基于有限时间热力学的斯特林发动机回热器特性及系统性能研究

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在能源危机日益严重的今天,开发清洁能源、提高能源效率成为了社会各界的共识。在这一背景下,斯特林发动机凭借其良好的热源适应性、高效的能源利用率以及可靠的稳定性,重新受到了人们的重视。斯特林发动机采用斯特林循环,这意味着在相同的两个高低热源之间,斯特林发动机的理论最高效率与卡诺热机相同,同时单次循环能够对外输出更多的功。而实现这一切的关键部件便是回热器。回热器是斯特林发动机的核心部件,也是学者们研究的重点。在实际过程中,回热器内部发生的损失主要分为不可逆回热损失与不可逆流阻损失,本文通过有限时间热力学方法,考察低温工质流经回热器被加热的过程,建立了一种回热器有限时间热力学模型,考虑了由流动阻力导致的黏性耗散所产生的影响。通过推导得出了理论模型中回热效率的计算公式,对回热过程中的不可逆回热损失进行了分析计算。随后,考虑到在实际工况中,工质物性会在回热过程中发生变化,据此构建了变物性回热器模型,并通过数值方法求解了回热过程中工质的温度、压力等参数的变化情况,研究了变物性对回热器性能的影响。最终,为了研究回热器的流动阻力对斯特林发动机性能的影响,构建了考虑流阻因素的斯特林发动机等温模型,通过计算与对比分析,探寻了与回热器流阻相关的各项参数对斯特林发动机性能的影响,为斯特林发动机的优化设计提供了科学依据。
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