27532.基于斯特林循環(huán)的熱電轉(zhuǎn)換及其儲(chǔ)能系統(tǒng)研究

1、基于斯特林循環(huán)的熱電轉(zhuǎn)換及其儲(chǔ)能系統(tǒng)研究I基于斯特林循環(huán)的熱基于斯特林循環(huán)的熱電轉(zhuǎn)換及其儲(chǔ)能系統(tǒng)研究電轉(zhuǎn)換及其儲(chǔ)能系統(tǒng)研究摘要自然界中蘊(yùn)藏的煤、石油、天然氣等化石燃料在燃燒過程中產(chǎn)生的熱能除了直接供給人們生活和工業(yè)應(yīng)用外，相當(dāng)一部分作為廢熱散失到大氣中，不僅造成能源浪費(fèi)，也對(duì)大氣產(chǎn)生熱污染。為此，一些國(guó)家花費(fèi)了大量的人力和物力開展廢熱回收和利用的研究工作，有的是廢熱直接回收，有的是將廢熱變?yōu)闄C(jī)械能或電能。本文以斯特林循環(huán)為基礎(chǔ)，建立了熱

2、機(jī)電連續(xù)轉(zhuǎn)換模型及微電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)將分散存在的熱能、甚至是低溫?zé)崮苡行У剞D(zhuǎn)換為電能并加以存儲(chǔ)，其特點(diǎn)是：通過自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)與永磁直線發(fā)電機(jī)配套組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)由中間升壓儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)微電能存儲(chǔ)。本文對(duì)熱機(jī)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、機(jī)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及儲(chǔ)能回路進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，并對(duì)各部分的性能開展仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，結(jié)果表明該系統(tǒng)可以將小功率熱能轉(zhuǎn)換成電能并存儲(chǔ)于蓄電池中。主要研究?jī)?nèi)容如下：在熱機(jī)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其性能研究中，根據(jù)中低溫分散式熱源的特

3、點(diǎn)，設(shè)計(jì)、搭建和仿真分析了一臺(tái)單相自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的原型裝置，它的適用溫度與汽車尾氣及太陽(yáng)能收集到的熱量溫度相一致。在幾何尺寸上，考慮了其與后續(xù)的直線式機(jī)電轉(zhuǎn)換模型的匹配連接的特點(diǎn)。同時(shí)，為保障這一小功率斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的成功啟動(dòng)并提高其轉(zhuǎn)換效率，設(shè)計(jì)了一磁性彈簧共振配氣活塞子系統(tǒng)，這一磁路不僅可以提供系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)所需的直線剛度需求，并且能夠?yàn)樗固亓职l(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行進(jìn)行內(nèi)部工質(zhì)調(diào)壓。在此模型中，動(dòng)力活塞不是設(shè)計(jì)成與配氣活塞構(gòu)成機(jī)械上的連

4、接，它與發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部工質(zhì)氣體彈簧組成質(zhì)量彈簧共振子系統(tǒng)，并且和配氣活塞相配合，具有相同的共振頻率（等于系統(tǒng)的公稱頻率）。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，分析了影響斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)模型運(yùn)行品質(zhì)特性的因素，得到了相關(guān)的pV圖，其輸出功率大約為11W，轉(zhuǎn)換效率約為10%。該低功率斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)模型的設(shè)計(jì)可以清楚的展示斯特林循環(huán)的各個(gè)運(yùn)行過程，從而可為更高功率的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)研究提供思路。另外，這種通過樣機(jī)驗(yàn)證的分析方法對(duì)斯特林循環(huán)系統(tǒng)的研究

5、也具有參考價(jià)值。在機(jī)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其性能分析中，為了直接利用自由活塞式斯特林發(fā)StudyoftheThermoelectricConversionitsEnergyStageSystemBasedontheStirlingCycleIIIStudyoftheThermoelectricConversionitsEnergyStageSystemBasedontheStirlingCycleAbstractGeneralfossilfuel

6、sstedinnaturesuchascoalpetroleumnaturalgassooncanbeapplieddirectlyinpeoplesdailylifeindustrialproductionintheprocessofcombustioninthefmofheatenergy.Howeveraconsiderablepartoftheheatenergyabovementionedislostintotheatmosp

7、hereuncontrollablywhichnotonlycausesahugeenergywastebutalsomakestheatmosphereheatpollution.Therefesomecountrieshavespentalotofmanpowermaterialresourcestodeveloptheresearchwkfwasteheatrecoveryutilizationsomeofwhichwerewas

8、teheatrecyclingdirectlyothersmadethewasteheattobeconvertedtomechanicalenergyelectricalenergybefereuse.InthispaperonecontinuouslythermalmechanicalelectricalconversionsystembasedontheStirlingcycleaswellasitscrespondingelec

9、tricalenergystagesystemarmedatdlelowtemperatureresoureswereestablishedstudied.Thewholethermoelectricalconversionsystemdesignedcouldrealizeenergyconversionstagefdispersedheatresourceevenlowtemperatureheatenergyresourceeff

10、ectively.ThemostimptantstepfwardprovidedwiththedesignedsystemcanbethatitisasuitofconversionstagesystemconsistedofafreepistonStirlingenginealinepowergeneratthroughdlebooststepfinallyrealizingwasteheatreuse.Accdingtocurren

11、tdevelopingstatusathomeabroadaswellasfrontierscienceproblemthermomechanicalconversionsystemmechanicalelectricalconversionsystemenergystagesystemweredesignedstudiedinthisthesis.Furthermesimulationexperimentwkswerecarriedo