自由活塞斯特林发电机动力学特性研究

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1、上海理工大学学报第38卷第1期J．UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVo1．38No．12016文章编号：1007—6735(2016)O1—0038—05自由活塞斯特林发电机的动力学特性研究陈曦，郑朴，罗兰(上海理lr大学能源与动力工程学院，上海200093)摘要：将自由活塞斯特林发动机与直线发电机耦合，构成自由活塞斯特林发电机．分析了该发电机的系统结构和运行机理，建立了自由活塞斯特林发电机的质量一弹簧一阻尼系统模型．利用力多边形方法对自由活塞斯特林发电机的动力活塞和配气活塞进行了动力学分析，在力多边形图上可以直观地看出

2、自由活塞斯特林发电机的受力情况以及位移或压力相位角之间的关系，并利用示功三角形表征了压缩功和膨胀功．此外，还对直线发电机的输出特性进行了研究，推导了输出功率的计算公式．研究表明，通过调节负载参数，可以控制自由活塞斯特林发电机的输出功率．关键词：自由活塞斯特林发电机；力多边形；直线发电机；动力学特性中图分类号：TB6文献标志码：ADynamicCharacteristicsofFree—PistonStirlingGeneratorCHENXj，ZHENGPu，LUOl_an(Schoolot’Ene~yyandPowerEngineering，Unuer8ityofShan

3、ghaitbrScienceandTechnology，Shangha200093，Ch~"?ta)Abstract：Free—pistonStirlinggeneratorwascomposedoffree-pistonStirlingengineandlineargenerator．Thesystemstructureandtheoperationmechanismoffre-pistonStirlinggeneratorwereanalyzed，andamass-spring-dampermodelwasbuilt．Basedontheforcepolygonmeth

4、od，thedynamicanalysisonpistonanddisplaceroffre—pistonStirlinggeneratorwastaken．Theforcesonfre-pistonStirlinggeneratorandthephaseshiftbetwendisplacementandpressurewavewereobtaineddirectlyontheforcepolygondiagram．Triangularindicatordiagramswereusedtoindicatethepowerincompressionspaceandexpan

5、sionspacerespectively．Besides，theoutputcharacteristicsoflineargeneratorwerestudied，andthecalculationmethodforthelineargeneratoroutputpowerwasdeveloped．Thestudyshowsthattheoutputpowercanbeadjustedbychangingtheparametersoftheload．Keywords：free-p／stanStirlinggenerator；forcepolg3on；lineargener

6、ator；dynamiccharacteristics自由活塞斯特林发动机作为一种外燃式热机，友好气体做工质．直线发电机具有效率高、寿命长、具有结构简单、效率高、寿命长、噪声低等优点，可以响应快、精度高等优点，若将其与自由活塞斯特林发利用清洁太阳能、放射性能源、地热能、生物能、余热动机耦合，构成自由活塞斯特林发电机，可将两者优等作为热源，并可使用He，，Nz，甚至空气等环境点充分发挥，更具有热一电效率高、寿命长等优点，收稿日期：2014—09—03基金项目：国家自然科学基金资助项目(50906054)第一作者：陈曦(1977～)，男，副教授．研究方向：斯特林机器Lj低温技术

7、．E—mail：chenxistudy@163．corn上海理工大学学报2016年第38卷动力活塞位移；Cp为动力活塞阻尼系数；Ap为压缩式中，为运行频率．腔与背压腔内气体压力差；A。为动力活塞横截面联立式(7)和式(8)，可以得到积；B为直线发电机的磁感应强度，L为直线发电W=2nnS(9)．，p机的线圈长度，为直线发电机的电流．』P所以，示功三角形面积S。可表征理论功的相对大若设定动力活塞的运动初始相位角为零，并由小，且压缩功与示功三角形面积的比值与运行频率于发动机背压腔内压力P变化很小，可认为P=成正比，与板