Engineering & Technologies, Vol 7, No 2 (2014)

Analysis of thermal processes in a liquid piston Stirling engine

Konstantin Finnikov

Abstract


Применение принципов двигателя Стирлинга в энергетике может предоставить большие возможности по увеличению эффективности преобразования между тепловой и электрической энергией. Однако на основе существующих технических реализаций этих принципов не возможно создавать крупномасштабные энергоустановки, конкурентоспособные по сравнению с традиционными паротурбинными и газорутб. Возможным подходом к решению этой проблемы являетя жидкопоршнев двиг Стирлинга. Жидкопоршневой ДС обладает более низкой удельной мощнсотью, по сранению с традиционной, однако может быть значительно более дешевой в изготовлении. Анализ исследований жидкопоршневых двигателей Стирлинга показал, что наибольшей перспективой развития обладает направление, основанное на использовании как в качестве рабочей жидкости, так и в качестве теплоносителей, жидких металлов с низкой температурой плавления (в частности, натрий-калиевой эвтектики с температурой плавления -11 С).

 

В настоящем исследовании анализируются следующие особенности жидкопоршневого двигателя Стирлинга. Первой является возможность подвода тепла к рабочему газу путем капельной инжекции жидкого теплоносителя. Второй особенностью является более широкие, чем в традиционной схеме, возможности управления рабочим процессом путем задания последовательности процессов сжатия и расширения газа в рабочих объемах. Сопоставление параметров эффективности традиционной и жидкопоршневой схемы  проводится на основе результатов моделирования аэродинамики и теплообмена в рабочих объемах двигателя Стирлинга и регенеративном теплообменнике. Для жидкопоршневой схемы определена оптимальная временная зависимость рабочих объемов от времени. Показано, что подвод тепла к рабочему газу путем инжекции жидкого теплоносителя позволяет существенно повысить термодинамическую эффективность двигателя. На основании проведенных оценок можно сделать вывод о возможности создания эффективной и конкурентоспособной энергоустановки на основе жидкопоршневого двигателя Стирлинга.