Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A prototype of a small Stirling refrigeration unit

Wrona J., Prymon M.

Technical Transactions

|

2018

|

Vol. 115, iss. 7

139--151

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.

2

Thermodynamic analysis of a thermoacoustic travelling wave engine

Ruziewicz A., Kruse A., Gnutek Z.

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2018

|

Vol. 2, No 1

67--74

EN

Thermoacoustics has become a promising technology to use heat from low temperature sources to drive engines. This study proposes a single-stage thermoacoustic travelling-wave engine for waste-heat recovery at 150°C. All the construction details of such a system are provided. A recently developed configuration of a looped tube with an impedance matching side-branch stub is proposed. A numerical model of the engine is built in DeltaEC software to conduct the simulations. Furthermore, a detailed thermodynamic analysis of the engine is presented, including an energy balance, a description of the basic acoustic parameters in a steady state, as well as a study of a variable load influence on the performance of the engine. The Authors pointed out the necessity of the engine optimization and a proper choice of load related acoustic impedance, which would consider a trade-off between high power and high efficiency. Eventually, a possibility of achieving 40% exergy efficiency of the proposed engine is confirmed.

3

Design of dual flywheels with connecting rods for gamma-type Stirling engine

Lekchaum S., Locharoenrat K.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2018

|

Vol. 66, nr 6

919--924

EN

A gamma-type Stirling engine, based on a dual flywheels’ concept, was designed and fabricated. Optimized design of the engine, with connecting rods, was introduced to achieve a steady state of the Stirling engine cycle. Performances of the engine were therefore presented in terms of piston motion, inertia force, angular speed, pressure-volume diagram and temperature difference. It was found that optimum length of 45 mm from the connecting rod was able to reach the maximum output mechanical speed of 738 rpm at the maximum inertia force of 0.5 N. The engine offered thermal efficiency of 46.15% and total output power of 1.21 W under the temperature difference of 267 K. In the future, this design is expected to prove useful for applications in portable generators.

4

Thermodynamic analysis of the Rallis cycle: part 1 - isothermal compression and expansion

Chmielewski A.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2017

|

z. 2/111

53--60

EN

In this paper has been presented Rallis cycle which allows to preparing analysis of Stirling engines work. The paper contains analytical background connected with the individual theoretical work and theoretical efficiency of the Rallis cycle. Based on presented equations the individual theoretical work and theoretical efficiency of Rallis cycle the simple simulation model has been showed. The simulation results have presented the influence of regenerator heat efficiency ηr, the compression ratio εc/expansion ratio εe, the upper heat source temperature Thon theoretical efficiency and theoretical individual work of the Rallis cycle. The simulation has been prepared for: [wzór εe=εcε<1.1;4>, Thε <500K;1200K> and ηr ε<0;1>]. The work included also isentropic coefficient value influence on theoretical efficiency of the Rallis cycle.

PL

W pracy zaprezentowano obieg porównawczy Rallisa, który umożliwia przeprowadzenie analizy działania silników Stirlinga. Zaprezentowano wyprowadzenia zależności na pracę teoretyczną indywidualną oraz sprawność teoretyczną obiegu Rallisa. Na podstawie wyprowadzonych równań zasymulowano wpływ m.in.: zmiany sprawności cieplnej regeneracji, stopnia sprężenia/rozprężenia, temperatury górnego źródła na sprawność teoretyczną obiegu porównawczego Rallisa. Symulację przeprowadzono dla [wzór εe=εcε<1.1;4>, Thε<500K;1200K> oraz ηr ε<0;1>]. W pracy zaprezentowano również wpływ wykładnika izentropy na sprawność teoretyczną obiegu Rallisa.

5

Analiza procesów konwersji energii w urządzeniu termoakustycznym

Ruziewicz A., Lamperski J.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 87 [291], nr 2

143--159

PL

Działanie urządzeń termoakustycznych (TA) opiera się na efekcie termoakustycznym opisanym przez Rayleigha już w XIX w. Przy odpowiednio wysokiej różnicy temperatur wzdłuż tuby akustycznej gaz zaczyna samoistnie oscylować, generując dźwięk. Praca urządzeń TA wykorzystujących falę biegnącą jest oparta na termodynamicznym obiegu Stirlinga. Silnik termoakustyczny w swojej konstrukcji przypomina klasyczny silnik Stirlinga – wykorzystuje pracę nagrzewnicy, chłodnicy i umieszczonego między nimi regeneratora. Energia mechaniczna otrzymana przez naprzemienne sprężanie i rozprężanie cząstek gazu przyjmuje postać energii niesionej przez falę dźwiękową, która w tym wypadku zastępuje pracę tłoka. W urządzeniach TA następuje zatem konwersja energii cieplnej w akustyczną (silniki) lub energii akustycznej w cieplną (pompy ciepła). Urządzenia TA charakteryzują się prostą budową i nie posiadają części ruchomych. Artykuł przedstawia podstawową zasadę działania urządzeń termoakustycznych oraz towarzyszących temu procesów konwersji energii. Analizie poddano proces rozpraszania energii na regeneratorze urządzenia termoakustycznego oraz jego obieg termodynamiczny przy uwzględnieniu oscylacyjnego ruchu gazu. Zaprezentowano, w jaki sposób cząstka gazu przechodzi obieg termodynamiczny i jak kontakt termiczny cząstki i ścianki regeneratora wpływa na ten proces. Omówiono również warunki potrzebne do wystąpienia efektu termoakustycznego dla przesunięcia fazowego między ciśnieniem akustycznym a prędkością akustyczną, odpowiadającego fali stojącej oraz fali biegnącej. Przedstawiono także bilans energii przykładowego urządzenia oraz możliwości jego zastosowania.

EN

Thermoacoustic devices (TA) operation are based on thermoacoustic effect, described by Rayleigh in XIX century. With the temperature difference high enough along an acoustic tube, gas starts to oscillate spontaneously producing sound. The performance of TA devices with the travelling wave is based on the thermodynamic Stirling cycle. The thermoacoustic engine resembles in its construction the conventional Stirling engine – it uses regenerator placed between hot and cold heat exchangers. Mechanical energy achieved by oscillatory compression and expansion of the gas parcels is the energy carried by a sound wave, which in this case replaces work of a piston. Hence, in TA devices thermal energy is converted into acoustic energy (engines) or acoustic energy into thermal energy (heat pumps). TA devices are very simple in construction and have no moving parts. The aim of this article is to introduce the principle of thermoacoustic devices and related to it energy conversion processes. The process of energy dissipation on the TA regenerator as well as the thermodynamic cycle of the TA device, considering the gas oscillations, is being analysed. It is presented, how the gas parcel undergoes the cycle, and how the thermal contact between the parcel and the solid influences the process. The conditions needed for the occurrence of the thermoacoustic effect for the travelling wave and standing wave phasing are also discussed. Finally, the energy balance of the device and application perspectives are presented.

6

Metodologia numerycznego modelowania obiegów Stirlinga

Remiorz L., Kotowicz J., Bartela Ł., Skorek-Osikowska A.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 6

53--57

PL

Obieg Stirlinga przeżywa aktualnie swój renesans. Ze względu na jego korzystne cechy znajduje zastosowanie w wielu gałęziach nauki i przemysłu. W przypadku silników Stirlinga rozdzielenie procesów spalania i konwersji energii znakomicie ułatwia osiąganie wysokich parametrów związanych z czystością spalin, jak również nie nakłada wysokich wymagań związanych z jakością paliwa. Ze względu na brak spalania wybuchowego silniki tego typu charakteryzują się dużą tzw. kulturą pracy i żywotnością. Z uwagi na te i inne korzystne cechy znajduje on zastosowanie w różnych dziedzinach nauki i techniki, można tu wymienić np. układy kogeneracyjne małej mocy, chłodnictwo, przemysł kosmiczny. Klasyczne metody badań tych urządzeń nie pozwalają na uzyskanie charakterystyk ich pracy, tak ważnych w zastosowaniach aplikacyjnych. Charakterystyki te uzyskuje się dopiero na etapie badań stanowiskowych. Rozwiązaniem problemu jest budowa numerycznych modeli, pozwalających na uzyskanie szerszej wiedzy dotyczącej obiegu termodynamicznego tych urządzeń.

EN

Stirling cycle is again of interest to the scientific community. Stirling engine is an external combustion unit. Separation of combustion and energy conversion in this situation greatly facilitates the achievement of high parameters related to purity of the exhaust and does not impose high requirements related to the quality of fuel. Due to the absence of explosive combustion, the engines of this type are characterized by a high so called culture of operation and long life. Due to these and other advantageous features it is applicable in various fields of science and technology, e.g. low power cogeneration units, refrigeration and space industry. Classical methods of testing these engines do not provide the operating characteristics of the engine, such important in useful applications. These characteristics are obtained only at the stage of test stands. The solution of this problem is to build numerical models of the engine, enabling to obtain a broader knowledge about the modeled cycle.

7

Maszyny Stirlinga jako urządzenia do prowadzenia procesu skojarzonej produkcji energii oraz realizacji alternatywnych obiegów chłodniczych

Wrona J., Taler D., Prymon M.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 5

42--52

PL

Maszyny Stirlinga mogą stanowić realną alternatywę do stosowanych obecnie technologii silników cieplnych oraz urządzeń chłodniczych. Zapomniana, niemal dwustuletnia konstrukcja, która w chwili swojego powstania przerastała możliwości ówczesnej technologii przeżywa obecnie prawdziwy renesans. Potwierdza to coraz większa liczba wdrożeń komercyjnych w różnych dziedzinach techniki od urządzeń chłodniczych po silniki przemysłowe. Postęp w dziedzinie inżynierii materiałowej, szczególnie od drugiej połowy XX wieku oraz rozwój techniki komputerowej, i co za tym idzie możliwość stosowania numerycznych metod obliczeniowych spowodował, że większość problemów technicznych sprzed ponad wieku ma obecnie charakter historyczny. W artykule przedstawiono opracowane przez autorów wybrane rozwiązania konstrukcyjne agregatu kogeneracynego oraz chłodziarki opartych na obiegu Stirlinga. W celu wyznaczenia wymiarów poszczególnych elementów urządzeń opracowano model matematyczny z dyskretyzacją czasu korzystając z analizy Schmidt’a.

EN

Stirling machines can be a viable alternative to currently used technologies of heat engines and refrigeration equipment. Forgotten almost two-hundred years old construction, which in its inception surpassed the possibilities of contemporary technology is currently enjoying a renaissance. This is confirmed by the increasing number of commercial deployments in various technical fields from refrigeration to industrial heating engines. Most of the technical problems which existed in the past are solved now, mainly because of progress in the field of materials science, especially in the second half of the twentieth century and the development of computer technology and the possibility of using numerical calculation methods. The paper presents selected design solutions of unit cogeneration and refrigerators based on the Stirling cycle developed by the authors. In order to determine the dimensions of individual pieces of equipment a mathematical model of discretization time using Schmidt’s analysis was developed.

8

Wpływ własności gazów roboczych na sprawność i pracę teoretyczną obiegu Stirlinga

Chmielewski A., Gumiński R., Radkowski S.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2014

|

z. 2/98

53--62

PL

W pracy przedstawiono wybrane własności gazów roboczych używanych jako czynniki robocze w silnikach Stirlinga. Omówiono wpływ temperatury górnego źródła ciepła, stopnia sprężenia na pracę teoretyczną. Podkreślono, że praca teoretyczna nie zależy od sprawności cieplnej regeneratora. Wzrost temperatury górnego źródła ciepła (przy zadanej stałej temperaturze dolnego źródła ciepła) oraz wzrost stopnia sprężenia wpływają na wzrost pracy teoretycznej obiegu dla wszystkich rozpatrywanych gazów roboczych. Przedstawiono również wspływ sprawności cieplnej regeneratora, stopnia sprężenia oraz temperatury górnego źródła ciepła na wartość sprawności teoretycznej obiegu Stirlinga. Wraz ze wzrostem sprawności cieplnej regeneratora wzrasta sprawność teoretyczna obiegu Stirlinga dla wszystkich gazów roboczych. W pracy przeanalizowano dodatkowo wybrane właściwości helu, azotu, powietrza oraz wodoru.

EN

The paper presents selected properties of working gases used as working mediums in Stirling engines. This paper presents the influence of temperature of the upper heat source, the compression ratio on the theoretical work. It was emphasized that the theoretical work does not depend on the thermal efficiency of the regenerator. If the temperature of the upper heat source (at a given constant temperature heat source) and the ratio of compression affect increase then the theoretical work an increase for all concerned working gases. It also presents an impact thermal efficiency regenerator, the ratio of compression and the temperature of the upper heat source on the theoretical value of a Stirling cycle efficiency. If the thermal efficiency of the regenerator increases then theoretical efficiency of the Stirling cycle increase for all working gas. The paper also analyzes the selected properties of helium, nitrogen, air and hydrogen.

9

Rekuperacja energii z wykorzystaniem obiegów termodynamicznych

Śliwiński K.

Combustion Engines

|

2013

|

R. 52, nr 3

849--854

PL

Jednym z najważniejszych priorytetów stawianych przed konstruktorami maszyn cieplnych jest zwiększenie ich sprawności oraz ograniczenie ich wpływu na środowisko przez zmniejszenie emisji szkodliwych związków do atmosfery i odpadowego ciepła. Ograniczenia te są wymuszone wzrostem cen paliw, jak i coraz bardziej rygorystycznym normom ekologicznym. Jednym ze sposobów realizacji tego celu jest stosowanie układów rekuperacji energii. Układy te stosowane są zarówno w instalacjach przemysłowych jak i w pojazdach samochodowych i maszynach roboczych. W przemysłowych agregatach prądotwórczych najczęściej stosuje się układy kogeneracyjne wykorzystujące ciepło odpadowe z silnika spalinowego w celach grzewczych lub ciepło odpadowe z procesów produkcyjnych bezpośrednio do wspomagania generowania prądu elektrycznego. Obecnie są opracowywane i częściowo wdrażane układy wykorzystujące obiegi teoretyczne Rankine’a, Ericssona i Stirlinga mające zapewnić dużą sprawność konwersji ciepła.

EN

One of the most important priorities placed before the thermal machine builders is increase in their efficiency and limitation of their influence on the environment by reduction of harmful components and waste heat emission to the atmosphere. These restrictions are enforced by rising fuel prices and increasingly stringent environmental standards. One of the ways of achieving this goal is the use of energy recovery systems. These systems are used in both industrial applications as well as in motor vehicles and working machines. In industrial generator sets are commonly used cogeneration systems that utilize waste heat from the combustion engine for heating purposes or waste heat from the production process directly as the aid to electric current generation. They are currently being developed and partially implemented systems using theoretical Rankine cycles, Ericsson, and Stirling to ensure high efficiency conversion of heat.