斯特林发动机不仅理论热效率高,等于卡诺效率,而且作为外燃机其排放特性非常好,所以近三十年来一直是研究的热点。通过实验可以对斯特林发动机进行优化,并指导理论设计,提高理论模型的精度,因而开展斯特林发动机的实验研究非常重要；斯特林发动机工作过程中的各种热损失是影响斯特林发动机性能的主要因素,但这些热损失通常很难用仪器进行测定,一般需要借助理论分析工具进行估算,因而开展斯特林发动机热力学理论研究,不仅有重要的学术价值,也有重要的工程应用意义。本文主要开展了1kWα型斯特林发动机的改造、实验研究、循环分析和可用能分析等方面的工作。通过合作研究,在乌兹别克斯坦科学院物理技术研究所斯特林发动机实验室对乌方研制的1kW太阳能斯特林发动机进行了改造,即用以液化气为燃料的气体燃烧室取代太阳能接受器。成功研制出多孔金属板燃烧器,并将多孔金属网成功应用于斯特林发动机外部燃烧室。先后在乌兹别克斯坦科学院物理技术研究所斯特林发动机实验室和中国科学技术大学工程科学学院建立了1kW斯特林发动机实验系统,通过实验完成了对气体燃烧室的优化及对励磁系统的调试。在乌兹别克斯坦科学院物理技术研究所斯特林发动机实验室做了不同充气压力下的1kW斯特林发动机性能实验。根据实验结果对1kW斯特林发电系统进行了能量平衡分析。结果表明：气体燃烧室、换热器、曲轴连杆传动机构的轴承、发电机均需要改进或更换。在更换轴承后,系统发电功率有了较大的提高。然后在位于中国科学技术大学工程科学学院的实验系统上以品质更高的液化气为燃料进行了性能实验,在工质的充气压力为28bar时该发动机的发电功率可达975W,接近额定发电功率1kW。对各种零级分析法进行了比较,将1kW斯特林发动机轴输出功率的零级分析值与实验值进行比较,结果表明：1kW斯特林发动机实际轴输出功率比用Malmo公式法和指示功率法算得的输出功率的下限值还小,比用Beale数法算得的输出功率小40%左右,说明1kW斯特林发动机的设计存在比较大的问题,需要进一步优化。建立了α型斯特林发动机的理想绝热模型,通过公式推导获得了一组方程。在理想绝热分析法基础上,对绝热二级分析法进行了简化,并进行了可视化程序设计。然后对设计工况下的1kW斯特林发动机进行了二级简化分析,获得了一些有意义的结论。接着对三种不同充气压力下的1kW斯特林发动机进行了二级简化分析,将发电功率的分析值与实验值进行比较,结果表明：发电功率的二级简化分析值比实验值高50%左右,这主要是因为1kW斯特林发动机实际热损失比较大,而在二级简化分析中只考虑了回热器的回热损失和壁面导热损失,还未考虑活塞轴向导热损失、活塞往复热损失、气缸轴向导热损失等其它热损失,因此,二级简化分析法还有待改进。对以燃料为能源的斯特林发动机系统的热端和冷端的可用能损失进行了分析,采用了两种方法计算系统的热端和冷端的可用能损失。然后对系统进行了可用能效率分析,推导出了系统的可用能效率公式,找到了影响整个系统可用能效率的主要因素,并定性分析了这些因素对可用能效率的影响。最后分别基于史密特一级等温分析法、二级简化分析法、以及三种不同充气压力下的实验数据计算了1kW斯特林发动机系统的可用能效率并进行了比较,结果表明：可用能效率的史密特分析值是实验值的2-3倍,因此这种方法并不实用；而二级简化分析值比实验值高50%左右,需要对二级简化分析法进一步改进；燃烧室和斯特林发动机的可用能效率的实验值都比较低、导致系统可用能效率的实验值很低,这说明燃烧室和斯特林发动机都需要进行优化设计。