太阳能斯特林热气机热交换系统的设计与研究

【摘要】： 热气机是一种新型的、利用外部能源加热的闭式循环活塞式发动机。热气机必将得到充分的发展,在动力系统中取得应有的地位和发挥其积极的作用,造福人类。热交换器的基本功能是实现斯特林热气机内外的热能交换,保证工质在密闭循环系统中实现加热、蓄热和冷却的热交换过程。 开展了太阳能Stirling热气机热交换系统的设计与研究,此热交换系统主要服务于利用太阳能热为直接热源、斜盘传动的四缸双作用热气机。热交换系统是斯特林热气机的关键部件。介绍了热交换系统的基本结构和原理;从实际整体设计要求出发,结合国内外广泛使用的数学分析方法,利用MathCAD软件计算了流阻、压降、热交换率等技术参数,分析了这些数据之间的关系及其相互影响;在充分认识诸参数的相互作用的基础上,更科学地确定了包括回热器和冷却器在内的各部件设计尺寸和结构形式,达到了优化设计、降低耗能、提高效率和节省研制经费的目的。在加工制造方面,针对此次设计的特殊性,提出了一些带有创新性的加工方法。 为验证设计结果的有效性,专门建造了冷却器特性试验台,对冷却器的热特性和流动特性进行了试验。试验结果和数据分析表明,冷却器的设计思想是正确的,设计方法和步骤是行之有效的,设计结果达到了预期技术指标。 【关键词】：斯特林热气机 热交换系统 回热器 冷却器 设计 数学分析 性能试验
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TB651
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 斯特林热气机热交换系统概述12-13
• 1.2 热交换器的几个基本问题13-15
• 1.2.1 工质流动和摩擦损失13-14
• 1.2.2 换热和换热系数14-15
• 1.3 课题内容及其目的15-16
• 第二章 回热器及其设计16-21
• 2.1 回热器概论16-17
• 2.1.1 回热器的功能16
• 2.1.2 回热器的工作条件及要求16-17
• 2.1.3 回热器的构造17
• 2.2 网片基体的温度特性17-18
• 2.2.1 理想回热器温度场17-18
• 2.2.2 实际回热器的温度场18
• 2.3 网片基体的流动特性18-20
• 2.4 热气机及有关回热器的设计20-21
• 2.4.1 在回热器总损失最小时基体长径比的确定20-21
• 第三章 冷却器及其设计21-24
• 3.1 冷却器概论21
• 3.2 冷却器的基本设计21-24
• 第四章 热交换系统的设计计算24-49
• 4.1 汽缸容积的确定24-25
• 4.2 转速 n、循环频率 n_f 的确定25
• 4.3 死体积计算25-26
• 4.3.1 汽缸死体积计算25
• 4.3.2 回热器死体积计算25-26
• 4.3.3 回热器连接管死体积计算26
• 4.3.4 总的死体积计算26
• 4.4 功率计算26-38
• 4.4.1 简化假设及限定条件26-27
• 4.4.2 冷热腔容积和冷热区容积以及总容积27-28
• 4.4.3 压力计算28-29
• 4.4.4 循环功计算29-31
• 4.4.5 工质分布与工质流量31-33
• 4.4.6 流动阻力损失33-38
• 4.5 循环功率和有效效率38-47
• 4.5.1 活塞的穿梭传热损失38-41
• 4.5.2 活塞的泵气损失41-42
• 4.5.3 活塞壁的导热损失42-43
• 4.5.4 缸壁导热损失43-44
• 4.5.5 回热器壳体的导热损失44-45
• 4.5.6 回热器的补热45-46
• 4.5.7 回热器芯的导热损失46-47
• 4.5.8 回热器芯的温度不均匀损失47
• 4.6 冷却器容量和冷腔温度的验算47-49
• 第五章 回热器与冷却器的加工制造49-52
• 5.1 回热器的加工制造49-50
• 5.2 冷却器的加工制造50-52
• 第六章 试验设计及分析52-55
• 6.1 冷却器特性试验台的设计52-53
• 6.2 冷却器的特性试验53
• 6.3 试验小结53-55
• 第七章 总结55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59-60

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