【设计】基于Stirling循环的发电系统

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摘  要

基于Stirling循环的直线发电系统具有可采用多种能源、效率高、寿命长和可靠性高等优势,在许多应用领域有取代传统发电系统的潜力和广泛的应用前景,尤其在深空探测和军事上有不可替代的优势。本文所进行的自由活塞式Stirling发电机的概念设计就是为了对大型运载工具所排出的废热的回收所做的一种尝试。

建立基于Stirling循环的直线发电系统,其主要由单缸自由活塞式Stirling发动机和直线发电机构成,对单缸自由活塞式 Stirling发动机的几何尺寸进行了初步设计,运用等温分析法对Stirling发动机运行性能进行了仿真分析,得到了Stirling发电机运行时冷腔压缩p-v图、热腔膨胀p-v图和发动机膨胀功和压缩功相减后的p-v图等,并由此计算了单缸自由活塞式Stirling发动机功率和效率。此外,运用电磁场有限元法对直线发电机定子绕组通一定电流时的恒稳磁场进行了分析,计算出了穿过绕组内部的磁链值,进而求出了发电机定子绕组电感;运用场路祸合时步有限元法对永磁直线发电机空载运行、负载运行进行了瞬态仿真分析,得到了永磁直线发电机空载磁场、空载电动势和负载运行时电压电流值等参数,计算了永磁直线发电机带适当负载时可得到最大电功率。同时,求解并分析了永磁直线发电机定子对自由活塞式Stirling发动机的电磁反作用力。

这是一种跨电工和热工学科研究,以上结果不仅对特种永磁式直线发电机,而且对自由活塞式发动机的设计均有一定的参考价值。                        关键词自由活塞式Stirling发动机;永磁直线发电机;仿真分析

关键词:自由活塞式Stirling发动机;永磁直线发电机;仿真分析

目    录

摘  要

目    录

第1章 绪  论

1.1  课题背景

1.2斯特林发动机

1.3国内外研究状况

1.3.1国内研究现状

1.3.2国外研究现状

1.4课题的来源及意义

1.5课题研究内容10 

第2章发电系统的结构及工作原理11 

2.1发电系统结构、原理和特点11 

2.1.1发电系统结构11

2.1.2发电系统工作原理11 

2.2自由活塞式Stirling发动机及其工作原理13 

2.2.1自由活塞式Stirling发动机的结构13 

2.2.2自由活塞式Stirling发动机的原理13 

2.2.3自由活塞式Stirling发动机的特点18 

2.3永磁直线发电机及其工作原理19 

2.3.1永磁直线发动机结构19 

2.3.2永磁直线发动机工作原理 21 

2.3.3永磁直线发动机特点21 

第3章 自由活塞式Stirling发动机的尺寸设计和运行性能分析22 

3.1自由活塞式Stirling发动机设计要求22 

3.2工质选择23 

3.3结构尺寸确定23 

3.3.1汽缸直径24 

3.3.2热腔、冷腔和无益容积24 

3.3.3缝隙式回热器和配气活塞尺寸24 

3.3.4配气活塞行程25 

3.3.5动力活塞尺寸和质量25 

3.3.6缓冲腔容积26 

3.4基于等温分析法的动力特性数值模拟26 

3.4.1简化假设27 

3.4.2冷腔压力、热腔压力和容积计算27 

3.4.3系统功率和效率32 

3.5本章小结32 

第4章永磁直线发电机空载磁场32 

及电动势计算32 

4.1.1数学模型建立33 

4.1.2有限元计算 34 

4.1.3空载磁场分布37 

4.2空载电动势计算39 

4.3带负载时磁场分析44 

结   论45 

致   谢46 

参 考 文 献

 


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