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基于Stirling循环的直线发电系统的设计 基于Stirling循环的直线发电系统的设计

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《基于Stirling循环的直线发电系统的设计》修改意见稿

1、“.....热腔外围受加热器加热,冷腔外围与冷却器相连,冷却器对其冷却,回热器采用缝隙式回热器。缝隙式回热器即利用动力活塞和缸壁之间的缝隙实现回热功能。基于等温分析法的动力特性数值模拟实用等温计算法,作为斯特林发动机功率和效率的初步估算是最适合的种方法,既简单又较准确,适用于各种传动机构,不必使用经验修正系数。实用等温计算法是模拟计算程序的最直接理论模型。简化假设为简化模型作出以下假设循环各部分皆为等温和完全回热,即热腔中工质温度选用冷腔温度界取为。即冷腔和热腔温度为工质空气为理想气体,无泄漏哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文活塞运动为简谐运动。冷腔压力热腔压力和容积计算冷腔压力热腔压力和容积在循环中的变化。采用实用等温分析法进行计算,可求得如下运行性能参数冷热腔瞬态容积由假设知,瞬时热腔容积可表示为式中为简谐运动的角速度,为从配气活塞上止点起算的时间......”

2、“.....瞬时冷腔容积表示为其中,为活塞行程容积比,即配气活塞行程和动力活塞行程之比,为配气活塞领先于动力活塞运行的活塞领先角,为配气活塞和动力活塞的行程重叠容积。活塞行程的重叠是自由活塞式斯特林发动机的特点之,可以在活塞行程和汽缸直径不变的情况下,选择适当的行程重叠容积,使热性能达到最佳。由于行程重叠容积的存在,可使冷腔容积为零则在冷腔容积为零时即由此引出容积相位角,容积相位角定义为热腔容积变化领先于冷腔容积变化的角度,它与活塞领先角是不等的。当热腔容积为零时,有由式可知,当时,冷腔容积,可得容积相位角活塞行程重叠容积可以分成两部分,即其中为配气活塞从冷腔容积为零时到其下止点的行程容积,为动力活塞从其哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文上止点到冷腔容积最小时的行程容积,所以式由式代入式得将改写为式中为从配气活塞下止点起算的时间......”

3、“.....如图所示。冷热腔瞬态压力因为工质假定为理想气体,所以工质总质量可以通过理想气体状态方程导出式中为工质总质量分别为热腔冷腔和无益容积哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文中工质的质量为气体常数为无益容积,和分别为热腔冷腔和无益容积处的平均温度。热气机的输出功率可用下式表示式中为输出功率,为平均循环压力,伪循环频率,为汽缸排气量。由式算出,功率,频率,汽缸排量,的斯特林发动机需要的平均循环压力为。将带入式确定工作工质为。将容积相位角代入式,并令和化简整理后得循环瞬时压力由循环瞬时压力表达式计算出稳定运行时个周期的压力变化波形,如图所示。由图可以看出,当时,即,循环压力最小。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文当时,即,循环压力最大环压力。压力比平均循环压力为缓冲腔压力设置为与平均循环压力相等......”

4、“.....冷腔热腔和总容积的图根据简谐运动等效角度与循环容积和压力波关系,做出循环图,其中,和分别为热腔图冷腔图和循环总图。由图可以看出设计的自由活塞式斯特林发动机运行时压力和容积的变化接近于理想斯特林循环,压力变化匀称,无尖峰,流阻损失小。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文系统功率和效率热腔图面积表示热腔膨胀所做的功,为正功。冷腔图面积表示冷腔压缩功,为负功。二者相减即为循环功。对循环总图进行面积积分,求出循环功。系统功率。每循环热腔工质吸收的热量。循环效率本章小结本章对发电系统中自由活塞式发动机进行了设计和仿真,得到以下结论根据热力学性能和机械性能两方面的要求。综合考虑了活塞穿梭传热压缩比无益容积比和扫气容积比等参数对性能的影响和动力活塞气密性要求,确定了自由活塞式斯特林发动机主要结构尺寸......”

5、“.....得到了发动机循环图功率和效率。其功率和效率满足发电系统的要求。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文第章永磁直线发电机空载磁场及电动势计算永磁直线发电机空载运行时,发电机的定子绕组开路,电机处于空载状态,由自由活塞式发动机驱动而作往复直线运动,永磁体产生的磁场和电机的定子绕组之间有相对运动,在电机的电枢绕组中产生感应电势,但不形成电流,没有电枢反应对主磁场的影响,从而发电机的磁场完全由永磁体建立。永磁体产生的空载主磁场强度究竟有多大,永磁体形成的磁场空间分布规律如何,对发电机产生的电势影响极为重要。所以,获得正确的磁场分布是准确计算永磁发电机参数和性能的重要前提。数学模型建立为了建立合适的电磁场分析模型,根据永磁直线发电机的特点和实际计算需要,将其作如下假设在动子中不存在构成回路的导体......”

6、“.....动子运动时无摩擦阻力。根据以上假设条件和电机的几何尺寸,建立的永磁直线发电机的二维有限元模型如图所示,整个图示区域皆为场求解范围,为空气所占哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文区域,可求得空载电动势的有效值为。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文对空载电动势进行谐波分析,结果如图和图所示。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文由图可见三次谐波幅值为基波幅值的三分之左右,五次谐波幅值为基波幅值的六分之左右。三次和五次谐波幅值较大,对波形的畸变影响很大,二次四次和五次以上谐波幅值很小,可以忽略。带负载时磁场分析永磁直线发电机负载运行时,由于定子绕组线圈中会产生负载电流,负载电流通过绕组铁心产生新的磁动势,从而电机磁路上形成了单独由定子线圈电流产生的磁场,即为电枢反应磁场,它的分布和强度与定子电流有关......”

7、“.....定子电流越小则电枢反映磁场越小。电枢反映磁场会对永磁体的工作状态和穿过定子绕组线圈中磁场的分布和大小产生影响,影响的程度与动子磁路结构有很大的关系。在磁路不饱和时,该电枢反应线圈净磁通与空载磁通同向时具有助磁作用而两者反向时,电枢反应线圈磁通具有去磁作用。图所示为发电机带阻性负载运行时动子运动到最右端时磁密分布,由图可见,发电机带负载运行时磁密强度幅值相对于空载运行时磁场强度幅值要小,这是因为此时定子绕组线圈形成的电枢反映磁场对永磁体形成的磁场起削弱作用。气隙附近的定子齿处磁密较大。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文结论本文设计了单缸自由活塞式发动机直接带动永磁直线发电机的发电系统,仿真分析了自由活塞式发动机和永磁直线发电机工作过程,得出了以下结论根据热力学性能和机械性能......”

8、“.....确定了自由活塞式斯特林发动机热腔容积为和冷腔容积为等主要尺寸。根据自由活塞式斯特林发动机循环过程,编制计算机程序。得到了发动机循环图,并在此基础上得到发动机功率和效率分别为和,满足发电系统的设计要求。在建立发电机二维模型的基础上,对永磁直线发电机的空载磁场空载电动势和负载磁场进行了计算,并通过傅里叶分解得出了组成空载电动势的次三次和五次谐波及其幅值分别为,和。同时计算了负载时磁场,及电枢磁场对永磁体磁场的反作用。采用静磁场分析方法对发电机定子绕组通以定电流时的电感进行了求解,应用场路藕合法对永磁直线发电机负载运行时的功率进行了计算,并使用虚功原理求解了直线发电机动子所受阻力。计算了发电机最大功率输出时负载对永磁直线发电机动子对自由活塞式发动机的反作用力进行了求卜解,并对其进行了傅里叶分析......”

9、“.....哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计论文参考文献梁荣光主编现代汽车空调技术广州华南理工大学出版社,赵重文,谢幼华,客车采暖技术的现状与发展趋势,客车技术与研究,李国祥山东科学技术奖申报书液体型汽车加热器的研制,张勇,赵重文等国内外汽车燃油加热器技术比较及发展客车技术与研究,巩厅房系列燃油加热器的试验研究济南山东大学,潘世艳,王伟,毛华永等小型车用液体燃油加热器性能影响因素的试验研究内燃机与动力装置,年第期王伟,小型液暖燃油加热器的设计与开发济南山东大学,郭金刚,檀荣科,种新型燃油喷射式液体加热器,客车技术与研究年第期刘海涛车用燃油加热器的优化设计与计算,济南山东大学申福林,郭金刚汽车燃油空气加热器噪声性能,交通运输工程学报张勇,申福林,赵重文改进国产汽车燃油加热器点火性能长安大学学报自然科学版申福林,张勇......”

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