自由活塞斯特林发动机运行频率
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TH113.1; TK441+.1

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(国家自然科学基金青年基金资助项目(51806227)


Operating Frequency of Free Piston Stirling Engine
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    摘要:

    自由活塞斯特林发动机运行频率是发动机的关键参数。区别于传统的曲柄连杆斯特林发动机,自由活塞斯特林发动机的运行频率由系统充气压力、动质量、弹簧刚度、阻力系数等热动力学参数耦合确定,因此确定自由活塞斯特林发动机的运行频率较为复杂。为了能够定量计算自由活塞斯特林发动机的运行频率,笔者建立了耦合发动机热动力学参数的数值模型。首先,在模型中对压力波进行线性化处理,得到了自由活塞斯特林发动机运行频率的计算公式;然后,运用模型分析了主要参数对发动机运行频率的影响规律,并与实验结果相对比,发现模型计算结果较为准确;最后,分析了当板弹簧刚度大幅度增加时,发动机的运行频率却变化较小,主要原因在于原有板弹簧的最高自然频率较低。结果表明:优化设计了新的板弹簧,使发动机运行频率大幅度升高,在采用新的板弹簧之后发动机的运行频率从原来的35 Hz提高到60 Hz。

    Abstract:

    The operating frequency is key to free piston Stirling engine. The free piston Stirling engine is different from the traditional crank link Stirling engine, that the frequency is decided by the dynamic parameter and thermodynamic parameter, such as charge pressure, moving mass, stiffness of spring, damped coefficient. So, it is not easy to calculate the operating frequency of free piston Stirling engine. In this paper a model that includes dynamic and thermodynamic methods is used to study the characteristics of frequency. The pressure is lineared to get the computational formula of frequency. The influence of main parameters to frequency is studied through the model, and the model is validated byrelative experiments. At last, the reason why the frequency is unable to increase by enhancing the stiffness of spring is analyzed. The natural frequency of spring has a big effect on the operating frequency of engine. To increase the operating frequency of engine, a new spring is designed to increase it from 35 Hz to 60 Hz.

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  • 在线发布日期: 2020-10-27
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