автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Двигатель стирлинга типа "Флюидайн" в составе теплоэнергетической установки на возобновляемом источнике энергии

Список обозначений и сокращений.

Введение.

Глава 1. Системы теплоснабжения.

1.1. Анализ существующих систем теплоснабжения.

1.2. Солнечные теплоэнергетические установки.

1.3. Плоский солнечный коллектор.

1.4. Влияние вынужденной циркуляции теплоносителя на эффективность теплоэнергетической установки.

1.5. Фокусирующие коллекторы.

Основные выводы, характеризующие представленную работу следующие:

1. Исследованы области применения двигателя Стирлинга «Флюидайн», работающего в качестве насоса для перекачки жидкости. К таким областям можно отнести тепло и водоснабжение на возобновляемых источниках энергии, а также работу двигателя в составе минигидроэлектростанции.

2. Проведен анализ существуюпщх систем теплоснабжения, который выявил преимущества индивидуального теплоснабжения, особенно при использовании нетрадиционных возобновляемьк источников энергии.

3. Рассмотрена эффективность и производительность солнечной теплоэнергетической установки для южньк областей России с принудительной циркуляцией теплоносителя. Результаты показали, что эффективность и производительность такой установки с принудительной циркуляцией теплоносителя на 10 % выше, чем у установки с естественной циркуляцией, при относительно малых затратах на прокачку теплоносителя.

4. Рассмотрена возможность применения для солнечных теплоэнергетических установок в качестве нагнетательного устройства двигателя Стирлинга типа «Флюидайн» малой мощности, обладающего свойством самозапуска и работающего на солнечной энергии или биогазе.

5. На базе двух моделей расчета рабочего процесса классических двигателей Стирлинга с кривошипо-шатунным механизмом и уравнений колебаний жидкости в элементах двигателя создана математическая модель двигателя «Флюидайн», позволяющая проектировать машины с заданными выходными параметрами.

6. Спроектирована и построена физическая модель двигателя «Флюидайн», позволяющая исследовать влияние рабочих и конструкционных параметров двигателя на его выходные показатели работы.

7. Проведенные испытания на физической модели двигателя «Флюидайн» подтвердили адекватность созданной математической модели. Наибольшее отклонение расчетных и экспериментальных данных составило не более ± 6 %.

8. На базе созданной математической модели двигателя проведено расчетное исследование взаимовлияния рабочих и конструкционных параметров двигателя «Флюидайн», что позволило определить оптимальные размеры и выходные параметры двигателя.

1. Справочник по теплообменным аппаратам / П. И. Бажан, Г. Е. Каневец, В. М. Селиверстов и др. -М.: Машиностроение, 1989.- 368с.

2. Байрамов Р. Б. Исследование солнечной водоподъемной установки с ДВПТ // Гелиотехника. - 1985., № 6.- С. 39-43.

3. Бекман Д., Гилли П. Тепловое аккумулирование энергии -М.: Мир, 1987.- 232с.

4. Бринкворт Б. Д. Солнечная энергия для человека -М.: Мир, 1976.- 431с.

5. Варгавтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей -М.: Машиностроение, 1972.-1425 с.

6. Воронин Г. И., Дубровский Е. В. Эффективные теплообменники -М.: Машиностроение, 1973.- 96 с.

7. Гайворонский А. И. Расчетные модели рабочего процесса двигателя Стирлинга -М.: Издательство МГТУ, 1997.- 35 с.

8. Грилихес В. Солнечные высокотемпературные источники тепла для космических аппаратов -М.: Машиностроение, 1975.-324с.

9. Даффи Д. Создание солнечных фокусирующих коллекторов оптимальной конструкции // Труды Амер. о-ва инж.-мех. Энергетические машины и установки. - 1963., № 3.- С. 74.

10. Даффи Д., Бекман У. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии: Пер. с англ. -М.: Мир, 1977.- 420 с.

11. Даффи Д., Фестер Л. Балансы энергии солнечного параболоцилиндриче-ского отражателя // Труды Амер. о-ва инж.-мех. Энергетические машины и установки.-1972., № 1.- С. 33.

12. Ефимов С. И. Термодинамические основы цикла двигателя Стирлинга -М.: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1979. -70 с.

13. Жукаускас А. А. Конвективный перенос в теплообменниках -М.: Наука, 1982.-380 с.

14. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением -М.: Мир, 1975.- 487с.

15. Коломоец Н. В. Испытание водоподъемной установки с ДВПТ, использующим солнечную энергию и биогаз // Гелиотехника.-1986., № 2.- С.78-82.

16. Корн Г. Справочник по математике -М.: Наука, 1970. -720 с.

17. Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидравлическое сопротивление - М.: Энергоатомиздат, 1990.-367 с.

18. Кутателадзе С. С, Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче -Л.: ГЭИ, 1959.-414 с.

19. Лободюк В. А. Справочник по элементарной физике - Киев: Наукова думка, 1975.-448 с.

20. Маркман М. А. Экспериментальное исследование двигателя Стирлинга малой мощности //Гелиотехника.-1983., № 3.- С. 19-24.

21. Мухачев Г. А. Щукин В. К. Термодинамика и теплопередача -М.: Высшая школа, 1991.-48.0 с.

22. Очков В. Mathcad plus 6.0 для студентов и инженеров -М.: Компьютер Пресс, 1996.-238 с.

23. Справочник по теплообменникам: Пер. с англ. Петухова Б. С. -М.: Энер-гоатомиздат, 1987.-560 с.

24. Петровский Ю. В., Фастовский В. Г. Современные эффективные тепло-обменники-Л.: ГЭИ, 1962.-256 с.

25. Повх И. Аэродинамический эксперимент в машиностроении -Д.: Мапш-' построение, 1974.-468 с.

26. Рид Р. Свойства газов и жидкостей -М.: Химия, 1982.- 591 с.

27. Ридер Г. Хупер Ч. Двигатели Стирлинга: Пер. с англ. -М.: Мир, 1986. -464 с.

28. Савельев И. В. Курс физики, Т.З.-М.: Наука, 1989.-Т.2. -352 с.

29. Селиверстов В. В. Статистика эксперимента в технике и науке -М.: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1993. -103 с.

30. Сквайре д. Практическая физика-М.: Мир, 1971.-246 с.

31. Уокер Г. Двигатели Стирлинга: Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1985.-408 е.

32. Уокер Д. Жидкостный двигатель с внешним нагревателем, лабораторные опыты//В мире науки.-1985., № 6.-С. 84-88.

33. Хаузен X. Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрестном токе: Пер. с нем.-М.: Энергоиздат, 1981.-384 с.

34. Чи К. Тепловые трубы; Перевод с англ.-М. :Машиностроение, 1981.-262 с.

35. Шенк X. Теория инженерного эксперимента: Пер. с англ.-М.: Мир, 1972.-381C.

36. Berchowitz D. M. A Computer and Experimental Simulation of Stirling Cycle Machines: Dissertation University of the Witwaersrand -Johannesburg, (South Africa), 1978.-P. 97-130.

37. Berchowitz D. M ., Urieli I. Stirling Cycle Engine Analysis // Ormat Turbines Ltd. And Sunpower Inc. - Ohio, 1982. -256 p.

38. Cooper P. I. The Absorption of Solar Radiation in Solar Stills // Solar En-ergy.-1 989.,№3.-P. 3-8.

39. Creswickn F. A. Thermal Design of Stirling Cycle Machines // Int. Auto Eng. Congr.- Detroit, - 1965.-P. 233-238.

40. Duffie J. A. World Distribution of Solar Energy // Solar Energy. -1976., № lO.-P. 27-28.

41. Elson B. M. Theoretical Picture of Sun Evolving //Aviation Week and Space Technology. - 1974., № 63.-P. 63-65.

42. Findlay R. A Study of a Fluidyne Heat Engine: Thesis of McGill Montreal University.-Canada, 1977.-P. 344-356.

43. Finkelstein T. Generalized Thermodynamic Analysis of Stirling Engines // SAE Paper. - I960.- 118 B.-P. 78-98.

44. Garg H. P. The Flat-Plate Solar Energy Collectors // Solar Energy.-1974., № 15.-P. 299-300.

45. Gill P. F. The Mathematical Modeling of Jet-Stream Fluidyne.-New York, 1980. McGraw-Hill Book Company.- 345p.

46. Goldberg L. F. A Computer Simulation and Experimental Development of Liquid Piston Stirling Cycle Engines: Dissertation University of the Wit-waersrand,- Johannesburg, (South Africa), 1979.-p. 103.

47. Goldberg L. F., Rallis C. J. Some Experimental Results on Laboratory Model Fluidyne Engine // Proc. 12-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf- Washington, 1977.-P. 321-324.

48. Gutierrez G., Hincapie F. Simulatioij of Forced Circulation Water Heaters // Solar Energy. -1974., № 15.-P. 287.

49. Heams T. Stirling engine performance optimization with different working fluids //Proc. of American Chemical Society. -1986., № 15. -P. 575-581.

50. Hensman T. W. Fluidyne Engine // Rept. Roal Naval Engineering College.-1980., № l . R 56-59.

51. Kays W. M. London A. L. Compact Heat Exchangers.-New York, 1964. McGraw-Hill Book Company.-423p.

52. Klein S. A. The Effects of Thermal Capacitance Upon the Performance of Flat-Plate Solar Collectors: Thesis Univ. ofWisconsin. - USA, 1973 .-P. 56.

53. Kolin L Low temperature difference Stirling engine // Proc. 19-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf- San Francisco, 1984.- P. 1807-1812.

54. Lee F. Y. Computer Simulation of Stirling Engines: Thesis of McGill Montreal University.- Canada, 1976.-P. 44-58.

55. Lewis P. D. New Fluidyne Engines // Rept. Royal Naval Engineering College.- 1978., №3.R 146-159.

56. Lof G. O. Use of Solar Energy for Heating Purposes // Proc. Of U. N. Conference on New Source ofEnergy.- New York, 1964. -V.5. -P. 114-123.

57. Lof G. O., Tybout R. A., Cost ofHeating with Solar Energy // Solar Energy. -1973., № 14.-P. 253-255.

58. Qvale E. B., Smith J. L. An approximate solution for the thermal Performance of a Stirling engine regenerator //Proc. 16-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf.-Atlanta, 1981 .-P. 103-108.

59. Reader G. T. Modeling the Jet-Stream Fluidyne //Proc. 16-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf - Atlanta, 1981 .-P. 546-549.

60. Reader G. T., Levis P. D. Modes of Operation on a Jet Stream Fluidyne // Proc. 14-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf - Boston, 1979.- P. 458-460.

61. Reader G. T. The Fluidyne - A New Class of Heat Engine // Polytechnic Symposium on Thermodynamics and Heat Transfer.- Leicester (UK). Paper 19.- 1979.-P. 789-790.

62. Reader G. T., Levis P. D. The Fluidyne - A Water in Glass Heat Engine // J. N. S.- 1979. Vol. 5, № 4. -P. 240-245.

63. Richardson P. D. Comments on Viscous damping in Oscillating Liquid Columns // Int. J. Mech. Sci.- 1963.- Vol 5. -P. 415-418.

64. Rios P. A. Analytical and Experimental Investigation of the Stirling Cycle: Thesis Massachusetts Institute of Technology.- USA, 1969.-P. 544-555.

65. Senft J. The hybrid Stirling engine. //Proc. Proc. 16-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf.-Atlanta, 1981.-P. 1875-1879.

66. Schmidt G. The Theory of Lehman's Calorimetric Machine // Dtsch, Ing.-I871.-Bd. 15. № 1.-S.49-68.

67. Shoureshi R. T. Simple Models for Analysis and Design of Practical Stirling Engines // Proc. Proc. 17-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf- Los Angeles, 1982.-R 1720-1728.

68. Shoureshi R. T. Low Temperature Stirling Engines for Waste-Heat Recovery // Proc. Proc. 17-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf- Los Angeles, 1982.- P. 1716-1720.

69. Shoureshi R. T. Analysis and Design of Stirling Engines for Waster-Heat Recovery: Thesis Massachusetts Institute of Technology .-USA, 1981.-P. 98-99.

70. Thwaites G. Fluid pumping engins // Rept. Roal Naval Engineering College.-1978., № 2. P. 234-259.

71. Uchida S. The Pulsating Viscous Flow Superposed on the Steady Laminar Motion of Incompressible Fluid //Angew. Math. Phys.- 1950. - Vol. 7.- P. 403-422.

72. Walker G., Wect C, Free-and Liquid -piston Engines.-New York, 1979. McGraw-Hill Book Company.- 465p.

73. Ward E. J. New prime movers for ground transportation-Low pollution, low-fuel consumption // Proc. Proc. 7-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf.- San Diego, 1972.-P. 1013-1021.

74. Wect C. D. Principles and Applications of Stirling Engines.-New York, 1986. Van Nostrand Reinhold Company.- 568p.

75. Wect C. D. Fluidyne pumping engine with minimal tuning line // Proc. of American Chemical Society. -1986.„№ 15. -P. 604-609.

76. Wect C. D. Liquid Piston Stirling Engines.-New York, 1983. Van Nostrand Reinhold Company.- 143p.

77. Wect C. D. Dynamic Analysis ofthe Fluidyne // Proc. Proc. 18-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf-New York, 1983. -P.789-798.

78. Wect C. D., Pandey R. B. A laboratory Prototype Fluidyne Water Pump Proc. Proc. 16-th Int. Energy. Conv. Eng. Conf - Atlanta, 1981. -P. 604-609.

79. Whillier A., Solar Energy Collection and Its Utilization for House Heating //ASHRAE, New York, 1967.-P. 987-989. , ,

80. Yu L. Experimental Investigation of a Novel Barrel-Fluidyne Design: Thesis the University of Calgary.- Canada, 1984.- P. 1234-1246.

81. Yu L., Fauvel O. Displacer design and testing for a barrel Fluidyne: Thesis the University of Calgary.- Canada, 1994.- P. 989-996.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ