مدل‌سازي و بهبود عملكرد يك موتور استرلينگ نوع بتا جهت توليد همزمان گرمايش و برق

Modeling and Performance improvement of a Beta type Stirling engine for Cogeneration of Heat and Electricity

در مقاله حاضر يك موتور استرلينگ نوع بتا جهت توليد همزمان گرمايش و برق (CHP) پيشنهاد شده است. مزاياي آنها از جمله انعطاف پذيري در سوخت و منبع گرمايي، سر و صداي كم و راندمان گرمايي بالاتر مي ­باشند. همچنين در فرايند توليد قدرت، مقداري گرما به محيط دفع مي­ گردد، كه قابل بازيابي است و بنابراين آنها پتانسيل مناسبي جهت توليد همزمان دارند. در اين پژوهش، مدل به كار رفته جهت تحليل عملكرد، آدياباتيك غيرايده­ آل مي­ باشد، كه تلفات گرمايي و اصطكاكي در اجزاي مختلف موتور لحاظ شده است. شبيه ­سازي عملكرد سيستم توسط يك كد عددي توسعه داده شده با نرم افزار MATLAB صورت گرفته است. براي اعتبار سنجي مدل، از مشخصات موتور استرلينگ GPU-3 استفاده شده و با نتايج آزمايشگاهي و مدل­هاي گذشته مقايسه شده است. سپس يك موتور استرلينگ نوع بتا جهت توليد همزمان گرمايش و برق پيشنهاد گرديد. همچنين تاثير دور موتور، طول بازياب و دماي منبع گرم روي راندمان الكتريكي و CHPمورد بررسي قرار گرفت. در نهايت توان الكتريكي 11263 W و توان گرمايي 21653 W با راندمان الكتريكي 27.78% و راندمان CHPبرابر با 81.19% حاصل گرديد

In this paper a beta type Stirling engine for cogeneration of heat and electricity is proposed. The Stirling engines have advantages such as flexibility of fuels and heat sources, low noise level, and higher thermal efficiency than internal combustion engines. In these engines, in power production process, some heat is released to the environment, which can be recovered, and therefore the Stirling engine has a good potential to be used in combined heat and power systems. In this research, the non-ideal adiabatic analysis has been used for the Stirling engine and for enhance the accuracy of the model, the frictional and thermal losses have been considered. Non-ideal adiabatic analysis, was performed using a numerical code developed in MATLAB software. To validate of the model, the geometrical and operational specification of the GPU-3 Stirling engine was used and the results were compared with experimental results and other previous models. Then a beta type Stirling engine was proposed for the combined heat and power system in residential applications. Also, the effect of engine rotational speed, regenerator length and temperature of heat source on electrical and CHP efficiency were investigated and the appropriate amounts of operating parameters were selected. Finally, the electrical power and thermal power were obtained 11263 W and 21653 W, respectively with electrical efficiency of 27.78% and CHP efficiency of 81.19% efficiency for this cogeneration system.