ارائه یک مدل مفهومی دیفرانسیلی به منظور شبیه سازی عملکرد حرارتی و بهینه سازی موتور استرلینگ

در متن حاضر، مدلی جدید و جامع جهت تحلیل ترمودینامیکی موتور استرلینگ با احتساب تمامی اثرات افت، ارائه می گردد. مدل هایی که تاکنون برای پیش بینی عملکرد موتور استرلینگ ارائه شده اند، همراه با ساده سازی هایی در محاسبات افت فشار و انتقال حرارت می باشند و اثرات افت های مختلف موجود در موتور را مورد ارزیابی قرار نمی دهند. لذا همواره نیاز به مدل جدیدی که تمامی اثرات اتلاف را در نظر گیرد؛ همواره وجود داشته است. در مدل ارائه شده در این تحقیق، فرایند ترمودینامیکی انجام شده در موتور برای نخستین بار به صورت پلی تروپیک در نظر گرفته و معادلات انرژی به صورت دیفرانسیلی برای محفظه ها نوشته شده و سپس ضریب پلی تروپیک مناسب انتخاب می شود. به منظور ارزیابی دقیق از اثرات افت موجود در موتور، اثرات مختلف اتلاف نظیر افت های حرارتی مبدل های گرم کن، خنک کن و بازیاب، اثرات افت حرارتی شاتل، اثرات افت فشار در مبدل های گرم کن، خنک کن و بازیاب، اثرات افت فشار ناشی از سرعت پیستون (اثر ترمودینامیک سرعت محدود)، اثر افت اصطکاکی سیلندر-پیستون و اثرات نشت جریان به صورت مفصل مورد بررسی قرار گرفته است و به مدل دیفرانسیلی اعمال شده است. همچنین توزیع دما به صورت غیر خطی در مبدل های گرم کن، خنک کن و بازیاب در نظر گرفته شده-است. سپس با استفاده از آنالیز ابعادی، اعداد بدون بعد موثر در موتور استرلینگ معرفی شده است. پس از آنالیز ابعادی و تهیه اعداد بدون بعد مناسب، از ابزار برنامه ریزی ژنتیک، روابط تحلیلی مناسب به منظور ارزیابی ضرایب پلی تروپیک در محفظه های کاری، توان و راندمان خروجی موتور استرلینگ بر مبنای اعداد بدون بعد مناسب ارائه شده است. به منظور ارزیابی مدل مورد نظر، از داده های آزمایشگاهی مربوط به موتور gpu3 استفاده شد. مقایسه نتایج حاصله از مدل ارائه شده در این تحقیق با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد، مدل حاضر در مقایسه با سایر روش ها و تحقیقات، مطابقت بسیار بهتری با نتایج آزمایشگاهی دارد. به طوریکه مدل جدید در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی توان خروجی را با خطایی به میزان 0/9 درصد و راندمان را با خطایی به میزان 3/14 درصد را پیش بینی می نماید. همچنین بررسی اثرات افت نشان می دهد بالاترین اثر افت در موتور استرلینگ مربوط به افت فشار در بازیاب می باشد. در پایان این تحقیق با بهره گیری از نتایج حاصله از مدل عددی، و به کمک برنامه ریزی ژنتیک روابط تحلیلی مناسبی برای پیش بینی توان و راندمان ارائه شده است که ابزار مناسبی برای بررسی رفتار موتور استرلینگ بدون نیاز به محاسبات عددی می باشد.