准稳态斯特林循环分析模型及能量损失机制研究

发布时间：2022-07-12 17:46

　　斯特林循环分析模型在斯特林发动机的设计、优化方面起着重要的作用,传统的无压力梯度振荡流分析模型无法将振荡流的流动、换热特性以及损失机制耦合到循环内部过程中,导致其无法分析斯特林发动机的内部循环特性、损失影响机理,从而使得系统的设计和优化受限。针对上述问题,本文展开以下研究工作:发展建立了基于振荡流压力梯度、换热特性以及耦合能量损失机制的改进型多节点准稳态斯特林循环分析模型。对内部工质气体和回热器丝网建立基本的质量、能量和动量守恒的微分方程组,针对动量方程做准稳态假设,并考虑振荡流的流动压降特性。针对能量方程,考虑振荡流的换热特性,在压缩腔和膨胀腔处耦合基本的能量损失方程。运用本文模型分析并验证了GPU-3斯特林发动机的基本运行特性、损失变化情况,并揭示了循环流动内部的换热特性。利用本模型对GPU-3的发动机的特定工况和变工况分析,在标况下氦气工质功率预测误差为9.6%,效率预测误差为6.3%;在变工况下氦气和氢气的功率预测的平均误差分别为15.0%和10.4%,效率预测的平均误差为3.8%和6.7%。分析了变转速时的损失变化情况,指出泄漏、穿梭、泵气和流阻损失为主要损失,平均占比达到7... 

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
术语表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 斯特林循环分析方法
    1.3 斯特林发动机损失机理研究
    1.4 本文主要工作
2 改进型多节点准稳态循环分析模型
    2.1 基本数学模型
    2.2 主要损失机制
    2.3 模型求解
    2.4 无关性分析
    2.5 本章小结
3 模型实验验证与分析
    3.1 GPU-3 机器简介
    3.2 模块和节点划分
    3.3 循环输出功和循环效率分析
    3.4 损失分析
    3.5 瞬态特性分析
    3.6 本章小结
4 斯特林循环特征指标与损失机制分析
    4.1 百瓦级β型斯特林发动机实验装置及方法
    4.2 斯特林循环特征指标
    4.3 实验结果分析
    4.4 损失影响机制探究
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
作者简介
附录 A


【参考文献】：
期刊论文
[1]碟式斯特林太阳能热发电的技术发展[J]. 朱辰元,彭小方.  电力与能源. 2011(06)

博士论文
[1]振荡流基本特性及其对斯特林循环关键部件传热传质的影响[D]. 彭浩.浙江大学 2018
[2]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

硕士论文
[1]斯特林发动机运行特性及多能互补设计优化[D]. 瞿凡.浙江大学 2019
[2]斯特林循环的多阶分析方法与优化模型[D]. 黄怡青.浙江大学 2018
[3]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
[4]基于斯特林循环的发动机废气能量回收技术研究[D]. 谢必鲜.天津大学 2010



本文编号：3659572