汽車尾氣余熱驅(qū)動斯特林發(fā)動機的可行性研究.pdf

1、全球能源短缺問題隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而日趨嚴重,如何利用汽車尾氣余熱能量也愈發(fā)引起研究人員的興趣。斯特林發(fā)動機作為節(jié)能裝置,具有燃料廣泛、轉(zhuǎn)換效率高、噪音低等優(yōu)點。國內(nèi)外許多學(xué)者對其在汽車尾氣能量的回收上展開了研究。而應(yīng)用斯特林發(fā)動機來回收汽車尾氣能量,在解決能源短缺,提高能量利用率等方面具有不可言喻的重要意義。本文主要研究針對汽車尾氣能量,設(shè)計斯特林發(fā)動機的換熱系統(tǒng),通過性能實驗測試、理論模型分析及數(shù)值模擬,找出斯特林發(fā)動機效率影響的主

2、要因素,為優(yōu)化斯特林發(fā)動機提供理論依據(jù)。
　　本文針對汽車尾氣能量,設(shè)計一臺能夠利用汽車尾氣余熱驅(qū)動的斯特林發(fā)動機換熱系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上,對小型斯特林發(fā)動機進行性能實驗測試。實驗研究內(nèi)容主要包括在恒扭矩和變扭矩時,對應(yīng)的充氣壓力為5bar、10bar、12bar及14bar共8組實驗工況下,分別測量加熱溫度,充氣壓力對輸出功率的影響,斯特林發(fā)動機的動力輸出特性及能量的分析。仿真計算及數(shù)值模擬主要研究內(nèi)容包括應(yīng)用 MATLAB軟件仿

3、真計算斯特林發(fā)動機的工作過程(循環(huán)壓力17bar)并且計算不同工況時(充氣壓力為5bar,10bar,12bar,14bar)發(fā)動機的指示功率;應(yīng)用 ANSYS軟件模擬回?zé)崞鞯膲毫?并對影響回?zé)崞鲏航档囊蛩剡M行分析。
　　實驗研究發(fā)現(xiàn):
　　1.熱源溫度:斯特林發(fā)動機的輸出功率隨熱源溫度的增加而增大;
　　2.充氣壓力:不同的熱源溫度,對應(yīng)著不同的最佳充氣壓力,在最佳充氣壓力之前,斯特林發(fā)動機的輸出功率隨著充氣壓力的

4、增加而增大,達到最佳充氣壓力后,若繼續(xù)充壓,則會使輸出功率下降,同時發(fā)動機產(chǎn)生較大震動;
　　3.循環(huán)過程中換熱器總壓力損失最大值接近7bar,這說明換熱器內(nèi)的流動阻力比較大,換熱器的尺寸還可進行優(yōu)化;
　　4.發(fā)動機最大輸出扭矩為5.39 N?m,是在充氣壓力為14bar時獲得的,當(dāng)負載逐漸增加時,速度也逐漸減少;
　　5.隨著充氣壓力的增加,指示效率與有效效率均增加。
　　模擬研究發(fā)現(xiàn):
　　1.實驗樣

5、機的指示功率與模擬結(jié)果相差較大,說明實驗樣機還需要進一步優(yōu)化;
　　2.由于無益容積、回?zé)崞髁髯钃p失等使得實際斯特林循環(huán)功與理想斯特林循環(huán)功相差較大;
　　3.回?zé)崞鹘z網(wǎng)目數(shù)的增加,會導(dǎo)致回?zé)崞髁髯钃p失增大;絲網(wǎng)直徑的增加,則使回?zé)崞髁髯钃p失減小。
　　綜上所述,在設(shè)計斯特林發(fā)動機時,加熱器的制造應(yīng)選擇耐高溫材料;同時,確定循環(huán)壓力參數(shù)時,應(yīng)重點考慮工質(zhì)的密封性能。斯特林發(fā)動機的實際循環(huán)與理想循環(huán)具有較大差別,且主要是