發(fā)布時間：2020-06-01 04:57

【摘要】：回熱器作為斯特林發(fā)動機中的三大換熱部件之一,對發(fā)動機的輸出功率和熱效率等參數(shù)都有著重要影響。然而,由于缺乏回熱器在振蕩流下的換熱特性研究,在斯特林循環(huán)分析方法中通常采用單向流下的換熱關(guān)聯(lián)式進行替代,使得分析結(jié)果與實際運行情況存在較大偏差,影響發(fā)動機的設計與優(yōu)化效果。針對這一情況,本文從數(shù)值模擬和實驗方法兩方面入手,對回熱器在單向流和振蕩流下的換熱特性差異進行了研究。單向流模擬基于孔隙尺度,分析了不同工質(zhì)、壓力、溫度、流速、絲網(wǎng)目數(shù)下回熱器換熱特性的變化規(guī)律,并對模擬結(jié)果進行總結(jié),擬合出特定雷諾數(shù)范圍內(nèi)Nu數(shù)與Re數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式:Nu=-9.74+3.78Re0.36。定性分析了孔隙尺度下的溫度場云圖及流線圖,發(fā)現(xiàn)工質(zhì)流經(jīng)絲網(wǎng)時產(chǎn)生的溫降及擾動會對換熱過程產(chǎn)生影響。搭建單向流回熱器換熱實驗臺,改進單吹法對擬合關(guān)聯(lián)式進行驗證,實驗和模擬結(jié)果的最大差別為2.09%,驗證了孔隙方法得到的擬合關(guān)聯(lián)式的準確性。借助非熱平衡模型,分析了回熱器固體的軸向、徑向溫度分布隨時間變化的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)單向流下回熱器壁面導熱損失占比隨時間遞增。將孔隙方法擴展到振蕩流工況下,分析不同熱端溫度、入口流速及工作頻率下回熱器中振蕩流周期內(nèi)的瞬態(tài)換熱規(guī)律。結(jié)果表明:工質(zhì)在振蕩流的加速與減速期間內(nèi)的加熱及冷卻過程的換熱特性存在較大差異,相同Re數(shù)下,冷卻過程的Nu數(shù)比加熱過程高1%-22%;整體而言,一個周期內(nèi)振蕩流的換熱量比對應工況下的單向流換熱量高20%左右,振蕩流的換熱效果優(yōu)于單向流。匯總模擬結(jié)果,提出加熱及冷卻過程的Nu-Re關(guān)聯(lián)式:Nu=3.56+0.36Re0.66和Nu=17.67+0.37Re0.64。通過振蕩流換熱實驗對模擬結(jié)果進行驗證,實驗與模擬結(jié)果的平均相對差值為6.57%,驗證了振蕩流模擬的準確性。
【圖文】：

１．２．１概述逡逑１８１６年，英國牧師羅伯特？斯特林（ＲｏｂｅｒｔＳｔｉｒｌｉｎｇ）設計并制造出了第一臺逡逑斯特林發(fā)動機，如圖１－２所示，用于采石場上帶動水泵工作。斯特林發(fā)動機密封逡逑回路中工質(zhì)氣體利用外部熱源提供的熱量實現(xiàn)周期性的膨脹和壓縮，完成熱能向逡逑機械能的轉(zhuǎn)換，在發(fā)明后的幾十年間得到了廣泛應用。但是，由于當時的斯特林逡逑發(fā)動機都選擇空氣作為換熱的介質(zhì)，其導熱系數(shù)較低。于此同時，受限于當時的逡逑材料加工和機械制造技術(shù)，斯特林發(fā)動機中的換熱部件遠未達到預期中的換熱效逡逑果，導致發(fā)動機整體的換熱效率低下、功率小、體積大，，最終逐漸被內(nèi)燃機代替。逡逑

本文編號：2690973