【正文】 檢查網(wǎng)格 操作：點(diǎn)擊 Grid， 然后點(diǎn)擊 Check， 目的是確保最小體體網(wǎng)格單元都為正值，否則， FLUENT 無(wú)法開(kāi)始計(jì)算。 2 volume。 子類(lèi)型選擇實(shí)體，名稱(chēng)等默認(rèn)，然后點(diǎn)擊確定按鈕。 忽略冷卻器、加熱器和回?zé)崞鞯娜莘e，即沒(méi)有多余容積 。 （ 3）在 Remeshing Options（重劃選項(xiàng)）標(biāo)簽下定義與網(wǎng)格局部重劃相關(guān)的參數(shù)。 上述定義在 Dynamic Zones（動(dòng)態(tài)區(qū)域）面板中設(shè)置，啟動(dòng)該面板的菜單操作順序?yàn)椋? Define Dynamic Mesh Zones 在這個(gè)面板中可以修改動(dòng)態(tài)區(qū)域的設(shè)置、計(jì)算剛體運(yùn)動(dòng)區(qū)域的重心或刪除一個(gè)動(dòng)態(tài)區(qū)域。 為了使用動(dòng)網(wǎng)格模型， 需要準(zhǔn)確設(shè)定動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)，設(shè)置的方法是 在dynamic mesh（動(dòng)網(wǎng)格）面板中激活 Dynamic Mesh（動(dòng)網(wǎng)格）選項(xiàng)。 局部重劃模型 在使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的區(qū)域上一般采用彈簧光順模型進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格劃分，但是如果運(yùn)動(dòng)邊界的位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于網(wǎng)格尺寸，則采用彈簧光順模型可能導(dǎo)致網(wǎng)格質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)體積為負(fù)值的網(wǎng)格，或因網(wǎng)格畸變過(guò)大導(dǎo)致計(jì)算不收斂。網(wǎng)格的更新過(guò)程由 FLUENT 根據(jù)每個(gè)迭代步中邊界的變化情況自動(dòng)完成。其局部網(wǎng)格重生式是 FLUENT 所獨(dú)有的，而且用途廣泛，可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問(wèn)題以及物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律事先不知道而完全由流 動(dòng)所產(chǎn)生的力所決定的問(wèn)題； 變形網(wǎng)格以及滑動(dòng)網(wǎng)格等。由于采用菱形傳動(dòng)，可以在 冷腔下方設(shè)置一個(gè)緩沖底， 圖 曲軸轉(zhuǎn)角及活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律 在斯特拉發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)中，不難發(fā)現(xiàn)，配氣活塞和動(dòng)力活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是相同的，實(shí)際上配氣活塞的運(yùn)動(dòng)比動(dòng)力活塞快四分之一個(gè)周期， 一個(gè)周期為360 度，即配氣活塞比動(dòng)力活塞快 90 度。如此周而復(fù)始就組成熱氣機(jī)的連續(xù)工作循環(huán)。這兩個(gè)腔室的容積變化分別由 配氣活塞控 制，膨脹腔處設(shè)置有使工質(zhì)做 等溫膨脹的加熱器 H，對(duì)工質(zhì)加熱使其保持高溫 Tmax，在壓縮腔處設(shè)置有能將壓縮熱從被壓縮的工質(zhì)中導(dǎo)出的冷卻器 C，住在冷腔的工質(zhì)保持低溫 Tmin。從熱力學(xué)的觀點(diǎn)看，卡諾循環(huán)是最有利的一種熱力循環(huán)，具有最高的熱效率。這四個(gè) 工作 過(guò)程如圖 所示。 3 水下動(dòng)力系統(tǒng) 對(duì)于水下用熱氣機(jī)，滿足安全的要求是第一位的，因此，必須采取有效措施防止氧氣的泄漏；同時(shí)，綜合考慮安全性和高性能的要求，熱氣機(jī)的工質(zhì)也只能用氦氣。在以后的會(huì)議中成為斯特林應(yīng)用前景的討論熱點(diǎn)之一。 1958 年，美國(guó)通用發(fā)動(dòng)機(jī)公 司研制成功了衛(wèi)星用太陽(yáng)能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組，還研制了軍用 3 千瓦輕便式無(wú)聲發(fā)電機(jī)組，其聲音在 35 米外幾乎聽(tīng)不到，性能優(yōu)越。高效：總能效率達(dá)到 80%以上；低噪： 1 米處裸機(jī)噪音底于 68dBA；低排放：尾氣排放達(dá)到歐 5 標(biāo)準(zhǔn)。 斯特林熱氣機(jī)在理論上具有卡諾循環(huán)的效率，在實(shí)際應(yīng)用中要達(dá)到這種效率卻相當(dāng)困難。 C 以上的熱水 )，該機(jī)有三種規(guī)格，分別適用于游艇的 輔助動(dòng)力、邊遠(yuǎn)住宅及城市住房的熱電聯(lián)供系統(tǒng)。 現(xiàn)代 熱氣機(jī)的發(fā)展速度還是比較快， 但是 熱氣機(jī)的測(cè)試手段和水平仍然還比較簡(jiǎn)單，很多過(guò)程中的量難以測(cè)量，這些很大程度上影響了熱氣機(jī)技術(shù)的發(fā)展。 10 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 18 動(dòng)網(wǎng)格的基本理論 50 溫度對(duì)熱氣機(jī)效率的影響 上個(gè)世紀(jì)九十年代初，瑞典 Kockums 公司率先將熱氣機(jī)成功地用作潛艇的經(jīng)航動(dòng)力，從而使瑞典成為世界上第一個(gè)擁有了不依賴(lài)空氣動(dòng)力 (AIP)潛艇的國(guó)家。工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?，膨脹作功燃料在氣缸外的燃燒室?nèi)連續(xù)燃燒，通過(guò)加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接 參與燃燒，也不更換。因燃料是在較多的過(guò)量空氣下連續(xù)燃燒的，熱氣機(jī)無(wú)需氣門(mén)機(jī)構(gòu)，無(wú)爆炸燃燒，運(yùn)行平穩(wěn)振動(dòng)小。菲利普公司的創(chuàng)新主要在于，采用了菱形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證活塞和活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)，從而解決了密封的一些問(wèn)題，更進(jìn)一步的是，在工質(zhì)上，他們采用了氫氣或氦氣為工質(zhì)，傳熱性提高，比重和粘度降低，從而顯著的提高了惹交換器的效率。1982 年 8 月，中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)和國(guó)家科委攻關(guān)局在上海召開(kāi)了 “內(nèi)燃機(jī)攻關(guān)項(xiàng)目選題專(zhuān)家座談會(huì) ”，會(huì)議確定斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)和電子控制內(nèi)燃機(jī)這三個(gè)項(xiàng)目為主要研究項(xiàng)目。并且應(yīng)使用方便，自動(dòng)化程度高，無(wú)須專(zhuān)人值守。當(dāng)然受實(shí)際可能的限制，不可能達(dá)到 100％，但提供了提高熱效率的努力方向。 為了進(jìn)行比較，在圖 1 中還示明了卡諾循環(huán)。圖 所示 就 是熱氣機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)及其動(dòng)作過(guò)程。在工質(zhì)通過(guò)回?zé)岬脮r(shí)，熱量從工質(zhì)傳 給了回?zé)崞鳎べ|(zhì)溫 度降低到 Tmin。通常動(dòng)力活塞的上拉板兩端各設(shè) 置 兩根連桿，而配氣活塞的下拉扳兩端各設(shè)置 兩 根連 接 六 根連桿是等長(zhǎng)的。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型，使 FLUENT 在轉(zhuǎn)捩與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動(dòng) /變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛應(yīng)用。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 動(dòng)網(wǎng)格 的基本 理論 和 方法 動(dòng)網(wǎng)格的基本理論 世界的萬(wàn)事萬(wàn) 物都時(shí)時(shí)刻刻處于運(yùn)動(dòng)之中，為了更好的分析一些問(wèn)題，在 FLUENT 數(shù)值模擬中，就出現(xiàn)了動(dòng)網(wǎng)格模型，動(dòng)網(wǎng)格對(duì)于很多問(wèn)題的處理更加優(yōu)越在對(duì)于區(qū)域變化的問(wèn)題的處理上。 （ 3）如果網(wǎng)格周?chē)鷧^(qū)域中有雙側(cè)壁面區(qū)域，則必須首先將壁面和陰影區(qū)分割開(kāi)，再用 。 預(yù)覽動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置，菜單操作為： Solve Mesh Motion 在計(jì)算活塞問(wèn)題時(shí)，設(shè)定活塞計(jì)算中的事件： Define Dynamic Mesh Events 并可以通過(guò)顯示閥與活塞 的運(yùn)動(dòng)，檢查上述設(shè)置是否正確： Display IC Zone Motion 應(yīng)用自動(dòng)保存功能保存計(jì)算結(jié)果。這個(gè)函數(shù)的自變量為曲柄轉(zhuǎn)角，如果選用這個(gè)函數(shù)，還需要指定 Piston Stroke（活塞行程）和Connecting Rod Length（連接桿長(zhǎng)度）二個(gè)參數(shù)。 （ 7）點(diǎn)擊 Create（創(chuàng)建）按鈕，完成設(shè)置。 假設(shè)熱氣機(jī)是絕對(duì)密封的，不存在泄露的問(wèn)題，不考慮工質(zhì)質(zhì)量損失的問(wèn)題。在本哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 文中，為了優(yōu)化設(shè)置，并為后期模型的修改提供方便所以我優(yōu)先選擇用 PROE進(jìn)行模型的建立。 3 從 volume。首先根據(jù)數(shù)據(jù)繪制 CAD圖紙，然后通過(guò) PROE 建立動(dòng)力 活塞模型、配氣活塞模型、配氣活塞氣缸和動(dòng)力活塞模型的零件，接著講零件導(dǎo)入 GAMBIT 中，設(shè)置邊界條件、劃分網(wǎng)格等，最后輸出 Mesh 文件，為小型熱氣機(jī)模型在 FLUENT 中進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算打下了基礎(chǔ)。 圖 選擇湍流環(huán)境 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 35 選擇湍流環(huán)境 操作：點(diǎn)擊 Define 中的 Models， 選擇 Viscous， 如圖 中，選擇第四項(xiàng) kepslion， 其他保持缺省設(shè)置，點(diǎn)擊 OK，完成操作 圖 選擇材料 選擇材料 操作：點(diǎn)擊 Define，選擇 Materials， 打開(kāi)對(duì)話框如圖 所示，在 Density下拉列表中選擇 adealgas， 然后 點(diǎn)擊 Change/Create， 這里有一點(diǎn)需要了解的是，在選擇 idealgas 后， FLUENT 將自動(dòng)激活能量方程，因此可不訪問(wèn) Energy菜單。 3 刪除，選擇就剩下新的volume。 如圖 熱氣機(jī)模型在 GAMBIT 中的處理 圖 導(dǎo)入模型 零件 如圖 首先打開(kāi) BAMBIT，在進(jìn)入 GAMBIT 界面后，點(diǎn)擊 FILE，選擇 IMPORT 中的 STEP， 即為導(dǎo)入零件的操作。 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，配氣活塞和動(dòng)力活塞的速度穩(wěn)定。 用戶定義的運(yùn)動(dòng)方式 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 對(duì)于同時(shí)存在運(yùn)動(dòng)和變形的區(qū)域，只能使用 UDF 來(lái)定義其運(yùn)動(dòng)方式，定義步驟如下： （ 1）在 Zone Names（區(qū)域名稱(chēng)）中選擇需要定義的區(qū)域名稱(chēng)，并在 Type（類(lèi)型） 下選擇 UserDefined（用戶定義）?？晒┻x擇的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型包括 Stationary（靜止）、 Rigid Body（剛體運(yùn)動(dòng)）、 Deforming（變形）和 UserDefined（用戶自定義）四種。 1）選擇網(wǎng)格更新模型 在 Mesh Methods（網(wǎng)格劃分方法）下面選擇 Smothing（彈簧光順模型），Layering（動(dòng)態(tài)層模型）和（或） Remshing（局部重劃模型）。如果動(dòng)邊界附近采用的是四面體網(wǎng)格（三維）或三角形網(wǎng)格（二維），則FLUENT 會(huì)自動(dòng)選擇彈簧光順模型和局部重劃模型對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整。FLUENT 要求將運(yùn)動(dòng)的描述定義在網(wǎng)格面或網(wǎng)格區(qū)域上。由于囊括了 Fluent Dynamical International 比利時(shí)PolyFlow 和 Fluent Dynamical International(FID)的全部技術(shù)力量 (前者是公認(rèn)的在黏彈性和聚合物流動(dòng)模擬方面占領(lǐng)先地位的公司 ， 后者是基于有限元方法 CFD 軟件方面領(lǐng)先的公司 )， 因此 Fluent 軟件具有如下優(yōu)點(diǎn) 功能強(qiáng) ， 適用面廣。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 第 3 章 數(shù)值仿真軟件 基礎(chǔ) 本文中，由于建模分析的需要，主要需要的軟件有 PREO、 GAMBIT、FLUENT 等，作為目前在建模仿真的軟件中，這些都是有其各自的特點(diǎn)，本章主要介紹下 GAMBIT 軟件、 FLUENT 軟件，以及動(dòng)網(wǎng)格的相關(guān)理論，并簡(jiǎn)單介紹軟件在本文中的應(yīng)用。因此實(shí)際 上冷熱腔的容積變化決定于傳遞活塞運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。壓力也最低 。斯 特林循環(huán)在極限回?zé)岬那闆r下，其定容 放熱過(guò)程 4—l所釋放的熱量與定 容吸熱過(guò)程 2—3 所吸收購(gòu)熱量相等 ，于 是其效果和卡諾循 環(huán)的兩個(gè)絕熱過(guò)程相當(dāng)。 過(guò)程 2—3 為定容吸熱過(guò)程。 但是熱氣機(jī)的測(cè)試手段和水平仍然還比較簡(jiǎn)單，很多過(guò)程中的量難以測(cè)量，這些很大程度上影響了熱氣機(jī)技術(shù)的發(fā)展。 經(jīng)歷了數(shù)十年的研究和開(kāi)發(fā)，熱氣機(jī)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)已完全具備走出實(shí)驗(yàn)室、走 向?qū)嵱玫臈l件。 3 馬力，最低油耗僅為 159 克 /馬力每小時(shí)。 但是熱氣機(jī)還有其自身急需解決的問(wèn)題，一直未進(jìn)入批量化生產(chǎn)，制造成本高；負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)慢。提高斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵就是要對(duì)熱交換器性能、耐壓耐熱材料以及密封潤(rùn)滑技術(shù)作進(jìn)一步的改善。單作用熱氣機(jī)和雙作用熱氣機(jī)。 48 本章小結(jié) 18 動(dòng)網(wǎng)格的基本方法 8 斯特林循環(huán) 6 本文的主要工作 關(guān)鍵詞 ： 熱氣機(jī) 動(dòng)網(wǎng)格 工作過(guò)程 數(shù)值 仿真 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 ABSTRACT Stirling engine is a working gas by external heating to different temperatures to make an in periodic cyclic pression and expansion of the closed engine, pared to internal bustion engine, the Stirling engine has a fuel adaptability, smooth vibration noise, low emissions, etc, is a clean, efficient power equipment. The development of the modern Stirling engine speed is relatively fast, but Stirling engine testing methods and standards are still relatively simple, many difficult to measure the amount of the process, which largely affected the Stirling engine technology. This article address this issue, according to Stirling principle and proce