【正文】 簡化假設 為簡化模型作出以下假設 : 1)循環(huán)各部分皆為等溫和完全回熱，即熱腔中工質溫度 TE 選用 750K冷腔溫度界 TC 取為 373K。 圖 31 所示單缸自由活塞式斯特林發(fā)動機結構尺寸，熱腔外圍受加熱器加熱，冷腔外圍與冷卻器相連，冷卻器對其冷卻，回熱器采用縫隙式回熱器。 動力活塞和與之相連的彈簧組成的最大質量震動系統(tǒng)，其固有頻率即為自由活塞式斯特林發(fā)動機的固有頻率。 配氣活塞行程 配氣活塞掃氣容積為 VE 為 cm3，活塞行程 根據式 (34)求出配氣活塞行程 SD 為 。即 聯立式 ((31)和 ((32)可得發(fā)動機熱腔容積嶺和無益容積嶺分別為 cm3，和 cm3。 c 材，系統(tǒng)最大體積與最小體積比 式中 :VE 為熱腔容積， VD 為無益容積。 結構尺寸確定 Stirling 發(fā)動機結構尺寸的確定取決熱力學性能和機械性能兩方面的要求。 4)往復次數每分在 1800 次左右。因此，對于電機內電磁場的求解，不能直接套用以往的方法，需根據電機的具體 結構和工作原理，找出適合其電磁場的求解方法。 3)在永磁體框架上使用不導磁材料，并且在框架中采用開槽的結構，消除了電機工作時往復運動而產生的環(huán)流，從而減少了損耗，降低了動子的溫升，提高了電機效率。 永磁直線發(fā)動機特點 永磁直線發(fā)電機結構相對于傳統(tǒng)旋轉發(fā)動機有很大不同，而使之具有以下特點。直線發(fā)電機工作時，是將自由活塞式 Stirling 發(fā)動機動力活塞所連接的傳動軸和發(fā)電機動子的軸相連而帶動動子作往復運動，動子運動的速度和頻率則由自由活 塞式 Stirling 發(fā)動機的動力活塞速度和頻率決定。定子鐵心中開有兩個槽，槽中放有定子繞組，上下兩定子中繞組線圈采用串聯方式以提高輸出電壓。直線發(fā)電機按其結構型式的不同，可以分為扁平型、圓筒型和圓盤型等。若負荷增大，活塞的行程便自動縮短，作用力隨之增大。 6)密封可靠 自由活塞式 Stirling 發(fā)動機相比曲柄連桿式斯特林發(fā)動機沒有復雜的傳動機構，相比與內燃機密封壓力小，所以密封問題十分簡單，通常只要將殼體密封即可滿足要求。啟動加熱只需數秒鐘，熱氣機便能自行 起動。 3)能使用多種能源 使用多種能源的能力與高效率同等重要。 自由活塞式 Stirling 發(fā)動機的特點 系統(tǒng)之所以選用單缸自由活塞式 Stirling 發(fā)動機是因為它有以下特點 : 1)機械效率高 自由活塞式 Stirling 發(fā)動機相比較其他機械沒有連桿、軸或軸承，只有滑動配合，由工質本身作為潤滑劑，因而有非常高的機械效率。為了實現等溫膨脹，即 T3T4TE，外源必須通過氣缸壁向工質供給等溫膨脹熱縣同時系統(tǒng)向外界做等溫膨脹功 W34。在該過程中，因系統(tǒng)容積不變，故不做功，但工質內能增大。在這一等容過程中，壓縮腔的容積變到零，而膨脹腔容積開始由零逐漸增大，結果是壓縮腔中的工質全部進入到了膨脹腔。 2)等容加熱過程 等容加熱過程如圖 26 所示，從點 2 開始，至點 3 結束。隨著壓縮活塞向外止點方向移動，系統(tǒng)容積逐漸縮小，工質在壓縮腔中受到壓縮，壓縮結束后，如點2 所示，此時系統(tǒng)容積己從最大值 V1 縮小到最小值 V2。為說明斯特林循環(huán)，將斯特林發(fā)動機氣缸簡化為如圖 4 所示，壓縮腔活塞遠離冷卻器時為其運動內止點，與冷卻器接觸時為其運動外止點 。其運行 時工質被封閉在膨脹腔、回熱器和壓縮腔組成的循環(huán)回路中，通過配氣活塞的往復運動來調整氣缸容積的變化，控制工質在閉式循環(huán)中的流動方向 。 自由活塞式 Stirling 發(fā)動機及其工作原理 基于 Stirling 循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)主要采用的是單作用活塞一配氣活塞式結構，其起到將熱能轉化為機械能的重要作用。永磁直線發(fā)電機發(fā)出的交流電通過充電回路整流為直流 12 后充入蓄電池組，系統(tǒng)完成從熱能到電能的轉化。 發(fā)電系統(tǒng)工作原理 本發(fā)電系統(tǒng)實現的是將外部熱源轉化為蓄電池組中的電能，其工作流程如圖 22 所示。 課題研究內容 本文對基于 Stirling 循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)進行了概念設計和運行特性的數值模擬，具體工作如下 : 1)單缸自由活塞式 Stirling 發(fā)動機幾何尺寸確定 。 5)可實現冷熱電聯產，一次能源利用率可達 90%以上。 2)高效率 :由于在加熱器和冷卻器中間設有蓄熱式換熱器，從理 論上可接近卡諾循環(huán)，為效率最高的熱機。以色列魏茲曼科學院建立了一個“ Big Dish”發(fā)電單元，并進行了高溫集熱器 /燃氣輪機試驗。 1992 年，德國 SHP 建立了 3 套 的裝置 。美國 SAIC 建造了 25kW 的碟式斯特林樣機，具備了大批量生產和商業(yè)化的條件 。當入射光輻照度為 1000kW/m2 時，凈輸出 53kW，效率達 %。 美國 Advanced Corporation 于 1984 年建立了一套 25kW 碟式斯特林太陽熱發(fā)電系統(tǒng)，從太陽能到電能的最高轉換效率是 %。該工程證實了利用廢水站沼氣和其它熱電共生項目熱源的發(fā)電設備可進行成功的商業(yè)應用，并提供了一種在有豐富生物能源的地區(qū)可廣泛應用的可再生能源利用技術【 1921】 。 4)因可采用其它能源，特別適用于沒有太陽能的深空探測。 關于本文提出的單缸自由活塞式斯特林發(fā)動機帶動直線發(fā)電機工作的運行方式，還未見國內學者對其進行研究的報道。李鑫、李斌等以能量守恒方程為 基礎，結合拋物面光學特性，建立了設計計算聚光器的一個數學模型，并采用試算和迭代核算相結合的方法，對碟式斯特林太陽能發(fā)電系統(tǒng)聚光器的尺寸進行了計算。經過約 3 年的開發(fā)，試制出的 4臺樣機于 1984 年在國立機械研究所進行了運行試驗，功率和熱效率均達到設計要求，改進加熱器、換熱器和活塞環(huán)密封后，發(fā)電用斯特林發(fā)動機亦基本上達到了規(guī)定的目標。 法國 ECA 公司開發(fā)的熔鹽蓄熱器為熱源的直列雙向型發(fā)動機，供潛艇動用，德國的 MAN 公司和本茨公司亦在開發(fā)類似的發(fā)動機供車用。該公司亦參加了美國能源部組織的汽車發(fā)動機開發(fā)項目，其主力發(fā)動機 為 22kW 混合型，由于采用了太陽能輔助加熱，熱效率可達 38%，并制造了數十臺樣機。 進入八十年代以來，第二次石油危機又引起各國對斯特林發(fā)動機的關心，后石油供應雖有緩和，但從環(huán)保和能源角度出發(fā)各國又竟相進行斯特林發(fā)動機的開發(fā)工作。主要因為密封的工質為空氣，加熱溫度較低，只有幾百度，致使機構龐大使用不便。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構。 permanent mag linear generator。 這是一種跨電工和熱工學科研究，以上結果不僅對特種永磁式直線發(fā)電機，而且對自由活塞式發(fā)動機的設計均有一定的參考價值。 全套圖紙，加 153893706 建立基于 Stirling 循環(huán)的直線發(fā)電系統(tǒng)，其主要由單缸自由活塞式Stirling 發(fā)動機和直線發(fā)電機構成，對單缸自由活塞式 Stirling 發(fā)動機的幾何尺寸進行了初步設 計，運用等溫分析法對 Stirling 發(fā)動機運行性能進行了仿真分析，得到了 Stirling 發(fā)電機運行時冷腔壓縮 pv 圖、熱腔膨脹 pv 圖和發(fā)動機膨脹功和壓縮功相減后的 pv 圖等，并由此計算了單缸自由活塞式 Stirling 發(fā)動機功率和效率。本文所進行的自由活塞式 Stirling 發(fā)電機的概念設計就是為了對大型運載工具所排出的廢熱的回收所做的一種嘗試。同時，求解并分析了永磁直線發(fā)電機定子對自由活塞式 Stirling 發(fā)動機的電磁反作用力。仿真分析 關鍵詞： 自由活塞式 Stirling 發(fā)動機 ； 永磁直線發(fā)電機 ； 仿真分析 2 Abstract The linear power generation system based on the Stirling cycle has many advantages such as high efficiency, long life, high reliability as well as applicable to wide rang of energy. In many applications the system has the potential to replace the traditional power generation systems and has a wide range of applications, especially in the deep space exploration and military purposes. In this dissertation, the concept design of the free piston Stirling engine is an attempt on the large vehicle waste heat recovery. A linear power generation system based on the Stirling cycle is discussed,which mainly consists of the free piston Stirling engine and the permanent mag linear generator. Parts dimensions of the single cylinder free piston Stirling engine are determined, the Stirling engine performances with the isothermal analysis method analyzed and the Stirling engine cooler pression pv diagram, heater expansion pv diagram and the pv diagram of the engine obtained using subtracting cooler pv diagram from heater pv diagram: So the free piston Stirling engine power and efficiency are calculated. Key words: free piston Stirling engine。離合器通常裝在發(fā)動機與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。斯特林發(fā)明，又稱“熱空氣發(fā)動機，當時已生產出數干臺，后由于蒸汽機和內燃機的出現而被冷落，到二十世紀初己基本消失。由于高溫、高壓產生的高效率和高轉矩，在以氫氣為工質時達到了高速度，初步顯示有可能成為比內燃機效率高的外燃式汽車發(fā)動機的潛力。以后又改進為雙曲軸型，進一步擴大了其用途。與其美國的子公司共同開發(fā)出 1