Adiabatic analysis of thermodynamic processes in the Stirling engine

• Autorzy: Chmielewski A. , Gumiński R. , Mączak J.

Warianty tytułu

PL

Analiza adiabatycznych procesów termodynamicznych zachodzących w silniku Stirlinga

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents an adiabatic analysis for thermodynamic processes taking place in the Stirling engine working space. The working space was divided into operational sections, which corresponded to the analysed control volume units, including: the compression space, cooler, regenerator, heater, and the expansion space. On the basis of the conducted thermodynamic analysis, useful relations were derived, which will be used in the future to build the advanced, combined model in which energy and heat losses are taken into consideration, as well as the Stirling engine dynamics during the work cycle. Among the most important thermodynamic processes presented in this work, are: heat exchange at the heat exchangers (the cooler, regenerator, heater), as well as the adiabatic heat exchange in the compression and expansion spaces. Moreover, the relations describing the temperature change in the compression and expansion spaces during the work cycle were presented.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono analizę adiabatyczną dla procesów termodynamicznych zachodzących w przestrzeni roboczej silnika Stirlinga. Przestrzeń roboczą podzielono na sekcje robocze, które odpowiadały analizowanym objętością kontrolnym, m.in: przestrzeni sprężania, chłodnicy, regeneratora, nagrzewnicy oraz przestrzeni rozprężania. Na podstawie przeprowadzonej analizy termodynamicznej wyprowadzono użyteczne zależności, które zostaną w przyszłości wykorzystane do budowy zaawansowanego kombinowanego modelu uwzględniającego straty energii, ciepła oraz dynamikę silnika Stirlinga podczas realizacji cyklu roboczego. Do najważniejszych procesów termodynamicznych przedstawionych w niniejszej pracy zaliczyć należy: wymianę ciepła na wymiennikach ciepła (chłodnicy, regeneratorze, nagrzewnicy) oraz adiabatyczną wymianę ciepła w przestrzeniach sprężania oraz rozprężania. Zaprezentowano również zależności opisujące zmianę temperatury w przestrzeniach sprężania oraz rozprężania w trakcie realizacji cyklu roboczego.

Słowa kluczowe

EN

thermodynamic analysis; adiabatic processes; Stirling engine

PL

analiza termodynamiczna; procesy adiabatyczne; silnik Stirlinga

• Wydawca: Instytut Pojazdów Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 2/106
• Strony: 13--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys.

Twórcy

autor

Chmielewski A.

• Institute of Vehicles, Warsaw University of Technology

autor

Gumiński R.

• Institute of Vehicles, Warsaw University of Technology

autor

Mączak J.

• Institute of Vehicles, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] Cinar C., Yucesu S., Topgul T., Okur M.: Beta-type Stirling engine operating at atmospheric pressure, Applied Energy Vol. 81, pp. 351–357, 2005.
• [2] Shazly J.H., Hafez A.Z., El Shenawy E.T., Eteiba M.B.: Simulation, design and thermal analysis of a solar Stirling engine using MATLAB, Energy Conversion and Management, Vol. 79, pp. 626–639, 2014.
• [3] Martini W.R.: Stirling Engine Design Manual. National Aeronautics and Space Administration (NASA); CR-168088,1983.
• [4] Cheng C.H., Yang H. S.: Analytical model for predicting the effect of operating speed on shaft power output of Stirling engines. Energy Vol. 36, pp. 5899-5908, 2011.
• [5] Thombarea D.G., Verma S.K.: Technological development in the Stirling cycle engines. Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 12, pp. 1–38, 2008.
• [6] Chen W. L., Wong K. L., Chang Y. F.: A computational fluid dynamics study on the heat transfer characteristics of the working cycle of a low-temperaturedifferential c-type Stirling engine, International Journal of Heat and Mass Transfer Vol. 75, 145–155, 2014.
• [7] Organ A.J. The Regenerator and the Stirling Engine. Mechanical Engineering Publications Limited, 1997.
• [8] Cheng, C., H., Yang, H., S., Keong, L. Theoretical and experimental study of a 300W beta–type Stirling engine. Energy,Vol. 59, pp. 590–599, 2013.
• [9] Urieli I., Berchowitz D.M. Stirling cycle engine analysis. Adam Hilger Ltd. Bristol 1984.
• [10] Shoureshi R. Analysis and design of Stirling Engines for Waste-Heat Recovery. Massachusetts Institute of Technology, June 1981.
• [11] Walter G. Stirling Engines. Oxford University Press, New York, 1980.
• [12] Berchowitz D. M. Stirling cycle engine design and optimisation., Doctor of Philosophy Thesis, Ohio, August 1986.
• [13] Żmudzki S. Silniki Stirlinga (Stirling Engines). WNT Warsaw, 1993.
• [14] Babaelahi M., Sayyaadi H. A new thermal model based on polytropic numerical simulation of Stirling engines. Applied Energy 2015; 141: 143–159.
• [15] Chmielewski A., Gumiński R., Radkowski S. Chosen properties of a dynamic model of crankshaft assembly with three degrees of freedom. 20th International Conference On Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), IEEE, pp. 1038-1043, 2015. ISBN: 978-1-4799-8700.
• [16] Chmielewski A., Bogucki Ł., Gumiński R., Mączak J. Dynamic model of a crankshaft assembly with two degrees of freedom. Journal of KONES, No. 3, Vol. 22, pp.275-2822, 2015.
• [17] Chmielewski A., Gumiński R., Mączak J., Szulim P. Model-based research on the micro cogeneration system with Stirling engine. Journal of Power Technologies 2016 (In Print).
• [18] Chmielewski A., Gumiński R., Radkowski S., Szulim P., Experimental research and application possibilities of microcogeneration system with Stirling engine, Journal of Power Technologies, 95 (Polish Energy Mix) (2015), 14–22.
• [19] Chmielewski A., Gumiński R., Lubikowski K., Mączak J., Szulim P. Badania układu mikrokogeneracyjnego z silnikiem Stirlinga. Część I. Rynek Energii Nr 4 (119), pp. 42-48, 2015.
• [20] Chmielewski A., Gumiński R., Mączak J., Szulim P. Badania układu mikrokogeneracyjnego z silnikiem Stirlinga. Część II. Rynek Energii Nr 5(120), pp.53-60, 2015.
• [21] Chmielewski A., Gontarz S., Gumiński R., Mączak J., Szulim P. Research on a micro cogeneration system with an automatic load-applying entity. Springer International Publishing Switzerland 2016, Challenges in Automation, Robotics and Measurement Techniques, Advances in Intelligent Systems and Computing, DOI 10.1007/978-3-319-29357-8_35, 2016 [In Print].
• [22] Chmielewski A., Gontarz S., Gumiński R., Mączak J., Szulim P. Research study of the micro cogeneration system with automatic loading unit. Springer International Publishing Switzerland 2016, Challenges in Automation, Robotics and Measurement Techniques, Advances in Intelligent Systems and Computing, 2016 [In Print].
• [23] Chmielewski A., Gumiński R., Mączak J., Szulim P., Analiza wpływu parametrów eksploatacyjnych na drgania układu mikrokogeneracyjnego, Przegląd Elektrotechniczny No. 1, pp. 45-53 Vol. 2016.
• [24] Chmielewski A., Paweł Maciąg, Gumiński R., Mączak J. The use of Fuzzy Logic in the control of an inverted pendulum. Springer Proceedings in Mathematics and Statistics (Dynamical Systems - Modelling), 2016 [In Print].
• [25] Braz-César M., Barros R. Neuro-fuzzy control of structures with MR dampers. Dynamical Sytems Control and Stability ISBN 978-83-7283-708-0, pp. 95-106, 2015.
• [26] Reddy M. J. B., Mohanta D.K. Performance Evaluation of an Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System Approach for Location of Faults on Transmission Lines Using Monte Carlo Simulation. IEEE Transactions On Fuzzy Systems, VOL. 16, NO. 4, pp. 909-919, August 2008.
• [27] Szabłowski Ł., Milewski J., Badyda K. Utilisation of a set of distributed generation sources controlled by artificial neural network to meet electricity demand of public utility buildings. Proceedings of ECOS 2015 - The 28th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems 2015.
• [28] Szabłowski, Ł., Milewski, J., Kuta J. Internal Combustion Engine controlled by Artificial Neural Network. SL: Structural Longevity, Vol.7, No.3, pp. 187-202, 2012.
• [29] Milewski J., Szabłowski Ł., Wołowicz M., Miller A. Procedury uczenia sztucznych sieci neuronowych modelu węglanowego ogniwa paliwowego. Rynek Energii, No. 2, Vol. 117, pp. 99-106, 2015

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.