500W斯特林发动机特性研究与数值模拟

摘要

随环境问题的日益突出，人们对环境以及能源的理性利用问题重视程度日益提高。据能源经济学家分析，全球对能源的需求量呈上升趋势，而且该趋势将一直持续至2035年。为解决能源问题，各国家开始对开发可再生能源的产业给予经济补贴，对清洁能源的开发和利用已经陆续进行。
　　斯特林发动机不仅可以利用太阳能作为能量来源，还可以对温度在四百五十度以上的工业余热进行回收和利用，且其工作过程中存在回热过程，能够大大提高能源的利用效率，因而对于改善能源问题有着极为重要的作用。本文的研究重点为斯特林发动机。为得到适用于模拟斯特林发动机性能的模型，对斯特林发动机的分析方法进行了充分的研究和对比。
　　以上述为基础，本文给出了输出功率从约500W的α-型斯特林发动机的结构参数，并采用MATLAB对设计的可行性进行了验证，验证结果显示设计误差为1％；同时根据分析将结果提出了换热器的改进方案。为提高斯特林发动机的性能，其核心部件—回热器的性能研究显得尤为重要。为进一步提高对回热器研究的精度，本文采用计算传热学的方法，对回热器内的换热进行了数值模拟，得出了回热器内温度沿轴线的分布情况；同时对回热器内部流动情况进行分析，采用数值传热学的方法，得到了回热器内的温度场和压力场，温度场显示在入口速度大2m/s时，其轴向温度呈线性；而在入口速度较小时，末端换热情况强于中间，温度线在末端略密集；并根据模拟结果,提出使用分段式回热器的，从而加强换热，提高回热器性能，进而改进整机性能的方案。

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1 绪论

1.1课题的提出

1.2 研究课题的意义

1.3 斯特林发动机的国内外研究概况

2 斯特林发动机分析方法的研究

2.1热气机与斯特林循环

2.2 斯特林循环与卡诺循环的对比

2.3 斯特林发动机目前的分析方法

2.3.1一阶分析方法

2.3.2 二阶分析方法

2.3.3 三阶分析方法

3 500W斯特林发动机整机及部件特性研究

3.1 斯特林发动机整机物理模型

3.2 斯密特分析法的分析过程

3.3换热系统参数研究

4 500W斯特林发动机性能参数数值模拟

4.1 整机的模拟

4.2 回热器的模拟

4.2.1 模型的选择

4.2.2网格的划分

4.2.3 回热器流动与换热的模拟

4.2.4 回热器回热效率的评估

5 总结与展望

5.1 结论

5.2 总结与展望

致谢

参考文献