分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)熱動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)具有多種能源的廣泛適應(yīng)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(jìn)動(dòng)力、太陽能動(dòng)力、水下動(dòng)力、空間站動(dòng)力、熱泵空調(diào)動(dòng)力等方面得到了廣泛的應(yīng)用。開展斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研究,對利用太陽能及生物質(zhì)能、保護(hù)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(dòng)機(jī)是一種依靠活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的動(dòng)力裝置,這種運(yùn)動(dòng)源于部件間氣體力的相互作用,配氣活塞與動(dòng)力活塞之間沒有任何機(jī)械上的直接聯(lián)系,可有效地減少穿梭損失

2、和導(dǎo)熱損失,提高斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。該裝置具有機(jī)械效率高、熱效率高、能使用多種能源、自啟動(dòng)、不需要液體潤滑、密封可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)安靜、整機(jī)振動(dòng)小和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能等優(yōu)點(diǎn)。
　　分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)過程與熱力學(xué)過程密切相關(guān),開展分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱動(dòng)力學(xué)特性研究,運(yùn)用數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)手段量化分析系統(tǒng)中融合傳熱、傳質(zhì)和流動(dòng)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程,可以揭示系統(tǒng)中各熱力參數(shù)的耦合機(jī)理,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱力參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化和控制。
　　本文圍繞分置式斯特林發(fā)

3、動(dòng)機(jī)熱動(dòng)力學(xué)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(gè)方面。
　　(1)基于變質(zhì)量系統(tǒng)的有限時(shí)間熱力學(xué)理論,計(jì)及斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際熱力循環(huán)中存在的傳熱損失,建立了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)周期的數(shù)學(xué)模型,探索了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和循環(huán)熱效率的熱力學(xué)優(yōu)化方法。
　　(2)對分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并應(yīng)用有限元方法分析了關(guān)鍵零部件的熱應(yīng)力和溫度場。
　　(3)建立了耦合電磁力的分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型

4、,研究了動(dòng)力學(xué)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(dòng)機(jī)的熱動(dòng)力學(xué)方程,對分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)活塞振動(dòng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了頻域分析。
　　(4)對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞鲀?nèi)部氣體溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬,應(yīng)用聲波理論分析了回?zé)崞鲀?nèi)部氣體的流動(dòng)和換熱現(xiàn)象。
　　(5)研制了分置式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),進(jìn)行了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的辨識。熱動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)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(dòng)力參數(shù)可以提高缸內(nèi)氣體壓力和熱腔活塞速