Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Махкамов Хамидулла Хайруллаевич. Расчетно-экспериментальное исследование рабочего процесса свободнопоршневого двигателя стирлинга. : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 Москва, 1991 230 с. РГБ ОД, 61:92-5/2409-0

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

АННОТАЦИЯ 2

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 6

ВВЕДЕНИЕ 10

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ НИР И ОКР ПО РАЗРАБОТКЕ СВОБОД-
НОПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СТИРЛИНГА. ПОСТАНОВКА ЗА
ДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ 14

  1. Принцип работы свободнопоршневого двигателя Стирлинга. Конструктивные схемы СДЦС 14

  2. Технико-экономические исследования целесообразности использования СПДС 35

  3. Математические модели рабочего процесса двигателей Стирлинга и методики их расчета 45

  4. Анализ методов расчета СДЦС 58

  5. Постановка задач исследований 66

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЕРВОГО УРОВНЯ ДЛЯ СПДС

Р-МОДИФИКАЦИИ 69

2.1. Допущения и основные уравнения рабочего
процесса и динамики СПДС вытеснительного

типа 72

  1. Математическая модель первого уровня 82

  2. Определение конструктивных параметров СДЦС

на этапе предварительного проектирования.... 91 ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВТОРОГО УРОВНЯ.

МЕТОДИКА ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА СПДС 100

3.1. Основные допущения и уравнения рабочего

процесса и динамики двигателя в матема
тической модели второго уровня 100

  1. Математическая модель второго уровня сво-боднопоршневого двигателя 107

  2. Методика поверочного расчета СПДС 110

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

ЛАБОРАТОРНОГО ОБРАЗЦА СВ0Б0ДН0П0РШНЕВ0Г0 ДВИГА
ТЕЛЯ СТИРЛИНГА 127

  1. Задачи и программа экспериментального исследования 127

  2. Конструкция лабораторного образца сво-боднопоршневого двигателя 128

  3. Описание экспериментального стенда 144

  4. Датчики и комплекс контрольно-измерительной аппаратуры 152

  5. Тарировка датчиков перемещений, давлений

и температур 160

  1. Методика проведения эксперимента 162

  2. Оценка погрешностей измерений при экспериментальных исследованиях 167

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СПДС.
МЕТОДИКА КОНСТРУКТОРСКОГО РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ
ДВИГАТЕЛЯ 173

  1. Сравнение экспериментальных данных с результатами расчета по Ш второго уровня 173

  2. Исследование влияния параметров рабочего процесса и конструкции на работу двигателя...185

  3. Методика конструкторского расчета пара-

метров СЩС 201

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 208

ЛИТЕРАТУРА. 210

ПРИЛОЖЕНИЕ 227

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВК - внутренний контур двигателя

Д_ег - диаметр регенератора

ДВПТ - двигатель с внешним подводом теплоты

ДС - двигатель Стерлинга с приводным механизмом

ММ - математическая модель

П - пористость регенератора

СПДС - свободнопоршневой двигатель Стирлинга

ТС - термометр сопротивления

ХА - хромель-алюмель

ХК - хромель-копель

А - площадь торцевой поверхности поршня

А - отношение амплитуда колебаний поршня к высоте газовой пружины при среднем положении поршня

С - теплоемкость газа при постоянном давлении

Cv - теплоемкость газа при постоянном объеме

С - коэффициент демпфирования

D - диаметр вытеснителя со стороны горячей полости

d - диаметр поршня и диаметр вытеснителя со стороны холодной полости

dp- гидравлический диаметр

"пр

- диаметр проволоки насадки регенератора

Р - площадь теплообмена

F - амплитуда возмущающей силы

g - ускорение свободного падения

I - энтальпия

К - жесткость пружины

к - коэффициент адиабаты

Ьці - индикаторная работа за цикл

Ьц^ - индикаторная работа за цикл в полости компрессора

Ьц - приведенная цикловая работа

L - линейный размер

I - длина канала

М - масса

N - мощность двигателя

п - приведенный коэффициент демпфирования

Р - давление

Q - количество теплоты

R - газовая постоянная

S - площадь поперечного сечения канала

sgn - функция знака аргумента

Т - температура

Т - период колебаний

t - время

U - внутренняя энергия

U - напряжение

V - объем

У - скорость газа

г» - относительный мертвый объем

W - отношение максимальных объемов холодной и горячей

полостей W - водяной эквивалент X - перемещение поршня

Z - отношение объемов, описываемых поршнем и вытеснителем а - коэффициент теплоотдачи р, ф, 6, 7 - Фазовые углы

S - коэффициент давления

т) - динамическая вязкость

т)±, і) - индикаторный и эффективный КОД

А, - теплопроводность

- коэффициент гидравлического сопротивления

р - плотность

т - температурный фактор

а) - круговая частота

КРИТЕРИИ Nu - критерий Нуссельта Рг - критерий Прандтля Re - критерий Рейнольдса

ИНДЕКСЫ 1, выт - вытеснитель

2 - ПОршеНЬ

с - холодная полость

е - горячая полость

н - нагреватель

r, per - регенератор

х, хол - холодильник

s - мертвый объем

ад - адиабатный

верх.руб. - верхняя рубашка системы охлаждения двигателя

газ - газ

гп - газовая пружина

доп - допустимое значение

к - кольцо

кон - кондуктивный мах - максимальное значение нсд - насадка нас - насосные потери

нижн.руб. - нижняя рубашка системы охлаждения двигателя окр.ср - окружающая среда опт - оптимальный отв - отводимый

охлажд. датч. - охлаждение датчиков пов.рег - поверхность регенератора подв - подводимый

подв. электр - подводимое электронагревом пр - проволока рад - радиационный расч - расчетное значение сред - средний ст - стенка

т - цикл с учетом теплообмена в рабочих полостях СІЩС г - цикл с учетом теплообмена и гидравлического сопротивления трактов теплообменников СЦЦС тр - трение шт - шток эксп - экспериментальное значение

Введение к работе:

В последние годы повышенный интерес исследователей вызывает одна из разновидностей двигателей с внешним подводом теплоты - двигатели Стирлинга.

К преимуществам двигателей с внешним подводом теплоты можно отнести возможность использования различных источников тепла, начиная с традиционных органических топлив и кончая энергией радиоактивного распада и солнечной радиации; относительно низкий уровень шума, связанный с характером рабочего процесса; низкую токсичность выхлопных газов по сравнению с ДВС и др.

Начиная с семидесятых годов, интенсивность исследовательских и проектных работ по созданию двигателей Стирлинга для использования в качестве основной и вспомогательных силовых установок возрасла в несколько раз. В настоящее время за рубежом указанными разработками заняты более ста пятидесяти организаций и учреждений. Ведутся работы по подготовке серийных образцов двигателей для автомобилей и автономных энергетических установок.

Постановлением ГКНТ СМ СССР Л 420 от 22.11. 1976г утверждена программа НИР и ОКР по созданию двигателей с внешним подводом теплоты в СССР.

Рассмотренные выше преимущества двигателя Стирлинга не гарантируют ему широкое распространение во всех областях техники, что связано с недоработанностью и высокой стоимостью конструкции на сегодняшний день.

ДВС, как силовые установки для транспортных систем, в

настоящее время не имеют конкурентов из числа существующих тепловых двигателей. Для доведения двигателей Стирлинга до уровня серийного производства предстоит решить еще целый ряд серьезных инженерных задач. Жесткая конкуренция со стороны ДВС тормозит финансирование и развитие этих работ. Вероятно, в ближайшее время двигатель Стирлинга найдет применение в качестве основной силовой установки в стационарных энергоблоках небольшой мощности, использующих нетрадиционные источники теплоты, или во вспомогательных системах основной силовой установки транспортных средств. В этом плане двигатель Стирлинга имеет существенные преимущества по сравнению с другими видами тепловых машин и, следовательно, НИР и ОКР подобных двигателей могут найти финансовую и организационную поддержку широкого круга учреждений и организаций. К тому же, при отработке конструкции такого двигателя, решаются некоторые инженерные задачи, связанные с повышением конкурентоспособности двигателей Стирлинга как основных силовых установок.

На сегодняшний день разработаны несколько классов двигателей Стирлинга. К одному из них относятся свободнопоршневые двигатели Стирлинга (СЦЦС), которые, в свою очередь, подразделяются на различные подклассы. Отсутствие приводного механизма существенно упрощает решение ряда конструкторских проблем, стоящих перед разработчиками двигателей Стирлинга с приводными механизмами. При снятии мощности непосредственно с рабочего поршня значительно улучшаются массовые и габаритные показатели двигателя и нагрузочного устройства в целом. В пределах мощности от нескольких Вт до 25 КВт свободнопоршневые двигатели Стирлинга превосходят двигатели Стирлинга с приводными меха-

низмами по технико-экономическим показателям. Особенности СЦЦС выдвигают их в ряд наиболее перспективных силовых установок, предназначенных для работы в составе автономных энергетических установок, используемых на объектах, расположенных на суше, на воде, под водой и в космосе.

В настоящее время за рубежом небольшими сериями изготавливаются СПДС мощностью до 25 КВт. Однако, в публикациях организаций, занимающихся проектированием и производством этих двигателей, отсутствуют сведения по расчетной методике и по вопросам конструирования и технологии изготовления.

Данная работа посвящена расчетно-экспериментальному исследованию рабочего процесса свободнопоршневого двигателя Стирлинга и является продолжением работ по созданию двигателей Стирлинга, проводимых на кафедре Э-2 МТТУ им Н. Э. Баумана.

Работа состоит из введения, пяти глав и заключения.

В первой главе приведены результаты проведенного обзора и анализа существующих конструктивных схем свободнопоршневых двигателей Стирлинга, технико-экономического обоснования возможности использования свободнопоршневых двигателей Стирлинга, методов расчета рабочего процесса двигателей Стирлинга с приводными механизмами и свободнопоршневых двигателей.

Во второй главе представлена математическая модель первого уровня, используемая для теплового расчета СПДС, и методика определения его конструктивных параметров на этапе предварительного проектирования.

В третьей главе представлена математическая модель второго уровня и методика поверочного расчета исследуемого двигателя.

В четвертой главе приведены описания конструкции лабораторного образца свободнопоршневого двигателя Стирлинга вытес-нительного типа, экспериментального стенда, контрольно-измерительной аппаратуры и методики проведения экспериментальных исследований. Приведена оценка погрешностей определения величины измеряемых параметров.

В пятой главе проведено сравнение результатов физического и вычислительного эксперимента с целью определения степени адекватности разработанных математических моделей. Работа завершена созданием методики конструкторского расчета свободнопоршневого двигателя Стирлинга вытеснительного типа.

Автор выражает благодарность заведующему лабораторией гелиотехнических конструкций ФТИ НПО "ФИЗИКА-СОЛНЦЕ" АН УзССР B.C. ТРУХОВУ за помощь, оказанную при проведении исследований.

-н-

Подобные работы
Смолин Александр Борисович
Исследование и оптимизация рабочего процесса утилизационного поршневого двигателя с внутренним объемным парообразованием
Карасев Вячеслав Александрович
Исследование процесса сгорания и образования токсичных веществ в двигателе с двухстадийным сгоранием
Захаров Илья Львович
Методы исследования и пути совершенствования процессов газообмена и сгорания в бензиновых двигателях
Махмоуд Мохамед Эль-Гхобаши Эль-Хагар
Разработка методов управления рабочим процессом двигателя с самовоспламенением гомогенного заряда
Ле Нгок Минь
Комплексный метод контроля расхода ресурса авиационных газотурбинных двигателей в процессе эксплуатации
Кулаков Владимир Алексеевич
Термогазодинамическая модель факела топлива для анализа рабочего процесса дизельного двигателя
Скрипник Алексей Александрович
Влияние интенсивности вихревого движения заряда на локальные параметры рабочего процесса в двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива
Бектемиров Амир Саидбаддалович
Повышение эффективности рабочего процесса бензинового двигателя путем интенсификации движения заряда
Гладкий Иван Леонидович
Оценка последствий разрушения элементов роторов газотурбинных двигателей в процессе испытаний и эксплуатации
Ефимов Николай Алексеевич
Влияние электрической обработки свежего заряда на показатели рабочего процесса карбюраторного двигателя

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net