斯特林发动机工作过程仿真

发布时间：2017-07-01 10:14

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【摘要】： 随着石油资源的日益短缺,石油价格逐渐上涨,使用传统燃料的热机面临着空前的能源危机。研究以多种燃料为能源的斯特林发动机,在解决能源紧张、减少环境污染以及军事领域等方面具有重要意义。合理的斯特林发动机的分析计算方法,对斯特林发动机的设计制造及性能优化分析是非常重要的。 本文尝试建立以一维不定常可压缩气体流动理论为基础的斯特林发动机工作循环数学模型,在一维气体动力学内燃机性能仿真软件GT-Power中,建立斯特林发动机各个部件的热力循环的仿真模型。通过迭代求解,得到循环过程中系统内压力分布、温度分布以及加热器和冷却器传热速率的数值解;对循环过程中压力和传热速率进行积分,可以得到指示循环功和换热量以及指示热效率等发动机性能参数。将计算结果与实验数据进行分析比较表明,使用一维非定常流动理论来分析斯特林发动机的方法是可行的,结果符合斯特林发动机运行的一般规律,是合理的。最后还分析了不同热力学参数对斯特林发动机性能的影响,为斯特林发动机的设计和性能优化提供有效参考。此外,本文还指出了计算模型尚需进一步研究和完善的方面。本文的研究成果对以后斯特林发动机的研究和设计具有重要的参考价值。
【关键词】：斯特林发动机 一维非定常流动 热力模型 工作过程 数值仿真
【学位授予单位】：沈阳航空工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 斯特林发动机的发展11-14
• 1.2.1 国外发展状况12-13
• 1.2.2 国内发展状况13-14
• 1.3 斯特林发动机特点14-16
• 1.4 斯特林发动机传统计算方法16-18
• 1.5 本文研究的主要内容18-19
• 第2章 基本原理与理论基础19-35
• 2.1 斯特林发动机的组成结构及循环过程19-25
• 2.1.1 斯特林发动机的组成19-21
• 2.1.2 斯特林发动机的循环过程21-25
• 2.2 斯特林发动机热损失计算25-31
• 2.2.1 活塞穿梭传热损失27-28
• 2.2.2 活塞泵气损失28
• 2.2.3 活塞壁、气缸壁和回热器壳体导热损失28
• 2.2.4 回热器基体导热损失28-29
• 2.2.5 回热器补热损失29-30
• 2.2.6 回热器基体温度不均匀损失30
• 2.2.7 总热损失30-31
• 2.3 发动机性能指标和加热系统加热量31-32
• 2.3.1 有效性能指标31
• 2.3.2 加热系统加热量31
• 2.3.3 其它评价指标31-32
• 2.4 一维非定常流动理论介绍32-35
• 2.4.1 真实管流向一维流动的简化32-33
• 2.4.2 影响一维管流物理量变化率的因素33-35
• 第3章 斯特林发动机一维非定常流动的计算35-50
• 3.1 基本控制方程35-41
• 3.1.1 质量守恒方程式36-37
• 3.1.2 动量守恒方程式37-38
• 3.1.3 能量守恒方程式38-41
• 3.2 GT-POWER 分析软件介绍41-43
• 3.2.1 主要功能41
• 3.2.2 基于GT-Power 的求解模型41-43
• 3.3 时间离散43-44
• 3.4 GT-POWER 建模方法44-45
• 3.4.1 加热器44
• 3.4.2 冷却器44
• 3.4.3 回热器44-45
• 3.4.4 膨胀腔和压缩腔45
• 3.5 模块的选用45-49
• 3.5.1 气缸部件45-46
• 3.5.2 发动机部件46
• 3.5.3 直管部件46-48
• 3.5.4 分叉管部件48-49
• 3.6 FORD-PHILIPS 4-215DA 发动机总体GT-POWER 模型图示49-50
• 第4章 结果分析50-78
• 4.1 斯特林发动机模拟计算参数50-53
• 4.2 斯特林发动机工作过程一般规律53-54
• 4.2.1 热腔容积、冷腔容积和循环压力随曲柄转角变化关系53-54
• 4.2.2 五个部件温度随曲轴转角变化关系54
• 4.3 五个部件中的参数变化规律54-71
• 4.3.1 压缩腔，膨胀腔内的参数计算及分析54-59
• 4.3.2 加热器，冷却器内的参数计算及分析59-67
• 4.3.3 回热器内的参数计算及分析67-71
• 4.4 计算结果与实验数据的比较分析71-74
• 4.5 整机随参数变化规律74-78
• 4.5.1 温度、压力、转速等因素对斯特林发动机性能影响74-78
• 结论78-80
• 参考文献80-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文83

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 许行;宋鸿杰;;斯特林发动机的研究与发展[J];四川兵工学报;2011年06期

2 李子峰;任立群;崔明;;斯特林发动机模型制作在项目课程中的应用[J];北方经贸;2013年06期

3 汪健生;田永生;吴翠;;往复式斯特林发动机回热器特性[J];机械工程学报;2013年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 谢必鲜;基于斯特林循环的发动机废气能量回收技术研究[D];天津大学;2010年

2 师巍;轴向充磁永磁直线电机推力波动及温度场问题的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

3 吴翠;斯特林发动机回热器特性数值模拟及实验研究[D];天津大学;2012年

4 陈远大;斯特林机菱形机构结构优化与刚柔耦合动力学仿真[D];重庆大学;2012年

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本文编号：505517