalenergystagesystemarmedatdlelowtemperatureresoureswereestablishedstudied.Thewholethermoelectricalconversionsystemdesignedcouldrealizeenergyconversionstagefdispersedheatresourceevenlowtemperatureheatenergyresourceeff

10、ectively.ThemostimptantstepfwardprovidedwiththedesignedsystemcanbethatitisasuitofconversionstagesystemconsistedofafreepistonStirlingenginealinepowergeneratthroughdlebooststepfinallyrealizingwasteheatreuse.Accdingtocurren

11、tdevelopingstatusathomeabroadaswellasfrontierscienceproblemthermomechanicalconversionsystemmechanicalelectricalconversionsystemenergystagesystemweredesignedstudiedinthisthesis.Furthermesimulationexperimentwkswerecarriedo