新型热驱动斯特林冷电联产系统数值模拟研究

为解决现有热驱动斯特林冷电联产系统存在的系统性能对直线电机参数敏感性高、匹配难度大的问题,创新性地提出一种热驱动斯特林冷电联产装置,即采用声学谐振管和旁接直线电机实现自由活塞斯特林发动机和自由活塞斯特林制冷机之间的阻抗匹配、声功分配和传递。基于热声理论和商业计算软件Sage对系统进行理论分析和数值模拟,考察了发动机加热温度、制冷机制冷温度和平均压力等对系统性能的影响规律。计算结果表明：在平均压力5 MPa,加热温度833 K时,该热驱动斯特林冷电联产系统在制冷温度110 K下,能获得1000 W制冷量和800W电功,整机效率达29.4%。发动机、制冷机和直线电机能实现较好的功率匹配,电机输出电功的变化对系统热效率影响较小。     

谐振电机耦合型双效斯特林燃气热泵系统研究

针对当前国家大力推行清洁能源技术和煤改气政策的供暖现状,本文探索了一种双效斯特林燃气热泵系统.全文基于热声学观点对系统进行了理论研究,并采用SAGE程序对其进行数值模拟和优化设计.计算表明,当加热、供热和冷端温度分别为923 K、333 K和273 K时,系统可获得的泵热量为7000 W,COPh为 1.79,系统?效...     

谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统性能实验研究

本文提出了一种谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林系统,其主要部件有自由活塞斯特林发动机子系统、谐振电机以及自由活塞斯特林制冷机/热泵子系统。全文针对谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统分别开展了制冷/热泵子系统、发动机子系统制冷和热功转换特性的实验研究。电驱动制冷子系统实验结果表明,当平均充气压力为3.3 MPa,工作频率为60.0 Hz,水冷温度19℃时,实验系统制冷效果较为显著,输入电功130 W时无负荷的制冷温度可以达到-23.7℃。发动机子系统热驱动声功输出特性实验结果表明,系统充气压力的变化对于系统热驱动起振特性有着十分明显的影响。另外,当平均充气压力为2.9 MPa,水冷温度22℃,外接电阻1500 Ω时,系统的加热功率越高,系统的热功转换性能越好。本文所开展的谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统的实验研究对未来要进行的整机系统热驱动制冷实验奠定重要基础。     

双作用自由活塞型斯特林发电系统性能研究

自由活塞斯特林发动机作为一种高效的能源转换装置,在可再生能源利用等领域有重要的应用前景。本文针对一种双作用自由活塞型斯特林发电系统,从声电耦合原理出发,推导了双作用斯特林发动机与直线电机之间的阻抗匹配方程,建立了发电系统的整机数值模型,并获得了加热温度、平均压力、活塞连杆直径、机械阻尼和间隙密封宽度等参数对整机性能的影响规律。结果表明,由于双作用活塞两侧同时存在较大的温差和压差,因此相较于单作用结构的系统而言,活塞间隙大小对该系统性能影响更大,这是导致效率变化的关键因素之一。经过优化计算,设计了一台四单元双作用自由活塞斯特林发电机,在加热温度600?C、放热温度20?C和平均压力8 MPa的额定工况下,每个发电单元可输出1.41 k W的电功,热电效率为40.8%,为后续实验研究奠定相关的理论基础。     

一种新型余热联产系统的性能优化研究

为满足用户夏季制冷冬季供热的多目标需求,本文提出了一种适用于中低温余热的新型冷电/热电联产系统。考虑经济收益,定义了系统在冷电联产和热电联产两种工作模式下的循环总效率,并以之为目标函数,采用蚁群优化算法,针对系统的关键运行参数,分别进行了自编程优化计算。结果表明:新系统在冷电联产和热电联产时,最优摩尔浓度分别为0.525和0.500,循环总效率分别为19.9%和20.0%;在相同余热工况下,与传统系统或已有联产系统相比,新系统循环总效率更高,是一种适用于低品位热源的多目标能源供应形式。     

一种内嵌型斯特林制冷机的探讨

探讨一种内嵌型斯特林制冷机,特点之一是膨胀机与压缩机分布在同一轴线上,并将膨胀机内嵌于压缩机内部,实现结构简短的目标;特点之二是压缩机中压缩气缸与电机中动子固连,在直线电机驱动下往复运动,与固定的压缩活塞形成压缩腔;特点之三是分置管内置于压缩活塞内部。同时根据热力学参数及结构参数,对制约整机性能的关键部件直线电机及回热器进行优化设计,从理论上验证此种结构的可行性。     

余热驱动热耦合多级自由活塞斯特林热电联供系统研究

我国工业余热资源丰富,尤其是中低温余热具有巨大的回收利用潜力。本文提出采用热耦合多级自由活塞斯特林发电机来构建余热回收利用系统,可有效拓宽余热利用温度范围,减小余热热源传热损失。首先基于热声理论,从声阻抗角度计算考察了单级自由活塞斯特林热电联供系统在变温和变充气压力等工况下的性能;然后对一台三级自由活塞斯特林热电联供系统进行解耦计算,分别考察了供水温度、单级加热量、工作压力等因素对系统性能的影响;最后开展了实验研究,在420/350/300℃热端温度及22/22/18 kW加热量下获得自由活塞斯特林热电联产系统净输出电功10.09 kW,供热量45.29 kW,对应总热电效率为16.27%,综合热利用率为89.32%,各级相对卡诺效率分别为30.90%、32.10%、36.08%,展现出重要的应用前景。     

带预冷的4K斯特林型脉管制冷机设计

本文提出了采用两级G-M型脉管制冷机预冷一台单级斯特林型脉管制冷机来研究液氦温区斯特林型脉管制冷机性能的实验方案.基于回热器数值模拟软件REGEN3.3,重点研究了液氦温区回热器长度、回热器填料、气体工质对回热器效率的影响.采用低温惯性管作为斯特林型脉管制冷机调相装置,在小声功系统中实现了理想相位关系的调节,有效提高小型斯特林型脉管制冷机的效率.     

焦点固定型碟式-斯特林太阳能热发电系统实验研究

太阳能光热发电是自由活塞斯特林热机技术的重要应用方向之一。为降低碟式-斯特林太阳能热发电系统成本,本文提出并实验研究了一种焦点固定型碟式-自由活塞斯特林太阳能热发电系统。初步实验结果表明:自由活塞斯特林发电机起振时对应的吸热器壁面温度为345℃。当太阳辐射强度在760 W/m2附近时,吸热器壁面温度在650℃以上,发电机的输出功率可达1320W。本工作验证了低成本的多碟聚光器用于碟式-自由活塞斯特林太阳能热发电系统的可行性,并为下一步系统优化指明了方向。     

新模式热电联产系统:联产供热的一个发展

1前言经济的迅猛发展，能源与水源的供需矛盾的突出，环保形势的严峻要求用能的“文明化”。文明用能应是跨世纪和新世纪用能战略的基本原则。文明用能的一个极重要方面就是对热能的文明利用问。热电联产是热能文明利用不可替代的途径。本文提出一种热电联产的新模式，旨在通过这种模式把联产供热规模化，大幅度地节约能源和水资源，减轻电能与热能的生产对环境的不利影响。最近中央提出的可持续发展战略，应成为我们今后技术研究的一个指导性方针。节约能源、水源和保护环境是这一战略的重要组成部分。在世界范围内，对节约资源保护环境问…     

热声斯特林发电系统的实验研究

本文介绍了一台由热声斯特林发动机及其驱动的直线发电机组成的热声斯特林发电系统原理样机.一方面为满足发电机与发动机间体积流率和相位的匹配要求,另一方面为了能在直线发电机活塞处获得较好的压力波与体积流率间相位关系、提高直线发电机的电功输出能力,装置保留了发动机原有的锥形谐振管.初步实验以氦气为工质,在2.5MPa平均压力、64Hz工作频率下,获得了97W的电功.本文还分析了该热声发电系统的效率,得出直线发电机声电转换效率超过了0.8.然而由于谐振管耗散了大量的声功,目前整机的热电转换效率还较低.     

斯特林制冷机可靠性研究概述

斯特林制冷机具有制冷温度低、结构紧凑的特点 ,在军事应用中占有重要地位。文中简要介绍了斯特林制冷机的工作原理、分类方法和特征参数 ,着重介绍国内外制冷机可靠性研究情况的对比     

燃烧型超高频热声斯特林发电机实验研究

几十至几百瓦级便携式发电设备在离网应用和应急救灾等场景发挥着重要作用。自由活塞斯特林热机因其外燃属性带来的燃料适应性好、高效、可靠和静音等突出优点而有望成为便携式电源系统的重要发电技术。本文首次提出柴油气化燃烧驱动超高频自由活塞斯特林发电机的便携式发电系统。基于热声学的阻抗匹配和燃烧–交变流动热耦合,设计并研制了一套实验系统,实验中系统考察了不同燃烧功率下的输出特性,并开展了损失分析。初步实验结果表明,该发电系统在加热温度约为600℃时的最大输出电功为320 W,以柴油热值计算的最高热电效率为11.28%。受益于130 Hz的超高工作频率,发电机本体的比功率为90 W/kg,展现出良好的应用潜力。     

小型线性斯特林制冷机研究

本文介绍一款小型线性斯特林制冷机总体方案及参数设计,制冷机质量≤400g(目标值),匹配Φ8mm冷指,优化工作温区为110K,可拓展至80K温区工作,23℃工作环境能实现制冷量0. 7W@80K(25Wac)、0. 8W@110K(15Wac)。该制冷机通过与探测器进行联试,表明制冷性能及动力学特性可基本满足用户需求,并从制冷性能、质量、可靠性等三方面对制冷机提出了改进措施。     

斯特林用直线压缩机的研究

斯特林直线压缩机的性能决定了斯特林制冷机的性能和寿命,阐述了动圈式和动磁式斯特林用直线压缩机的发展及结构特点,并介绍了斯特林直线压缩机的设计计算模型,给出了电机效率与动子质量和角频率的关系,这是斯特林直线压缩机设计的重要控制指标。     

CO2混合工质冷电联合循环非设计最佳运行组分研究

本文针对耦合在冷藏车上的CO₂混合工质冷电联合循环系统,对其道路运行时的非设计性能进行分析。首先,根据道路运行参数,对内燃机的工况变化区间进行了归类划分;随后,依次建立了稳态设计模型和非设计计算模型。计算结果显示,对于整个道路工况下不同的发动机运行工况,最佳的混合工质CO₂充注比例不同;另一方面,对于整个道路运行工况下的综合性能表现,考虑非设计运行与只考虑稳态设计的系统最优混合工质CO₂充注比例相近。     

单级斯特林型脉管制冷机的能量流分析

斯特林型脉管制冷机结构紧凑、可靠性和效率高,具有广阔的应用前景.为了开展脉管制冷机的工作机理研究,本文进行热力学模拟计算,研制了一台单级斯特林型脉管制冷机.当输入300 W电功时,获得了35.1 K的无负荷温度,在77.0 K提供9.0 W的制冷量,达到了设计目标.结合本文实例,开展了脉管制冷机内部能量流分析,定量给出...     

利用LNG冷能水合物海水淡化–冷电联产系统

液化天然气冷能的再汽化温度区间跨度大,传统单一的冷能利用方式很难实现高效利用。而现阶段的多联产系统大多以串联方式进行耦合,会存在不同利用方式温度区间重叠的问题,无法使各个单元均处在最佳的温度区间。针对这一问题,本文提出了一种混联耦合的水合物海水淡化–冷电联产系统,对系统中5种参数进行了敏感性分析。最后分别以系统的效率和净现值为目标函数进行优化,其最高效率可达42.93%,最高净现值为593×106USD。并分析两种优化方案下的传热匹配和冷量分配情况,为提高未来LNG冷能利用的多联产系统能量效率和经济性,打下了良好的基础。     

斯特林发动机换热器系统内工质的压力传递变化特性研究

斯特林发动机由于其外部加热特性适合用于分布式供能系统而正在得到越来越多的重视。斯特林机运转时,其内部工质的压力传递变化特性决定了输出机械功率的大小。本文首先采用施密特分析法对自主研制的某型斯特林机在预充氦气压力为2 MPa的工况下计算其压力的周期性变化情况,然后在同样的工况下用实验测试的方法研究工质在换热器系统内的压力传递变化特性。最后比较理论计算值与实验测试值得出,施密特分析法可以反映出斯特林机换热器系统内工质压力的真实变化情况,且叠网式的回热器结构是造成换热器系统内压力损失的主要因素之一。