【摘 要】
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可再生能源发展是我国推进能源转型的重要途径,光热领域受到越来越多的关注。斯特林发动机作为碟式太阳能热发电系统的核心设备,其效率和功率将决定整个系统的发电能力。二氧化碳作为斯特林发动机循环工质可以提高机器安全性,降低成本,延长机器运行时间,减少补气次数。因此需要对二氧化碳在斯特林发动机内部的振荡流特性进行相关研究。首先利用有限体积法(FVM)对不同孔隙、直径的金属丝网进行建模,利用Fluent软件模
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可再生能源发展是我国推进能源转型的重要途径,光热领域受到越来越多的关注。斯特林发动机作为碟式太阳能热发电系统的核心设备,其效率和功率将决定整个系统的发电能力。二氧化碳作为斯特林发动机循环工质可以提高机器安全性,降低成本,延长机器运行时间,减少补气次数。因此需要对二氧化碳在斯特林发动机内部的振荡流特性进行相关研究。首先利用有限体积法（FVM）对不同孔隙、直径的金属丝网进行建模,利用Fluent软件模拟了不同充气压力,工作频率,热端温度,丝网目数下空气和二氧化碳气体在金属丝网中的流动,通过计算获得二氧化碳的流阻系数和Nu数分别随Re数的变化关系。发现了二氧化碳气体在冷吹和热吹两个过程中流阻关联式差别较大,而换热关联式是在热吹减速期与其他时期偏差较大;除此以外二氧化碳流阻系数在所模拟工况范围内（1440.1 96。对比空气工质的换热关联式,在Re数较低时二氧化碳对应的Nu数较大,随着Re数升高,空气对应的Nu数逐渐超过二氧化碳,尤其是高Re数下差异更为明显,拟合最终关联式为:Nu=-1.7575+5.79668×Re0.30901。随后对二氧化碳滞后特性和循环率进行了实验和模拟研究,并将流阻关联式代入摸拟之中,得到实验和模拟测试段的压力、压降等结果相差均小于10%。将模型运用到更高压力和频率的工况下,发现了不同的充气压力和气体种类对于速度-压力滞后和循环率的影响较小,而工作频率和丝网目数对两者影响较大,拟合了滞后角度和回热器入口处循环率分别与工作频率和丝网目数的关系,为回热器的研究提供了基础参数。最后在改进型Simple模型中添加二氧化碳模块,计算结果与实验进行对比,发现启用二氧化碳计算模块后的结果与实验功率、效率误差范围分别是:3.9%16.7%、10.2%16.5%,输出功精度提升了14.3%28.5%,输出功和效率误差范围分别缩小了:55.9%、72.7%,为二氧化碳斯特林发动机的开发提供了理论支持,提高了改进型Simple模型对于不同气体工质的适用性。
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