【正文】 ss of using the dynamic mesh model simulation technology for small Stirling engine working process, and to affect the efficiency of Stirling engine analysis of the factors. This article describes the application of GAMBIT software model grid treatment, Stirling engine movement was simulated using FLUENT software model to calculate Stirling engine, through the dynamic simulation of its dynamic grid, the whole of the Stirling engine working process simulation, and in this model based on the Stirling engine cylinder temperature, pressure, the whole process of numerical simulation of a Stirling engine cylinder obtained every moment of the internal temperature and pressure distribution, and has been Stirling engine running the whole process of dynamic simulation results, analysis of the factors affecting the efficiency of Stirling to study the temperature, thickness, and valve piston valve piston and cylinder spacing on the efficiency of Stirling engine, Stirling engine improve the efficiency of the methods and means. Key words： Stirling engine Dynamic Mesh Working process Numerical simulation 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 目 錄 第 1 章 緒論 57 本章小結(jié) 它具有熱效率高、環(huán)境特性好、運轉(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，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，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)動機本身 (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， 1953 年缸徑 4。 20xx 年 10 月 SES 與 SDGamp。工質(zhì)可以使用氫氣，工質(zhì)的補充可以采用電解水產(chǎn)氫裝置。 在 FLUENT 動網(wǎng)格模擬后，對 影響熱氣機效率的因素分別 進行分 析和計算，進行數(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。此時系統(tǒng)容積從最小值擴大到最大值，為了實現(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； 先進的六面體核心 (HEXCORE)技術(shù)是 GAMBIT 所獨有的，集成了笛卡爾網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點，使用該技術(shù)劃分網(wǎng)格時更加容易，而且大大節(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)雜的幾何哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 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力活塞作為運算中移動的邊界面來設(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，小型熱氣機模型在 GAMBIT 中 經(jīng)過網(wǎng)格劃分后，就輸出到 FLUENT 中進行下一步處理， GAMBIT 在整個模擬仿真中起著基礎(chǔ)性的作用。動網(wǎng)格計算中計算域的變化通常由計算域邊界運動或流場中固體區(qū)域運動造成。 動態(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)用動態(tài)層模型。 動網(wǎng)格問題的建立 動網(wǎng)格問題的建立有一些基本的方法和步驟， 設(shè)置動網(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（運動屏蔽）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，其強大的網(wǎng)格劃分能力，是整個仿真的基礎(chǔ)，其次介紹了功能很強大的 FLUENT 軟件，對其特點進行了分析，并針對本文所要用到的知識進行了敘述，最后詳細介紹了動網(wǎng)格的基本理論和方法，并在其中深入的介紹了模型在動網(wǎng)格處理中的注意點，對于仿真的順利 進行有很重要的指導(dǎo)作用。 設(shè)置配氣活塞行程為 55mm，動力活塞行程為 4mm，小型熱氣機模型中，有兩個汽缸，分別為配氣活塞汽缸和動力 活塞汽缸，動力活塞對外輸出，而配氣活塞在配氣活塞中起配氣的作用。 3，點選 Connected 按鈕，在確認無誤后點擊 Apply。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 32 圖 導(dǎo)出 MESH 文件 在檢查網(wǎng)格質(zhì)量達到要求之后，就可以輸出小型熱氣機模型了，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。 圖 動網(wǎng)格的運動設(shè)置 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 37 動網(wǎng)格的運動設(shè)置 操作：點擊 Define， 然后選擇 Dynamic Mesh 中的第一項 Parameters， 如圖 所示，在 Model 復(fù)選框中選擇 Dynamic Mesh 和 InCylinder， 在選擇InCylinder 后才允 許輸入相關(guān)數(shù)據(jù)。 同樣的將動力活塞也定義為 WALL，命名為 move2，然后將配氣活塞氣缸地面選中，同樣定義為 WALL，命名為 dimian。 然后對模型進行下一步處理，點擊右邊工具欄，實體按鈕，找到 SPLIT VOLUME ，點擊打開，此功能為從某個體 中去除掉某個實體。 熱氣機的基本 構(gòu) 成 是 冷腔、熱腔、冷源、熱源、動力活塞和配氣活塞等組成，為了模型的建立和后期計算方便，在模型中只考慮建立配氣活塞汽缸、哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 動力活塞汽缸、動力活塞、配氣活塞這些部分。 此外動網(wǎng)格模型還有預(yù)覽的功能，通過預(yù)覽，可以更好的提前獲知問題的處理是否正確，以及如果出現(xiàn)問題，盡早發(fā)現(xiàn)解決， 預(yù)覽動網(wǎng)格 的基本方法還是比較容易掌握的。 （ 2）在 Motion Attributes（運動屬性）標(biāo)簽下的 Motion UDF/Profile（用UDF 或型函數(shù)定義運動）中確定究竟用型函數(shù)，還是 UDF 來做運動定義。迭代次數(shù)是指網(wǎng)格節(jié)點移動計算的最大迭代次數(shù)。 動網(wǎng)格問題中對于固體運動的描述，是以固體相對于重心的線速度和角速度為基本參數(shù)加以定義的。不同區(qū)域之間的網(wǎng)格不必是正則的，可以在模型設(shè)置中用 FLUENT 軟件提供的非正則或者滑動界面功能將各區(qū)域連接起來。 高效 ， 省時。面向 CFD 分析的高質(zhì)量的前處理器，其主要功能包括幾何建模和網(wǎng)格生成。 斯特林發(fā)動機運動規(guī)律 當(dāng)然，無法建造 配氣活塞 式熱氣機的活塞作連續(xù)運 動 的活塞傳動機構(gòu)，因而只能尋 求接近 不連續(xù)運動的活塞傳 動機構(gòu)。此時，工質(zhì)通 過 回?zé)崞鲝睦淝晦D(zhuǎn)移到熱 腔。斯特林循環(huán)優(yōu)于卡諾循環(huán)的地方，是它用兩個定容回?zé)徇^程代替卡諾循環(huán)的兩個絕熱過程。于是工質(zhì)溫度從了 TC 升高到 TB，工質(zhì)壓力也升高。 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 、熱 力學(xué)和流體力學(xué) 的理論基礎(chǔ)為基礎(chǔ)， 并在研究熱氣機工作過程理論的基礎(chǔ)上，對 模型熱氣機進行 仿真 研究，然后結(jié)合 GAMBIT 和 FLUENT 等軟件模擬熱氣機運行， 運用動網(wǎng)格技術(shù)，將熱氣機工作過程形象的表達出來，最后對其進行性能分析，研究提高熱氣機效率的方法和途徑。 熱氣機的未來發(fā)展將更多的應(yīng)用新材料 (如陶瓷 )和新工藝，以降低造價；對實際循環(huán)進行理論研究，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、太陽能熱氣機和特種用途熱氣機等。 1976 年，日本船舶技術(shù)研究所、日本造船研究會和日本活塞環(huán)公司開式研究船用斯特林發(fā)動機，研制的樣機為四缸直列式，功率為 800 馬力。在 20 世紀(jì) 70 年代，世界范圍內(nèi)爆發(fā)的石油危機使人們重又想到了熱氣機，而此時新材料、新工藝的水平已可保證熱氣機在高水平方向上發(fā)展。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)和流動損失等。 熱氣機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)動機 ”（ Stirling engine）。 61 結(jié)論 25 建立熱氣機模型 12 本章小結(jié) 7 第 2 章 斯特林發(fā)動機基本工作原理 25 建立熱氣機模型和 PROE 模型 斯特林發(fā)動 機是獨特的熱機，哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 2 因為他們理論上的效率幾乎等于理論最大效率，稱為卡諾循環(huán)效率。而這些因素又相互影響，使熱交換過程的機理復(fù)雜化。時至今日，通過逐步的技術(shù)改進，熱氣機已在一些領(lǐng)域得到實際應(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。 1978年，日本精機公司研制了功率為 50 千瓦的斯特林發(fā)動機。 未來不同應(yīng)用領(lǐng)域熱氣機的發(fā)展方向主要有三個 太陽能發(fā)電 對于太陽能發(fā)電用熱氣機，由于一般都安裝在邊遠地區(qū)，維護相當(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。 具體的工作內(nèi)容包括以下方面： 學(xué)習(xí)熱氣機的基本工作原理，分析影響熱氣機效率的各個因素。 過程 3—4 為定溫膨脹過程。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。工質(zhì)通過問熱器時吸收熱量，溫度從 Tmin上升到 Tmax，并流入熱腔中。在現(xiàn)代熱氣機中配氣活 塞式熱氣機通常都采用菱形傳動機構(gòu)。由于 GAMBIT 本身所具有的強大功能，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。 Fluent 將不同領(lǐng)域的計算軟件組合起來 ， 成為 CFD計算機軟件群 ， 軟件之間可以方便地進行數(shù)值交換 ， 并采用統(tǒng)一的前、后處理工具 。 動網(wǎng)格的基本方法 動網(wǎng)格計算中網(wǎng)格的動態(tài)變化過程可以用三種模型進行計算，即彈簧近似光滑模型 (springbased smoothing)、動態(tài)分層模型（ dynamic layering）和局部重劃模型（ local remeshing）。既可以用型函數(shù)定義固體的線