بررسي اثر درصد تركيب سيال عامل هوا/هليم بر عملكرد موتور استرلينگ نوع بتا با مدل ترموديناميكي سرعت محدود

Effect investigation of combination percent of air/helium working fluid on performance of beta-type Stirling engine by finite speed thermo-dynamic model

هدف اين مقاله، افزايش توان و بازدهي موتور استرلينگ نوع بتا با كمترين هزينه است. براي افزايش توان و بازدهي موتور استرلينگ راه‌هاي بسياري وجود دارد، مانند: تغيير طول كورس موتور، تغيير ضريب تاثيرپذيري بازياب، تغيير سيال عامل موتور و تغيير فشار موتور است. اما اجراي بسياري از اين روش‌ها ممكن است نياز به هزينه بسيار زيادي داشته باشد. از مواردي كه تغيير آن نياز به هزينه كمتري نسبت به بقيه پارامترها دارد، تغيير سيال عامل موتور است، كه معمولا از هليم، هوا، هيدروژن و نيتروژن استفاده مي‌شود. يكي از راه‌هايي كه بتوان با هزينه پايين، توان و بازدهي موتور را تا حد دلخواه افزايش داد، تركيب كردن چند گاز است. لذا در اين مقاله، در ابتدا به اعتبار سنجي كد مدل ترموديناميكي سرعت محدود پرداخته مي‌شود و سپس به بررسي تغييرات توان و بازدهي موتور استرلينگ با تركيب درصدهاي، 10 درصد هليم و 90 درصد هوا، 25 درصد هليم و 75 درصد هوا و 50 درصد هليم و 50 درصد هوا در فشار ثابت 4.13 مگاپاسكال پرداخته شده است. در نهايت نشان داده شد كه توان اين تركيب‌ها نسبت به زماني كه 100 درصد هوا باشد، در سرعت 1000 دور بردقيقه، به ترتيب 1.67، 2.65 و 4.20 برابر افزايش يافته و بازدهي اين تركيب‌ها نسبت به زماني كه 100 درصد هوا باشد، در سرعت 1000 دور بر دقيقه، به ترتيب 1.67، 2.69 و 4.34 برابر شده است.

The purpose of this article is to increase the power and the efficiency of the beta-type Stirling engine by the lowest cost. For this objective, there are many methods, such as changes in the engine stroke, the regenerator effectiveness, the engine working fluid, and the engine pressure. However, performing such approaches needs high costs. One method with lower cost could be the change in the engine working fluid that usually helium, air, hydrogen and nitrogen could be used. The combination of these gases could improve the power and the efficiency of the engine. Therefore, in this research, the code for the finite speed thermo-dynamics model was validated and then, changes in the power and the efficiency were studied under different combination percentages of 10He/90air, 25He/75air, 50He/50air, at a constant pressure of 4.13 MPa. Obtained results showed that at mentioned combination percentages, the engine power increased at 1000 rpm of the engine speed, as 1.67, 2.65 and 4.20 times more than that of 100air. Besides, the engine efficiency also increased as 1.67, 2.69 and 4.34 times more than that of 100air.