斯特林发动机具备出色的高效低排放特性,其振动噪声小,能源适应性广,特别是作为水下动力,具有广阔的应用前景。本文通过数值模拟,研究了生物柴油斯特林发动机喷油雾化性能及燃烧特性。建立了某斯特林发动机燃用生物柴油的引射、喷雾、着火及燃烧的仿真模型,并采用解耦法对生物柴油的化学反应机理作了简化。通过与喷雾和燃烧的试验结果进行对比,本文建立的仿真模型预测精度足够。研究了引射比、背压、喷油压力以及负荷对生物柴油喷雾特性的影响。增大引射比,促进了喷雾液滴向周向和径向扩散,从而增大喷雾锥角,增大燃油混合气的空间分布,提高油气混合质量;增大背压,抑制了液滴群的运动,从而减小了喷雾油束贯穿距,缩小了喷雾液滴空间分布范围;过高的背压会导致喷雾索特平均直径增大。喷油压力和负荷的增大,可提高喷雾贯穿距,增大喷雾锥角,减小喷雾粒径,促进喷雾液滴在燃烧室内的空间均匀分布,提高雾化效果。研究了起动条件对生物柴油斯特林发动机起动着火以及初始火焰传播的影响。当量比对点火延时的影响主要体现在NTC区域,当量比越大,着火延迟越小;增大引射比,CO₂惰性效应增强,着火延迟;较冷起动,停机再起动着火延迟要大,但考虑到点火加热棒加热混合气至着火所需时间大幅缩短,停机再起动情况点火要更快。冷起动条件下,火焰传播速度随当量比的变化很剧烈,而停机再起动时,火焰传播速随当量比的变化则变得柔和很多。高浓度CO₂环境下,火焰传播速度对于未燃混合气温度以及当量比的低敏感性有利降低发动机起动阶段的噪声。研究了喷油量、喷油压力、背压、过量氧气系数、引射比、燃气温度等对生物柴油斯特林发动机燃烧特性的影响规律。结果表明:负荷越大,燃烧室高温区变大,但最高温度变化不明显,燃烧室内气流速度明显变大,强化燃烧室对流,从而有利于提高热效率;提高引射比,可降低燃烧室温度,改善温度分布均匀性,强化热质传递,减少挡焰板热负荷;增大背压,燃烧会更为充分,对氧的需求也会降低,可提高热效率;增大过量氧气系数,极大促进了燃烧室内反应活性,过大的过量氧气系数会使燃烧室内温度急剧升高,且燃烧不稳定,对设备破坏极大;提高再循环燃气温度可改善燃烧室内温度分布的均匀性,很好的起到了引燃和稳定燃烧的作用。对于本文生物柴油斯特林发动机来说,无需增加喷油压力或改变喷孔直径,在背压2.0MPa以及过量氧气系数为1.08时,通过增大引射比至7.4以及控制再循环燃气温度达到823K,即可达到良好的低温均匀燃烧状态。最后,研究了负荷、喷油压力、引射比以及再循环燃气温度对斯特林发动机燃用生物柴油时的热声不稳定特性的影响。随着负荷的增加,斯特林发动机热声不稳定的共振频率增大,压力振幅也有所提高。随着喷油压力的增大,热声不稳定的共振频率提高,压力振幅也随之增加,但其对燃烧的影响存在一个阈值。增大引射比,增加了再循环燃气质量流量,改变了燃气各组分浓度,从而改变了燃料旋流燃烧的放热率,破坏了燃烧放热率与声波的耦合,改变了热声振动的频率,降低了热声振动的振幅。提高再循环燃气温度,降低了不稳定燃烧,从而降低了热声不稳定的强度,抑制了热声振动。