斯特林发动机回热器性能研究

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量子斯特林热机的回热特性分析

量子斯特林热机的回热特性分析
苏孙庆
（美大学理学院物理系，建集福
厦门３１２）６０１
摘要：于理想玻色气体的状态方程，基分析以理想玻色气体为工质的量子斯特林热机具有非理想回热特性，出循环的效率和输出功的表达式，导并对结果进行一些有意义的讨论，得结果将所
ＴｅＡｎｌｓｆｔｅＲｅｅｅａｉｎＣａａｔｒｔｓｏａｔｍｔｌｇＨｅｔｎｉｅｈａｙｉｏｇｎｒｔｈｒｃｅｉｉｆＱｕｎｕＳｉｉａｇｎｓｈｏｓｃｒｎＥ
ＳＳｎ — ｑｎＵｕｉｇ
（ｅａｍｅｔｆｈｓｓＳｈｏｏｉｃ，ｉｅＵｉｒｔ，ｉｅ６０１Ｃｉ）Ｄｐｒｎｏｙｉ，ｃｏｌｆｅｅＪｉｎｅｉＸａｎ３１２，ｈａｔＰｃＳｎｃｍｖｓｙｍｎ
ＡｂｔａｔＢｓｄｏｈｑａｉｎｏｅｉａｓａｓｒｃ：ａｅｎｔｅｅｕｔｆｔｄｅｌＢｏｅｇｓ，ｔｅｎｎｅｆｅｅｅｅａｉｅｃａａｔｒｓｉｓｏｅｑａｏｈｈｏｐｒｅｔｒｇｎｒｔｈｒｃｅｔｆｔｎ－ｖｉｃｈｕ
ｃｓｉｎｒｄｕｓｏｓａｅｍａｅ．ＴｈｓｌｂａｎｏｌｅｓｇｉｃｔｆｒｔｅｒｓａｃｆＳｉｎｅｔｅｇｎｅｒｕｔｏｔｉｅｃｕｄｂｉｎｆａｏｅｅｒｈｏｔｅｓｄｉｎｈｄｉｇｈａｎｉｅ．

液氮温区小型斯特林制冷机回热器特性的理论研究

张存泉徐烈
（海交通大学制冷与低温工程研究所，上上海，０００２０３）摘要：定量获取小型斯特林制拎机回热器的不可逆性对整机优化设计与性能改进具有重要意义，
一
直是当前，型制冷机研究的难点。文中建立了小型斯特林制冷机回热器的理沦模型，ｊ、通过对控
可压缩，填料的热扩散系数远大于气流的热扩散系数；．气流马赫数兰０，４回热器长度远
小于气流声波波长；．回热器填料的质量远大于一个周期流过的气流质量。５
在所有状态与运动参数均表示为时均量与波动量之和的条件下，回热器内气流与填料
制方程进行无量纲化处理及合理简化，导出非常容易求解的零阶一维控制方程，导出了表征推推小型斯特林制拎机回热器的不可逆性的熵流方程。英键词：型斯特林制挣机小回热器不可逆性无量婀化
ｏ１（）的量级，合前面的假定条件可有结
Ｒ鲁：删）ｃ击：一ｅ一；？警删）ｐ
数另作标记）：
（’ ５ｂａ）
取沿回热器长腰方向的积分平均时均压力户、分、均时均温度ｌ的状态下的对应量积十 ’
为参照状态，密度、力、度、性参数等进行无量纲化处理，间ｆ压缩活塞运动周对压温物时取期ｒ为参照、度 “取Ｌｒ为参照（。速／。Ｌ为回热器长度）行无量纲化。里需要说明的是，进这雷

斯特林发动机回热器性能研究

斯特林发动机回热器性能研究麦志豪;邹城;陈观生;李凤;张仁元【摘要】The performance of Sterling engine regenerators was simulated and experimentally researched . The filling materials were foamed copper and stainless steel wire mesh , whose porosity was 75%or 85%respectively , and the ratio of length to diameter was 2:1 or 3:1 .Research results show that:the heat ca-pacity of stainless steel heat exchanger is larger , and the start-up speed of foamed copper heat exchanger is faster;Heat transfer of 75%porosity regenerator is larger , while the temperature convergence speed of 85%porosity regenerator is faster;Pressure loss of 2:1 regenerator is smaller , while the 3:1 regenerator exchanger heat is larger .The experimental study indicates that the experimental data is in good agreement with simulation results with a 5%margin of error , so it can provide some reference for the design of re-generators .%对不同材料及孔隙率的斯特林发动机回热器的性能进行了多循环模拟分析和实验研究。

小型斯特林制冷机回热器热损分析

ＨｅｔｌｓｎｌｓｓｏｍａｌｓａｅＳｔｒｉｇｃｃｅｃｙｃｏｅａｏｓａａｙｉｆａｓｌｃｌｉｌｎｙｌｒｏｏｌｒ
ＸｉｎｂｉＸｕＺｏｘａＬｕｉｏｇＬｕＹｉｆｅＹｉｇａｈｕｕｎｎＬｙｎｉｎｇｕ
斯特林制冷机是微型制冷机中一个重要的组成
部分，不仅拥有一般微型低温制冷机体积小、用性适
强等优点，系统性能稳定，且制冷效率比较高，利用是
回热的典型热动力装置之一。一般采用一个回热器，
（北电力大学动力工程系华保定０１０）７０３
摘要：斯特林制冷机回热器的各项热损失进行分析研究，明回热器的尺寸以及填料的选取对表
对于小型斯特林制冷机的性能影响较大。对于给定尺寸各个参数以及循环参数的回热器，想获得要最大净制冷量，在一个最佳当量直径。当当量直径的取值小于最佳值时，存回热器的性能主要由压降
（ｅａｔｅｔｏＥｇｎｅｉｇｏｈＣｉａＥｅｔｃｌｏｅＵｉｅｓｙＢｏｉ７０３，ｈｎ）Ｄｐｒｎｆｎｉｒ，ＮｒｈｎｌｃａＰｗｒｎｖｒｉ，ａｄｎ０１０Ｃｉａｍｅｎｔｉｒｔｇ
维普资讯
２００８年第３期总第１３期６
低温工程
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ

斯特林发动机热效率

斯特林发动机热效率斯特林发动机是一种基于热力学循环原理工作的发动机，其热效率相对于内燃机和蒸汽发动机都有显著的优越性。

本文将从热效率的角度来介绍斯特林发动机，并深入探讨其热效率的提高方法。

斯特林发动机的热力学循环基于热机中最完美的循环——克劳修斯循环。

克劳修斯循环是一种由四个步骤组成的理想热力学循环，包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。

斯特林发动机通过在环形的气缸中循环工作介质（通常是氢气或氦气）来实现这一循环。

工作流程分为充填、加热、膨胀、冷却、压缩、排气等几个阶段，在每个阶段工作介质的状态发生变化，并产生有用的功。

斯特林发动机相对于内燃机和蒸汽发动机的热效率主要有以下优点：1.高温差利用能力。

斯特林发动机具有高温差利用能力，适用于低温热能源和高温热能源之间的转换，可以充分利用低品位能源，提高能源利用率。

2.燃烧过程无污染。

斯特林发动机的工作介质通常是氢气或氦气，其燃烧过程无排放，不会产生二氧化碳等有害物质，对环境无污染，是一种清洁能源。

3.噪音低。

由于斯特林发动机没有燃烧过程，工作介质的循环是在密闭的环形气缸中进行的，因此噪音很小，可以减少环境噪声污染。

然而，在实际应用过程中，斯特林发动机的热效率还有一些瓶颈，包括以下几个方面：1.传热性能问题。

斯特林发动机的热效率受到热机内部传热性能的影响，包括加热器和冷却器的传热效率，以及气缸壁对工作流体的传热效率等。

2.内部流动损失。

斯特林发动机的热效率还受到内部流动损失的影响，如气缸内气体的阻力损失、涡流损失等，这些流动损失导致工作介质的能量损失，影响热效率。

3.气体性质问题。

由于斯特林发动机的工作介质通常是氢气或氦气等惰性气体，这些气体的比热容小、热导率低，导致斯特林发动机的内部传热性能下降。

针对上述问题，研究人员提出了一些解决方案来提高斯特林发动机的热效率，包括：1.优化加热器和冷却器的传热性能。

研究表明，在相同密度和流量条件下，微型螺旋盘状流動器比板式热交换器更加适用于斯特林发动机的加热器和冷却器，可提高传热效率。

基于Regen的斯特林制冷机回热器优化设计与实验研究

和填充方式可以达到提高回热器效率的目的，同时研究还发现在相同目数下，采用更细的不锈钢丝作为回热器填
料材料，可以提高回热器效率。
关键词：回热器；ＲＥＧＥＮ３．３；斯特林制冷机
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｕｄｙｏｎｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｏｆＳｔｉｒｌｉｎｇｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＲＥＧＥＮ
１引言
回热器是斯特林制冷机的核心部件，其传热过程分为两个阶段：热吹期和冷吹期。在热吹期，
回热器的换热表面积，但也增加了回热器内部的
ห้องสมุดไป่ตู้
流动阻力，增大压降损失。对回热器的优化主要是针对二者损失之间的优化，达到二者之和最小。
ｇｅｎｅｒａｔｏｒｐａｃｋｉｎｇｃｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙｆｏｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｗｈｉｌｅｔｈｅｓａｎｌｅｓｔｕｄｙａｌｓｏｆｏｕｎｄｔｈａｔｕｓｉｎｇａｉｆｎｅｒｍｅｓｈｆｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｆｏｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｏｆＳｔｉｄｉｎｇｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂａｓｅｄｏｎＲＥＧＥＮ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｓｅｓｅｉｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａ－ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｅｎｇｔｈｆｏｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｒａｔｉｏｆｏｅｘｐａｎｓｉｏｎｓｐａｃｅ，ｔｈｅｍｅｓｈｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｐａｃｋｉｎｇｆｏｒｍｂｙｕｓｉｎｇＲＥＧＥＮ３．３．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｗａｓｄｏｎｅ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｆｏｕｎｄｔｈａｔｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｍｅｓｈｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｒｅ－

中国工程热物理学会传热传质学

斯特林发动机中回热器性能研究黄护林1，张喜东1，吴月1，2，亓宗磊1(1. 南京航空航天大学航天学院，南京，210016；2. 无锡油泵油嘴研究所，无锡，214000)摘要：斯特林发动机中回热器的有效性对斯特林发动机的整机性能有较大的影响。

本文通过商业软件FLUENT的动网格功能模拟了回热器内部流场的交变流动以及流体工质与回热器之间的往复式热量交换，进而捕捉斯特林发动机运行时，回热器基体在高速交变气体流场中温度场的变化规律。

研究结果表明，回热器的有效性和流阻损失随孔隙率的增大而减小，随长径比的增大而增大。

因此在设计斯特林发动机时需要综合考虑回热器的孔隙率和长径比。

关键词回热器性能；孔隙率；长径比；有效性；流阻损失中图分类号：TK514, TK05 文献标志码：APerformance of Stirling engine regeneratorHuang Hulin1，Zhang Xidong1, Wu Yu1,2, Qi Zonglei1(1. College of Astronautics, Nanjing University of Aeronautics ＆Astronautics, Nanjing, 210016, China；2. Wuxi institute of oilpump and nozzle, Wuxi, 214000, China)Abstract：The efficiency of Stirling engine regenerator influences mightily the performance of Stirling engine. The periodical oscillating flow in the regenerator and the heat transfer characteristics between fluid and regenerator are modeled in two dimensions by the dynamic mesh model of the commercial CFDsoftware-FLUENT®.Moreover, the regenerator temperature field can be also gained when the Stirling engine begins to work. The results show that the regenerator effectiveness and loss of flow resistance decreases with the increase of the porosity, and increases with the increase of length-diameter ratio. Therefore the porosity and length-diameter ratio needed to be selected according to the overall design requirements of the engine.Key words：regenerator performance; porosity; length-diameter ratio; effectiveness; loss of flow resistance2013-07-00收到初稿，2013-00-00收到修改稿。

斯特林发动机模型制作与研究

毕业设计(论文) 题目斯特林发动机模型制作与研究系别动力工程系专业班级热能与动力工程08k3班学生姓名指导教师王庆五二○一二年六月斯特林发动机模型制作与研究摘要随着石油资源的日益短缺，石油价格逐渐上涨，传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。

研究能以天然气、沼气、生物质等作为燃料的发动机有关技术，对于促进能源的综合利用、改善当前使用单一石油资源的状况并减少环境污染，创造节约型社会，具有重要的意义。

斯特林发动机作为外燃机具有的燃料多样化、效率高、噪音和污染小等特点，适于利用农村薪材、桔杆和太阳能进行发电。

斯特林发动机得天独厚的优势，以及各种新材料新技术的出现，斯特林发动机必将代替内燃机为21世纪提供主要动力。

斯特林发动机的广泛应用，必将使我国的能源利用效率得到大幅度提高，无沦是对环境保护还是节能减排，都有着非常重要的积极意义，也将会为我国的经济又好义快的发展提供充足动力。

本文通过研究斯特林发动机的性能特性，讲述了斯特林发动机的结构类型与主要分析方法，总结了斯特林发动机的关键技术，阐述了斯特林发动机的特点及主要应用，设计制造了斯特林发动机模型，并对该模型进行了实验分析，得出的结论和模拟性能基本一致。

关键词:斯特林发动机；性能模拟；设计实验Stirling engine model production and studyAbstractThe oil energy is reducing and its price is increasing day by day,theinternal-combustion engine has brought environment pollution and broken zoology balance，the problems are standing out．Researching engine that can combust gas，marsh gas，biology is very signification that it can promote the compositive utilization of energy，change the use of only one oil energy，reduce environment pollution，create the economy society．The Stirling engine as outboard engines with fuel diversification, high efficiency, noise and pollution and other characteristics, suitable for rural fuelwood, straw and solar power generation. The unique advantage of the Stirling engine, as well as a variety of new materials, new technologies emerge, the Stirling engine will replace the internal combustion engine to provide the main driving force for the 21st century. Wide range of applications of the Stirling engine, will make China's energy use efficiency has been greatly improved, no occupied by the enemy of environmental protection or energy saving, have very important positive significance, will also be good for China's economic justice the fast pace of development to provide adequate power.According to the requirements on the development of energy and basing on the theory of stifling engine，the software the simulate stirling engine character is developed,then the configuration-type and analytical method of Stirling cycle were elaborated in the following parts.The key technology that affect the performance was also summarized.Through its character,the stifling engine model is designed and manufactured，and it is tested，the conclusion consistent with the simulation character．Key Words:stirling engine，simulation eharaeter`designing experiment目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 斯特林发动机的背景及意义 (1)1.2 斯特林发动机国内外研究动态 (2)1.2.1 国内发展状况 (2)1.2.2 国外发展状况 (2)1.3 本文的主要研究内容 (4)2 斯特林发动机组成及理论分析 (5)2.1 斯特林发动机的组成 (5)2.2 斯特林发动机的工作原理 (6)2.3 斯特林发动机热效率分析 (8)2.4 小结 (8)3 斯特林发动机性能分析 (10)3.1 斯特林发动机实际循环性能分析计算 (10)3.1.1 数学模型的建立 (10)3.2 斯特林发动机性能模拟及影响性能因素 (13)3.2.1 膨胀腔、压缩腔示功图和总示功图 (13)3.2.2温度、压力、转速等因素对斯特林发动机性能影响 (14)3.3 结论 (15)4 斯特林发动机模型设计制作 (16)4.1 斯特林发动机的设计类型 (16)4.2 斯特林发动机设计参数的选择及确定 (16)4.3 斯特林发动机的具体尺寸及制作 (17)4.3.1 斯特林发动机模型外型 (17)4.3.2 制作方法及制作工序 (18)4.3.3 组装次序及注意事项 (22)4.3.4 试运行 (23)4.4 小结 (23)5 斯特林发动机在联合循环及余热利用中的研究 (24)5.1 朗肯—斯特林联合循环 (24)5.2 燃气轮机—斯特林联合循环 (26)5.3 小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论在当今世界科学技术的迅速发展，人们在不断完善现有动力机的同时，还在努力探索开发新型的动力机，外燃机就是在这样的背景下设计成功的，随着石油资源的日益短缺，石油价格逐渐上涨，传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。

太阳能斯特林发动机调研报告

一．太阳能斯特林发动机的研究意义进入21世纪，人类社会面临着严重的能源紧缺和环境污染。

传统能源中的石油和天然气将在未来几十年内耗尽,煤尽管还能用一二百年，但它会对生态和环境带来很多的副作用。

在世界范围内的能源危机中，中国更是首当其冲。

因此研究开发无污染、可再生的新能源与能源转换技术是科技界的当务之急[1]。

从能源管理角度来讲,太阳能是产生动力的可再生和不可耗尽的重要能源之一。

把太阳能转换成机械能的有几种方法。

其中理论上可达到最大效率的是斯特林发动机(或热气机)。

斯特林发动机是一种简单的外燃机。

这是罗伯特·史特灵在1816年（英国、专利号4081)就提出的概念。

和内燃机相比，这种发动机效率高、污染小、噪音低等优点。

可以应用在许多领域内中作为清洁高效的动力机, 对节能减排、保护环境有重要意义。

二．斯特林发动机的原理斯特林发动机是利用高温高压的氢气或氦气作为工质, 通过2个等容过程和2个等温过程可逆循环( 图1) 。

气缸中装有2个对置的活塞, 中间设置1个回热器用于交替的吸热和放热, 活塞和回热器之间为膨胀腔和压缩腔。

膨胀腔始终保持高T max, 压缩腔则始终保持低温T min。

由图1可见, 斯特林循环由以下4个换热过程组成: 1- 2为等温压缩, 热量从工质传递给外部低温热源; 2-3 为等容过程, 热量从回热器传给工质; 3-4为等温膨胀,热量从外部高温热源传递给工质; 4-1 为等容过程, 热量由工质传递给回热器。

斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。

斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。

这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。

燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。

图1.斯特林循环下面是一台斯特林发动机示意图：发动机内的气体是循环加热的（通过酒精灯）并且膨胀推动动力活塞（图中蓝色）向上运动,同时黄色活塞也向上运动。

斯特林发动机加热器的设计和研究

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6 斯特林发动机加热管热应力分布
热力耦合模块连接方式
加热管三维模型图
加热管网格划分图
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6 斯特林发动机加热管热应力分布
加热管温度分布
从图中可以看出加热管的外壁温度恒定在450℃左右，并且温差变化不大，这可以说明工质在加热管中所受到的热量是均匀的，换热效果可以得到保证。
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5 斯特林发动机加热器的设计参数选择与计算
原有斯特林发动机参数如下， 2Kw的斯特林发动机循环系统采用空气作为工质，工质的工作压力为0.8-1MPa,过量空气系数ɑ=1.4，额定输出功率为2Kw，该发动机的发电效率并不是很高，其发电效率只有25%，2Kw斯特林发动机采用配气活塞式（β型）斯特林发动机,其活塞直径为102mm，活塞行程为5.65cm，转速为1200r\min，频率为 20Hz，在最大程度保持原有参数不变的情况下，现对斯特林发动机加热管进行初步参数设计：
斯特林发动机加热器的设计及其性能研究
指导教师：李琦芬学生姓名：苏磊专业：热能与动力
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目录
1
斯特林发动机介绍
2
3 4 5
斯特林发动机基本特点
斯特林发动机的应用
斯特林的加热器
斯特林加热器参数选择与计算
斯特林发动机加热管热应力分布总结
6
7
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1 斯特林发动机介绍
斯特林发动机是一种外部燃烧的往复活塞式发动机，它做功的工质通常为气体，通过闭式回热循环的方式来改变密封在机体内部工质压力和体积从而获得能量
6 斯特林发动机加热管热应力分布
热应力分布
从图上可以看出，加热器所受的最大应力值发生在筒体内表面与加热管相接触的部分，为85.1065MPa，其余部分并未受到较大应力的作用。由于加热器整体材料的许用应力值为137MPa，因此，根据热应力模拟分布显示，加热器的最大应力值小于材料的许用应力，所以可以得到，加热管的结构强度符合设计的应用条件，满足强度要求

斯特林发电机的热力学性能研究

斯特林发电机的热力学性能研究一、引言斯特林发电机是一种基于斯特林循环原理的热机，具有低噪音、可靠性高、无污染等优点。

它利用外部供热源和冷源使气体在气体内部循环，从而产生机械功。

研究斯特林发电机的热力学性能对于提高其效率、降低成本以及推广应用具有重要意义。

二、斯特林发电机基本原理斯特林发电机是一种基于斯特林循环原理的热机。

其基本原理是将工作气体（氢气、氦气等）在两个不同的温度下进行热机过程，利用热机效应将热量转变为机械能或电能。

其基本循环过程包括四个部分：加热，等容，冷却和等容。

三、斯特林发电机的热力学性能参数1. 热效率热效率是指斯特林发电机在工作过程中所转换的热能与所输入的热能之比。

热效率越高，其能够转换的热能就越多，能量利用效率就越高。

热效率的计算公式为：η = (W/Q) × 100%其中， W为输出的功率，Q为输入的热能。

2. 动力密度动力密度是指单位体积发电机所能输出的最大功率。

动力密度越大，发电机的输出功率就越大，同样的体积内能够输出更多的功率，能够满足更多能源需求。

动力密度的计算公式为：P = W/V其中，W为输出功率，V为发电机的体积。

3. 总效率总效率是指发电机从输入热能到输出电能的能量转换效率。

总效率的计算公式为：ηtotal = (Wout / Qin) × 100%其中，Wout为输出的电能，Qin为输入的热能。

四、斯特林发电机的热力学性能提高措施1. 提高工作流体的温度斯特林发电机的热效率随着工作流体温度的升高而增加。

因此，可以通过提高工作流体的温度来提高热效率。

但同时要注意避免过高的温度导致机械损坏。

2. 减小流体质量发电机的总效率与流体质量成反比，因此减小流体质量可以提高总效率。

但同时，过小的流体质量会导致输出功率不足的问题，需要根据实际情况进行调整。

3. 提高制冷能力斯特林发电机的性能受制冷能力的影响，可以通过适当增加制冷能力来提高发电机的性能。

空调温区自由活塞斯特林制冷机中回热器的优化设计

收稿日期:2019-03-12 基金项目：国家“十三五”装备预研领域基金(61404140204) 作者简介:陈曦(1977-),男，上海人，博士，副教授,主要从事小型低温制冷机,低温传热技术,天然气液化及冷能利用的研究。
E-mail: Chenxistudy@。
232
真空与低温
第25卷第4期
Key words:air-conditioning temperature zone;FPSC;regenerator;optimization design
0引言
近年来低温技术被广泛应用，产生低温环境的低温制冷机随之蓬勃发展。小型自由活塞斯特林制冷机的技术也趋于成熟,正在拓展其应用领域,主要向普冷温区(>120 K)、大制冷量、超低温区(4~20 K) 和热驱动化等方向发展叫以斯特林制冷机为代表的回热式低温制冷机相比于普冷温区常用的传统蒸气压缩制冷系统，其工质对环境更为友好，因此越来越多国内外研究学者与机构致力于将斯特林制冷推广用于商业制冷。斯特林商业制冷的研究主
器效率最大化。同年,Guo等㈣发现FPSC的理想数学模型中未考虑回热器流阻损失和回热损失等因素，因此其计算结果不如Sage模型精确。目前，针对空调温区FPSC回热器的优化设计研究不多，此温区下回热器结构参数与制冷性能的关系还有待进一步探究。
行了优化设计。回热器填料选择了流阻损失较小的卷箔式结构和聚酯材料。搭建了 Sage整机模型和回热器模型以
分析不同回热器长度和孔隙率对回热器换热损失及整机制冷性能的影响,280 K制冷温度下回热器长度和孔隙率的
优化结果分别为32 mm和76%。最后分析了 FPSC内部换热损失的分布情况，验证了卷箔式结构在空调温区应用中

斯特林发动机的工作原理及其优缺点探究

斯特林发动机的原理探究以及未来发展学校：平凉一中班级：2017届19班指导教师：柳荣春组长：卢彬组员：高阳阳刘译遥颉映汝兰子文胡鑫鑫张楷浛摘要：随着全球能源与环保的形势日趋严峻，斯特林发动机由于其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。

基于以上因素，本文结合实践，对于斯特林发动机的循环原理，优缺点进行了研究，对其应用以及研发改良进行相关探讨，并对其未来发展作出合理展望。

关键词：斯特林发动机能源环境循环原理研发改良斯特林发动机是英国物理学家罗巴特·斯特林于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”。

斯特林发动机是通过气缸内工作介质（氢气或氦气）经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。

斯特林发动机是一种外燃发动机，其有效效率一般介于汽油机与柴油机之间。

一、斯特林发动机的循环原理斯特林发动机及其循环编辑1816年伦敦牧师Robert Stirling提出了一种活塞式热气发动机一斯特林发动机的构想，这是一种外部加热的闭式循环发动机。

该循环由两个等温过程和两个定容回热过程组成，属于概括性卡诺循环的一种。

实现斯特林循环的关键在于实现回热。

斯特林构想的热机由两个气缸-活塞夹一个蓄热式回热器组成。

其制冷工作过程工作原理如下：两个气缸-活塞系统为膨胀气缸-活塞系统和压缩气缸-活塞系统，分别对应于高温吸热和低温放热过程。

两个气缸内工质气体通过蓄热式回热器连通，假定两个气缸缸套保持良好等温传热能力，以保证缸内气体温度各自始终不变(等温)，稳态工作状况下，蓄热式回热器已经建立了从低温( 膨胀气缸)到高温(压缩气缸)的稳定温度梯度。

定义两个气缸-活塞系统中活塞靠近蓄热式回热器的行程止点为近止点，远离回热器的行程止点为远止点。

选取循环开始时压缩活塞位于远止点，膨胀活塞位于近止点。

此时工质气体完全处于压缩气缸中(假定理想情况下回热器内不存储气体)，状态点编号为2。

工质和回热器参数对斯特林制冷机性能影响的研究.kdh

文章编号：0253-4339(2009)01-0049-07工质和回热器参数对斯特林制冷机性能影响的研究孙乐安银松卢勇束鹏程(西安交通大学流体机械及压缩机国家工程研究中心西安 710049)摘要针对斯特林制冷机在环保、节能、结构紧凑等方面的优点，建立了一种应用于制冷温区(即：家用和商用冰箱领域，温度在173K~283K的范围)的整体式斯特林制冷机。

并对其进行了不同工质(分别采用的氮气和氦气)和四种不同的回热器结构参数(文中表2)对整机性能影响的研究。

研究结果表明：整体式斯特林循环制冷机应用于制冷温区时，各种结构间存在着最优匹配。

四种回热器结构中结构3的系统整机性能最优。

在最优匹配的结构中，不同工质氮气和氦气的最佳充气压力和制冷性能有所不同，在结构3中以氮气和氦气为工质的最佳充气压力分别为1MPa和1.3MPa，而制冷量和COP与转速的最优关系区域分别是：氮气为500~700r/min，氦气为800~1000r/min。

关键词热工学；性能；斯特林制冷机；工质；回热器；研究中图分类号：TB651 文献标识码：AInfluence of Working Fluids and Regenerator Parameters onPerformance of Stirling RefrigeratorSun Le’an Yin Song Lu Yong Shu Pengcheng(National Engineering Research Center of Fluid Machinery and Compressors, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049, China)Abstract A V-type integrated Stirling refrigerator was developed. The influence of different working fluids and four configurations on the performance of the regenerator was investigated. The parameters such as power consumption and Coefficient of Performance (COP) were discussed at various rotating speed and charged pressure. The results show that in the Stirling refrigerator used at refrigeration temperature, the configuration 3 is the optimal structure match of this prototype unit with the optimal charging pressure of 1 MPa for nitrogen and 1.3 MPa for helium. In addition, the rotational speed for the optimal cooling capacity and COP is 500–700 r/min for nitrogen and 800-1000 r/min for helium.Keywords Pyrology; Performance; Stirling refrigerator; Working fluids; Regenerator; Investigation斯特林制冷机由于其高效和可靠性而广泛地用于航空航天、导弹制导、遥感遥测等诸多低温领域[1]。

高频热声斯特林发动机的实验研究

要小。
图１高频热声斯特林发动机示意图
Ｆｉｇ．１
Ｓｃｈｅｍａ七ｉｃｄｒａｗｉｎｇｏｆｔｈｅｈｉｇｈｆ｝ｅｑｕｅｎｃｙｔｈｅｒｍｏａｃｏｌｌｓｔｉｃ＿Ｓｔｉｒｌｉｎｇｈｅａｔｅｎｇｉｎｅ．
１．２测量系统实验的测量系统主要包括压力测量和温度测量。压力测点Ｐ位于距离声容腔约１０ｍｍ的惯性管内，测量当地的压力波振幅和自激振荡频率。温度测点有三个，采用Ｋ型铠装热电偶，分别测量高温端换热器的固体温度乃、主室温端换热器和次室
ＴＨＥＲＭｏＡＣｏＵＳＴＩＣ．ＳＴＩＲＬＩＮＧ
ＹＵＧｕｏ—ＹａｏＬＵＯＥｒ—Ｃａｎｇ
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（Ｔｅ如丑』ｃ副如ｓ蹴ｕ｝ｅＤ，尸＿妨ｓｊｃｓＡｂｓｔｒａｃｔ
ｃ啦鲫ｊｓｌ锄∞ｊ刀ｅｓｅＡｃａｄｅｗ，ｏ，ｓｃ』ｅ丑ｃ％Ｂｅ她ｇｌｏｏｌ９０，∞ｊ丑８）
收稿日期ｔ２００８－０１．１ｌ；修订日期・２００８＿１１．０６基金项目：自然科学基金杰出青年基金项目（Ｎｏ．５０６２５６２０）；中国科学院三期方向性项目资助（Ｎｏ．ＫＪｃｘ２一Ｙｗ２－ｗ０２）作者简介：余国瑶（１９８１一），男，浙江宁波人，博士研究生，主要从事热声热机方面的研究．
波发动机驱动脉管制冷机的研究，平均压力为３．１ＭＰａ，发动机出口的压力振幅为ｏ．１９ＭＰａ时获得
１．２３、１．２２和１．２４．
Ｈｚ、９８
Ｈｚ和７６Ｈｚ时，其压比分别达到了１．１７、
关键词高频；热声斯特林发动机；布置方位；工质中囝分类号ｔ
ＴＫｌ２３
文献标识码ｔ
Ａ
文章编号；０２５３＿２３ｌｘ（２００９）０１—００１７－０４

牛津型斯特林制冷机回热器特性的理论研究

｛小，ｆ｛＿气流温度渡动影州根大并｝绗出了回热器优化的措施ｍ对Ｔ
关键词律斯特林制玲机同热器特性牛
交坐流动
１引言
牛津型斯特林制冷机是上世纪七十年代末英国牛津大学发明的。牛津大学的研究者，与Ｈｍａｉ公司合作进行了卓有成效地商品开发，ｙｔｃ由于采用Ｔ线性电机双驱动压缩机、态动非接触密封、弹簧支撑、染控制等关键技术．在加工工艺、验手段等方面有所突板污并实破至今．种制冷讥已广泛直用于航空航天工业、星遥感、这卫低温工程、低温电子学、低温生物学等领域，国外有一些公司同时将其应用于家电领域。
在低温制冷机中．回热器既是传热元件又是阻力元件．量与动量传输及转换过程是相热
互彤响的，确获得回热器内热动力参数的传输特性，合理设计低温制冷机有重要准对
响。
本文考虑到工质气的可压缩性和非理想效应．进入气流简谐波动的条件下对回热器在
Ｐ：ｐ７Ｒ’
（）４
（）５
其中Ｑ为单位体积气体从填料吸收的热量．Ｒ为气体常数，为气体动力粘度。
张存泉吴亦农僚烈刘东毓
（海交通大学低温洲试与研究中心．海，０００上２０３）
（＊中目科学院』海技术物理研竞所海．００３上２０８）

斯特林发动机循环分析-工程热力学

斯特林发动机循环分析(北京交通大学机电）摘要：斯特林发动机不仅理论热效率高，等于卡诺循环效率，而且作为外燃机其排放特性非常好，所以近三十年来一直是研究的热点。

本文介绍了斯特林发动机的装置特点、动力性能等，并对理论循环进行了分析，提出了提高循环热效率的方法及措施。

关键词：斯特林发动机，斯特林循环，热效率1.斯特林发动机介绍1.1斯特林发动机的装置特点热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。

热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。

在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。

气缸一端为热腔，另一端为冷腔。

工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。

已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。

试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。

按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。

在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。

1.2斯特林发动机的应用现状1.2.1 国内发展状况我国从七十年代末即开始斯特林发动机的研究开发工作，已设计出功率150W-IOkW发动机11种，多数已在实验室正常运转。

现从事此项工作的约300人，并正筹建中国热气机研究会。

北京农业工程大学凌泽芝同志在能源政策研究通讯1991年第一期“发展热气机、促进农村电气化”一文中介绍国内外斯特林发动机的发展概况及其特点后建议：“充分利用我国农村丰富的生物质能源和部分地区丰富的太阳能资源以解决农业用电问题”。

并希望纳入国家“八五”科技规划和组织有关单位联合攻关。

上海711研究所研制出热气机，是一种具有国际水准的科研成果，而排放的污染气体比目前市面上的其它发动机都要小，达到欧洲排放标准。

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ｐａｃｉｔｙｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｓｌａｒｇｅｒ，ａｎｄｔｈｅｓｔａｒｔ — ｕｐｓｐｅｅｄｏｆｆｏａｍｅｄｃｏｐｐｅｒｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｓｆａｓｔｅｒ；Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆ７５％ｐｏｒｏｓｉｔｙｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｓｌａｒｇｅｒ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｓｐｅｅｄｏｆ８５％ｐｏｒｏｓｉｔｙｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｓｆａｓｔｅｒ；Ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏｓｓｏｆ２：１ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｓｓｍａｌｌｅｒ，ｗｈｉｌｅｔｈｅ３：１ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ
斯特林发动机回热器性能研究
麦志豪，邹城，陈观生，李凤，张仁元
（广东工业大学材料与能源学院，广东广州５１０００６）
摘要：对不同材料及孔隙率的斯特林发动机回热器的性能进行了多循环模拟分析和实验研究．研究的回热器填充材料有泡沫铜与不锈钢丝网，材料孔隙率分别为７５％、８５％以及复合型孔隙率，回热器长径比为２：１及３：１，研究结果显示：不锈钢回热器的热容量较大，而泡沫铜回热器的启动速度和换热速度较快；７５％孔隙率回热器换热量较
大，而８５％孔隙率回热器温度场收敛速度更快；长径比２：１回热器压损较小，而３：１回热器的换热量较大．经实验
研究分析，实验数据与模拟结果偏差约为５％，可为斯特林发动机回热器的设计提供依据．关键词：斯特林发动机；回热器；多孔介质
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＳｔｅｒｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅｉｌｆｌｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｆｏａｍｅｄｃｏｐｐｅｒａｎｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｗｉｒｅｍｅｓｈ，ｗｈｏｓｅｐｏｒｏｓｉｔｙｗａｓ７５％ｏｒ８５％
第３１卷第１期
２０１４年３月
广东工业大学学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏ１．３１Ｎｏ．１Ｍａｒｃｈ２０１４
中图分类号：Ｕ４６４．９２文献标志码：Ａ文章编）Ｏ１ — ０１２１ — ０５
ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｔｕｄｙｏｆＨｅａｔＲｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｏｆＳｔｉｒｌｉｎｇＥｎｇｉｎｅｓ
ｅｘｃｈａｎｇｅｒｈｅａｔｉｓｌａｒｇｅｒ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｉｓｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈａ５％ｍａｒｇｉｎｏｆｅｒｒｏｒ．ＳＯｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｒｅ —
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｌｅｎｇｔｈｔｏｄｉａｍｅｔｅｒｗａｓ２：１ｏｒ３：１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｈｅａｔｃａ —
ＭａｉＺｈｉ — ｈａｏ，ＺｏｕＣｈｅｎｇ，ＣｈｅｎＧｕａｎ— ｓｈｅｎｇ，ＬｉＦｅｎｇ，ＺｈａｎｇＲｅｎ－ｙｕａｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙ，ｇＧｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）