斯特林发动机闭式循环系统仿真研究

斯特林发动机闭式循环系统仿真讨论摘要：在斯特林发动机闭式循环膨胀过程的分析过程中，气体的热力学性能至关重要。但是对气体的功耗和气体温度变化等数据无法像固体那样清楚可见。随着计算流体力学的进展，气体的各种形态都可以通过等温模型中的流体来模拟，对于气体的流动功耗、动态性状的调控等也可以在斯特林发动机闭式循环仿真系统进行计算。模拟计算的结果表明气体的主要计算难点在于气体的压力如何随着斯特林发动机的压缩和膨胀进行气体变化。关键词：斯特林发动机；闭式循环；仿真引言斯特林发动机是一种热能到机械能的动力装置，其主要组成与内燃机等热机是类似的，即由热的发生系统、热-机械能转换系统、动力传递系统以及其他的保证发动机正常运转的一些辅助系统。斯特林发动机和普通内燃机根本区别是外部供热（燃烧）系统和闭式循环系统。外部供热系统的作用是给闭式循环系统提供能源，甚至家用发热燃料都可以成为斯特林发动机的外部热源[1]。但是要推广应用斯特林发动机目前在技术上还有许多问题有待解决。首先斯特林发动机闭式循环的内部气体流动是比较复杂的流动，运行过程中能量发生、传导、气体流动等过程互相交替，是一种往复式的沟通换热过程。加强斯特林发动机内的热量传递与能量转化过程可以提高斯特林发动机的热效率，也是斯特林发动机研发的重要方向。其次准确预测斯特林循环系统在各种工作条件下的性能指标参数，并进展相应的控制规律。目前常规测试手段受到很多局限，因此进展仿真计算对斯特林发动机的讨论来说十分必要。目前国外已有很多针对斯特林发动机工作过程的仿真计算，有很多分析模型[2]可以作为参考。1 闭式循环仿真建模无论任何流体计算都首先需要得到发动机的几何模型，在仿真中应用的模型必须经过三维建模软件来实现，实现的过程主要包括三个步骤，分别为建模、法律规范和导入。建模是指利用点线面的构造方法将现实物体数字化建立的过程，实现过程如下：（1）猎取斯特林发动机数据。根据斯特林发动机设计手册获得各种斯特林发动机的典型代表设计数据，按1：1 比例建立斯特林发动机边界封闭线。封闭线可直接存为矢量图，在任何三维软件中均可调用。（2）法律规范三维软件和虚拟现实接口的单位，各种软件的自定义单位：1 个单位=1 厘米；但在虚拟引擎中一般显示单位比例：1 个单位=1 米"。以便模型数据能以正确比例导入。（3）三维软件建模：导入新建单个封闭线，通过 LOFT 命令放样得到 NURBS 模型，...