斯特林发动机对低热值气体有着很好的适应性,因此斯特林发动机获得越来越多的学者关注。斯特林发动机加热器在自由空间腔体内被烟气加热过程中存在局部温度过高的现象,会对加热器外管造成“热点烧蚀”。幸运的是多孔介质燃烧能够加快燃烧速度且使得腔体内烟气温度分布均匀。本文首先阐明了斯特林发动机的系统原理和斯特林循环的基本过程,指出了斯特林循环相较于卡诺循环的优点。其次,本文阐述了当下斯特林发动机研究的难点,着重分析了斯特林加热器在自由空间腔体内受烟气加热时存在“热点烧蚀”现象的原因以及五种循环分析法在斯特林发动机优化设计中的不足。本文在斯特林发动机自由空间燃烧加热腔体结构的基础上,设计了空气进口与燃气进口两侧对称布置多孔介质燃烧加热腔体结构和空气进口与燃气进口中心对称布置多孔介质燃烧加热腔体结构,并对两种腔体结构传热特性进行了模拟分析,发现前者随着燃气进口速度的增加腔体内烟气温度依旧会分布不均,而后者虽然烟气温度分布均匀但是腔体内烟气温度不高。鉴于此,本文设计出斯特林发动机四角切圆多孔介质燃烧加热腔体,并对此腔体进行了数值模拟,从温度场、压强值和速度场方面进行了分析。模拟结果表明:四角切圆多孔介质燃烧加热腔体结构既避免自由空间燃烧烟气温度分布不均的缺点,又提升了燃烧后的烟气温度。本文从燃气进口速度、当量比、孔隙率和多孔介质种类等因素设置对照组分析了各组燃烧性能。结果表明:烟气温度随着燃气进气速度的增加而增加。当当量比增加时,烟气温度下降。烟气温度随着孔隙率从0.725到0.825增大而升高,随着孔隙率从0.825到0.850增大而降低。不同多孔介质下烟气温度差异很大,氧化镍温度最低,氧化锆温度最高。然而,因为氧化锆与自由空间的空气导热系数一样低,氧化锆燃烧加热腔腔体内烟气也出现了温度分布不均的现象。本文采用有限时间热力学分析法推导了温度比、加热器温度、输出功率和效率之间的关系。分析结果表明:发动机功率与温度比有关,存在一个最大值,回热性能越好斯特林发动机需要的温度比越小,越容易达到最大功率值;斯特林发动机效率随着加热器温度的升高而增大,增大速率随着温度的升高而趋于平缓。