A prototype of a small Stirling refrigeration unit

• Autorzy: Wrona J. , Prymon M.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.18.111.8806

Warianty tytułu

PL

Prototyp małego urządzenia chłodniczego realiuzującego obieg Stirlinga

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents original mathematical models which can be used for the size optimization of particular elements in the design process of cooling appliances using the Stirling cycle. The models were used to design a prototype of the Stirling cooling device. The project employs a unique piston–cylinder kinematic pair which enables dry fiction work. Original platelet and ball ceramic regenerators were designed. The presented model assumes adiabatic transformations of the medium in the cylinders as this approach yields more realistic results in comparison to a simple isothermal Schmidt analysis. One cycle of the device (one rotation of the shaft) is divided into elementary angles Φ, where the state of the gas is considered as constant. As a result, states of the gas in individual components of the working space are determined in any given, discrete time steps of the Stirling cycle.

PL

Artykuł przedstawia oryginalny, opracowany przez autorów model matematyczny, który może być użyty do projektowania i optymalizacji elementów urządzeń pracujących w obiegu Stirlinga. Model został użyty do zaprojektowania prototypu chłodziarki Stirlinga. Prototyp zawiera unikalne rozwiązanie węzła kinematycznego tłok–cylinder umożliwiające pracę w warunkach tarcia technicznie suchego oraz prototypy wymiennych, opracowanych przez autorów regeneratorów ceramicznych: kulkowego oraz płytkowego. Model zakłada adiabatyczne przemiany czynnika w cylindrach, które to podejście daje bardziej realistyczne wyniki w porównaniu do izotermicznej analizy Schmidta. Cykl pracy urządzenia (jeden obrót wału) podzielono na elementarne kąty Φ, w których stan gazu rozpatrywany jest jako ustalony. W efekcie otrzymano stany gazu w poszczególnych objętościach składowych przestrzeni roboczej w danych, dyskretnych chwilach cyklu Stirlinga.

Słowa kluczowe

EN

Stirling cycle; Stirling engine; Stirling cooler; Stirling cycle numerical modelling; optimisation of Stirling engine; cogeneration; heat transfer

PL

Obieg Stirlinga; Silnik Stirlinga; chłodziarka Stirlinga; modelowanie numeryczne obiegu Stirlinga; optymalizacja obiegu Stirlinga; wymiana ciepła

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Technical Transactions
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 115, iss. 7
• Strony: 139--151
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., wz., wykr., tab., il.

Twórcy

autor

Wrona J.

• Faculty of Environmental Engineering, Cracow University of Technology

autor

Prymon M.

• Thessla Green sp. z o.o.

Bibliografia

• [1] Borelowski M., Wołek M., Wrona J., Badania właściwości bezsmarowych skojarzeń ślizgowych dla sprężarek chłodniczych Monografia, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, No. 225, 41–55, Kraków 1998.
• [2] Chen N.C.J., Griffin F.P., A Review of Stirling Engine Mathematical Models, Oak Ridge National Laboratory 1983.
• [3] Finkelstein Theodor, Organ Allan J., Air Engine, ASME Pres 2001.
• [4] Martini William R., Stirling Engine Design Manual, University Press of the Pacific 2004.
• [5] Nuorkivi A., Combined Heat and Power (CHP) and District Heating (DH), Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A., Development of the program: Balitc Sea Region Energy Co-operation 2007.
• [6] Oberg R., Olsson F., Palsson M., Demonstration Stirling engine based Micro-CHP with ultra-low emissions, Raport SGC 144 - 2004, 1102-7371, ISRN SGC-R-144-SE.
• [7] Organ Allan J., The Regenerator and the Stirling Engine, Wiley 1997.
• [8] Organ Allan J., A re-appraisal of the Stirling Engine, FTRR 2016.
• [9] Organ Allan J., Stirling Cycle Engines Inner Workings and Design, Wiley 2014.
• [10] Prymon M., Wrona J., Kosowska P., Małe urządzenie chłodnicze realizujące obieg Stirlinga, projekt Ś-4/349/DS-M/2011, Cracow University of Technology, Kraków 2011.
• [11] Prymon M., Wrona J., Stirling cycle as an alternative in the construction of refrigeration machinery, Technical Transactions, 4-Ś/2012, 157–165.
• [12] Rogdakis E.D., Antonakos G.D., Koronaki I.P., Thermodynamic analysis and experimental investigation of Solo V161 Stirling cogeneration unit, Proceedings of ECOS 2011 Novi Sad, Serbia, July 4-7.
• [13] Sun Le’an, Zhao Yuanyang, Li Liansheng, Shu Pengcheng, Performance of a prototype Stirling domestic refrigerator, Applied Thermal Engineering, 2009, Vol. 29, 210–215.
• [14] Swift G.W., Thermoacoustics: A unifying perspective for some engines and refrigerators, Los Alamos National Laboratory, Acoustical Society of America 2002.
• [15] Thombarea D.G., Verma S.K., Technological development in the Stirling cycle engines, Renewable and Sustainable Energy Reviews 2008.
• [16] Takao Koshimizu, Hiromi Kubota, Yasuyuki Takata, Takehiro Ito, Numerical simulation of heat and fluid flow in basic pulse tube refrigerator, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, Vol. 15 Iss. 7/2005, 617–630.
• [17] Ueda Yuki, Biwaa Tetsushi, Yazakib Taichi, Mizutania Uchiro, Construction of a thermoacustic Stirling cooler, Physica B 2003, 329–333.
• [18] Urieli Israel, Berchowitz David, Stirling Cycle Engine Analysis, Intl Public Service 1984.
• [19] Wołek M., Wrona J., Borelowski M., Gołąb A., Wistuba H., Dzikowska J., New materials for non-lubricated associations sliding helping reduce the emissions of ionosphere ozone destructive CFC’s, Research project, No. 7S 201 063 05, Cracow University of Technology, Cracow 2000.
• [20] Wrona J., Taler D., Prymon M., Stirling machines working as devices for energy production in cogeneration and realization of alternative refrigerant circuits, Rynek Energii, No. 5 (120), 2015, 42–52.
• [21] Wrona J., Stirling machines selected design issues and problem solutions based on the cooling appliance design example, Aktualne zagadnienia energetyki, Wrocław, Vol. 3/2014, 359–372.
• [22] Wrona J. Prymon M., Mathematical modeling of the Stirling engine, Procedia Engineering 157, 349–356, Dec. 2016.
• [23] Żmudzki St., Silniki Stirlinga, WNT, Warszawa 1993.

Uwagi

EN

Section "Environmental Engineering"

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).