太陽能斯特林發(fā)動機(jī)振動特性研究.pdf

1、斯特林發(fā)動機(jī)是碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由熱能到動能，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)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(jī)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(guān)鍵，斯特林發(fā)動機(jī)的振動可能會導(dǎo)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(yán)重問題。本文以湘電集團(tuán)在研的38kW級碟式發(fā)電系統(tǒng)的斯特林熱機(jī)為研究對象，開展其氣缸系統(tǒng)及其斜盤傳動機(jī)構(gòu)的振動特性分析，并對傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的湍流模型，建立斯特林發(fā)動機(jī)工質(zhì)單循環(huán)實(shí)體模型，設(shè)置相應(yīng)的熱流邊界和模擬活塞運(yùn)動的動網(wǎng)格邊界，對斯特林發(fā)動機(jī)的工質(zhì)氣體的流動過程進(jìn)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(jī)振動的一個(gè)重要原因，同時(shí)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(jī)傳動機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。
　　其次，選取氣缸內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的工質(zhì)流動數(shù)

3、據(jù)，并對其進(jìn)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(shí)慣性力矩需在主軸上設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量塊才能使氣缸系統(tǒng)所受力矩達(dá)到平衡，而活塞組件的往復(fù)運(yùn)動慣性力并不能對斯特林發(fā)動機(jī)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(jī)的振動微分方程，應(yīng)用Matlab求解得出：斯特

4、林發(fā)動機(jī)斜盤傳動機(jī)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(shí)變活塞力引起斜盤傳動機(jī)構(gòu)的振動形式體現(xiàn)為第1活塞組件的往復(fù)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(jī)的振動響應(yīng)幅值大小為目標(biāo)函數(shù)，采用數(shù)值解析法對斜盤傳動機(jī)構(gòu)的相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)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.