تحليل ترموديناميكي پارامترهاي عملكردي ساختار جديد سه - سيلندر موتور استرلينگ

Thermodynamic analysis of performance parameter of a novel 3 cylinder Stirling engine configuration

ساختارهاي هندسي زيادي براي موتورهاي استرلينگ ارائه شده است كه تفاوت آن‌ها در تعداد اجزا و نحوه‌ي قرار گرفتن آن‌ها در كنار يكديگر است. در ساختار بتا و گاما، ديسپليسر وظيفه‌ي جابه‌جايي سيال را بين منبع سرد و منبع گرم دارد و ساختار آلفا بدون آن، هندسه‌ي ساده‌تري دارد. از اين‌رو در اين پژوهش، يك ساختار جديد معرفي مي‌شود كه دو سيلندر و پيستون بجاي ديسپليسر جايگزين مي‌شود و نتيجه آن يك ساختار جديد سه سيلندره‌ي گاما خواهد بود كه همانند ساختار آلفا بدون ديسپليسر، هندسه ساده‌تر و فرايند ساخت راحت‌تري خواهد داشت. براي بررسي نحوه‌ي عملكرد ساختار جديد، يك مدل شبيه‌سازي شده از يك موتور استرلينگ ساخته‌شده با ساختار گاما بر اساس ساختار جديد و هندسه‌ي موتور اس‌تي-500 تهيه شده است. مدل‌سازي در نرم‌افزار تحليلي‌-صنعتي با نام جي‌تي-سوييت انجام شده است. بيشترين خطا بين ساختار جديد و نتايج تجربي ساختار گاما، در حرارت مصرفي 20 درصد و در كار توليدي 14.7 درصد است كه با توجه تغيير هندسي ساختار، قابل‌قبول است و ازاين‌رو تحليل ترموديناميكي بر پارامترهاي عملكردي ساختار جديد انجام شده است. نتايج اين تحليل علاوه بر تائيد ماهيت ساختار، نشان مي‌دهد كه افزايش سرعت براي افزايش عملكرد موتور مناسب نيست و بازده موتور را كاهش مي‌دهد اما افزايش دماي منبع گرم و فشار تغذيه اثر خوبي بر بازده داشته و براي بهبود عملكرد موتور پيشنهاد مي‌شود

Various configurations for Stirling engines have been presented. In Beta and Gamma type configurations, a displacer moves the working fluid between hot and cold sources. In the Alpha type there is no such part and it has a much simpler structure than the Beta and Gamma type. Therefore in this study, a novel configuration is introduced for Stirling engine where the displacer is replaced by two pistons and cylinders. With this replacement, the new configuration can be called 3-Cylinders Gamma configuration for Stirling engine. Similar to Alpha type engine, this configuration has a simpler structure and manufacturing process. For evaluation of new configuration, a simulated model of fabricated Gamma Stirling engine is prepared based on new configuration and geometry of ST-500 engine. The modeling is developed in GT-Suit software which is an industry-leading simulation tool. Maximum error between the experimental results and simulation of the new engine is about 20 percent for heat consumption and 14.7 percent for power generated. Thermodynamic analysis of performance parameters is done after the validation. The thermodynamic analysis results indicate that the increment of engine speed does not have appropriate effect on the performance and this led to engine efficiency reduction. On the other hand, increasing the pressure and hot source temperature led to improvement in engine performance and higher thermal efficiency.