小型斯特林发动机加热器的设计研究

发布时间：2016-12-18 10:27

  本文关键词：小型斯特林发动机加热器的设计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《大连理工大学》 2012年

小型斯特林发动机加热器的设计研究

李佳星  

【摘要】：斯特林发动机凭借其热效率高、排放污染小、可用能源多样性等优点广泛应用于太阳能发电、船舶用主机及辅机、垃圾场填埋气发电技术及中小型热电冷联供系统等领域。小型斯特林发动机主要应用于微型热电联供系统中,其输出功率的高低直接影响整个系统的效率。斯特林发动机的加热器,也叫吸热器,主要作用是将外燃室中的燃料燃烧后所释放出的热量传递给在加热器内部流动的工质,在斯特林发动机中起到至关重要的作用。一个高效的加热器可以将外部热量快速有效的传递给内部的工质,使工质温度迅速升高,获得做功的能力,有助于提高发动机输出功率及发动机的稳定性。小型斯特林发动机中大多采用结构简单紧凑的肋片式加热器,但是其换热效果不易提高,为了改善小型斯特林发动机加热器的换热效果,本文设计了换热能力更强的管式加热器,以此研究管式加热器应用于某小型斯特林发动机的可能性和换热效果。 为了达到可以替换原肋片式加热器的目的,本文主要做了以下几个方面的研究： (1)在最大程度保留原来加热器尺寸参数的基础上,根据现有型号斯特林发动机相关尺寸参数,设计了应用于小型斯特林发动机的管式加热器的基本结构。根据传热学及流体力学相关知识,对所设计的管式加热器和原肋片式加热器进行了初步的换热计算,得到了所要设计的管式加热器的相关基本尺寸,确定了管式加热器最佳的管数、管外径、内径和管长等相关尺寸参数。并对比了两种加热器的无益容积、换热面积、换热总量及热流密度。对比结果表明,所设计的管式加热器在无益容积、换热总量和热流密度等方面要比原肋片式加热器要好。因此可以得出新的管式加热器基本可以代替原肋片式加热器。 (2)先后设计了三种方案的管式加热器并应用三维建模软件对所设计的三种方案的管式加热器和原肋片式加热器进行了三维建模,采用网格划分软件对所建立的加热器三维模型进行了网格划分,应用流体力学计算软件对三种管式加热器和原肋片式加热器与外部烟气的换热情况进行模拟计算。对比了三种方案的管式加热器与肋片式加热器外部烟气的流动情况,温度分布情况及换热情况,根据所得的计算结果分析了所设计的管式加热器的优缺点,最后确定了可以代替原肋片式加热器的管式加热器方案。 (3)应用静力学分析软件对所设计的管式加热器进行了热力耦合分析,校核了所设计的管式加热器的结构强度及热应力强度,计算结果表明,最终的管式加热器方案的结构强度符合设计要求。 本文所进行的研究确定了与原肋片式加热器换热效果相近的管式加热器的基本结构,为以后替换肋片式加热器提供了一定的技术支持,同时对管式加热器应用于小型斯特林发动机做了一定的探索。

【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK05
【目录】：

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