斯特林发动机热力循环计算及性能模拟

论文摘要

在环境污染和能源形势日趋严峻的背景下,开发太阳能等可再生能源已成为人类迫切的需要。碟式太阳能热发电技术是太阳能热利用中最有潜力的技术,具有广阔的发展前景。斯特林发动机是太阳能热发电系统中最为重要的组成部分,它负责将吸收的太阳能转化为电能。斯特林发动机性能的好坏,直接决定了碟式太阳能系统的成败。所以,如何提高发动机的发电功率和效率已成为待解决的关键性问题。首先,针对斯特林发动机发电功率和效率的问题,本文以四缸双作用斯特林发动机为研究重点,分别介绍了三种常用的模拟斯特林发动机的分析方法,通过比较,选择出在研究斯特林发动机性能上较为合理、可取的分析方法——绝热分析法。重点阐述绝热分析法,建立适用于模拟四缸双作用斯特林发动机的性能模型为目标函数,以具体工况为约束条件来考虑在循环过程中可能伴随的相关热损失,本文着重介绍影响斯特林发动机发电功率和效率的三大损失。其次,对斯特林发动机热力循环绝热分析法模型中列出的微分方程,采用四阶龙格—库塔（Runge-kutta）法对绝热模型的微分方程组求解。为快速而准确的计算,编写VB程序用计算机来实现四阶龙格—库塔（Runge-kutta）法求解微分方程组,从而计算出发动机相关性能参数。再次,通过在其实习公司车间搭建试验平台,模拟实际工况,对斯特林发动机发电过程进行模拟、分析,找出在试车的整个动态过程中,加热温度和系统的平均压力是影响发电效率和功率的主要因素。在此基础上运用Tecplot v10.0软件对发电性能进行模拟。最后,提出斯特林发动机发电过程存在的问题和提高发电功率和效率的可行性建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.1.1 能源现状及存在的问题
• 1.1.2 太阳能的开发利用
• 1.1.3 太阳能热发电技术
• 1.1.4 碟式太阳能热发电系统的工作原理
• 1.2 斯特林发动机及其发展史
• 1.2.1 古代斯特林发动机的发展
• 1.2.2 现代斯特林发动机的开创阶段
• 1.2.3 斯特林发动机的进一步发展阶段
• 1.3 斯特林发动机国内外发展现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 课题来源及主要研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题主要研究内容
• 第2章 斯特林发动机的工作原理及热力循环分析方法的介绍
• 2.1 斯特林发动机的工作原理
• 2.2 斯特林发动机几种热力循环计算方法的介绍
• 2.2.1 一阶分析法——理想等温模型分析法
• 2.2.2 二阶分析法——理想绝热模型分析法
• 2.2.3 三阶分析法——节点分析法
• 2.3 斯特林发动机几种分析计算方法的比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 斯特林发动机性能模拟优化方法—理想绝热分析法
• 3.1 理想绝热分析法
• 3.1.1 理想绝热法模型的建立
• 3.1.2 理想绝热模型分析
• 3.2 损失计算
• 3.2.1 斯特林发动机实际循环
• 3.2.2 活塞往复热损失
• 3.2.3 压缩损失
• 3.2.4 回热器损失
• 3.2.5 本章小结
• 第4章 斯特林发动机热力循环绝热分析法建模方程的求解方法
• 4.1 方程的求解
• 4.1.1 Runge-Kutta法求解
• 4.1.2 初始条件
• 4.1.3 斯特林发动机稳态循环计算过程
• 4.2 发动机参数
• 4.2.1 循环参数
• 4.2.2 结构参数
• 4.2.3 工质参数
• 4.3 理想绝热循环计算结果分析
• 4.3.1 绝热循环下的性能分析
• 4.3.2 考虑损失变工况性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 STY1型斯特林发动机性能试验
• 5.1 任务来源与目的
• 5.2 实验技术要求及条件
• 5.2.1 发动机电加热系统
• 5.2.2 发动机试验热保护装置
• 5.2.3 发动机测试与数据采集系统
• 5.2.4 试验人员
• 5.3 试验方法
• 5.4 试验过程
• 5.4.1 试验前准备
• 5.4.2 发动机试验
• 5.4.3 发动机停车
• 5.4.4 试验结束
• 5.5 发动机试验过程分析
• 5.5.1 Tecplot软件介绍
• 5.5.2 发动机试验数据动态分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士研究生期间发表的论文