Динамическое моделирование автоколебательных циклов механизмов на примере машин Стирлинга

• Автор: Кангун, Роман Витальевич
• Шифр специальности: 05.02.18, 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Развитие машин Стирлинга.

1.2 Классификация машин Стирлинга

1.2.1 Режим работы

1.2.2 Способ соединения цилиндров

1.2.3 Способ соединения поршней.

1.3 Описание работы машин Стирлинга

1.4 Термодинамический цикл машин Стирлинга.

1.5 Рабочие тела машин Стирлинга.

1.6 Проблемы создания высокоэффективных машин
Стирлинга
1.7 Выводы и постановка задач исследований.
ГЛАВА И. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
А ВТ ОКО Л ЕБ АТ ЕЛ ЬНОГ О ЦИКЛА СВОБОДНОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА.
2.1 Описание работы и термодинамический цикл свободно
поршневого двигателя Стирлинга.
2.2 Описание математической модели свободнопоршнсвого
двигателя Стирлинга
2.3 Выводы по главе
ГЛАБА III. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА С КРИВОШИПНОШАТУННЫМ МЕХАНИЗМОМ
ЗЛ Описание работы и термодинамический цикл двигателя
Стирлинга с кривошипношатунным механизмом
3.2 Описание математической модели двигателя Стирлинга с
кривошипношатунным механизмом.
3.3 Выводы но главе.
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОГО ЦИКЛА МАШИНЫ С ОППОЗИТНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ЦИЛИНДРОВ.
4.1 Описание работы и термодинамический цикл машины с
оппозитным расположением цилиндров.
4.2 Описание математической модели машины с оппозитным
расположением цилиндров
4.3 Выводы по главе.
ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА ЯЕТКОРЕАТГШМ.
5.1 Описание экспериментального стенда на базе модели двигателя Стирлинга Ке1тор1абпит
5.2 Выбор структуры и определение параметров эмпирических
зависимостей частоты работы двигателя от температуры нагрева
5.3 Процедура расчета температуры необходимой для достижения заданной частоты оборотов.
5.4 Экспериментальное исследование возможности применения в машинах Стирлинга многокомпонентного рабочего
5.5 Выводы но главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Исследования ДС для солнечных, космических и подводных энергетических установок, а также разработка базовых лабораторных и опытных двигателей в настоящее время широко проводятся в Германии, США, Канаде, Франции и особенно в Японии такими фирмами как «Ford Motor Со», «NASA Lewis Research Ccntr», «MAN-MBW», «Toshiba Corp. Mitsubishi Electric Corp. Принцип действия таких машин, а именно, описание термодинамических характеристик цикла Стирлинга изложен в ряде отечественных и зарубежных работ [, , , 8, 9]. Однако с позиции современной теории машин и механизмов, а также динамики машин [, 1], приведенное в [, , , 8, 9] описание цикла нуждается в существенном дополнении и доработке, т. Это приводит к неоправданно упрощенному построению циклограмм. Необходимо рассмотрение сил, действующих на подвижные элементы механизма, и выполнение динамического анализа соответствующих режимов. С практической точки зрения эго важно, например, для того, чтобы с достаточной степенью точности рассчитать время автоколебательного цикла, т. Для более точного построения циклограмм требуется учет инерционности масс перемещающихся поршней, т. РТ должны быть дополнены уравнениями динамики подвижных частей. Таким образом, функционирование двигателей таких типов должно быть проанализировано с позиции теории механизмов и машин, а также динамики машин. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. В первой главе прослеживается история развития ДС. Представлена его возможная классификация, описание процесса работы. Анализируется термодинамический цикл ДС, а также возможность применения в ДС различных РТ. Описываются проблемы создания высокоэффективных машин Стирлинга. Формулируются выводы и постановка задач исследований. Во второй главе описан и анализируется свободнопоршневой ДС. Разработана математическая модель (ММ) данного типа ДС. При составлении дифференциальных уравнений использованы законы механики (учет инерционности движущихся масс и сил сопротивления) и термодинамики. В третьей главе произведено исследование динамической модели автоколебательного цикла ДС с кинематической связью поршней (кривошипношатунный механизм). Дифференциальные уравнения, описывающие перемещение подвижных частей двигателя, составлены на основе законов механики и термодинамики. В четвертой главе анализируется динамическая модель автоколебательного цикла машины с опиозитным расположением цилиндров. Дифференциальные уравнения, описывающие перемещение подвижных частей двигателя, учитывают законы механики и термодинамики, а также силы создаваемые давлением РТ и рабочей жидкости (РЖ) в камерах гидроцилиндров и гидроаккумуляторов. В пятой главе проводится экспериментальное исследование модели ДС «е1го-р1абпит». Описывается экспериментальный стенд, созданный на базе данной модели. Также в главе представлено экспериментальное исследование но возможности применения в ДС многокомпонентного РТ. ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ДС был изобретен сентября г. Эдинбурге, столице Шотландии Робертом Стирлингом. Это было приблизительно за лет до создания ДВС, и поэтому ДС пользовался значительной популярностью да начала XX века. В году Р. Стирлинг получил патент на «машину, которая производит движущую силу посредством нафстого воздуха». В и годах он получает еще два патента на усовершенствованные варианты своей машины. А в году на литейном заводе в Дании была пущена машина Стирлинга мощностью индикаторных лошадиных сил, проработавшая в течение трех лет []. Долгое время после этого ДС не строились. И только в году было выпущено несколько образцов таких машин малой мощности. С конца XIX века успехи в развитии ДВС и отсутствие подходящих конструкционных материалов в значительной степени затруднило его дальнейшее совершенствование, интерес к ДС утратился окончательно, и только с года началось его возрождение. В -е годы XX века быстрое развитие технологии производства различных материалов вновь открыло перед ДС некоторые перспективы, однако настоящий интерес к нему возродился только во времена так называемого «энергетического кризиса». Именно тогда особенно привлекательными показались потенциальные возможности этого двигателя в отношении экономического потребления обычного жидкого топлива, что представлялось особенно важным в период его колоссального подорожания.