基于太阳能利用的斯特林发动机研究初步

【摘要】：随着世界能源危机愈加严重,太阳能的开发获得人们越来越多的关注。尤其近年来太阳能光热利用的快速发展,使斯特林发动机的研究工作显得越发重要。但是我国的斯特林发动机研究工作开展相对较晚,现如今在世界斯特林发动机研发领域也一直处于落后的地位。因此在未来几十年内,斯特林发动机的开发,必将成为我国太阳能光热利用技术的重点工作。本文在前人的理论研究基础上,从实验的角度开展斯特林发动的基础研究,完成斯特林发动机的样机制作,使之成功转动,并完成了对不同结构参数影响的实验测试分析。本文的研究重点包括:(1)介绍斯特林发动机的循环过程,基于史密特理想模型,完成循环功公式的推导,并计算不同结构参数对斯特林发动机循环功的影响,得到各参数的影响变化曲线。(2)在史密特理论基础上,设计制作了两部?型斯特林发动机样机,并分别进行参数调试和完善,成功使?型斯特林发动机转动。与此同时开展了?型斯特林发动机和?型斯特林发动机的设计与制作工作,通过调试与分析,得到影响两种类型斯特林发动机转动性能的核心因素。(3)基于?型斯特林发动机实验样机开展了相关结构参数对斯特林发动机性能影响的实验。得到随加热功率的增加(温度比下降),?型斯特林发动机的转速、输出功率增加,启动时间缩短,进入稳态工作时间缩短;随相位角度在60°到105°范围内的增大,转速与输出功率先增大后减小,在相位角80°时,工作最为平稳,转速与输出功率能够获得最佳值。此外针对所设计的?型斯特林发动机,搭建了功率测试系统,测试了该实验样机的功率输出值,并对效率影响因素做出分析。通过本文成功设计的斯特林发动机和开展的实验研究,得到了各结构参数对斯特林发动机工作性能的影响曲线,为以后的设计者提供了可靠的数据,也为后续大功率斯特林发动机的设计研制提供了有力的依据。 【关键词】：斯特林发动机 ?型 史密特循环 热电转换
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK403
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 斯特林发动机研究背景10-11
• 1.2 国内外发展历程和应用11-16
• 1.2.1 国内外发展历程11-14
• 1.2.2 斯特林发动机的应用14-16
• 1.3 斯特林发动机的类型16-18
• 1.3.1 α型斯特林发动机16-17
• 1.3.2 β型斯特林发动机17
• 1.3.3 γ型斯特林发动机17-18
• 1.4 本文内容与结构18-20
• 第二章 斯特林发动机理论基础20-31
• 2.1 卡诺循环与斯特林循环20-24
• 2.1.1 卡诺循环20-21
• 2.1.2 斯特林循环21-24
• 2.2 史密特循环分析24-28
• 2.3 斯特林发动机性能分析28-31
• 2.3.1 温度比的影响28-29
• 2.3.2 死容积比的影响29
• 2.3.3 扫气容积比的影响29-30
• 2.3.4 相位角的影响30-31
• 第三章 γ型斯特林发动机设计与研制31-40
• 3.1 γ型斯特林发动机微型样机设计与测试31-34
• 3.1.1 热腔与配气活塞31-32
• 3.1.2 冷腔与动力活塞32-33
• 3.1.3 底座支撑结构及飞轮传动机构33
• 3.1.4 微型样机的可行性测试33-34
• 3.2 γ型斯特林发动机实验样机的研制34-38
• 3.2.1 γ型斯特林发动机实验样机的结构设计34-37
• 3.2.2 γ型斯特林发动机实验样机的参数分析37
• 3.2.3 制作与加工37-38
• 3.3 γ型斯特林发动机实验样机的可行性测试38-40
• 第四章 γ型斯特林发动机实验与分析40-62
• 4.1 温度、转速实验系统设计与搭建40-49
• 4.1.1 加热装置42-45
• 4.1.2 温度测试装置45-47
• 4.1.3 转速测试装置47-49
• 4.2 可变结构参数的优化49-58
• 4.2.1 温度比的影响49-56
• 4.2.2 相位角的影响56-58
• 4.3 功率实验测试58-61
• 4.3.1 功率测试系统搭建58-59
• 4.3.2 功率测试实验与分析59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 其他斯特林发动机研究初步62-69
• 5.1 α型斯特林发动机的设计分析初步62-65
• 5.1.1 α型斯特林发动机模型设计62-64
• 5.1.2 α型斯特林发动机加工制作与转动测试64-65
• 5.2 β型斯特林发动机的设计分析初步65-68
• 5.2.1 β型斯特林发动机理论分析与模型设计65-67
• 5.2.2 自启动斯特林发动机加工制作与转动测试67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 课题总结69-70
• 6.2 课题展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 攻硕期间取得的研究成果75-76
• 附录76-84

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