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分置式斯特林发动机热动力学研究
| 论文题名： | 分置式斯特林发动机热动力学研究 |
| 关键词： | 分置式斯特林发动机;热动力学;仿真建模;回热器 |
| 摘要： | 斯特林发动机具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视,在车用混合推进动力、太阳能动力、水下动力、空间站动力、热泵空调动力等方面得到了广泛的应用。开展斯特林发动机的研究,对利用太阳能及生物质能、保护生态环境和解决能源不足等问题具有极其重要的意义。 分置式斯特林发动机是一种依靠活塞往复运动实现热力循环的动力装置,这种运动源于部件间气体力的相互作用,配气活塞与动力活塞之间没有任何机械上的直接联系,可有效地减少穿梭损失和导热损失,提高斯特林发动机的热效率。该装置具有机械效率高、热效率高、能使用多种能源、自启动、不需要液体润滑、密封可靠、运转安静、整机振动小和自动调节功能等优点。 分置式斯特林发动机的动力学过程与热力学过程密切相关,开展分置式斯特林发动机的热动力学特性研究,运用数学与实验手段量化分析系统中融合传热、传质和流动的复杂动态过程,可以揭示系统中各热力参数的耦合机理,实现系统的热力参数动态优化和控制。 本文围绕分置式斯特林发动机热动力学问题开展了一系列研究工作,所取得的研究成果主要体现于以下几个方面。 (1)基于变质量系统的有限时间热力学理论,计及斯特林发动机实际热力循环中存在的传热损失,建立了斯特林发动机循环周期的数学模型,探索了斯特林发动机输出功率和循环热效率的热力学优化方法。 (2)对分置式斯特林发动机进行了结构设计,并应用有限元方法分析了关键零部件的热应力和温度场。 (3)建立了耦合电磁力的分置式斯特林发动机动力学模型,研究了动力学模型的解析和数值求解方法。建立了分置式斯特林发动机的热动力学方程,对分置式斯特林发动机活塞振动的稳定性进行了频域分析。 (4)对斯特林发动机回热器内部气体温度场进行了数值模拟,应用声波理论分析了回热器内部气体的流动和换热现象。 (5)研制了分置式斯特林发动机的实验样机,进行了系统动力学参数的辨识。热动力学实验的研究结果表明:场协同理论和焓流理论是统一的,调节系统的动力参数可以提高缸内气体压力和热腔活塞速度的协同性,增大系统循环的时均焓流,从而实现分置式斯特林发动机输出功率的提高。 |
| 作者： | 唐景春 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 左承基 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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