斯特林发动机的等温模型分析
气动分置式斯特林制冷机的等温模型分析
项 目 公 式
ｏ ａ ． 压缩汽缸直径 Ｄ ／ ｍ １ 充气压力 Ｐ ／ＭＰ ２５ ｃｍ ４ 压缩机行程 Ｚ ／ ｍ ｃｍ １ 运行频率ｆ／ ｚ ０ Ｈ ５ ０ ３０ ０ ８ ０ 膨胀汽缸直径 Ｄ ｍｍ ． 热端温度 Ｔ Ｋ ｅ／ ９ ４ ｃ／
气 动 分置 式斯 特 林 制 冷 机 的等 温 模 型分 析
李 娜 ，曲晓萍
（ 国科 学 院 上 海 技 术 物 理 研 究 所 第 四研 究 室 ，上 海 玉 田路 ５ ０号 ２ ０ ８ ） 中 ０ ００ ３
摘要 ：涉及的气 动分置式斯特林制冷机实验性能为 ４ 输入 ８ ／ 是 上海技术物理研究所三期创新研究项 ０ｗ ０Ｋ １Ｗ， 目，本文采用等温模 型对该制冷机的制冷性能进 行理论计算 ，计 算结果与 实验值 基本一致 。另外 ，还对 制冷机 些参数对理论 制冷量 、冷损 、有效制冷量等的影响进行 分析 ，为合理选取这些参数提供理论依据 。
Ｌ ａ Ｑ ｉ ・ｉ Ｉ ， Ｕ Ｘ ａ ｐｎ Ｎ ｏ ｇ
（Ｓａｇａ Ｉｓｔｔ ｏ ｅｈ ｉ ｌ ｈｓ ｓ ｈｎ ｓ ｃｄ ｍ ｆ ｃｅｃｓ Ｓ ａｇａ ２０ ８ ， ｈｎ ｈ ｈｉ ｎｔｕ ｆ ｃｎｃ ｙｉ ，Ｃ ｉｅｅＡ ａｅ ｙｏ ｉｎｅ ， ｈ ｈ ００ ３ Ｃ ｉａ） ｎ ｉ ｅ Ｔ ａＰ ｃ Ｓ ｎ ｉ
ｅ ｅ ｉ ｌ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ．Ｉ ａ ｏａ ａｙ ｅ ｃｏ ｓｅ ｅ ｔ ｇｔ ｈ ｅｒｇ ｒ ｔ ｎ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｎ ｄ ｐ ｖｄ ｓｇ ｉａ ｃ ｒ ｈ ｏ ｉｇ ｈ ｓｗ ｔ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｌ ｌ ｚ ｓ ａ ｔｒ ｆ ｃｉ ｔ ｅｒ ｆ ｅ ａ ｉ ａ ａ ｉ ｔ ．ａ ｒ ｉ ｅ ｕ ｄ ｅｆ ｏ ｓｎ ｌｔ ｈ ｉ ｓ ｎ ｆ ｎ ｏ ｉ ｏ ｉ ｏ ｎ ｏｃ
斯特林发动机 研究 发展
关于斯特林发动机的研究与发展学号：13015218姓名：彭俊图摘要:简述了斯特林发动机的发展历史及研究现状，介绍了斯特林循环并归纳了斯特林循环的分析方法，阐述了斯特林发动机的特点和应用，并展望了斯特林发动机的发展前景。
关键词:斯特林发动机;斯特林循环;碟式太阳能热发电系统随着社会的不断发展，化石燃料的消耗量日益增大，传统燃料的内燃机将面临着严重的能源危机，而积极解决这个问题的有效途径之一是开发一种可以使用与传统内燃机不同的燃料的动力装置，斯特林发动机则是目前可行的最佳途径之一。
斯特林发动机(Stirling engine) 又叫热气机，是一种封闭式外燃机，具有燃料来源广，热效率高，排气污染少，噪音低，运转特性好，结构简单，维修方便等优点，并且在太阳能碟式发电系统中有着重要的应用，越来越受到人们的关注。
国外一些专家预言，21 世纪将是斯特林发动机的世纪。
1 斯特林发动机的发展1816 年，罗伯特·斯特林(Robe Stirling) 发明了闭式循环的热气机一一斯特林发动机。
在当年的第4081 号专利中，罗伯特·斯特林在历史上第一次描述了回热器的结构和应用，并对第一台闭式循环热气机的构造进行了描述斯特林发动机是一种外部燃烧(加热)的封闭式活塞发动机。
自罗伯特·斯特林于1816 年发明斯特林循环以来，限于当时条件，大部分发动机的功率和效率都很低，逐渐被比其发明晚半个多世纪的内燃机所替代。
1916 年最后一台老式斯特林发动机出厂，斯特林发动机的发展告一段落[1 3J 近几十年来，随着能源问题和污染问题日益突出，以及斯特林发动机的一些关键技术问题的解决和它所特有的优点，因而受到了国内外的广泛关注。
20 世纪30 年代到60代，现代斯特林发动机的鼻祖一一荷兰的菲利普公司开创了现代斯特林发动机发展的新阶段。
之后经过通用发动机公司、福特汽车公司、瑞典联合热气机公司的不断发展，在包括美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本等主要工业国家政府的资助下，在碟式太阳能热发电、制冷和热泵等领域取得重要进展。
利用机器学习对斯特林发动机进行建模及分析
利用机器学习对斯特林发动机进行建模及分析斯特林发动机是一种热力学发动机，是经典机械工程和传统热力学经典理论结合的产物，具有体积小、重量轻、噪音低等优点，被广泛应用于无人机、飞艇等领域。
然而，斯特林发动机的性能异常复杂，其基本工作原理涉及到各种流理论、热传递理论、热力学理论等，其性能分析和优化往往都是非常困难的。
因此，基于机器学习的斯特林发动机建模技术很有必要。
一、为什么需要机器学习建模技术？斯特林发动机的性能与许多因素有关，包括工作气体、管道布局、辐射传热、损失等方面，现有的分析方法要么太过理论化，要么过于经验化。
如果想要对斯特林发动机有更深入的理解，我们需要一种全面的、多角度的分析方法，能够针对不同的因素进行分析，帮助我们找到影响发动机性能最重要的因素，以及这些因素之间的相互作用关系，为后续的优化设计提供科学指导。
而机器学习正好具备这样的优势，它能够提取大量的数据信息、挖掘数据之间的潜在关系，帮助用户从数据中发现规律、进行统计学分析、分类、预测、模拟等综合处理，能够较好地解决实际问题。
因此，利用机器学习技术构建斯特林发动机的模型，有助于分析发动机性能，进行优化设计，提高发动机的效率。
二、机器学习建模技术的具体实现方法机器学习建模技术的实现需要一定的数据支持，主要包括发动机的工作特性、性能指标、设计参数等，这些数据可以通过实验数据的采集、文献数据的搜索等途径得到。
根据所筛选出来的数据进行处理，包括数据清理、预处理、降维、特征工程等环节，以得到符合机器学习要求的数据特征，为后续的模型构建打下基础。
然后，利用机器学习的算法和模型，对所得到的数据进行分析和建模。
其中，有监督学习算法可以从已知的数据中进行学习，建立预测模型，如支持向量机、决策树、随机森林等；无监督学习算法可以对未知的数据进行分类、聚类等处理，如聚类分析、主成分分析等；半监督学习算法则兼顾有监督和无监督学习的优势。
在模型构建过程中，需要将数据集划分为训练集、验证集、测试集等，通过不断地调整参数和算法，以提高模型的精度和泛化能力。
百瓦级气体轴承斯特林发电机研究
撑 机构 合 理调相 作 用 下 ， 把 热 腔 内气 体 的热 势 能
转 化为 冷 腔 内气 体 压 力 波 ， 同时 驱 动 动 力 活 塞 连
同直线 发 电机 的动 子 一 起 往 复 运 动 ， 使 线 圈 内 的
由理 想 气 体 状 态 方 程 可 知 ， 系统 瞬 时压 力 Ｐ
可表 达 为 ：
２ 斯 特 林 发 电机 的设 计 与 分 析
２ ． １ 斯特 林发 电机 工作 过程
气 体轴 承斯 特 林 发 电机 的结 构 如 图 ２所 示 ， 包括热腔 、 冷腔、 动力活塞 、 配气活塞 、 直 线 发 电 机、 回热 器 等 。在斯 特林 发 电机 的工 作 过程 中 ， 热 腔 与热 源相 连维 持 高温 ， 冷 腔 采 用 水 冷 方式 保 持 低温 ， 并 在 回热器 中建 立 温 差 。热 腔 气体 受 热膨 胀 推动 配气 活塞 运 动 ， 在 配气 活塞 、 板 弹簧及 其支
可得 Ｐ
图 ２ 气 体 轴 承斯 特 林 发 电 机结 构 图
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｔ ｉ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ
（ ５ ）
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（ ６ ）
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（ ７ ）
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其中： ， ｃ ＝ 。 ／ ，
气动分置式斯特林制冷机的等温模型分析
气动分置式斯特林制冷机的等温模型分析
李娜;曲晓萍
【期刊名称】《低温与特气》
【年(卷),期】2008(026)002
【摘要】涉及的气动分置式斯特林制冷机实验性能为40 W输入80 K/1 W, 是上海技术物理研究所三期创新研究项目,本文采用等温模型对该制冷机的制冷性能进行理论计算,计算结果与实验值基本一致.另外,还对制冷机一些参数对理论制冷量、冷损、有效制冷量等的影响进行分析,为合理选取这些参数提供理论依据.
【总页数】4页(P11-14)
【作者】李娜;曲晓萍
【作者单位】中国科学院,上海技术物理研究所,第四研究室,上海,玉田路,500
号,200083;中国科学院,上海技术物理研究所,第四研究室,上海,玉田路,500
号,200083
【正文语种】中文
【中图分类】TB61+1
【相关文献】
1.6W@80K气动分置式斯特林制冷机轻量化设计和性能优化 [J], 熊超;李娜;杨开响;曲晓萍;吴亦农
2.气动分置式斯特林制冷机被动减振技术研究 [J], 孙述泽;闫春杰
3.无气动腔型气动分置式斯特林制冷机推移活塞位移研究 [J], 李娜;吴亦农;曲晓萍
4.分置式斯特林制冷机气动膨胀机阶梯轴振子运动特性研究 [J], 江重桦;陈晓屏;夏
明;李海英;黄伟;陈军
5.气动分置式斯特林制冷机冷热端狭缝换热器的优化设计 [J], 陈曦;张利锦;朋文涛;霍晴舟;杨文量;刘旭;缪源;蔡诗
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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。
热力学循环分析卡诺循环与斯特林循环的效率比较
热力学循环分析卡诺循环与斯特林循环的效率比较热力学循环是研究热能转化的重要理论基础。
在能源领域，卡诺循环和斯特林循环是两个常见的热力学循环模型。
本文将对这两种循环进行分析，并比较它们之间的效率。
一、卡诺循环卡诺循环是由尼古拉·卡诺提出的热力学循环模型，它是理想的热力学循环。
卡诺循环包含两个等温过程和两个绝热过程。
1. 等温膨胀过程：在温度为Th的高温热源中，工质从初始状态A 吸收热量Qh，由于等温过程，温度保持不变，工质膨胀到状态B。
2. 绝热膨胀过程：在绝热过程中，工质不与外界交换热量，从状态B膨胀到状态C。
3. 等温压缩过程：在温度为Tc的低温热源中，工质释放热量Qc，由于等温过程，温度保持不变，工质压缩到状态D。
4. 绝热压缩过程：在绝热过程中，工质不与外界交换热量，从状态D压缩回到初始状态A。
卡诺循环的效率可以用热机效率来表示，即η = 1 - Tc/Th，其中Tc 和Th分别为低温热源和高温热源的温度。
卡诺循环的效率是所有可能工作于相同两个温度的循环中最高的效率。
二、斯特林循环斯特林循环是由罗伯特·斯特林发明的一种热力学循环，它将膨胀和压缩的过程分离。
这种循环结构包含两个等温过程和两个等容过程。
1. 等温膨胀过程：在高温热源中，工质从初始状态A吸收热量Qh，在此过程中，工质膨胀到状态B，温度保持不变。
2. 等容膨胀过程：工质与热源隔绝，在等容过程中，工质继续膨胀到状态C，压强增加。
3. 等温压缩过程：在低温热源中，工质释放热量Qc，在此过程中，工质压缩回到状态D，温度保持不变。
4. 等容压缩过程：工质与热源隔绝，在等容过程中，工质继续压缩回初始状态A，压强降低。
斯特林循环的效率与卡诺循环类似，可以用热机效率来表示，即η= 1 - Tc/Th。
然而，斯特林循环的实际效率往往较卡诺循环低。
三、卡诺循环与斯特林循环的效率比较卡诺循环和斯特林循环都是理想的热力学循环模型，它们在热能转化效率上具有重要的价值。
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
分置式斯特林发动机热力性能的仿真
研究与探索分置式斯特林发动机热力性能的仿真左承基,唐景春(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009)摘 要: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。
关键词:分置式斯特林发动机;热力性能;仿真中图分类号:T K114 文献标志码:A 文章编号:100527439(2009)0520262204Thermodynamic Performance Simulation on the Split 2type Stirling E ngineZU O Cheng 2ji ,TANG Jing 2chun(School of Machinery and Automobile Engineering ,Hefei University of Technology ,Hefei 230009,China )Abstract :In this paper ,the analyses on the processes of compression and expansion in the Stirling cycle have been developed with varying mass thermodynamics.Based on the isothermal model in which the flow loss of the working fluid is considered ,the dynamic characters regulation such as the pressure of the inner of the split -type Stirling engine were simulated.The results of the simulation demonstrate the major difficulties of the working fluid ’s pressure between the compression and expansion space of the Stirling engine.It is important to improve the power output of the practical Stirling engine with the increasing of the rotational speed of the engine ,the temperature of the high temperature source.K eyw ords :the split 2type Stirling engine ;thermodynamic performance ;simulation 斯特林发动机具有一系列独特的优点,非常适合燃用包括生物质气化燃料在内的各种非传统燃料,具有很好的发展前景,但是要推广应用斯特林发动机目前在技术上还有许多问题有待解决[1-4]。
斯特林发动机三维设计心得体会
斯特林发动机三维设计心得体会
斯特林发动机燃料来源广泛，具有很高的热效率，具有很少的气体污染，工作的时候具有很低的噪音，且工作时性能很稳定，以及它具有简单的结构，是维修方便的一种新型发动机。
本文主要研究内容与成果如下应用分析法，结合数学软件，设计- -款低功率的a型斯特林发动机模型，并对其主要的部件:加热头、冷却器、高温侧活塞、低温侧活塞、飞轮以及连杆的尺寸进行设计，并理论上验证设计的合理性。
应用软件，对所设计的a型斯特林发动机模型，在空间上进行三维建模，了解实物各个零部件的结构分布，以确保每个部件设计的合理性与位置分布的正确性，使实物更具体直观。
应用等温分析法，结合a型斯特林发动机的计算公式，对所设计的a型斯特林发动机模型进行结构性能参数分析，找出关键影响因子:温度比、相位角、死容积比等参数对发动机输出功率的影响，并对参数进行合理的选取，应用正交试验分析法，进行正交试验设计，对影响小型斯特林性能因子进行方差和极差的分析，以此来获得影响因子的较优水平组合以及显著性,使得斯特林发动机的输出功率达到较优性能值。
斯特林发动机极限压力与平均温度关系探析
斯特林发动机极限压力与平均温度关系探析孔令斌( 中国电子科技集团公司第十六研究所 )摘要 本文利用斯特林发动机同一热力学循环中，等容放热过程与等温压缩过程交汇点压力最小，等容加热过程与等温膨胀过程交汇点压力最大，而工质量相等的客观规律，揭示出斯特林发动机极限压力与平均温度的关系。
对数值很接近的通流容积平均温度和回热器容积平均温度作相等处理，推导出平均温度的计算公式，解决了施密特分析法不能回避的平均温度和工质量理论计算问题。
使输出功计算简单准确。
关键词：斯特林发动机；极限压力；平均温度1、引 言斯特林发动机的热力学循环封闭连续，无压力突变。
一个热力学循环有且只有一个压力极大值和一个压力极小值。
相对内燃机而言，斯特林发动机极限压力比平均循环压力能更准确地表达热机强化程度。
然而，研究内燃机注重平均循环压力的思维方式影响深远，平均循环压力也沿用于研究斯特林发动机。
但是，目前基本停留于理论概念，没有实用的计算方法［1］。
平均温度是加热器、回热器、冷却器的结构容积，以及热区温度、冷区温度等诸多因素决定的参数，能较强地影响极限压力。
基于施密特分析法的理论研究都不能回避平均温度。
取热区温度、冷区温度对数平均值的经验公式［1］，没有考虑加热器、回热器、冷却器结构容积等因素，有局限性。
斯特林发动机平均温度和极限压力的关系，体现于结构参数、热区冷区温度的有规律变动之中。
遗憾的是，至今没有发现用数学公式描述其关系的实例。
2、 斯特林发动机极限压力与平均温度的关系斯特林发动机运行的压力极小值出现在工作腔容积最大、冷区工质量最多的等容放热过程与等温压缩过程交汇点；压力极大值出现在工作腔容积最小，热区工质量最多的等容加热过程与等温膨胀过程交汇点。
为便于理解，以工作腔结构简单的斯特林可逆热机为例阐述［2］。
在压力极小值点，热区容积是气缸容积的一半，冷区容积是整个气缸容积。
工作腔工质量n 是处于热区容积内、冷区容积内、通流容积内的工质量之和。
自做(斯特林发动机)模型图纸
（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。请预览后才下载，期待您的好评与关注！）
自做家用太阳能发电机资料一个简单的靠手的热量就可以动的斯特林发动机的原理一个简单的靠手的热量就可以动的斯特林发动机模型图纸一个简单的靠手的热量就可以动的斯特林发动机模型斯特林发动机的工作原埋图
自做(斯特林发动机)模型图纸
一个简单的靠手的热量就可以动的斯特林发动机:
自做家用太阳能发电机资料
一个简单的靠手的热量就可以动的斯特林发动机的原理
一维斯特林发动机的数值模型
能量方程中沿表面的积分项
ρ n( eV ) d s 可 ∫
s
r
ρ 以简化为5 ( u eA ) / 5 x , 因为没有能量流过边界 ,
2 数学模型和控制方程
斯特林发动机内的气体的流动和传热为非定 常周期性 、 可压缩流动 . 为了便于说明一维流动和 传热 , 将空间平均和时间平均的内部流动的连续 方程 、 动量方程和能量方程分别描述为 : d ρ dv + ρ nV r d s = 0 ; s dt v d ρ σ] d s = 0 ; V d v + [ ( nV r )ρ V - n s dt v d ρ e d v + [ n (ρ eV r - σ V - q) ] d s = 0 . s dt v 上述方程中连续方程描述了气体质量随时间 变化的关系 , 单位时间内流入控制体的气体质量
N u ( k/ dh ) S x ( Tw - T) ,
等于单位时间内流出控制体的气体质量 , 在边界 上 nV r 为零 . 动量方程描述了牛顿第二定理 — — — 控制体中动量随时间的变化率和作用在所有表面 上的力的关系 . 能量方程描述了单位时间内气体 内能和动能的变化等于净热流和机械功的和 . 为了将上述方程变为一维差分方程 , 用 A d x 代替 d v , 其中 A 为气体流过的面积 , x 为主流方 向 . 考 虑 Δ x →d x 时 , 可 以 得 到 连 续 方 程 式 中
A 5 p/ 5 x , 粘性力可表示为 - FA , 如图 3 ( a ) 所示 .
图3 表面功和表面应力的简化 ( a) 轴向表面应力 σ 简化为压力和流动摩擦 - N ∫ σ 力 ; ( b) 能量方程中作用于表面的功 - n V 简化 ∫
斯特林热机的可行性分析与展望
斯特林热机的可行性分析与展望0 前言斯特林发动机（St ir ling engine）又叫热气机，是一种外部燃烧（加热）的封闭式活塞发动机，具有燃料来源广、效率高、污染小、噪音低和维修方便等优点，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。
斯特林发动机对燃料的适应性很强，可用能源除了煤、石油、天然气外，还可以利用太阳能、原子能、化学能以及木材、秸秆等农林废弃物燃烧所放出来的热能。
斯特林发动机的热效率很高，理论上斯特林循环效率等于相同状态下的卡诺效率，实验表明斯特林发动机的实际有效效率可以达到32%～40%，最高甚至可达47%。
斯特林发动机运行的污染物排放少，作为外燃机燃料可以在足够的空气下连续燃烧，燃烧比较充分，与内燃机相比，排放的一氧化碳和碳氢化合物等有害气体大大减少。
斯特林发动机没有气阀机构，工质在汽缸内的压力变化接近正弦波形，而且燃烧不会产生的爆震和排气波，因而运转比较平稳，噪音比较小；例如STM生产的50kW的斯特林发动机在裸机工作时，1m处的噪音低于75dB。
斯特林发动机的运转比较平稳，扭矩比较均匀，超负荷能力强（可以在超负荷50%的情况下仍然能正常运转），相比之下内燃机超负荷能力只有5%～15%。
另外，斯特林发动机结构简单，比内燃机少40%的零部件，例如自由活塞式斯特林发动机只有密封的汽缸和两个活塞，没有容易出故障的气阀机构、高压喷油系统和需要良好润滑的活塞环，维修也比较方便。
本文将对斯特林发动机的发展历史进行回顾，并对斯特林发动机的特点和分析方法进行分析，指出斯特林发动机的关键技术和发展前景。
1 三种基本结构形式斯特林发动机主要由压缩腔、加热器、回热器、冷却器和膨胀腔组成，根据工作空间和回热器的配置方式上，可以分为，和三种基本类型，如图所示：（a）α型斯特林发动机（b）β型斯特林发动机（c）γ型斯特林发动机α型斯特林发动机的结构最简单，加热器、回热器、冷却器两侧配备了热活塞和冷活塞，热活塞负责工质的膨胀，冷活塞负责工质的压缩，当工质全部进入其中一个汽缸时，一个活塞固定，另一个活塞压缩或膨胀工质。
动手制做--斯特林发动机模型(转)-江湖科学-科创论坛-发展科技爱好 倡导科学理性
动手制做--斯特林发动机模型(转）-江湖科学-科创论坛-发展科技爱好倡导科学理性什么是斯特林热机？热气机（即斯特林发动机）的理想热力循环，为19世纪苏格兰人R.斯特林所提出，因而得名。
它是由两个定容吸热过程和两个定温膨胀过程组成的可逆循环，而且定容放热过程放出的热量恰好为定容吸热过程所吸收。
热机在定温(T1)膨胀过程中从高温热源吸热，而在定温(T2)压缩过程中向低温热源放热。
斯特林循环的热效率为=800)window.open('/luntan/upload/TJ020 20202/jslt7%5B1%5D.gif');"src="/luntan/upload/TJ02020202/jslt 7%5B1%5D.gif" border="0">公式中W 为输出的净功；Q1为输入的热量。
根据这个公式，只取决于T1和T2，T1越高、T2越低时，则越高，而且等于相同温度范围内的卡诺循环热效率。
因此，斯特林发动机是一种很有前途的热力发动机。
斯特林循环也可以反向操作，这时它就成为最有效的制冷机循环。
斯特林循环可以分为4个过程：①定温压缩过程:配气活塞停留在上止点附近，动力活塞从它的下止点向上压缩工质，工质流经冷却器时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。
②定容回热过程:动力活塞仍停留在它的上止点附近,配气活塞下行，迫使冷腔内的工质经回热器流入配气活塞上方的热腔，低温工质流经回热器时吸收热量，使温度升高。
③定温膨胀过程：配气活塞继续下行，工质经加热器加热，在热腔中膨胀，推动动力活塞向下并对外作功。
④定容储热过程：动力活塞保持在下止点附近，配气活塞上行，工质从热腔经回热器返回冷腔，回热器吸收工质的热量，工质温度下降至冷腔温度。
在理论上，定容储热量等于回热量，其循环效率等于卡诺循环效率。
两个活塞的运动规律是由菱形传动机构来保证的。
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。
斯特林发动机 研究 发展
关于斯特林发动机的研究与发展学号：13015218姓名：彭俊图摘要:简述了斯特林发动机的发展历史及研究现状，介绍了斯特林循环并归纳了斯特林循环的分析方法，阐述了斯特林发动机的特点和应用，并展望了斯特林发动机的发展前景。
关键词:斯特林发动机;斯特林循环;碟式太阳能热发电系统随着社会的不断发展，化石燃料的消耗量日益增大，传统燃料的内燃机将面临着严重的能源危机，而积极解决这个问题的有效途径之一是开发一种可以使用与传统内燃机不同的燃料的动力装置，斯特林发动机则是目前可行的最佳途径之一。
斯特林发动机(Stirling engine) 又叫热气机，是一种封闭式外燃机，具有燃料来源广，热效率高，排气污染少，噪音低，运转特性好，结构简单，维修方便等优点，并且在太阳能碟式发电系统中有着重要的应用，越来越受到人们的关注。
国外一些专家预言，21 世纪将是斯特林发动机的世纪。
1 斯特林发动机的发展1816 年，罗伯特·斯特林(Robe Stirling) 发明了闭式循环的热气机一一斯特林发动机。
在当年的第4081 号专利中，罗伯特·斯特林在历史上第一次描述了回热器的结构和应用，并对第一台闭式循环热气机的构造进行了描述斯特林发动机是一种外部燃烧(加热)的封闭式活塞发动机。
自罗伯特·斯特林于1816 年发明斯特林循环以来，限于当时条件，大部分发动机的功率和效率都很低，逐渐被比其发明晚半个多世纪的内燃机所替代。
1916 年最后一台老式斯特林发动机出厂，斯特林发动机的发展告一段落[1 3J 近几十年来，随着能源问题和污染问题日益突出，以及斯特林发动机的一些关键技术问题的解决和它所特有的优点，因而受到了国内外的广泛关注。
20 世纪30 年代到60代，现代斯特林发动机的鼻祖一一荷兰的菲利普公司开创了现代斯特林发动机发展的新阶段。
之后经过通用发动机公司、福特汽车公司、瑞典联合热气机公司的不断发展，在包括美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本等主要工业国家政府的资助下，在碟式太阳能热发电、制冷和热泵等领域取得重要进展。
斯特林发动机原理及应用介绍
其中：ε为回热器效率，系数τ=TH／TL；γ=CP/CV；V0=V1/V2；
斯特林发动机性能分析
斯特林发动机作为动力装置，评价其性能好坏的主 要指标是其输出功率和效率。从发动机的组成来看，尽 管影响发动机性能的因素很多，但是主要的影响因素还 是闭循环系统的设计参数(包括加热器、回热器、冷却器 的参数、传动机构的参数等)和运行条件参数(包括转速 、工作介质的平均压力、加热温度和冷却温度等) 斯特林发动机的性能模拟常用方法是实用等温分析 法，之所以强调实用两字，是因为它与别的计算方法比 较，即简单又较精确，作为斯特林发动机功率和效率的 初步估算是最合适的一种方法。
15
谢 谢！
2014.6.13
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目前存在问题和研究方向
斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩 室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失较高， 快速启动性能比较差等。所以，还不能大范围取代内燃机。 斯特林发动机在结构设计、工质流动特性、能量分布和 传递转化、材料、可靠性设计等方面具有一定的难度。在发 达国家,这些关键技术都已陆续获得了突破性的进展,并正在 逐步走向商业化。 目前主要以提高设备的可靠性、发电效率及自动化控制 水平为研究方向。对我国来讲,下述关键技术有待进一步吸 收消化和突破。 ①燃烧室设计 ②回热器设计 ③密封技术 ④可靠性设计
Байду номын сангаас
斯特林发动机原理及应用介绍
斯特林发动机
发展历程
系统原理
性能分析 应用与展望
斯特林引擎历史
斯特林引擎（Stirling
engine），是一种外燃机，
它是英国牧师罗伯特· 斯特
林在1816年发明的热气引 擎。
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加 热器
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膨 胀 腔
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温 度
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图 ２ 斯特林 发动机 的等温模型
由图 １可 以看 出 ， 型斯 特林 发 动机 ， 最显 著 的特点 是没 有配 气 活塞 ， 只有 热 活 塞 和冷 活 塞 工 作在加 热器 、 回热 器 、 冷却 器 两侧 。为 了保证 工质 在流 动过程 中被 定 容 的压 缩 或 冷 却 ， 它们 朝 同一 的方 向运 动 。当工 质 运 动 到 同一 个 汽缸 时 ， 个 一
应用 能源 技术
３ ｌ
守理想气体状态方程 ； 工质无泄漏， 总质量不变 ；
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一１
２ １ 循 环压 力确 定 ．
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根据本模型的假定条件 ， 由理想气体状态方
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（３ １）
２２ 循 环功 与功 率 的计 算 ． 根据 Ｔ ｏ ｂｒ 给 出 了 仅 Ｊ 三种 类 型 斯 ｈｍ ａ ｅ 、、 Ｂ 特林 发 动机 的瞬 时膨胀 腔容 积 和瞬 时压缩 腔 容积
Ｋｅ ｒ ｓ： Ｓ ｉ ｎ ｎ ｉｅ； Ｉｏｈｅｍａ ｄ ｌ Ｏｐ ｉ ｚ ｓｇ ｙ ｗｏ ｄ ｔｄｉ ｇ ｅ ｇｎ ｓ ｔ ｒ ｌｍｏ ｅ ； ｔｍｉｅ ｄｅ ｉｎ
０ 引言
斯特林 发 动 机 是 一 种 外 部 燃 烧 （ 热 ） 闭 加 的 式循 环发 动机 ， 具有 燃料 来源 广 、 效率 高 、 污染小 、
： ５ ／ ＋ 。（ 一 ］ － １ ｃ ） － … －
（） ６
：
型斯特林发动机瞬时膨胀腔容积和瞬时压
缩腔容 积 分别 为 ：
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的表 达式 ：
由公 式 （ ） （２ 、 １ ） 得 型 斯 特 林 发 ２ 、 １ ） （３ 可
动机效率 叼为 ：
田 —
型斯 特林 发 动机 瞬 时膨胀 腔 容积 和 瞬时 压 缩腔 容 积分别 为 ：
＝
—
１
４
＋
（ ｃｓ １＋ ｏ￣）
（） ５
式中：
２ １ 年第 ５期 （ ０１ 总第 １１ ） ６期
加 热 器 加热 器 冷 却 器
加 热 器 回 热 器
冷 却器
回热器
冷 却 器
。型斯特林发动机
Ｂ型斯特林发动机
图 １ 斯特林 发动机三种基本结构类型的结构 图
压 缩腔
Ｃ
ｙ 型斯特林发动机
冷却 器
ｋ
回 热 器
ｒ
收 稿 日期 ：２ １ ４—１ ０ １—０ ０ 修 订 日期 ：２ １ ０ ２ ０ １— ４— ８
１ 斯特林发动机 的三种基本形 式
１ １ 斯特 林发 动机 的模 型 ．
斯 特林 发 动 机 主 要 由加 热 器 、 胀 腔 、 膨 回热
器、 冷却器和压缩腔等五部分组成， 根据工作空间
（） ２
则 由回热器有 效性 引起 的 回热损 失热 量 Ａ Ｑ
为： △ （ ） 一 ）： Ｑ： １一 ｃ （
２ 等 温模 型分 析
在本模型中作如下假设 ： 工质为理想气体 ， 遵
中， 动力活塞单独完成工质的压缩和膨胀工作 。
２１ ０ １年第 ５期 （ 总第 １ １ ） ６期
和 汽缸 配置 的不 同 ， 特 林 发 动机 可 分 为 三种 类 斯
作者简介 为碟式 系统用斯特林发动机的数值模拟。
型， 它们 的特征如 图 １ 所示 ， 等温模 型如图 ２所
示 圳 】 。
３ ０
应 用能 源技术
最 多 的分析法 【 。 ４ ］
以等温 分析 法 为基 础 ， 仅 卢 ｙ三 种 类 型斯 对 、、 特林 发 动机分 别 建 立 了相 应 的数 学模 型 ， 究 了 研 热源 温度 、 区容积 比、 死 回热器 有效 性及 热源 温差
噪音低和维修方便 等优点 ， 对节约能源和环境保
塞， 当工质 在冷 区时 压缩工 质 ， 当工质 在热 区时完 成 工质 的膨胀 工作 。 型斯特 林 发 动 机 ， 力 活 塞 和 配 气 活 塞 位 动 于不 同的汽缸 内 ， 们 把配 气 汽 缸 和 动力 汽 缸 连 它 在 一起 。配气 活 塞 驱 动工 质 在 加 热器 、 回热 器 和 冷 却器 之 间 流 通 。在 这 种 类 型 的斯 特 林 发 动 机 （ ） １一 ） １一 Ｌｃ （ 丁
２１ ０ １年第 ５期 （ 总第 １ １ ） ６期
应 用 能 源技术
２ ９
斯特林发动机的等温模型分析
许 行 ， 亚奇 ， 李 宋鸿 杰
（ 第二炮兵 工程 学院 五 系， 西安 ７０ ２ ） １０ ５ 摘 要： 阐述 了用等温分析 法研 究了热 源温度、 死区容积比、 回热器有效性及热源温差和冷 源温差等五个因子对斯特林发动机性能的影响。研究结果表明： 发动机的性能随热源温度的增 加 而提 高， 热源温度越 高， 这种关 系越弱； 由于各种损失的存在 ， 死区容积 比有最佳值 ； 回热器有 效性是影响发动机性能的一个重要 因子 ， 高回热器的有效性 ， 提 是提 高发动机性能的一个有效 途径 ； 相对 热 源温差 ， 源温 差对斯 特林 发 动机 的性 能 影响 更 大 。研 究 结论 为 斯特 林 发动 机 的 冷 优 化设 计 与节 能运行提 供 了新 的理 论指 导 。 关 键词 ： 斯特 林发 动机 ； 温模 型 ； 化设 计 等 优 中图分 类号 ：Ｋ１３ Ｔ ２ 文献标 志码 ： 文章 编号 ：０９— ２０（０ １ ０ ０ ２ ０ Ａ １０ ３ ３ ２ １ ）５— ０ ９— ６
ｒ ｇ ｎ ｒ ｔｒｅ ｆｃ ｉｅ ｅ ｓ ｉ ａ ｆ ｃｅ ｃ ａ ｏ ｉ ｒ ｖ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｔ ｉ ｇ ｅ ｇｎ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｅ ｅ ｅａ ｏ ｆ ｔ ｎ ｓ ｓ ｎ ｅｆ ｉ ｎ ｙ ｗ ｙ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｆＳ ｉ ｎ ｎ ｉｅ； ｏ ａ ｅ ｅ ｖ ｉ ｈ ｆ ｌ ｆ ｔ ｏ ｏ ｒｅ， ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉ ｅ ｅ ｃ ｏ ｄ ｓ ｕ ｃ ａ ｅ ｂ ｇ ｅ ｕ ｎ ｅｔ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｔ ｉ ｇ ｏ ｈ ｔ ｕ ｃ ｔ ｅ ａ ｕ ｅ ｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ｉ ｃ ｌ ｏ ｒ ｅ ｈ ｖ ｉｇ ｒｉ ｅ ｃ ｔ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｆ ｉ ｎ ｓ ｅ ｎ ｌ ｆ ｎ ｏｈ ｆ Ｓ ｆ ｌ ｅ ｇｎ ． ｈ ｅ ｕｔ ａ ｒ ｖｄ ｕ ｄ ｃ ｏ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｔ ｌ ｇ ｅ ｇ ｎ ． ｎ ｉ ｅ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｓ ｃ ｎ ｐ ｏ ｉ ｅ ｇ ｉ ａ ｅ ｆ ｒｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｉ ｉ ｎ ｉ ｅ ｌ ｎ ｈ ｏ Ｓ ｒｎ
活塞 固定 ， 另一个 活塞 压缩 或 膨胀 工 质 ¨ 。膨胀
１ ２ 回热器有 效性 分析 ．
虽然 有文献 探讨 过 回热器 的有效 性 ｍ ， 也 有 很多文 献对斯 特林 发动 机 的三种类 型进行 分析 研 究 川 ， 于 等 温 分 析并 且 考 虑 回热器 有 效 但基 性 分别对 三 种类型 斯特林 发动 机建立 数学模 型 的 文献还 没有 。基 于此 ， 文考 虑 了回热器有 效性 ， 本 建立 了斯 特 林 发 动 机 的 等 温 模 型 ， 图 ２所 示 。 如