（其他） 基于Stirling循环的直线发电系统设计说明书.doc

（图纸） 斯特林发动机总装图.dwg

1、域进行了细剖。控制方程在有限元计算中，永磁体工作在回复线上，回复线为直线。回复线和退磁线重合时，永磁体工作点的和关系为式中为计算矫顽力为相对回复磁导率为真空磁导率。采用矢量磁位为求解函数，根据麦克斯韦方程，永磁电机的电磁场边值问题可以表述为式中为电流源区电流密度为非永磁区域为永磁区域。此边值问题的等价变分问题表述为在二维场中，矢量,只有轴向分量，用,表示。可表示为式中为磁化方向和轴的夹角。这就得到了关于永磁体的控制方程。麦克斯韦方程的微分形式表示为式中是永磁体的矫顽力是运动物体的速度是磁矢量是电流密度，为电导率。瞬态求解时使用参考框架，固定模型部分，使其速度为零。运动物体固定在自身坐标系，偏时间导数变成的全时间导数，因而运动方程变为从而得到了速度，电流和磁场的关系。

2、有电枢反应对主磁场的影响，从而发电机的磁场完全由永磁体建立。永磁体产生的空载主磁场强度究竟有多大，永磁体形成的磁场空间分布规律如何，对发电机产生的电势影响极为重要。所以，获得正确的磁场分布是准确计算永磁发电机参数和性能的重要前提。数学模型建立为了建立合适的电磁场分析模型，根据永磁直线发电机的特点和实际计算需要，将其作如下假设在动子中不存在构成回路的导体，因而忽略了动子上的涡流损耗沿铁心叠片方向的磁场强度都相同忽略初级绕组中的电阻定子铁心内表面光滑，动子运动时无摩擦阻力。根据以上假设条件和电机的几何尺寸，建立的永磁直线发电机的二维有限元模型如图所示，整个图示区域皆为场求解范围，为空气所占区域，表示永磁体磁极，求解区域外围边框为求解边界条件，所占区域为定子硅钢片，表示。

3、理想气体，所以工质总质量可以通过理想气体状态方程导出式中为工质总质量分别为热腔冷腔和无益容积中工质的质量为气体常数为无益容积,和分别为热腔冷腔和无益容积处的平均温度。热气机的输出功率.可用下式表示式中为输出功率，为平均循环压力,伪循环频率,为汽缸排气量。由式算出，功率，频率，汽缸排量，的斯特林发动机需要的平均循环压力为.。将带入式确定工作工质为.。将容积相位角代入式，并令和化简整理后得循环瞬时压力由循环瞬时压力表达式计算出稳定运行时个周期的压力变化波形，如图所示。由图可以看出，当时，即.，循环压力最小.。当时，即.，循环压力最大环压力.。压力比平均循环压力为缓冲腔压力设置为与平均循环压力相等，这样可以通过中点放气法来辅助调整活塞的位置。冷腔热腔和总容积的图根据简谐。

4、定子绕组线圈，绕组线圈为漆包铜线，代表定子铝框，图示中间条形区域为动子运动范围。有限元计算赋予材料属性样机所包含的材料有气隙及样机外围为空气，相对磁导率,。定子铁心冲片选用号硅钢片，材料属性用曲线表示，如图所示。定子绕组为铜，相对磁导率，电导率.。永磁体为永磁材料，其相对磁导率.，剩磁密度为.，内禀矫顽力为和极化强度。槽楔为非导磁性槽楔，材料。定义完材料属性之后分别将各种材料赋给模型中的不同部分，使模型中各个部分具有了实际的意义。网格剖分电机的各种场量值在不同媒质中的变化程度不同，因此在剖分的过程中对电机中场量变化较大的部分，网格面积相对其他部分要取的小些，以提高计算精度，如对气隙部分及槽附近进行了网格细剖。图是对电机模型进行网格划分后的单元剖分图，永磁体周边的区。

5、求出循环功。系统功率.。每循环热腔工质吸收的热量。循环效率.本章小结本章对发电系统中自由活塞式发动机进行了设计和仿真，得到以下结论根据热力学性能和机械性能两方面的要求。综合考虑了活塞穿梭传热压缩比无益容积比和扫气容积比等参数对性能的影响和动力活塞气密性要求，确定了自由活塞式斯特林发动机主要结构尺寸。理论分析了自由活塞式斯特林发动机循环过程并编制计算机程序仿真了循环过程。得到了发动机循环图功率和效率。其功率和效率满足发电系统的要求。第章永磁直线发电机空载磁场及电动势计算永磁直线发电机空载运行时，发电机的定子绕组开路，电机处于空载状态，由自由活塞式发动机驱动而作往复直线运动，永磁体产生的磁场和电机的定子绕组之间有相对运动，在电机的电枢绕组中产生感应电势，但不形成电流，。

6、当热腔容积为零时，有由式可知，当时，冷腔容积，可得容积相位角活塞行程重叠容积可以分成两部分，即其中为配气活塞从冷腔容积为零时到其下止点的行程容积，为动力活塞从其上止点到冷腔容积最小时的行程容积，所以式由式代入式得将改写为式中为从配气活塞下止点起算的时间。这样就得出了冷腔容积和热腔容积随时间的变化，如图所示。冷热腔瞬态压力因为工质假定为理想气体，所以工质总质量可以通过理想气体状态方程导出式中为工质总质量分别为热腔冷腔和无益容积中工质的质量为气体常数为无益容积,和分别为热腔冷腔和无益容积处的平均温度。热气机的输出功率.可用下式表示式中为输出功率，为平均循环压力,伪循环频率,为汽缸排气量。由式算出，功率，频率，汽缸排量，的斯特林发动机需要的平均循环压力为.。将带入式确定。

参考资料：

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