【正文】 46mm，厚度為 3mm，與配氣活塞汽缸間距為 2mm，動(dòng)力活塞直徑 10mm，厚度為 1mm，距離動(dòng)力活塞汽缸壁 2mm，配氣活塞汽缸直徑 50mm， 高 60mm，動(dòng)力 活塞直徑 14mm，高 20mm 為了在 GAMBIT 劃分邊界面方便，配氣活塞下底面和配氣活塞汽缸底面不重合，保持 2mm的間距。如圖 圖 建立模型零件 圖 保存輸出 在 PROE 中分別建立動(dòng)力活塞模型、配氣活塞模型、配氣活塞氣缸和動(dòng)哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 力活塞 模型，在建立過程中要注意每個(gè)零件在坐標(biāo)系中的位置，嚴(yán)格按照CAD 圖紙上的尺寸個(gè)位置進(jìn)行建模，模型之后要導(dǎo)入到 GAMBIT 中，所要位置關(guān)系必須卻，不然將導(dǎo)致小型熱氣機(jī)模型整體的偏差。 2 volume。 3 選擇到右側(cè)，點(diǎn)擊 Apply，此功能為將實(shí)體 volume。 在劃分網(wǎng)格之后就要檢查下網(wǎng)格的質(zhì)量，如果質(zhì)量不達(dá)要求，就要重新劃分網(wǎng)格。 顯示網(wǎng)格 操作：點(diǎn)擊 Display， 選擇 Grid， 在對話框中選擇要查看的網(wǎng)格部分即可。在 Methods 復(fù)選框中，將 Smoothi。 熱氣機(jī)模型仿真處理 讀入 Mesh 網(wǎng)格文件 操作：點(diǎn)擊菜單欄中 FILE 中的 read， 選擇 case，找到文件的位置點(diǎn)擊 確認(rèn)導(dǎo)入小型熱氣機(jī)模型。 在定義完邊界面之后，就可以劃分網(wǎng)格了，選擇 Mesh Volumes， 在第一項(xiàng)中選擇 Volume。 接著選擇 volume LIST 功能，將 volume。 如圖 在 VOLUME 中選擇 volume。具體建立方法如下所述： 打開 PROE 后，首先新建一個(gè)任務(wù)，模型為零件，在新建類型中選擇零件，使用缺省模板。 小型熱氣機(jī)模型有配氣活塞汽缸和動(dòng)力活塞汽缸的整體、還有動(dòng)力活塞，配氣活塞組成。 配氣活塞、動(dòng)力活塞的運(yùn)動(dòng)是不連續(xù)的。 預(yù)覽操作的具體步驟為： （ 1）在 Display Grid（顯示網(wǎng)格）面板中選擇準(zhǔn)備預(yù)覽的網(wǎng)格區(qū)域。 （ 2）在 Geometry Definition（幾何定義）下定義變形區(qū)的幾何特征，共有 4 個(gè)選項(xiàng)：如果沒有合適的幾何形狀，就在 Definition 中選擇 none；如果變形區(qū)為平面，則選擇 plane（平面）并在 Point on Plane（平面上的點(diǎn)）中定義平面上一點(diǎn)，同時(shí)在 Plane Normal（平面法向）中定 義法線方向 。 （ 3）在 . Location（重心位置）中定義剛體重心的初始位置。在動(dòng)網(wǎng)格區(qū)為剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以用型函數(shù)和 UDF 來定 義其運(yùn)動(dòng)；在動(dòng)網(wǎng)格區(qū)為變形區(qū)域時(shí)，則需要定義其幾何特征及局部網(wǎng)格重劃參數(shù)；如果動(dòng)網(wǎng)格區(qū)既做剛體運(yùn)動(dòng)又有變形發(fā)生，則只能用 UDF 來定義其幾何形狀的變化和運(yùn)動(dòng)過程。 3）動(dòng)態(tài)層 在 Layering（動(dòng)態(tài)層）標(biāo)簽下，可以設(shè)置與動(dòng)態(tài)層模型相關(guān)的參數(shù)。 如果想建立網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫過程，可以在 Solution Animation 面板中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。既可以用型函數(shù)定義固體的線速度和角速度，也可以用 UDF 來定義這兩個(gè)參數(shù)。如果在壁面上只有一部分是運(yùn)動(dòng)邊界，其他部分保持靜止，則只需在運(yùn)動(dòng)邊界上應(yīng)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，但是動(dòng)網(wǎng)格區(qū)與靜止網(wǎng)格區(qū)之間應(yīng)該用滑動(dòng)網(wǎng)格交界面進(jìn)行連接。 動(dòng)網(wǎng)格的基本方法 動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算中網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)變化過程可以用三種模型進(jìn)行計(jì)算，即彈簧近似光滑模型 (springbased smoothing)、動(dòng)態(tài)分層模型（ dynamic layering）和局部重劃模型（ local remeshing）。邊界的運(yùn)動(dòng)形式可以是預(yù)先定義的運(yùn)動(dòng)，即可以在計(jì)算前指定其速度或角速度；也可以是預(yù)先未做定義的運(yùn)動(dòng)，即邊界的運(yùn)動(dòng)要由前一步的計(jì)算結(jié)果決定。 Fluent 將不同領(lǐng)域的計(jì)算軟件組合起來 ， 成為 CFD計(jì)算機(jī)軟件群 ， 軟件之間可以方便地進(jìn)行數(shù)值交換 ， 并采用統(tǒng)一的前、后處理工具 。網(wǎng)格變形方式有三種：彈簧壓縮式、動(dòng)態(tài)鋪層式以及局部網(wǎng)格重生式。由于 GAMBIT 本身所具有的強(qiáng)大功能，以及快速的更新，在目前所有的 CFD 前處理軟件中， GAMBIT 穩(wěn)居上游。 菱形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使活塞作連續(xù)運(yùn)辦活塞的運(yùn) 動(dòng)規(guī)律雖不是簡單的 簡諧 運(yùn)動(dòng)，但卻提供了理想斯待林循環(huán)活塞運(yùn)動(dòng)的極好的近似性，良好的平衡性 (主要不平衡力都可平衡 )。在現(xiàn)代熱氣機(jī)中配氣活 塞式熱氣機(jī)通常都采用菱形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 這樣熱氣機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)就完成了斯特林循環(huán)的整個(gè)工作過程。工質(zhì)通過問熱器時(shí)吸收熱量，溫度從 Tmin上升到 Tmax，并流入熱腔中。回?zé)崞髟谝粋€(gè)循環(huán)中交替 地從工質(zhì)吸收熱能和向工質(zhì)釋 放出熱能，回?zé)崞鲀蓚?cè)由活塞和氣缸組成的腔室 分別形成熱腔和冷腔 。斯特林循環(huán)的定溫過程線 l—2 和 3—4 是 由卡諾循環(huán)的 1—2’和 3—4’延伸而來的，結(jié)果大大增加了斯特林循環(huán)功圖的面積?？ㄖZ循環(huán)的熱效率僅與熱源和冷源的溫度有關(guān)，與工質(zhì)的性質(zhì)和熱機(jī)的類型等無關(guān)。 過程 3—4 為定溫膨脹過程。它由兩個(gè)定溫過程 (定溫壓縮和 定溫膨脹 )和兩個(gè)定容回?zé)徇^程 (定容吸熱和 定容放熱 )所組成。 具體的工作內(nèi)容包括以下方面： 學(xué)習(xí)熱氣機(jī)的基本工作原理，分析影響熱氣機(jī)效率的各個(gè)因素。由于采用以熱定電運(yùn)行模式，因此，發(fā)電熱效率不是主要的追求目標(biāo) ，可以通過降低加熱器工作溫度、采用普通不銹鋼材料來降低成本。 未來不同應(yīng)用領(lǐng)域熱氣機(jī)的發(fā)展方向主要有三個(gè) 太陽能發(fā)電 對于太陽能發(fā)電用熱氣機(jī)，由于一般都安裝在邊遠(yuǎn)地區(qū)，維護(hù)相當(dāng)困難，哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 因此可靠性和 維修性：將是首先要考慮的因素。 1984 年底，沈岳瑞等人在舊金山 IECEC(美國主辦的能源會(huì)議 )會(huì)議上聯(lián)合發(fā)表《斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)用于發(fā)展中國家實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電氣化》的論文，得到國際同行的廣泛贊同。 1978年，日本精機(jī)公司研制了功率為 50 千瓦的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。后來很多從事斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)研究的公司大部分與菲利普公司有淵源。時(shí)至今日，通過逐步的技術(shù)改進(jìn)，熱氣機(jī)已在一些領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用，其在一些特殊領(lǐng)域 (如太陽能熱發(fā)電、家用微型熱電聯(lián)供裝置等 )體現(xiàn)出的能力正使其得到越來越多的重視，熱氣機(jī)借助于新技術(shù)和新材 料，已脫胎換骨成為一種新型的能量轉(zhuǎn)化裝置。 此外熱氣機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，獨(dú)立于燃?xì)獾墓べ|(zhì)通過加熱器 吸熱，并按斯特林循環(huán)對外做功，因此避免了類似內(nèi)燃機(jī)的震爆做功和間歇燃燒過程，從而實(shí)現(xiàn)了高效、低噪和低排放運(yùn)行。而這些因素又相互影響，使熱交換過程的機(jī)理復(fù)雜化。試驗(yàn)熱氣機(jī)的功率傳遞機(jī)構(gòu)分為曲柄連桿傳動(dòng)、菱形傳動(dòng)、斜盤或擺盤傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和自由活塞傳動(dòng)等。斯特林發(fā)動(dòng) 機(jī)是獨(dú)特的熱機(jī)，哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 2 因?yàn)樗麄兝碚撋系男蕩缀醯扔诶碚撟畲笮剩Q為卡諾循環(huán)效率。另一個(gè)例子是，新西蘭whisperTech 公司研制的 WhisperGen800 小型熱氣機(jī)總能系統(tǒng)已于 20xx 年投放歐洲市場，該機(jī)在輸出 750W 電力的同時(shí)，提供 5kW 的熱量 (50。 49 第 6 章 熱氣機(jī)效率影響因素分析 25 建立 PROE 熱氣機(jī)模型 25 建立熱氣機(jī)模型和 PROE 模型 20 動(dòng)網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)方式 7 第 2 章 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)基本工作原理 學(xué) 號 06031217 密 級 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 小型熱氣機(jī)模型工作過程仿真及分析 院 （系）：動(dòng)力與能源工程學(xué)院 專 業(yè)：熱能與動(dòng)力工程 學(xué) 號： 06031217 學(xué) 生 姓 名：胡海濱 指 導(dǎo) 教 師：張新玉 教授 20xx 年 6 月小型熱氣機(jī)模型工作過程仿真及分析 胡 海 濱 哈 爾 濱 工 程 大 學(xué) 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 小型熱氣機(jī)模型工作過程仿真及分析 院 （系）：動(dòng)力與能源工程學(xué)院 專 業(yè)：熱能與動(dòng)力工程 學(xué) 號： 06031217 學(xué) 生 姓 名：胡海濱 指 導(dǎo) 教 師：張新玉 教授 20xx 年 6 月 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 摘 要 熱氣機(jī) (Stirling Engine)是一種由外部供熱使工作氣體在不同溫度下作周期性壓縮和膨脹的閉式循環(huán)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，相對于內(nèi)燃機(jī)而言，熱氣機(jī)具有燃料適應(yīng)性強(qiáng)、工作平穩(wěn)、振動(dòng)噪聲小、低排放等優(yōu)點(diǎn) ， 是一種清潔、高效的動(dòng)力設(shè)備。8 熱氣機(jī)的工作原理 12 本章小結(jié) 25 建立熱氣機(jī)模型 26 熱氣機(jī)模型在 GAMBIT 中的處理 44 熱氣機(jī)模型仿真結(jié)果分析 61 結(jié)論 實(shí)際使用證明：常規(guī)潛艇采用 AIP 技術(shù)之后，連續(xù)潛航能力由原來的數(shù)天提高到數(shù)周，其作戰(zhàn)效能得到了大幅度的提高，這充分說明，熱氣機(jī)技術(shù)可以在特殊領(lǐng)域 為用戶創(chuàng)造極大的價(jià)值。 熱氣機(jī)是倫敦的牧師羅巴特 斯特林（ Robert Stirling）于 1816 年發(fā)明的，所以命名為 “斯特林發(fā)動(dòng)機(jī) ”（ Stirling engine）。已設(shè)計(jì)制造的熱氣機(jī)有多種結(jié)構(gòu)，可利用各種能源，已在航天、陸上、水上和水下等各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。熱交換器的性能受到各種因素的影響，如壓力、溫度、容積、材料的導(dǎo)熱性能，幾何形狀、布置方式、工質(zhì)的性質(zhì)和流動(dòng)損失等。熱氣機(jī)在很寬的速度范圍內(nèi)具有良好的扭矩特性，適于車輛使用，曲軸每轉(zhuǎn)的扭矩均勻度小，潤滑油消耗量也少。在 20 世紀(jì) 70 年代，世界范圍內(nèi)爆發(fā)的石油危機(jī)使人們重又想到了熱氣機(jī)，而此時(shí)新材料、新工藝的水平已可保證熱氣機(jī)在高水平方向上發(fā)展。菲利普公司還發(fā)明了襪套式密封裝置，該裝置的創(chuàng)新為研究高效密封裝置開辟了新的方向。 1976 年，日本船舶技術(shù)研究所、日本造船研究會(huì)和日本活塞環(huán)公司開式研究船用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，研制的樣機(jī)為四缸直列式，功率為 800 馬力。 1984 年 6 月，第二屆國際斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)議在 上海舉行，使得我國斯特林的研究不斷進(jìn)步。 熱氣機(jī)的未來發(fā)展將更多的應(yīng)用新材料 (如陶瓷 )和新工藝，以降低造價(jià)；對實(shí)際循環(huán)進(jìn)行理論研究，完善結(jié)構(gòu)，提高性能指標(biāo)；在應(yīng)用方面，正大力研究汽車用的大功率燃煤熱氣機(jī)、太陽能熱氣機(jī)和特種用途熱氣機(jī)等。還應(yīng)足夠可靠，大修期應(yīng)不低于 8000 小時(shí)，壽命不低于 24000 小時(shí)。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 本文的主要工作 本文的主要工作是以熱氣機(jī) 、熱 力學(xué)和流體力學(xué) 的理論基礎(chǔ)為基礎(chǔ)， 并在研究熱氣機(jī)工作過程理論的基礎(chǔ)上，對 模型熱氣機(jī)進(jìn)行 仿真 研究，然后結(jié)合 GAMBIT 和 FLUENT 等軟件模擬熱氣機(jī)運(yùn)行， 運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，將熱氣機(jī)工作過程形象的表達(dá)出來，最后對其進(jìn)行性能分析，研究提高熱氣機(jī)效率的方法和途徑。 斯特林循環(huán) 斯特林循環(huán)是熱氣機(jī)的理想循環(huán)，是一個(gè)高度理想化 的熱力過程。于是工質(zhì)溫度從了 TC 升高到 TB，工質(zhì)壓力也升高?？ㄖZ循環(huán)是由兩個(gè)定溫過程 (圖中的 l—2’和 3—4’)和兩個(gè)絕熱過程 (2’ —3 和 4’—1)所組成的可逆循環(huán)。斯特林循環(huán)優(yōu)于卡諾循環(huán)的地方，是它用兩個(gè)定容回?zé)徇^程代替卡諾循環(huán)的兩個(gè)絕熱過程。 圖中的熱氣機(jī) 系統(tǒng)由一個(gè)裝有兩個(gè)活塞的氣缸構(gòu)成，兩個(gè)活塞 之 間沒有回?zé)崞?。此時(shí)，工質(zhì)通 過 回?zé)崞鲝睦淝晦D(zhuǎn)移