太陽能斯特林發(fā)動機振動特性研究.pdf

1、斯特林發(fā)動機是碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)實現(xiàn)由熱能到動能，進而帶動發(fā)電機發(fā)電的核心部分，其氣缸系統(tǒng)工質(zhì)流動特性及斜盤傳動機構(gòu)的振動特性等性能是發(fā)電系統(tǒng)能否可靠高效工作的關鍵，斯特林發(fā)動機的振動可能會導致氣缸支撐座松動、工質(zhì)氣體泄漏以及氣缸活塞壽命縮短等一系列嚴重問題。本文以湘電集團在研的38kW級碟式發(fā)電系統(tǒng)的斯特林熱機為研究對象，開展其氣缸系統(tǒng)及其斜盤傳動機構(gòu)的振動特性分析，并對傳動機構(gòu)進行了以減振為目的的簡單結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。具體研究內(nèi)容主

2、要包括：
　　首先，基于FLUENT6.3軟件平臺，選用標準的湍流模型，建立斯特林發(fā)動機工質(zhì)單循環(huán)實體模型，設置相應的熱流邊界和模擬活塞運動的動網(wǎng)格邊界，對斯特林發(fā)動機的工質(zhì)氣體的流動過程進行了數(shù)值仿真模擬，得到了工質(zhì)的三維非定常流動特性，得出了氣缸內(nèi)工質(zhì)的紊亂流動是引發(fā)斯特林發(fā)動機振動的一個重要原因，同時變化的工質(zhì)推力作為動力輸入的源頭，也會對斯特林發(fā)動機傳動機構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。
　　其次，選取氣缸內(nèi)關鍵節(jié)點的工質(zhì)流動數(shù)

3、據(jù)，并對其進行傅里葉變化，可知工質(zhì)的壓力脈動頻率主要集中在10~50Hz，而流量脈動則集中在10~50Hz和200~250Hz。同時慣性力矩需在主軸上設計適當?shù)馁|(zhì)量塊才能使氣缸系統(tǒng)所受力矩達到平衡，而活塞組件的往復運動慣性力并不能對斯特林發(fā)動機的整體振動產(chǎn)生影響；工質(zhì)氣體力在膨脹壓縮過程中對活塞端面產(chǎn)生振動沖擊作用。
　　而后，基于Lagrange多體結(jié)構(gòu)振動建模方法，建立斯特林發(fā)動機的振動微分方程，應用Matlab求解得出：斯特

4、林發(fā)動機斜盤傳動機構(gòu)的前四階固有頻率均呈現(xiàn)近似正弦的周期性變化，且第3階固有頻率分別與第2階和第4階固有頻率在150Hz和250Hz處出現(xiàn)重合，產(chǎn)生振動加劇。同時變活塞力引起斜盤傳動機構(gòu)的振動形式體現(xiàn)為第1活塞組件的往復振動以及第2列半球滑塊的偏轉(zhuǎn)振動。
　　最后，以斯特林發(fā)動機的振動響應幅值大小為目標函數(shù)，采用數(shù)值解析法對斜盤傳動機構(gòu)的相關結(jié)構(gòu)進行參數(shù)優(yōu)化，得出選取斜盤半徑為151mm，半球滑靴半徑為24mm，活塞組件質(zhì)量為2.