一种斯特林发电机启动过程模拟方法
本发明公开了一种斯特林发电机启动过程模拟方法，包括以下步骤：步骤S1、设定斯特林发电机的相关参数；步骤S2、启动斯特林发电机，开始迭代；步骤S3、进入下一次迭代，计算第二次迭代活塞的受力情况；步骤S4、计算活塞的速度和位移；步骤S5、计算工作腔实际温度；步骤S6、计算工作腔体积；步骤S7、计算工作腔内的压力波；步骤S8、计算斯特林发电机的输出电压和电磁转矩；步骤S9、判断斯特林发电机是否启动成功，若不成功，返回步骤S1重新设定相关参数，重新开始启动。本发明解决了现有自由活塞式斯特林发电机可能会出现无法启动或启动后活塞撞缸的问题。
发明专利
CN202410053713.8
2024-01-15
CN117569945A
2024-02-20
F02G1/043(2006.01)
湖南大学
帅智康;冯宇;黄文;靳张涛;杨炬辉;邢凯
410012 湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号
长沙新裕知识产权代理有限公司
颜田庆
湖南;43
1.一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S1、设定斯特林发电机的相关参数； 步骤S2、启动斯特林发电机，开始迭代； 步骤S3、进入下一次迭代，计算第二次迭代活塞的受力情况； 步骤S4、计算活塞的速度和位移； 步骤S5、计算工作腔实际温度； 步骤S6、计算工作腔体积； 步骤S7、计算工作腔内的压力波； 步骤S8、计算斯特林发电机的输出电压和电磁转矩； 步骤S9、判断斯特林发电机是否启动成功，若不成功，返回步骤S1重新设定相关参数，重新开始启动。 2.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S2具体为： 在外部施加直流激励电压，激励电压作用在直线电机上，使动力活塞位移一段距离，配气活塞保持在初始平衡位置；然后撤掉外部施加的直流激励电压，斯特林发电机开始启动；以撤掉外部激励电压的时刻为启动的初始时刻，记此时的迭代次数为1。 3.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中活塞的受力情况具体计算过程为： 其中，/>表示/>时刻配气活塞受到的弹簧力，/>表示配气活塞板弹簧刚度，/>表示/>时刻配气活塞的位移，/>表示/>时刻配气活塞受到的气体力，/>表示/>时刻工作腔内的气体压强，/>表示配气活塞杆截面积，/>表示充气压力，/>表示/>时刻配气活塞受到的阻尼力，/>表示配气活塞阻尼，/>表示/>时刻配气活塞的速度，/>表示/>时刻配气活塞受到的合力；/>表示/>时刻动力活塞受到的弹簧力，/>表示动力活塞板弹簧刚度，/>表示/>时刻动力活塞的位移，/>表示/>时刻动力活塞受到的气体力，表示动力活塞截面积，/>表示/>时刻动力活塞受到的阻尼力，/>表示动力活塞阻尼，/>表示/>时刻动力活塞的速度，/>表示/>时刻动力活塞受到的合力。 4.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S4中活塞的速度和位移的具体计算过程为： 其中，/>表示/>时刻配气活塞的加速度，表示/>时刻配气活塞受到的合力，/>表示配气活塞质量，/>表示/>时刻配气活塞的速度，/>表示迭代步长，/>表示/>时刻配气活塞的加速度，/>表示/>时刻配气活塞的位移；/>表示/>时刻动力活塞的加速度，/>表示/>时刻动力活塞受到的合力，/>表示/>时刻动力活塞的速度，/>表示/>时刻动力活塞的加速度，表示/>时刻动力活塞的位移，/>表示/>时刻动力活塞的位移。 5.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S5中工作腔实际温度的具体计算过程为： 其中，/>表示/>时刻膨胀腔的温度，/>表示加热端工作温度，/>表示/>时刻配气活塞速度的幅值，/>表示加热器换热参数，/>表示/>时刻压缩腔的温度，/>表示冷却端工作温度，/>表示冷却器换热参数。 6.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S6中工作腔体积的具体计算过程为： 其中，/>表示/>时刻膨胀腔的体积，/>表示/>时刻膨胀腔的体积，/>表示时刻配气活塞的位移，/>表示/>时刻配气活塞的位移，/>表示配气活塞截面积，/>表示/>时刻压缩腔的体积，/>表示/>时刻压缩腔的体积，/>表示配气活塞杆截面积，/>表示/>时刻动力活塞的位移，/>表示/>时刻动力活塞的位移，/>表示动力活塞截面积。 7.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S7中工作腔内的压力波的具体计算过程为： 其中，/>表示中间参数，/>表示充气压力，/>表示压缩腔初始体积，/>表示冷却端工作温度，/>表示冷却器体积，/>表示回热器体积，/>表示加热端工作温度，/>表示加热器体积，/>表示膨胀腔初始体积；表示/>时刻工作腔的压强，/>表示/>时刻压缩腔的体积，/>表示/>时刻压缩腔的温度，/>表示/>时刻膨胀腔的体积，/>表示/>时刻膨胀腔的温度。 8.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S8中斯特林发电机的输出电压和电磁转矩的具体计算过程为： 其中，/>表示/>时刻斯特林发电机输出电压，/>表示发电系数，/>表示/>时刻动力活塞的速度，/>表示/>时刻斯特林发电机电磁转矩，/>表示电磁转矩系数，/>表示负载电阻。 9.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S9中的判断方法具体为： 步骤S3~步骤S8的计算完成后，再次迭代并根据步骤S3~步骤S8的方法计算相关参数值，然后根据下一次迭代以及再次迭代中计算的活塞位移值判断活塞的位移是否稳定，如果活塞位移未达到稳定值，则返回继续迭代；若活塞位移达到稳定值，则判断活塞行程是否达到额定值，若成功达到额定值，则说明启动成功；若未达到额定值，则说明斯特林发电机参数设定有问题，返回第一步重新设定参数。