小型斯特林发动机优化设计及性能分析

发布时间：2017-09-02 14:00

  本文关键词：小型斯特林发动机优化设计及性能分析

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【摘要】：斯特林发动机是一种外燃的封闭往复式活塞循环发动机,近年来广受关注。由于斯特林发动机具有很多内燃机不具备的优点,而且可应用于工业生产和家庭供热供电,逐渐成为世界研究的热点。本文设计了一台功率为2 kW的斯特林发动机,并对其性能进行了研究和分析。本文遵循减少斯特林发动机阻力损失的原则,选择氢气作为发动机的循环气体工质。通过查阅相关的文献和资料,在给定的运行条件下,初步确定了发动机结构参数,采用实用等温分析法进行了结构参数合理性的验证,建立了绝热模型,对斯特林发动机进行了热力学分析,运用MATLAB程序进行编程,完成了对小型斯特林发动机的数值仿真,得到了提高功率和效率的方案。研究结果表明:升高热端温度、降低冷端温度、增加平均循环压力、加快转速、曲柄转角取90°、行程容积比取1和增加回热器有效性等方法都可以提高斯特林发动机性能。最后,对斯特林发动机热电联产系统进行了简单的分析和计算。
【关键词】：斯特林发动机 实用等温分析法 热电联产
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK402
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景11
• 1.2 概述11-13
• 1.2.1 分类结构11-12
• 1.2.2 动力来源12-13
• 1.2.3 运行原理13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国外研究现状13-15
• 1.3.2 国内研究现状15
• 1.4 发展前景15-16
• 1.5 研究存在的问题16
• 1.6 本文主要工作16-17
• 1.7 本章小结17-18
• 第二章 斯特林发动机的分析方法18-38
• 2.1 常用方法介绍18-22
• 2.1.1 循环分析方法分类18-20
• 2.1.2 等温分析法介绍20-21
• 2.1.3 循环分析方法的研究进展21-22
• 2.2 斯特林发动机设计方法22-27
• 2.2.1 气体工质的选择22
• 2.2.2 结构参数范围22-23
• 2.2.3 结构参数设计23-27
• 2.3 运行条件的设定27-28
• 2.4 性能分析方法28-37
• 2.4.1 等温分析法计算工质总质量28-29
• 2.4.2 理想绝热模型推导过程29-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 小型斯特林发动机的设计38-54
• 3.1 2k W斯特林发动机的初步设计38-47
• 3.1.1 活塞与气缸的设计39-40
• 3.1.2 膨胀腔和压缩腔瞬时容积的确定40
• 3.1.3 加热器的设计40-42
• 3.1.4 回热器的设计42-44
• 3.1.5 冷却器的设计44-47
• 3.2 结构参数汇总47-48
• 3.3 初始参数设计合理性验证48-53
• 3.3.1 各部分热损失计算51-52
• 3.3.2 总热损失计算52
• 3.3.3 功率和效率校核52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 小型斯特林发动机性能分析54-73
• 4.1 给定工况下参数变化规律55-63
• 4.1.1 温度变化规律55-56
• 4.1.2 体积变化规律56
• 4.1.3 压力变化规律56-59
• 4.1.4 流动阻力损失在各换热器中的变化规律59-63
• 4.2 变工况对性能的影响63-71
• 4.2.1 温度对性能的影响63-65
• 4.2.2 压力对性能的影响65-67
• 4.2.3 转速对性能的影响67-68
• 4.2.4 相位角对效率的影响68-69
• 4.2.5 回热器有效性对性能的影响69-70
• 4.2.6 行程容积比对性能的影响70-71
• 4.3 本章小结71-73
• 第五章 斯特林发动机热电联产分析73-77
• 5.1 热电联产系统介绍73
• 5.2 热电联产计算方法73-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 研究内容和结论77-78
• 6.1.1 主要研究内容77
• 6.1.2 结论77-78
• 6.2 未来展望78-79
• 6.2.1 需要改进的内容78
• 6.2.2 将来发展的方向78-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 个人简历83

【共引文献】

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1 李明震;董金钟;;碟式斯特林发电系统性能分析模型与仿真[J];北京航空航天大学学报;2013年03期

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本文编号：778933