發(fā)布時間：2017-09-08 12:34

  本文關(guān)鍵詞：太陽能斯特林發(fā)動機(jī)振動特性研究

  更多相關(guān)文章： 三維非定常流動 斜盤傳動機(jī)構(gòu) 斯特林發(fā)動機(jī) 振動特性 工質(zhì)脈動 Lagrange方程 振動幅值 參數(shù)優(yōu)化

【摘要】：斯特林發(fā)動機(jī)是碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)實現(xiàn)由熱能到動能,進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的核心部分,其氣缸系統(tǒng)工質(zhì)流動特性及斜盤傳動機(jī)構(gòu)的振動特性等性能是發(fā)電系統(tǒng)能否可靠高效工作的關(guān)鍵,斯特林發(fā)動機(jī)的振動可能會導(dǎo)致氣缸支撐座松動、工質(zhì)氣體泄漏以及氣缸活塞壽命縮短等一系列嚴(yán)重問題。本文以湘電集團(tuán)在研的38k W級碟式發(fā)電系統(tǒng)的斯特林熱機(jī)為研究對象,開展其氣缸系統(tǒng)及其斜盤傳動機(jī)構(gòu)的振動特性分析,并對傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了以減振為目的的簡單結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。具體研究內(nèi)容主要包括:首先,基于FLUENT6.3軟件平臺,選用標(biāo)準(zhǔn)的k-?湍流模型,建立斯特林發(fā)動機(jī)工質(zhì)單循環(huán)實體模型,設(shè)置相應(yīng)的熱流邊界和模擬活塞運動的動網(wǎng)格邊界,對斯特林發(fā)動機(jī)的工質(zhì)氣體的流動過程進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬,得到了工質(zhì)的三維非定常流動特性,得出了氣缸內(nèi)工質(zhì)的紊亂流動是引發(fā)斯特林發(fā)動機(jī)振動的一個重要原因,同時變化的工質(zhì)推力作為動力輸入的源頭,也會對斯特林發(fā)動機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。其次,選取氣缸內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點的工質(zhì)流動數(shù)據(jù),并對其進(jìn)行傅里葉變化,可知工質(zhì)的壓力脈動頻率主要集中在10~50Hz,而流量脈動則集中在10~50Hz和200~250Hz。同時慣性力矩需在主軸上設(shè)計適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量塊才能使氣缸系統(tǒng)所受力矩達(dá)到平衡,而活塞組件的往復(fù)運動慣性力并不能對斯特林發(fā)動機(jī)的整體振動產(chǎn)生影響;工質(zhì)氣體力在膨脹壓縮過程中對活塞端面產(chǎn)生振動沖擊作用。而后,基于Lagrange多體結(jié)構(gòu)振動建模方法,建立斯特林發(fā)動機(jī)的振動微分方程,應(yīng)用Matlab求解得出:斯特林發(fā)動機(jī)斜盤傳動機(jī)構(gòu)的前四階固有頻率均呈現(xiàn)近似正弦的周期性變化,且第3階固有頻率分別與第2階和第4階固有頻率在150Hz和250Hz處出現(xiàn)重合,產(chǎn)生振動加劇。同時變活塞力引起斜盤傳動機(jī)構(gòu)的振動形式體現(xiàn)為第1活塞組件的往復(fù)振動以及第2列半球滑塊的偏轉(zhuǎn)振動。最后,以斯特林發(fā)動機(jī)的振動響應(yīng)幅值大小為目標(biāo)函數(shù),采用數(shù)值解析法對斜盤傳動機(jī)構(gòu)的相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,得出選取斜盤半徑為151mm,半球滑靴半徑為24mm,活塞組件質(zhì)量為2.6kg,半球滑靴質(zhì)量為1.4kg,斜盤傾角為25.4°時斜盤傳動機(jī)構(gòu)的振動幅值較小。
【關(guān)鍵詞】：三維非定常流動 斜盤傳動機(jī)構(gòu) 斯特林發(fā)動機(jī) 振動特性 工質(zhì)脈動 Lagrange方程 振動幅值 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK05;TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景和意義10-15
• 1.2 國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)及斯特林發(fā)動機(jī)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 斯特林發(fā)動機(jī)振動特性研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 課題來源及本文研究的主要內(nèi)容19-22
• 1.3.1 課題來源19
• 1.3.2 研究路線及方法19-20
• 1.3.3 研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)20-22
• 第二章 斯特林發(fā)動機(jī)工質(zhì)三維非定常流動特性分析22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 流體力學(xué)基本理論及方法22-23
• 2.3 三維非定常流動模型的建立23-25
• 2.3.1 FLUENT熱流邊界條件24-25
• 2.3.2 Gambit網(wǎng)格劃分25
• 2.3.3 動網(wǎng)格邊界條件25
• 2.4 三維非定常流動特性分析25-32
• 2.4.1 工質(zhì)流動的時間特性分析25-28
• 2.4.2 工質(zhì)流動的空間特性分析28-32
• 2.5 本章小節(jié)32-34
• 第三章 太陽能斯特林發(fā)動機(jī)氣缸及內(nèi)部工質(zhì)振動特性34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 氣缸模型建立34-35
• 3.3 氣缸系統(tǒng)振動特性分析35-41
• 3.3.1 氣缸內(nèi)部工質(zhì)脈動特性35-39
• 3.3.2 氣缸活塞振動力特性分析39-41
• 3.4 氣缸活塞所受氣體力特性41-42
• 3.5 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗42-43
• 3.6 本章小節(jié)43-44
• 第四章 太陽能斯特林發(fā)動機(jī)斜盤機(jī)構(gòu)振動特性研究44-58
• 4.1 引言44
• 4.2 斜盤機(jī)構(gòu)振動模型44-46
• 4.2.1 剛性多體模型描述44-46
• 4.2.2 運動副接觸模型確定46
• 4.3 基于Lagrange的斜盤機(jī)構(gòu)振動微分方程46-50
• 4.3.1 機(jī)構(gòu)動能與勢能的計算47-49
• 4.3.2 機(jī)構(gòu)廣義力計算49
• 4.3.3 機(jī)構(gòu)振動微分方程49-50
• 4.4 斜盤機(jī)構(gòu)的振動特性分析50-56
• 4.4.1 變接觸剛度下的機(jī)構(gòu)固有頻率特性分析50-52
• 4.4.2 變接觸剛度下活塞力響應(yīng)特性分析52-54
• 4.4.3 定接觸剛度下活塞力響應(yīng)特性54-56
• 4.5 本章小節(jié)56-58
• 第五章 基于減振目的的斜盤機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計58-66
• 5.1 引言58
• 5.2 參數(shù)優(yōu)化設(shè)計概述58-59
• 5.3 斜盤機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計模型59-61
• 5.3.1 優(yōu)化參數(shù)確定59
• 5.3.2 目標(biāo)函數(shù)確定59-60
• 5.3.3 參數(shù)優(yōu)化求解方法60-61
• 5.4 優(yōu)化結(jié)果分析61-64
• 5.5 本章小節(jié)64-66
• 第六章 研究總結(jié)與展望66-69
• 6.1 研究總結(jié)66-68
• 6.2 未來工作展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-75
• 附錄A：攻讀學(xué)位期間參研的科研項目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄75

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王新平;黨建軍;劉曉芹;;斯特林發(fā)動機(jī)熱力循環(huán)的分析方法[J];重慶大學(xué)學(xué)報;2014年01期

2 毛前軍;謝鳴;帥永;談和平;;太陽輻射強度對太陽能腔式吸熱器熱流密度的影響[J];太陽能學(xué)報;2013年10期

3 馮治恒;曹華軍;;斯特林機(jī)菱形傳動機(jī)構(gòu)動力學(xué)建模與剛?cè)狁詈蠁栴}求解[J];機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新;2013年04期

4 楊紅平;傅衛(wèi)平;王雯;楊世強;李鵬陽;王偉;;基于分形幾何與接觸力學(xué)理論的結(jié)合面法向接觸剛度計算模型[J];機(jī)械工程學(xué)報;2013年01期

5 王磊磊;黃護(hù)林;;一種太陽能吸熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能仿真[J];太陽能學(xué)報;2012年12期

6 黃軍衛(wèi);彭佑多;劉繁茂;常騰飛;彭長清;尹喜;李白雅;;斯特林發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)部工質(zhì)流場特性的數(shù)值模擬[J];湖南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年04期

7 王德石;史躍東;;火炮振動分析與多體系統(tǒng)模型研究[J];動力學(xué)與控制學(xué)報;2012年04期

8 牛海杰;董金鐘;周建華;;基于節(jié)點分析法斯特林發(fā)動機(jī)的參數(shù)優(yōu)化[J];低溫工程;2012年04期

9 趙丹;艾延廷;翟學(xué);陳勇;;法向接觸剛度對螺栓連接結(jié)構(gòu)振動模態(tài)的影響研究[J];航空發(fā)動機(jī);2012年03期

10 趙帥;王克明;慕鵬;繆輝;艾書民;;螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)振動特性有限元分析方法的研究[J];沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報;2012年02期

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本文編號：814061