太阳能斯特林发动机的现状和发展

一、前言斯特林(Stirling)发动机是19世纪初苏格兰牧师罗伯特·斯特林发明的热空气外燃机。早期曾经同锅炉配套使用,由于比蒸气机安全、简单,曾经获得一定的发展。后来由于出现了内燃机,一下子取代了外燃机,使它逐渐被人们遗忘。     

高效太阳能斯特林机

斯特林机是苏格兰牧师罗伯特·斯特林在1816年发明的,它是一种外燃机,又称热气机。斯特林机由于理论效率高、工作安全可靠,所以刚一问世,便引起了人们的关注。但是由于受当时工业水平的限制,实际制成的热气机效率却不理想,尤其到了十九世纪中期,内燃机的出现和广泛应用,斯特林机便逐渐销声匿迹。近     

斯特林发动机简介

一、基本特点和应用范围 斯特林发动机属于外燃式往复发动机。它与内燃机的区别在于对封入内部的气体从外部进行加热和冷却,从而推动活塞往复做功,由于这一区别,它具有以下优点: 1、燃料多样化:由于是外燃机,可使用多种燃料,从煤炭、薪柴、余热到太阳能等均可利用。 2、高效率:由于在加热器和冷却器中间没有蓄热式换热器,从理论上可接近卡诺循环。 3、低污染:由于没有阀门,内部的压力变化平稳,噪音和振动小;且由于连续燃烧易实现自动控制,燃烧完全,排烟污染较小。 4、属于低速扭矩,扭矩变动特性较好。 斯特林发动机通过采用不同的活塞形式、汽缸组数和不同的驱动机构(曲轴、回转斜板等)可组合成数十种发动机型式,广泛做为各种机械的动力源。大的如潜艇、汽车发动机、叉式起重机、压路机和农机用发动机,小的如移动机器人、驱动热泵和心脏起膊器等。 二、斯特林发动机的开发概况 1816年由苏格兰牧师雷伯尔特·斯特林发明,又称“热空气发动机”,当时已生产出数千台。后由于蒸汽机和内燃机的出现而被冷落,到二十世纪初已基本消失。之后,在很长的一段时期内,不少国家仍断断续续进行开发研究。 进入八十年代以来,第二次石油危机又引起各国对斯特林发动机的关心。从环保和能源角度出发,各国又竞相进行斯特     

斯特林发动机及其第二届国际会议

第二届斯特林发动机会议于1984年6月21～24日在中国上海举行。出席会议的有中国、加拿大、美国、英国、日本、意大利、孟加拉等七个国家的学者,应征论文还包括苏联、墨西哥。会上共宣读中、外论文40篇。斯特林发动机是一种可燃用多种燃料的外燃式新型发动机,由于能源供给结构的多样化,近十年来引起各国的普遍重视,开展了大量的理论研究与实践活动。     

基子多孔介质燃烧器的煤层气斯特林发动机发电系统

提出一种新的煤层气发电方式，即多孔介质燃烧器驱动斯特林发动机系统。将斯特林发动机的外燃特性和多孔介质燃烧器对气源不稳定性的良好适应能力有机结合，初步构建适应煤层气气源不稳定性的煤层气发电系统。     

碟式斯特林发动机的研究进展

太阳能的利用和斯特林发动机的研发符合目前解决全球能源危机问题的需要。对斯特林热机的发展过程和循环工作原理进行了总结,综述了国内外对于碟式斯特林发电技术的应用现状,归纳了碟式斯特林发电系统中太阳光跟踪控制系统、接收器聚热技术、斯特林发动机功率控制技术和斯特林发动机密封技术等关键技术的研究成果和应用现状,总结并展望了碟式斯特林发电技术的发展重心,为进一步的研究工作提供参考。     

不同优化准则下斯特林发动机的性能分析

应用有限时间热力学原理.建立了一个考虑热阻、热漏和回热损失等不可逆因素的斯特林发动机模型;推导了最大输出功率、最大效率和生态学优化准则下,斯特林发动机性能的表达式;比较了三种优化准则下,热漏系数和回热器有效性对斯特林发动机性能的影响.研究表明:对热漏损失和回热损失较大的斯特林发动机,宜选用生态学优化准则.为斯特林发动机...     

在近实际条件下斯特林发动机效率研究

正据《Энергетцка》2013年5-6月刊报道,亚美尼亚国立工程大学的学者研究了斯特林发动机近实际条件下的效率,并尝试考虑与热交换有限值有关的热量回收损失。在工质为范德华尔斯气体的条件下,得到在无回热器和有回热器情况下斯特林发动机的绝对内效率。结果表明,在考虑分子体积情况下,斯特林发动机的热效率取决于工质的克分子数并且比理想气体稍有增加。同时,考虑了斯特林发动机在热量与回收情况下的运行热损失,得到了回热度与热交换时间的相互关系。     

斯特林发动机在钠冷快堆核电源上的应用控制策略

针对钠冷快堆液钠供热与斯特林发动机做功之间的时间迟滞问题,以及运行中的管壁温度不低于250 ℃、出口液钠温度不高于420 ℃的控制要求,通过分析斯特林发动机控制模型,提出在启动时采用分段速过渡过程控制策略。在运行发电时先建立钠冷快堆液钠流量与斯特林发动机工质压力关系识别控制模型,进一步使用微分提前补偿控制策略;在停车时先降低斯特林发动机转速,采用定时定量策略控制斯特林发动机工质压力后再进一步控制转速降低至零。试验结果表明,控制策略方法可实现钠冷快堆核电源斯特林发动机热电转换模块的安全运行,且发电效率达到24.5%,与理论值基本一致,该控制策略具有一定的实用性,有利于斯特林发动机在核能领域的推广使用。     

斯特林发动机在能源利用领域中的应用

斯特林发动机具有燃料多样性、效率高等特点,对于促进能源的综合利用、减少环境污染具有重要的意义。提出了斯特林发动机推广应用的领域,并通过与燃气锅炉在初投资和运行费用方面进行比较,分析了斯特林发动机未来的发展趋势。     

新世纪的发动机——没有运动件的发动机热声斯特林发动机简介

1979年Ceperley首先提出热声斯特林发动机的设想,但是他做的模型未能运转。其后的热声发动机(又称热声热机)采用不可逆驻波热声循环,热效率较低。1999年5月,“NATURE”刊载美国能源部LosAlamos国家试验室科学家S.Backhaus和G.Swift的文章:“热声斯特林热发动机(AthermoacousticStirlingHeatEngine)”,采用可逆斯特林循环热声热机,使热效率大大提高。热声斯特林发动机被认为是21世纪的发动机,将有可能替代传统的发动机——内燃机。国外许多刊物的“未来的发动机”、“没有运动件的发动机”、“无活塞热气机——热声发展的方向”等为题…     

分置式斯特林发动机热力性能的仿真

对斯特林发动机的压缩与膨胀过程进行了变质量系统热力学分析。利用等温模型分析法,引入流动阻力损失的计算模型,模拟了分置式斯特林发动机内部工质的压力等参数的动态变化规律。仿真结果表明：斯特林发动机在运行过程中压缩腔与膨胀腔的气体压力并不时时相等;提高发动机的转速和高温热源温度,可以增加发动机的输出功率。     

小型斯特林发动机不同外加热工况下运行的探索性实验

该文就其微型化可能产生的一系列问题,如：输出频率过高、产生转矩过小、冷热端差过小等进行了分析。提出自由活塞式斯特林发动机比热声式更具微型化的优势。并对一台长12cm、直径2．5cm的小型活塞式斯特林发动机进行了实验。实验中发动机热端温度范围64～626℃,通过测量其外壁面温度和声信号随时问的变化,得到发动机的稳定性和输出功率随外加热功率变化规律。该发动机的理论最高功率密度为102kW／m^3。     

小型斯特林发动机不同外加热T况下运行的探索性实验

该文就其微型化可能产生的一系列问题,如:输出频率过高、产生转矩过小、冷热端差过小等进行了分析.提出自由活塞式斯特林发动机比热声式更具微型化的优势.并对一台长12cm、直径2.5cm的小型活塞式斯特林发动机进行了实验.实验中发动机热端温度范围64-626℃,通过测量其外壁面温度和声信号随时间的变化,得到发动机的稳定性和输出功率随外加热功率变化规律.该发动机的理论最高功率密度为102kW/m3.     

二十一世纪的轿车发动机——候选动力装置

在即将到来的下一世纪,除了现在应用的四冲程发动机外,人们还在考虑可在汽车上使用的几种替代动力装置;它们是斯特林发动机、汽轮机、改型的两冲程发动机、电动机及复合式发动机.下面将逐个讨论这些替代发动机的可行性,图1比较了这些发动机各自的热效率:     

回热器增压腔对斯特林发动机性能影响的研究

建立了回热器碰撞射流数值计算模型,开展了回热器三维仿真分析;研究了增压腔对回热器基体内流场的影响规律,并分析了其对斯特林发动机性能的影响。以某型号斯特林发动机为对象,对仿真结果进行的试验验证表明:仿真结果和试验结果吻合性较好,研究结果可供斯特林发动机性能改进做参考。     

一种β型三曲拐斯特林发动机的建模与仿真

斯特林发动机作为一种外部燃烧的发动机,具有燃料来源广、污染小、噪声低和维修方便等优点,对节能与环保具有积极的意义,而其中的β型斯特林发动机更是具有体积小、传动平稳、易于密封等优点,具有广泛的应用前景。本文针对一款β型三曲拐闭式循环斯特林发动机,进行了工作过程数学建模、运用simulink软件进行仿真,根据仿真与分析结果,得到了不同气体工质功率输出与热效率随转速变化的规律。结果表明,在斯特林发动机不同转速运行范围内,应采用不同的气体作为工质,才能获得较高的功率输出与热效率。     

斯特林发动机绝热分析法研究

对斯特林发动机绝热分析法进行了详细的阐述,对GPU-3型和P-40型斯特林发动机进行了绝热分析。收集了NASA Lewis研究中心的GPU-3型和P-40型斯特林发动机不同工况下的一系列实验测试数据,通过绝热分析法计算数据和实验测试数据的对比可知：斯特林发动机绝热分析法计算的轴功率、吸热量均偏大。轴功率的计算误差随着转速的增加而增大,随着压力的增加而减小。吸热量的计算误差随着转速的增加而增大。绝热分析法计算误差主要是由于没有计算机械损失、发动机漏气损失以及没有考虑非定常的交变流动的影响造成的。     

奎西透平式斯特林发动机的工作原理

基于奎西发动机的技术平台，介绍了奎西透平式斯特林发动机的结构、工作原理、优越性以及一些关键性问题，其没有传统意义上的回热器结构设计将为斯特林发动机技术提供一个新的思路。     

基于斯特林机汽车辅助散热装置效益分析

为解决汽车长途行驶过程中的散热问题,文中提出一种基于斯特林机的汽车发动机辅助散热装置。该装置能够有效利用发动机产生的废热驱动斯特林机,将原来由汽车蓄电池驱动的冷却液循环泵与散热风扇改为由斯特林机驱动,并对散热部件进行改造,有效提高换热系数,降低冷却液温度,保证发动机安全运行。文中根据实际情况,建立模型,进行理论计算,得出斯特林机输出轴功约为200 W,足以带动冷却液循环泵与散热风扇。并分析改造后所带来的环境效益,与经济效益,得出该每辆汽车每年可少用64.86 L汽油。1.39年后可回收改造成本,具有良好的经济效益。