Προσομοίωση συμπεριφοράς μηχανών Stirling MODEL ENGINE IV, CTPC και SPIKE ελευθέρων εμβόλων

Abstract

Το κεφάλαιο Α αναφέρεται αρχικά στις μηχανές stirling, στον εφευρέτη τους και στο πέρασμα στις πιο σύγχρονες και πιο αποδοτικές μηχανές stirling ελευθέρων εμβόλων. Δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά, θερμοδυναμικές μεταβολές του εργαζόμενου μέσου, ευστάθεια λειτουργίας, ενεργειακή απόδοση και απώλειες των μηχανών αυτών περιλαμβάνονται ακόμα στο κεφάλαιο αυτό. Το κεφάλαιο Β περιλαμβάνει ορισμένες εφαρμογές των FPSEs παλαιές και νεότερες, οι οποίες εντάσσονται, όσον αφορά τη χρήση τους, στον τομέα του διαστήματος , στη στεριά και στο θαλάσσιο χώρο με στόχο την έρευνα και την εξοικονόμηση ενέργειας. Το κεφάλαιο Γ αποτελεί μία μαθηματική ανάλυση των μηχανών free piston stirling , η οποία σχετίζεται με τη δυναμική τους λειτουργία και χαρακτηριστικά αυτής όπως είναι η συχνότητα λειτουργίας, οι ταλαντώσεις των μερών της, η διαφορά φάσης και εντέλει η ευστάθειά τους. Η γραμμικοποίηση των εξισώσεων δυναμικής σε συνδυασμό με την ευστάθεια γραμμικών συστημάτων οδηγούν σε ένα μαθηματικό μοντέλο εξισώσεων οι οποίες σχετίζονται άμεσα με τη σταθερή λειτουργία των μηχανών, η οποία είναι επιθυμητή για σταθερή παραγωγή ενέργειας. Το κεφάλαιο Δ έχει σαν θέμα την αναλυτική παρουσίαση τριών μηχανών stirling ελευθέρων εμβόλων. Πιο συγκεκριμένα αναφέρονται χαρακτηριστικά των μηχανών ‘’CTPC’’, ‘’MODEL ENGINE IV’’ και ‘’SPIKE’’ καθώς και λεπτομέρειες όσον αφορά τη κατασκευή τους, την εσωτερική τους δομή, τη λειτουργικότητά τους, την απόδοση και το σκοπό για τον οποίον δημιουργήθηκαν και μελετήθηκαν όσον αφορά τις επιδόσεις τους. Στο κεφάλαιο Ε παρουσιάζονται τα αποτελέσματα ανάλυσης που έγινε για τις τρεις αυτές μηχανές , η οποία στηρίζεται εν πολλοίς στην ανάλυση του κεφαλαίου Γ. Επίσης η ανάλυση αυτή περιλαμβάνει βελτιστοποίηση των δυναμικών συντελεστών των μηχανών ώστε να έχουμε σταθερή λειτουργία, θερμοδυναμική ανάλυσή του κύκλου λειτουργίας τους και συμπεράσματα όσον αφορά την απόδοσή τους , τις απώλειές τους καθώς και συγκρίσεις με αποτελέσματα άλλων προσομοιώσεων αλλά και στοιχείων από πειραματικές διαδικασίες. Η εργασία ολοκληρώνεται με την παράθεση παραρτήματος με προγράμματα του υπολογιστικού εργαλείου MATHCAD, τα οποία δομήθηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε να εξυπηρετήσουν την ανάλυση που έγινε. Για να βρεθούν στοιχεία ,όσον αφορά τις μηχανές που πραγματεύεται η εργασία, έγινε έρευνα στο διαδίκτυο σε ιστοσελίδες όπως της NASA, της εταιρείας SUNPOWER INC. καθώς και η χρήση μηχανών αναζήτησης όπως η GOOGLE.

Chapter A is first mentioned in stirling engines, the inventor of them and the passage of the most modern and most efficient free piston stirling engines. Structural and functional characteristics, thermodynamic changes of the working fluid, operating stability, energy efficiency and losses of these machines yet included in this chapter. Chapter Β contains some applications of FPSEs old and younger, which fall as regards their use in space, on land and at sea with the aim of researching and saving energy. The section C is a mathematical analysis of free piston stirling engines, which relates to the operation and the dynamic characteristics thereof as is the operating frequency, the oscillations of moving parts, the phase angle between them and ultimately their stability. The linearization of the equations in conjunction with the dynamic stability of linear systems lead to a mathematical model of equations which relate directly to the stable operation of the engines, which is desirable for stable production of energy. Chapter D has as its subject the detailed presentation of three free-piston stirling engines. More specifically are mentioned characteristics of machines'' CTPC'','' MODEL ENGINE IV'' and'' SPIKE'' and details of their construction, their internal structure, functionality, performance, and the purpose for which created and studied regarding their performance. Chapter E presents the results of analysis done for these three machines, which is largely based on the analysis of chapter C. The analysis involves optimization of dynamic coefficients of the machines that we have stable operation, thermodynamic analysis of their life cycle and conclusions regarding their performance, their losses and comparisons with results of other simulations and data from experimental procedures. The thesis concludes with quote annex computer program tool MATHCAD, which were structured in such a way as to serve the analysis made. To find data for machinery dealing work involved research on the internet on websites such as NASA, the company SUNPOWER INC. and the use of search engines such as GOOGLE.