【正文】 其中 Smoothing、Layering 保持默認(rèn)值，在 Remeshing 中點(diǎn)擊 Mesh Scale Info，將其中的一組數(shù)據(jù)按順序輸入到上面空白處，如圖 中所設(shè)置。1，Spacing 處鍵入 3，其他選項(xiàng)默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊Apply，就開始劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格效果如圖 。1，在第三項(xiàng) VOLUMES 中選擇volume。由于模型零件比較簡單，就直接繪制模型整體 CAD 圖紙。（2）在 IC Zone Motion（網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)）面板中，設(shè)置曲柄角度增量（Increment）和迭代步數(shù)（ Number of Steps） 。（4）在 . Orentation（重心方向）中定義重力在慣性系中的方向。通過設(shè)定 ConstantHeight（常值高度）與 Constant Ratio（常值比例）可以確定分解網(wǎng)格的兩種方法。同時(shí)需要定義的是固體在初始時(shí)刻的位置。彈簧近似光滑模型在彈簧近似光滑模型中，網(wǎng)格的邊被理想化為節(jié)點(diǎn)間相互連接的彈簧。 此外相比同類軟件，F(xiàn)LUENT 穩(wěn)定性好，F(xiàn)LUENT 經(jīng)過大量算例考核，同實(shí)驗(yàn)符合較好，適用范圍廣，F(xiàn)LUENT 含有多種傳熱燃燒模型及多相流模型，可應(yīng)用于從可壓到不可壓、從低速到高超音速、從單相流到多相流、化學(xué)反應(yīng)、燃燒、氣固混合等幾乎所有與流體相關(guān)的領(lǐng)域 精度提高，可達(dá)二階精度。 GAMBIT 軟件具有很多優(yōu)秀的特點(diǎn)，在本文中能利用到得特點(diǎn)有： 可以導(dǎo)入PRO/E、UG、 CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS 、 PATRAN 等大多數(shù)CAD/CAE 軟件所建立的幾何和網(wǎng)格。配氣活塞式熱氣機(jī)的菱形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一共需要兩根曲軸、六根連桿、兩根活塞桿和兩塊拉板。由于工質(zhì)通過回?zé)崞鞫箿囟忍岣撸质窃诠枮I工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文11等容條件下進(jìn)行的，因而導(dǎo)致了壓力也增加。從圖 l—2 可見，在給定的壓力、溫度和容積界限下，斯特林循環(huán)的循環(huán)功(面積 1—2—3—4—1)比卡諾循環(huán)功( 面積 1—2’—3—4’—1)要大。過程中工質(zhì)膨脹并從熱源不斷吸取熱量，使工質(zhì)溫度 TE 維持不變，但壓力下降。建立熱氣機(jī)模型，并運(yùn)用 GMBIT 及 FLUENT 對其處理。其次，重量要求比較輕，有利于簡化聚光器支撐和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，還需要完全自動(dòng)控制。之后英國、法國、加拿大和前蘇聯(lián)等國家，也開始了對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作。自從 1816 年斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)以來，已經(jīng)經(jīng)歷了近 200 年的發(fā)展歷史，無數(shù)人為熱氣機(jī)的發(fā)展貢獻(xiàn)著他們的青春和汗水。迄今為止，尚無成熟的計(jì)算理論。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產(chǎn)生動(dòng)力的。本文介紹了應(yīng)用 GAMBIT 軟件對模型的網(wǎng)格處理，對熱氣機(jī)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了仿真，運(yùn)用 FLUENT 軟件對熱氣機(jī)模型進(jìn)行計(jì)算，通過動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，對熱氣機(jī)的整個(gè)工作過程進(jìn)行仿真，并在此基礎(chǔ)上對熱氣機(jī)模型氣缸內(nèi)的溫度場、壓力場進(jìn)行了全過程的數(shù)值模擬計(jì)算，得出了熱氣機(jī)氣缸內(nèi)部各個(gè)時(shí)刻的溫度場和壓力場分布，并得到了熱氣機(jī)運(yùn)行全過程的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果，分析了影響熱氣機(jī)效率的因素，研究了溫度、配氣活塞厚度以及配氣活塞與氣缸間距對熱氣機(jī)效率的影響，分析提高熱氣機(jī)效率的方法和途徑?？梢姛釟鈾C(jī)無論在民用還是軍用領(lǐng)域都有其獨(dú)特的作用。即使要達(dá)到相同容積的柴油機(jī)效率，工質(zhì)也必須在10MPa 和 700。 熱氣機(jī)單機(jī)容量小，機(jī)組容量從 20－50kw ，可以因地制宜的增減系統(tǒng)容量。1972 年，美國福特汽車公司于菲利普合作研制了車用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。在 711 研究所任職期間，沈岳瑞還創(chuàng)立我國第一個(gè)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(熱氣機(jī))實(shí)驗(yàn)室。必須注重可靠性的提高，可靠性直接影響裝備的在航率和維護(hù)成本，通過適當(dāng)?shù)木S護(hù)，起碼應(yīng)保證 MTBF≥2022 小時(shí)。過程 1—2 為定溫壓縮過程。在冷源與熱源的溫度比值相同的情況下，任何一種熱機(jī)的循環(huán)效哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文9圖 斯特林循環(huán)與卡諾循環(huán)的比較率都不可能高于卡諾循環(huán)的效率。并假設(shè)氣缸中沒有工質(zhì)泄漏的問題，回?zé)崞鞯男实扔?I，即在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱為零，并且活塞運(yùn)動(dòng)中無摩擦損失。 圖 熱氣機(jī)工作原理示意圖哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文12圖 活塞連續(xù)運(yùn)動(dòng)與不連續(xù)運(yùn)動(dòng) PV 圖實(shí)際上，工質(zhì)也不可能為理想氣體，同樣的，不論工藝水平多么高，還是可能有損失和泄漏的，并且活塞的運(yùn)動(dòng)不是間斷的而是連續(xù)的，所以熱氣機(jī)的實(shí)際熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理想循環(huán)的熱效率。這對于研究斯特拉發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)以及提高效率是有幫助的，在后面仿真中，就要注意配氣活塞和動(dòng)力活塞之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。值得強(qiáng)調(diào)的是，F(xiàn)LUENT 軟件還擁有多哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文17種基于解的網(wǎng)格的自適應(yīng)、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)技術(shù)以及動(dòng)網(wǎng)格與網(wǎng)格動(dòng)態(tài)自適應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)； 在 CFD 軟件中 ， Fluent 軟件是目前國內(nèi)外使用最多、最流行的商業(yè)軟件之一。在使用動(dòng)網(wǎng)格模型時(shí)，必須首先定義初始網(wǎng)格、邊界運(yùn)動(dòng)的方式并指定參予運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。動(dòng)網(wǎng)格的實(shí)現(xiàn)在 FLUENT 中是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的。如果計(jì)算的是活塞運(yùn)動(dòng)，則同時(shí)激活 InCylinder（活塞）選項(xiàng)。方法是首先在 Dynamic Zones（動(dòng)態(tài)區(qū)域）列表中選擇一個(gè)動(dòng)網(wǎng)格區(qū)，然后修改其設(shè)置參數(shù)，或計(jì)算其重心，或進(jìn)行刪除操作，最后點(diǎn)擊 Create（創(chuàng)建）按鈕保存設(shè)置。重劃方法在 Mesh Methods（網(wǎng)格劃分方法）中選擇，其中包括Smoothing（彈簧光順模型） 、Layering （動(dòng)態(tài)層模型）和 Remeshing（網(wǎng)格重劃模型） 。工質(zhì)符合 PV=MRT 理想氣體特性方程的規(guī)律。如圖 圖 建立模型零件圖 保存輸出哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文29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)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。3 選擇到右側(cè)，點(diǎn)擊 Apply，此功能為將實(shí)體 volume。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。圖 初始化1初始化操作：點(diǎn)擊 Solve，選擇 Initiailze，出現(xiàn)對話框如圖 所示。 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。接著選擇 volume LIST 功能，將 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。配氣活塞、動(dòng)力活塞的運(yùn)動(dòng)是不連續(xù)的。（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。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。哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文21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。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。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。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。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)。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?；?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?？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)。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。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。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。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。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。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。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 2022 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。它具有熱效率高、環(huán)境特性好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、扭矩——轉(zhuǎn)速特性好、基本上無滑油消耗以及能適用多種燃料或多種能源等特點(diǎn)，致使它具有很廣泛的適用范圍，越來越受人們的重視。 熱氣機(jī)可用氫、氮、氦或空氣等作為工質(zhì)，按斯特林循環(huán)工作。能用各種能源，無論是液態(tài)的、氣態(tài)的或固態(tài)的燃料，當(dāng)采用載熱系統(tǒng)(如熱管)間接加熱時(shí)，幾乎可以使用任何高溫?zé)嵩?太陽能放射性同位素和核反應(yīng)等)，而發(fā)動(dòng)機(jī)本身(除加熱器外) 不需要作任何更改。4KW 的外燃式開式循環(huán)熱氣機(jī)，1953 年缸徑 4。2022 年 10 月 SES 與 SDGamp。工質(zhì)可以使用氫氣，工質(zhì)的補(bǔ)充可以采用電解水產(chǎn)氫裝置。在 FLUENT 動(dòng)網(wǎng)格模擬后，對影響熱氣機(jī)效率的因素分別進(jìn)行分析和計(jì)算，進(jìn)行數(shù)值分析。工質(zhì)在容積不變的情況下將熱量釋放給回?zé)崞?，工質(zhì)的溫度相壓力均下降拉回復(fù)到始點(diǎn)狀態(tài)。輸入熱量增加了，但輸出功也相應(yīng)增加，其輸入熱量轉(zhuǎn)換為功的比例(即熱效率)仍與卡諾熱效率相同。此時(shí)系統(tǒng)容積從最小值擴(kuò)大到最大值，為了實(shí)現(xiàn)等溫膨脹，加熱器向工質(zhì)加熱 QB；以便使工質(zhì)溫度保持不變。配氣活塞桿的一端連接配氣活塞，另—端與下拉板連接。GAMBIT 中專用的網(wǎng)格劃分算法可以保證在復(fù)雜的幾何區(qū)域內(nèi)直接劃分出高質(zhì)量的四面體、六面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格； 先進(jìn)的六面體核心(HEXCORE) 技術(shù)是 GAMBIT 所獨(dú)有的，集成了笛卡爾網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)，使用該技術(shù)劃分網(wǎng)格時(shí)更加容易，而且大哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文16大節(jié)省網(wǎng)格數(shù)量、提高網(wǎng)格質(zhì)量； GAMBIT 可高度智能化地選擇網(wǎng)格劃分方法，可對極其復(fù)雜的幾何區(qū)域劃分出與相鄰區(qū)域網(wǎng)格連續(xù)的完全非結(jié)構(gòu)化的混合網(wǎng)格； 在本文中，GAMBIT 對于模型建立后導(dǎo)入后的邊界面設(shè)置，特別是配氣活塞與動(dòng)力活塞作為運(yùn)算中移動(dòng)的邊界面來設(shè)置，起到很大的作用，并且提供了多種網(wǎng)格的劃分選擇，讓模型的處理有了更多的方法和途徑，小型熱氣機(jī)模型在 GAMBIT 中經(jīng)過網(wǎng)格劃分后，就輸出到 FLUENT 中進(jìn)行下一步處理，GAMBIT 在整個(gè)模擬仿真中起著基礎(chǔ)性的作用。動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算中計(jì)算域的變化通常由計(jì)算域邊界運(yùn)動(dòng)或流場中固體區(qū)域運(yùn)動(dòng)造成。動(dòng)態(tài)層模型對于棱柱型網(wǎng)格區(qū)域（六面體和或者楔形） ，可以應(yīng)用動(dòng)態(tài)層模型。 動(dòng)網(wǎng)格問題的建立動(dòng)網(wǎng)格問題的建立有一些基本的方法和步驟，設(shè)置動(dòng)網(wǎng)格問題的步驟如下：在 Solver（求解器）面板中選擇非定常流（unsteady）計(jì)算。4）局部重新劃分網(wǎng)格在 Remeshing（重劃網(wǎng)格）標(biāo)簽下，設(shè)置與局部重劃模型相關(guān)的參數(shù)。如果在所定義的網(wǎng)格區(qū)域中，某種形狀的網(wǎng)格單元需要被排除在上述設(shè)置之外，則可以在 Motion Mask（運(yùn)動(dòng)屏蔽）中選擇這些單元形狀。 本章小結(jié) 本章主要介紹了本文所要用到的一些軟件，先介紹了模型導(dǎo)入以及設(shè)置邊界面的 GAMBIT 軟件，其強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力，是整個(gè)仿真的基礎(chǔ)，其次介紹了功能很強(qiáng)大的 FLUENT 軟件，對其特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并針對本文所要用到的知識進(jìn)行了敘述，最后詳細(xì)介紹了動(dòng)網(wǎng)格的基本理論和方法，并在其中深入的介紹了模型在動(dòng)網(wǎng)格處理中的注意點(diǎn)，對于仿真的順利進(jìn)行有哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文25很重要的指導(dǎo)作用。設(shè)置配氣活塞行程為 55mm，動(dòng)力活塞行程為 4mm，小型熱氣機(jī)模型中，有兩個(gè)汽缸，分別為配氣活塞汽缸和動(dòng)力活塞汽缸，動(dòng)力活塞對外輸出，而配氣活塞在配氣活塞中起配氣的作用。3，點(diǎn)選 Connected 按鈕，在確認(rèn)無誤后點(diǎn)擊 Apply。哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文33圖 導(dǎo)出 MESH 文件在檢查網(wǎng)格質(zhì)量達(dá)到要求之后，就可以輸出小型熱氣機(jī)模型了，在GAMBIT 菜單欄選擇 FLIE，選中 Export 中的 Mesh，修改為自己需要的文件名，并選擇保存路徑。設(shè)置 Crank period 值為 360176。圖 動(dòng)網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)設(shè)置動(dòng)網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)設(shè)置操作：點(diǎn)擊 D