مطالعه پارامتري عوامل مؤثر بر توان خروجي و پايداري موتور استرلينگ پيستون آزاد

Parametric Study of Factors Affecting the Output Power and Stability of a Free-Piston Stirling Engine

در اين مقاله، مطالعه پارامتري عوامل موثر بر توان خروجي و پايداري يك نمونه موتور استرلينگ پيستون آزاد RE 1000 با سيال كاري هليوم مورد بررسي قرار ميگيرد. به اين منظور، ابتدا با در نظر گرفتن فرضيات اشميت، معادلات ديناميكي و ترموديناميكي حاكم بر سيستم در حضور افت فشار در محفظه گرمكن، خنك كن و بازياب حرارتي استخراج شده است. معادلات حاصل به كمك نرم افزار متلب حل گرديده و نتايج شبيه سازي ارايه شده است. به منظور اعتبار سنجي مدل در نظر گرفته شده، نتايج حاصل از شبيه سازي با نتايج آزمايشگاهي ارايه شده توسط يكي از مراجع معتبر علمي مقايسه ميگردند. افزايش توان خروجي موتور استرلينگ پيستون آزاد با حفظ پايداري آن، حايز اهميت است. بنابراين، در ادامه، اثر تغييرات جرم پيستونهاي جابجاگر و قدرت، دماي منبع گرم و دماي منبع سرد بر توان خروجي و پايداري موتور مورد بررسي قرار مي گيرد. نتايج به دست آمده در اين پژوهش نشان ميدهند كه تغييرات جرم پيستون جابجاگر و دماي منابع گرم و سرد تاثير بيشتري بر تغيير توان خروجي دارند. همچنين، پايداري سيستم بيشتر تحت تاثير تغييرات جرم پيستون قدرت و دماي منابع گرم و سرد است.

In this paper, parametric study of factors affecting the output power and stability of RE 1000 free-piston Striling engine with Helium as working fluid is investigated. In this regard, at first, by considering Schmidt assumptions, governing dynamics and thermodynamics equations in the presence of pressure loss in heater, cooler and regenerator are derived. The obtained equations are solved using Matlab and simulation results are presented. In order to validate the developed model, simulation results are compared with experimental results presented in the literature. Increasing output power of Stirling engine by keeping its stability is important. Therefore, effects of displacer and power piston masses, temperatures of hot and cold sources on the output power and stability of the engine are investigated. The obtained results in this study show that variations in displacer piston mass and temperatures of hot and cold sources have more effects on the output power. In addition, stability of the system is more affected by variations in power piston mass, temperatures of hot and cold sources.