汽車尾氣余熱驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的可行性研究.pdf

1、全球能源短缺問題隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而日趨嚴(yán)重,如何利用汽車尾氣余熱能量也愈發(fā)引起研究人員的興趣。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)作為節(jié)能裝置,具有燃料廣泛、轉(zhuǎn)換效率高、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)其在汽車尾氣能量的回收上展開了研究。而應(yīng)用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)來回收汽車尾氣能量,在解決能源短缺,提高能量利用率等方面具有不可言喻的重要意義。本文主要研究針對(duì)汽車尾氣能量,設(shè)計(jì)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的換熱系統(tǒng),通過性能實(shí)驗(yàn)測試、理論模型分析及數(shù)值模擬,找出斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)效率影響的主

2、要因素,為優(yōu)化斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)提供理論依據(jù)。
　　本文針對(duì)汽車尾氣能量,設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠利用汽車尾氣余熱驅(qū)動(dòng)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)換熱系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上,對(duì)小型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測試。實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容主要包括在恒扭矩和變扭矩時(shí),對(duì)應(yīng)的充氣壓力為5bar、10bar、12bar及14bar共8組實(shí)驗(yàn)工況下,分別測量加熱溫度,充氣壓力對(duì)輸出功率的影響,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出特性及能量的分析。仿真計(jì)算及數(shù)值模擬主要研究內(nèi)容包括應(yīng)用 MATLAB軟件仿

3、真計(jì)算斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程(循環(huán)壓力17bar)并且計(jì)算不同工況時(shí)(充氣壓力為5bar,10bar,12bar,14bar)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率;應(yīng)用 ANSYS軟件模擬回?zé)崞鞯膲毫?并對(duì)影響回?zé)崞鲏航档囊蛩剡M(jìn)行分析。
　　實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):
　　1.熱源溫度:斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率隨熱源溫度的增加而增大;
　　2.充氣壓力:不同的熱源溫度,對(duì)應(yīng)著不同的最佳充氣壓力,在最佳充氣壓力之前,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率隨著充氣壓力的

4、增加而增大,達(dá)到最佳充氣壓力后,若繼續(xù)充壓,則會(huì)使輸出功率下降,同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大震動(dòng);
　　3.循環(huán)過程中換熱器總壓力損失最大值接近7bar,這說明換熱器內(nèi)的流動(dòng)阻力比較大,換熱器的尺寸還可進(jìn)行優(yōu)化;
　　4.發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩為5.39 N?m,是在充氣壓力為14bar時(shí)獲得的,當(dāng)負(fù)載逐漸增加時(shí),速度也逐漸減少;
　　5.隨著充氣壓力的增加,指示效率與有效效率均增加。
　　模擬研究發(fā)現(xiàn):
　　1.實(shí)驗(yàn)樣

5、機(jī)的指示功率與模擬結(jié)果相差較大,說明實(shí)驗(yàn)樣機(jī)還需要進(jìn)一步優(yōu)化;
　　2.由于無益容積、回?zé)崞髁髯钃p失等使得實(shí)際斯特林循環(huán)功與理想斯特林循環(huán)功相差較大;
　　3.回?zé)崞鹘z網(wǎng)目數(shù)的增加,會(huì)導(dǎo)致回?zé)崞髁髯钃p失增大;絲網(wǎng)直徑的增加,則使回?zé)崞髁髯钃p失減小。
　　綜上所述,在設(shè)計(jì)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),加熱器的制造應(yīng)選擇耐高溫材料;同時(shí),確定循環(huán)壓力參數(shù)時(shí),應(yīng)重點(diǎn)考慮工質(zhì)的密封性能。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán)具有較大差別,且主要是