بهينه‌ سازي سينماتيكي موتور استرلينگ بر اساس افزايش كار خروجي و با در نظرگرفتن فضاي اشغالي موتور

Kinematic Optimization of the Stirling engine for Maximum Output Work and Constraint of Occupied Space

موتور استرلينگ به دليل برخي مزايا از جمله سروصداي كم، احتراق خارجي‌بودن و توانايي استفاده از انرژي خورشيدي و ديگر انرژي هاي نوين، توجه پژوهشگران را در سال‌هاي اخير به خود جلب نموده‌است. همچنين اين موتورها در كاربردهايي با اختلاف دماي كم و يا زياد قابل استفاده هستند. بديهي است نوع سيلندرهاي مورد استفاده، نحوه چيدمان آن‌ها و مكانيزم منتقل‌كننده حركت مي‌تواند بر روي عملكرد اين موتور تاثيرگذار باشد. از سويي مهندسان و طراحان همواره به دنبال افزايش راندمان و كارايي در سيستم‌هاي مكانيكي هستند كه در موتورها مي‌تواند منجر به افزايش كار و يا توان خروجي موتور شود. در اين مطالعه، در ابتدا به تحليل ابعادي انواع مختلف موتور استرلينگ پرداخته مي‌شود. سپس با تعريف پارامترهاي هندسي موتور به عنوان متغيرهاي طراحي، كار خروجي موتور با استفاده از روش‌هاي بهينه‌سازي بيشينه خواهد شد. همچنين، براي جلوگيري از افزايش ابعاد موتور و فضاي اشغالي آن، از روابط قيدي در مساله استفاده خواهدشد. بهينه‌سازي سينماتيكي بر روي چهار نوع مختلف از موتور استرلينگ اعمال مي‌شود. براي حل مساله از سه روش بهينه‌سازي الگوريتم ژنتيك، الگوريتم ازدحام ذرات و الگوريتم رقابت استعماري استفاده شده‌است. نتايج بهينه‌سازي سينماتيكي نشان مي‌دهد كار خروجي موتور با ابعاد بهينه، حدودا 1/45 تا 4/59 برابر شده‌است.

The Stirling engine has attracted researchers' attention in recent years due to some advantages such as low noise, external combustion, and the ability to use solar and other new energy sources. Moreover, these engines can also be used in applications with low or high-temperature differences. The type of cylinders, their arrangement, and the transmission mechanism can affect this engine's performance. On the other hand, engineers and designers are always looking to increase the efficiency and effectiveness of mechanical systems, which in engines can lead to increasing the engine's work or power. In the current study, firstly, the dimensional analysis of different types of Stirling engines is done. Then, by defining the engine's geometric parameters as the design variables, the engine's output work will be maximized using optimization algorithms. Also, in order to prevent the increase of the dimensions of the engine and its occupied space, a new constraint in the problem will be used. Kinematic optimization is applied to four different types of Stirling engines. Three algorithms, namely genetic algorithm, particle swarm optimization, and imperialistic competition algorithm, have been used to solve the optimization problem. The results of kinematic optimization show that the output work of the engine with optimal dimensions has increased approximately 1.45 to 4.59 times.