分置式斯特林發(fā)動機熱動力學研究.pdf

1、斯特林發(fā)動機具有多種能源的廣泛適應性和優(yōu)良的環(huán)境特性已越來越受到重視,在車用混合推進動力、太陽能動力、水下動力、空間站動力、熱泵空調(diào)動力等方面得到了廣泛的應用。開展斯特林發(fā)動機的研究,對利用太陽能及生物質(zhì)能、保護生態(tài)環(huán)境和解決能源不足等問題具有極其重要的意義。
　　分置式斯特林發(fā)動機是一種依靠活塞往復運動實現(xiàn)熱力循環(huán)的動力裝置,這種運動源于部件間氣體力的相互作用,配氣活塞與動力活塞之間沒有任何機械上的直接聯(lián)系,可有效地減少穿梭損失

2、和導熱損失,提高斯特林發(fā)動機的熱效率。該裝置具有機械效率高、熱效率高、能使用多種能源、自啟動、不需要液體潤滑、密封可靠、運轉安靜、整機振動小和自動調(diào)節(jié)功能等優(yōu)點。
　　分置式斯特林發(fā)動機的動力學過程與熱力學過程密切相關,開展分置式斯特林發(fā)動機的熱動力學特性研究,運用數(shù)學與實驗手段量化分析系統(tǒng)中融合傳熱、傳質(zhì)和流動的復雜動態(tài)過程,可以揭示系統(tǒng)中各熱力參數(shù)的耦合機理,實現(xiàn)系統(tǒng)的熱力參數(shù)動態(tài)優(yōu)化和控制。
　　本文圍繞分置式斯特林發(fā)

3、動機熱動力學問題開展了一系列研究工作,所取得的研究成果主要體現(xiàn)于以下幾個方面。
　　(1)基于變質(zhì)量系統(tǒng)的有限時間熱力學理論,計及斯特林發(fā)動機實際熱力循環(huán)中存在的傳熱損失,建立了斯特林發(fā)動機循環(huán)周期的數(shù)學模型,探索了斯特林發(fā)動機輸出功率和循環(huán)熱效率的熱力學優(yōu)化方法。
　　(2)對分置式斯特林發(fā)動機進行了結構設計,并應用有限元方法分析了關鍵零部件的熱應力和溫度場。
　　(3)建立了耦合電磁力的分置式斯特林發(fā)動機動力學模型

4、,研究了動力學模型的解析和數(shù)值求解方法。建立了分置式斯特林發(fā)動機的熱動力學方程,對分置式斯特林發(fā)動機活塞振動的穩(wěn)定性進行了頻域分析。
　　(4)對斯特林發(fā)動機回熱器內(nèi)部氣體溫度場進行了數(shù)值模擬,應用聲波理論分析了回熱器內(nèi)部氣體的流動和換熱現(xiàn)象。
　　(5)研制了分置式斯特林發(fā)動機的實驗樣機,進行了系統(tǒng)動力學參數(shù)的辨識。熱動力學實驗的研究結果表明:場協(xié)同理論和焓流理論是統(tǒng)一的,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動力參數(shù)可以提高缸內(nèi)氣體壓力和熱腔活塞速