斯特林发动机热力学参数耦合性能研究
发布时间：2021-06-16 23:04
在碟式、塔式、菲涅尔式和槽式等光热发电系统中,碟式系统的光电转换率最高,因具有无污染、噪音低、可使用多种能源等优点备受关注。斯特林发动机是碟式系统的核心设备,按结构可分为α型、β型和γ型。本文以β型斯特林发动机为研究对象,从能量传递的角度出发,在给定的条件下基于Schmidt理论、理想绝热模型和多变模型对斯特林加热器、回热器、冷却器、热腔和冷腔及整机进行动力学和热力学计算,分析了温度、压力等运行参数,相位角、曲柄转角及无益容积比等结构参数对发动机功率和效率的影响,计算了影响系统性能各种因素之间的耦合关系。基于Schmidt模型,耦合分析温度比、压力、转速、相位角、行程容积比和无益容积比等参数对发动机性能的影响,用正交试验分析法验证相位角、行程容积比、温度比和无益容积比影响因素的主次关系和显著性,结果表明:温度比越小发动机性能越好;增加压力和转速,可使发动机功率值越大;随着相位角的逐渐增大,发动机功率先增大后减小;行程容积比和无益容积比存在最佳范围;行程容积比对发动机功率的影响最大,相位角的影响最小,获得最优参数组合,即当ks=1.5、?=0.25、χ=1.0、80...
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碟式太阳能斯特林热发电系统图
年瑞典Cleanergy公司与宏海公司联合在内蒙古鄂尔多斯乌审旗建立10套10kW的碟式系统[35]，测试结果显示随着太阳辐射强度增加，系统的输出功率也增加。在 11：00～15:00 期间，系统均达到满功率或超额定功率运行，最大输出功率达到 11kW，超出额定功率的 10%，如图 1-2（a）所示。2013 年，宏海公司第一个海外碟式系统示范园在西班亚塞维利亚建成。2015 年，宏海公司在张家港成功安装调试 50kW 碟式系统示范项目。该项目坐落在江苏省张家港的锦丰镇，示范园由 25kW 悬臂碟式系统和 25kW 地平式发电系统组成，年发电量 8 万-10 万 kWh。2013 年 1 月，西航公司的碟式系统经过一系列试验，在云南楚雄成功发电。2016年 3 月，铜川市新区坡头工业园内，该公司投资建设的碟式太阳能实验基地建设现场，50 台碟架发电设备主体安装到位，如图 1-2（b）所示。湘电集团 2011-2012 年期间相继收购美国 Stirling Biopower 和 SES 公司，开展碟式斯特林发电系统的研究，目前主要产品有 25kW 和 38kW 的碟式系统。2016 年 9月，中国电建集团四川电力设计咨询公司承担设计的“凉山州盐源县棉垭 50MW 碟式斯特林光热发电厂工程”通过可行性研究审查。每一套碟式示范基地的建成都象征着碟式发电技术的工程应用可行性。
图 4-19 影响趋势图Fig. 4-19 Diagram of influence trend通过计算偏差平方和、自由度，可得到 F 值，选取显著水平 0.05，确定 F 临界值。若 F 值>F 临界值，则代表该因素对试验结果的影响非常显著，反之，则该因素对试验结果不显著[74]，如表 4-3 所示。与极差分析结果一致，行程容积比、温度比和无益容积比对发动机功率影响较为显著。表 4-3 方差分析表Tab.4-3 The analysis of variance table因素 平方和 自由度 F 值 F 临界值 显著性A 0.818 3 1.558 9.280B 87.753 3 167.149 9.280 *C 38.020 3 72.419 9.280 *D 7.332 3 13.966 9.280 *误差 0.53 3
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚光型太阳能热发电系统非均匀辐射能流特性及解决方法的研究进展[J]. 何雅玲,王坤,杜保存,邱羽,郑章靖,梁奇. 科学通报. 2016(30)
[2]碟式太阳能热发电系统中斯特林发动机的研究[J]. 王译旋. 农业科技与装备. 2015(03)
[3]斯特林发动机回热器传热和流动特性研究[J]. 姜瑞雪,鹿鹏. 节能技术. 2015(03)
[4]斯特林发动机振动信号分析及谱估计[J]. 尚雅层,徐玉洁,王岗罡,平郁才. 西安工业大学学报. 2014(06)
[5]斯特林发动机回热器性能研究[J]. 麦志豪,邹城,陈观生,李凤,张仁元. 广东工业大学学报. 2014(01)
[6]斯特林发动机活塞杆密封装置设计[J]. 杨东亚,解欢,龚俊. 机械制造. 2013(05)
[7]斯特林发动机与碟式太阳能热发电技术的研究进展[J]. 唐大伟,李铁,桂小红. 新材料产业. 2012(07)
博士论文
[1]斯特林发动机性能分析和优化模型的研究[D]. Umair Sultan.浙江大学 2017
[2]β型菱形传动斯特林发动机的优化方法及实验研究[D]. 段晨.华中科技大学 2014
[3]碟式聚光太阳能热发电系统用斯特林发动机的研制[D]. 李铁.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[4]1kW斯特林发动机的实验研究及热力学分析[D]. 杨泰蓉.中国科学技术大学 2010
硕士论文
[1]碟式太阳能热利用系统腔式吸热器光热性能研究及优化[D]. 杜艳秋.内蒙古工业大学 2016
[2]太阳能斯特林发动机振动特性研究[D]. 戴学.湖南科技大学 2016
[3]a型斯特林发动机热效率的数值算法与优化[D]. 郑天轶.华中科技大学 2016
[4]斯特林发动机循环分析方法、内部振荡流换热和整机试验的研究[D]. 时冰伟.浙江大学 2016
[5]碟式太阳能半球形腔式吸热器热性能的实验研究[D]. 赵晓燕.内蒙古工业大学 2015
[6]斯特林发动机Leningrader密封件材料及密封性能研究[D]. 陈扶东.兰州理工大学 2014
[7]斯特林发动机活塞环密封材料寿命相关问题研究[D]. 董悦.兰州理工大学 2014
[8]单相振荡永磁直线发电机的研究[D]. 王媛.哈尔滨工业大学 2014
[9]太阳能斯特林热发电系统光热转化热效率的研究[D]. 常腾飞.湖南科技大学 2014
[10]1KW斯特林发动机加热器的设计及研究[D]. 黄曼.华中科技大学 2014
本文编号：3233959
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碟式太阳能斯特林热发电系统图
年瑞典Cleanergy公司与宏海公司联合在内蒙古鄂尔多斯乌审旗建立10套10kW的碟式系统[35]，测试结果显示随着太阳辐射强度增加，系统的输出功率也增加。在 11：00～15:00 期间，系统均达到满功率或超额定功率运行，最大输出功率达到 11kW，超出额定功率的 10%，如图 1-2（a）所示。2013 年，宏海公司第一个海外碟式系统示范园在西班亚塞维利亚建成。2015 年，宏海公司在张家港成功安装调试 50kW 碟式系统示范项目。该项目坐落在江苏省张家港的锦丰镇，示范园由 25kW 悬臂碟式系统和 25kW 地平式发电系统组成，年发电量 8 万-10 万 kWh。2013 年 1 月，西航公司的碟式系统经过一系列试验，在云南楚雄成功发电。2016年 3 月，铜川市新区坡头工业园内，该公司投资建设的碟式太阳能实验基地建设现场，50 台碟架发电设备主体安装到位，如图 1-2（b）所示。湘电集团 2011-2012 年期间相继收购美国 Stirling Biopower 和 SES 公司，开展碟式斯特林发电系统的研究，目前主要产品有 25kW 和 38kW 的碟式系统。2016 年 9月，中国电建集团四川电力设计咨询公司承担设计的“凉山州盐源县棉垭 50MW 碟式斯特林光热发电厂工程”通过可行性研究审查。每一套碟式示范基地的建成都象征着碟式发电技术的工程应用可行性。
图 4-19 影响趋势图Fig. 4-19 Diagram of influence trend通过计算偏差平方和、自由度，可得到 F 值，选取显著水平 0.05，确定 F 临界值。若 F 值>F 临界值，则代表该因素对试验结果的影响非常显著，反之，则该因素对试验结果不显著[74]，如表 4-3 所示。与极差分析结果一致，行程容积比、温度比和无益容积比对发动机功率影响较为显著。表 4-3 方差分析表Tab.4-3 The analysis of variance table因素 平方和 自由度 F 值 F 临界值 显著性A 0.818 3 1.558 9.280B 87.753 3 167.149 9.280 *C 38.020 3 72.419 9.280 *D 7.332 3 13.966 9.280 *误差 0.53 3
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚光型太阳能热发电系统非均匀辐射能流特性及解决方法的研究进展[J]. 何雅玲,王坤,杜保存,邱羽,郑章靖,梁奇. 科学通报. 2016(30)
[2]碟式太阳能热发电系统中斯特林发动机的研究[J]. 王译旋. 农业科技与装备. 2015(03)
[3]斯特林发动机回热器传热和流动特性研究[J]. 姜瑞雪,鹿鹏. 节能技术. 2015(03)
[4]斯特林发动机振动信号分析及谱估计[J]. 尚雅层,徐玉洁,王岗罡,平郁才. 西安工业大学学报. 2014(06)
[5]斯特林发动机回热器性能研究[J]. 麦志豪,邹城,陈观生,李凤,张仁元. 广东工业大学学报. 2014(01)
[6]斯特林发动机活塞杆密封装置设计[J]. 杨东亚,解欢,龚俊. 机械制造. 2013(05)
[7]斯特林发动机与碟式太阳能热发电技术的研究进展[J]. 唐大伟,李铁,桂小红. 新材料产业. 2012(07)
博士论文
[1]斯特林发动机性能分析和优化模型的研究[D]. Umair Sultan.浙江大学 2017
[2]β型菱形传动斯特林发动机的优化方法及实验研究[D]. 段晨.华中科技大学 2014
[3]碟式聚光太阳能热发电系统用斯特林发动机的研制[D]. 李铁.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[4]1kW斯特林发动机的实验研究及热力学分析[D]. 杨泰蓉.中国科学技术大学 2010
硕士论文
[1]碟式太阳能热利用系统腔式吸热器光热性能研究及优化[D]. 杜艳秋.内蒙古工业大学 2016
[2]太阳能斯特林发动机振动特性研究[D]. 戴学.湖南科技大学 2016
[3]a型斯特林发动机热效率的数值算法与优化[D]. 郑天轶.华中科技大学 2016
[4]斯特林发动机循环分析方法、内部振荡流换热和整机试验的研究[D]. 时冰伟.浙江大学 2016
[5]碟式太阳能半球形腔式吸热器热性能的实验研究[D]. 赵晓燕.内蒙古工业大学 2015
[6]斯特林发动机Leningrader密封件材料及密封性能研究[D]. 陈扶东.兰州理工大学 2014
[7]斯特林发动机活塞环密封材料寿命相关问题研究[D]. 董悦.兰州理工大学 2014
[8]单相振荡永磁直线发电机的研究[D]. 王媛.哈尔滨工业大学 2014
[9]太阳能斯特林热发电系统光热转化热效率的研究[D]. 常腾飞.湖南科技大学 2014
[10]1KW斯特林发动机加热器的设计及研究[D]. 黄曼.华中科技大学 2014
本文编号：3233959
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