1KW斯特林发动机加热器的设计及研究

摘要

本文针对1kW斯特林发动机的加热器进行了设计及简单的分析。设计时，如果加热器尺寸和重量过大，会降低导致整机尺寸增大、加工难度增大，最重要的是，还会使得加热器的效率有所下降。为了能保证设计出的加热器达到所需的效率，必须分析出有哪些因素是影响斯特林发动机的性能。尽管因素很多，但是主要的只有几个。本文从最原始简单的施密特分析法开始，根据实际的斯特林发动机的情况分别进行细致探讨分析。因此，本文首先采用实用等温计算法对斯特林发动机功率和效率的初步估算，该方法既简单又较准确，适用于各种传动机构，不必使用经验修正系数。
　　在基本设计计算完成之后，运用CFD软件对1KW斯特林发动机加热器进行模拟分析，并对比三种不同结构的加热器，从而达到效率高且便于加工的加热器结构。为了设计出最佳方案的1KW斯特林发动机的加热器，本文共进行了如下研究：
　　（1）通过参考现有型号的斯特林发动机的尺寸参数，运用施密特分析法，设计出1KW斯特林发动机直管式加热器的基本结构，并运用热力学、传热学、流体力学的相关知识对其进行换热计算。同时，运用流体力学以及传热学的相关知识，对所设计的直管式加热器进行换热计算，从而确定直管式加热器换热管的内外径、管数、管长等相关参数。
　　（2）根据步骤（1），先后设计三种不同结构的加热器，并应用CFD软件对这三种加热器进行三维建模。对比分析三种加热器的烟气流速、温度分布、进出口压差等，从而确定外径4.5mm、管长160mm、管数为28的直管式加热器是最佳的加热器。
　　本文所进行的研究，可以总结出影响加热器换热效果的主要参数和改进方面，便于今后的进一步设计优化。

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1 绪论

1.1 stirling发动机发展概述

1.2 stirling发动机简介

1.3 stirling发动机加热器概述

1.4本章小结

2 1KW斯特林发动机加热器理论换热计算

2.1理论换热计算初始条件

2.2理论换热计算

2.3本章小结

3 1KW斯特林发动机加热器设计及其优化

3.1数值模型选型

3.2 A型加热器

3.3 B型加热器

3.4 C型加热器

3.5三种加热器对比及分析

3.6本章小结

4 1KW斯特林发动机加热器的制作及总结

4.1制作加热器

4.2加热器的制作小结

4.3结果分析

4.4未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间参与的项目