Wielodomenowy model silnika Stirlinga z wolnym tłokiem - studium przypadku
Multi-domain model of free-piston stirling engine – case study
Adrian Chmielewski, Robert Gumiński, Jędrzej Mączak
Streszczenie
W artykule przedstawiono dynamiczny model silnika Stirlinga z wolnym tłokiem (ang. Free Piston Stirling
Engine). Model dynamiczny opisujący domenę mechaniczną (klasyczne równania mechaniki), połączony został
z submodelem termodynamicznym (uwzględniającym równania zachowania energii) przy założeniu izotermicznej wymiany
ciepła w przestrzeniach sprężania oraz rozprężania. Na podstawie wyprowadzonych równań zachowania energii dla modelu
termodynamicznego oraz równań ruchu dla submodelu mechanicznego układu z wolnym tłokiem opracowany został wielodomenowy
model symulacyjny w programie Matlab&Simulink. Przeprowadzona symulacja pozwoliła na analizę wpływu
wybranych parametrów termodynamicznych i mechanicznych m.in.: wpływu temperatury górnego źródła ciepła na przyrost
pracy i mocy teoretycznej, wydatków masowych - przepływy masy gazu roboczego na granicach kontrolnych, wpływu stanów
nieustalonych na przebieg ciśnienia, zmian masy wypornika oraz tłoka na zależność p(V) a także wpływu sztywności
sprężyn mechanicznych na przemieszczenia poszczególnych elementów układu. Przedstawione w pracy wyniki niosą użyteczną
informację o termodynamicznych i dynamicznych własnościach symulowanego obiektu, którego parametry termodynamiczne
odpowiadają parametrom obiektu rzeczywistego.
Engine). Model dynamiczny opisujący domenę mechaniczną (klasyczne równania mechaniki), połączony został
z submodelem termodynamicznym (uwzględniającym równania zachowania energii) przy założeniu izotermicznej wymiany
ciepła w przestrzeniach sprężania oraz rozprężania. Na podstawie wyprowadzonych równań zachowania energii dla modelu
termodynamicznego oraz równań ruchu dla submodelu mechanicznego układu z wolnym tłokiem opracowany został wielodomenowy
model symulacyjny w programie Matlab&Simulink. Przeprowadzona symulacja pozwoliła na analizę wpływu
wybranych parametrów termodynamicznych i mechanicznych m.in.: wpływu temperatury górnego źródła ciepła na przyrost
pracy i mocy teoretycznej, wydatków masowych - przepływy masy gazu roboczego na granicach kontrolnych, wpływu stanów
nieustalonych na przebieg ciśnienia, zmian masy wypornika oraz tłoka na zależność p(V) a także wpływu sztywności
sprężyn mechanicznych na przemieszczenia poszczególnych elementów układu. Przedstawione w pracy wyniki niosą użyteczną
informację o termodynamicznych i dynamicznych własnościach symulowanego obiektu, którego parametry termodynamiczne
odpowiadają parametrom obiektu rzeczywistego.