碟式太陽能斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)及工質(zhì)流場分析

【摘要】：斯特林發(fā)動機(jī)是碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其性能的好壞直接影響熱發(fā)電系統(tǒng)的效率。弄清楚斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)的換熱機(jī)理及其內(nèi)部工質(zhì)的流場分布對斯特林發(fā)動機(jī)的設(shè)計和優(yōu)化具有特殊意義。本文以25kWα型四缸雙作用斜盤傳動的碟式太陽能斯特林發(fā)動機(jī)的熱交換系統(tǒng)為研究對象，對其換熱機(jī)理及其內(nèi)部工質(zhì)流動特性展開研究，主要包括以下內(nèi)容： 斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)熱力循環(huán)與換熱機(jī)理研究。通過對斯特林理想循環(huán)與實際循環(huán)的分析，驗證了由于無益容積以及各種損失的存在，實際斯特林循環(huán)效率低于卡諾循環(huán)效率；以α型斯特林發(fā)動機(jī)為例，簡述了施密特分析方法，對斜盤及其活塞的運(yùn)動作了分析；基于斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的換熱機(jī)理，建立了其相應(yīng)的換熱物理模型。 斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)設(shè)計及分析。根據(jù)設(shè)計要求，對斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行了分析，確定了熱交換系統(tǒng)的無益容積，計算了單個做功單元在一個循環(huán)內(nèi)的循環(huán)功；基于斜盤及其活塞運(yùn)動分析和熱交換系統(tǒng)(加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器)的設(shè)計計算，建立了25kWα型四缸雙作用斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)的三維幾何模型以及熱交換系統(tǒng)熱損失與熱效率的數(shù)學(xué)模型，并分析了系統(tǒng)各種熱損失對系統(tǒng)熱效率的影響。 斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)流場數(shù)值模擬及分析。在斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)幾何模型基礎(chǔ)之上，建立了斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)的仿真模型；基于計算流體力學(xué)的基本理論知識，結(jié)合熱交換系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)流動特性，建立了工質(zhì)流動與換熱的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)斯特林發(fā)動機(jī)的實際工況設(shè)定數(shù)值求解參數(shù)，對熱交換系統(tǒng)工作過程中工質(zhì)流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，揭示了不同時刻工質(zhì)的速度、壓力以及溫度的分布規(guī)律，得到了工質(zhì)速度場復(fù)雜且瞬態(tài)變化、回?zé)崞鲀?nèi)溫度成線性分布且狀態(tài)穩(wěn)定、采用弧形替代直角可減小因渦流消耗的部分系統(tǒng)能量等結(jié)論。 【關(guān)鍵詞】：碟式太陽能 斯特林發(fā)動機(jī) 熱交換系統(tǒng) 流場特性 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 斯特林發(fā)動機(jī)研究方法研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 斯特林發(fā)動機(jī)整機(jī)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 斯特林發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部件研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-20
• 第二章 斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)熱力循環(huán)及換熱機(jī)理分析20-34
• 2.1 斯特林理想循環(huán)和實際循環(huán)20-24
• 2.1.1 斯特林理想循環(huán)20-23
• 2.1.2 斯特林實際循環(huán)23-24
• 2.2 斯特林循環(huán)熱力分析24-28
• 2.2.1 熱力分析假設(shè)條件24-25
• 2.2.2 斜盤及其活塞運(yùn)動分析25-27
• 2.2.3 斯特林循環(huán)熱力分析27-28
• 2.3 斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)的換熱機(jī)理研究28-32
• 2.3.1 熱交換系統(tǒng)換熱原理28-29
• 2.3.2 熱交換系統(tǒng)換熱分析29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第三章 25kW 斯特林發(fā)動機(jī)熱交換系統(tǒng)設(shè)計及分析34-54
• 3.1 斯特林發(fā)動機(jī)的初步設(shè)計34-38
• 3.1.1 設(shè)計依據(jù)34-35
• 3.1.2 無益容積的確定35-36
• 3.1.3 循環(huán)功計算36-38
• 3.2 熱交換系統(tǒng)設(shè)計及分析38-46
• 3.2.1 加熱器設(shè)計及分析38-40
• 3.2.2 回?zé)崞髟O(shè)計及分析40-45
• 3.2.3 冷卻器設(shè)計及分析45-46
• 3.3 熱交換系統(tǒng)熱損失及熱效率分析46-52
• 3.3.1 系統(tǒng)熱損失數(shù)學(xué)模型46-48
• 3.3.2 系統(tǒng)熱效率數(shù)學(xué)模型48-49
• 3.3.3 結(jié)果分析49-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第四章 熱交換系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)流場數(shù)值模擬及分析54-70
• 4.1 引言54
• 4.2 仿真模型創(chuàng)建及網(wǎng)格劃分54-58
• 4.2.1 仿真模型創(chuàng)建54-56
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分56-58
• 4.3 計算流體力學(xué)基本理論58-63
• 4.3.1 工質(zhì)流動基本控制方程58-60
• 4.3.2 湍流模型60-61
• 4.3.3 動網(wǎng)格模型61-63
• 4.3.4 數(shù)值計算方法63
• 4.3.5 FLUENT 軟件簡介63
• 4.4 數(shù)值求解邊界條件設(shè)置63-64
• 4.4.1 基本假設(shè)63-64
• 4.4.2 邊界條件與初始條件64
• 4.5 熱交換系統(tǒng)數(shù)值計算結(jié)果分析64-68
• 4.5.1 工質(zhì)速度場分析64-66
• 4.5.2 工質(zhì)溫度場分析66-67
• 4.5.3 工質(zhì)壓力場分析67-68
• 4.6 本章小結(jié)68-70
• 第五章 總結(jié)與展望70-72
• 5.1 全文總結(jié)70
• 5.2 研究展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-78
• 附錄 A：攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的研究成果78

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