ارائه الگوی ریاضی دینامیکی-ترمودینامیکی موتور استرلینگ جهت بهبود بازده و توان تولیدی

نویسندگان

چکیده

در این مقاله به بررسی تاثیر متغیرهای سطح انتقال حرارت گرمکن و خنک‌کن، جرم و سطح انتقال حرارت بازیاب و افت فشار ناشی از حرکت سیال، بر روی بازده حرارتی و توان تولیدی موتور استرلینگ پرداخته شده است.
بررسی متغیرهای ذکر شده بوسیله‌ی ارائه یک الگوی دینامیکی-ترمودینامیکی از موتور استرلینگ با فرض انتقال حرارت غیر ایده‌آل و توزیع فشار و دمای غیر یکنواخت و متغیر با زمان صورت گرفته و از نرم‌افزار متلب [2] به عنوان محیط برنامه‌نویسی استفاده شده است. الگو به گونه‌ای طراحی شده است که قادر است با یک بار انجام نگاشت (کالیبراسیون)، با استفاده از داده‌های حاصل از اندازه‌گیری یا با استفاده از داده‌های حاصل از شبیه‌سازی بخش‌های مختلف یک موتور نمونه، رفتار آن را با تغییر در متغیرهای بهینه‌سازی، مشخص سازد.
بمنظور نگاشت الگو، از مشخصات هندسی و داده‌های حاصل از انجام آزمایش بر روی موتور [3] ST500 در فشار نامی استفاده شده است. بمنظور اطمینان از صحت پیشبینی الگو، خروجی آن با خروجی آزمایش، برای فشارهایی غیر از فشار نامی موتور، با یکدیگر مقایسه شده است. نهایتا با تغییر متغیرهای بهینه‌سازی در الگو، تاثیر هریک در بازده حرارتی و توان تولیدی موتور بررسی شده و مهمترین متغیر در بهبود بازده حرارتی و کار خروجی آن انتخاب شده است. پس از اعمال همان تغییر در موتور، بازده حرارتی آن با پیش‌بینی الگو و با حالت قبل خود مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dynamic-Thermodynamic Mathematical Model of Stirling Engine to Improve Efficiency and Power

نویسندگان [English]

  • M. Hooshang
  • R. Askary Moghadam
  • M. Tale Masouleh
  • S. Alizadehnia
چکیده [English]

A dynamic-thermodynamic model of stirling engine is presented to study some of optimization factors
on engine thermal efficiency and output power. The optimization factors have been assumed as heater and
cooler heat transfer areas, regenerator solid mass amount and its heat transfer area and fluid pressure
drop. To study these factors, the model takes into account non-ideal heat transfer, non-uniform pressure
distribution and time dependant temperature variation in any stirling engine gas chambers. Calibration
parameters also have been defined so that the model should be calibrated via a test result data or simulation
data, afterward it can predict the engine behavior while changing the optimization factors.
Geometrical dimensions and test results at nominal gas pressure for ST500 stirling engine was used in
order to calibrate the model. To ensure the prediction accuracy, comparisons were accomplished between
model output and motor test results for different gas pressures. Finally the optimization factors of the
model were varied separately, model outputs were compared and the most important factor in improving
the thermal efficiency and work output was selected. The determined optimization factor was applied to
the engine and the thermal efficiency and output power was measured. The engine test results were compared
to the model prediction and to previous engine state.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stirling engine
  • Dynamic-Thermodynamic
  • Heat Transfer
  • regenerator
  • thermal efficiency