طراحی، ساخت و ارزیابی موتور استرلینگ به منظور تولید جریان الکتریسیته از منابع زیست توده

موتورهای برونسوز وابسته به سوخت خاصی نیستند و با هر منبع حرارتی که بتواند حرارت مورد نیاز آن ها را فراهم کند، کار می کنند. در میان موتورهای برونسوز موتور استرلینگ به علت داشتن مزایای فراوان از جمله کم سرو صدا بودن، ارتعاشات کم و... بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلی از تحقیق حاضر طراحی، ساخت و ارائه یک مدل(مفهومی، فرآیندی) از موتور استرلینگ به منظور تولید جریان الکتریسیته از اشتعال منابع زیست توده بود. به منظور نیل به این هدف ابتدا مبانی نظری چرخه ی استرلینگ مورد بررسی قرارگرفت و سپس با استفاده از روابط ترمودینامیکی و انتقال حرارت سطح مورد نیاز برای انتقال حرارت محاسبه شد(مساحت قسمت گرم 307 و قسمت سرد 243 سانتی متر مربع). برای بررسی جریان در مدل اولیه موتور، از تحلیل دو بعدی استفاده شد. در مرحله ی بعد، شرایط مرزی و حرکت پیستون کار و جابجاکننده بر حسب درجه ی چرخش میل لنگ، به نرم افزار fluent 13.0 ansys داده شد. نتایج تحلیل دوبعدی نشان داد که سطح تخمین زده شده برای انتقال حرارت کافی نیست. به همین دلیل لوله هایی(10 عدد) برای قسمت گرم کن و خنک کننده به منظور افزایش انتقال حرارت در نظر گفته شد. پس از آن با توجه به مکانیزم عملکرد موتور و در نظر گرفتن نحوه ی اتصال قطعات به یکدیگر و آب بندی آن ها، یک مدل سه بعدی ارائه شد. پس از بررسی و اصلاح نقشه های قطعات، موتور استرلینگ ساخته شد. در قدم بعدی متغیرهای موتور اندازه گیری گردید. ابتدا نمودارهای تحلیل ترمودینامیکی و تحلیل اشمیت، و سپس نمودارهای مربوط به توان اصطکاکی موتور مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد میزان مساحت نمودار فشار- حجم در حالت ایده آل 5 برابر مساحت نمودار فشار- حجم برای تحلیل اشمیت است. کمینه ی توان اصطکاکی در دور 300 دور بر دقیقه، 2/116 وات بدست آمد. کمینه ی توان ترمزی موتور 8/16 وات در فشار 3 بار و دور 400 دور بر دقیقه و بیشترین توان ترمزی موتور 7/96 وات در فشار 10بار و دور 700 دور بر دقیقه اندازه‎گیری شد. در ادامه نتایج مربوط به اندازه گیری فشار داخل سیلندر و عملکرد موتور در حالت های مختلف بررسی شد. فشار بیشینه بطور میانگین در 15 درجه بعد از نقطه‎ی مرگ بالای پیستون کار رخ داد. توان اندیکاتوری بدست آمده از تحلیل اشمیت و توان بدست آمده از روش آزمایشگاهی هر دو با افزایش فشار کاری موتور، روندی افزایشی داشتند. نحوه تغییرات فشار داخل سیلندر(حاصل از اندازه‎گیری) در حالت‎های مختلف مشابه بود. با افزایش فشار کاری موتور اختلاف فشار بیشینه و کمینه(برای هر چرخه) نیز، بیشتر شد. در انتها از ضایعات کشاورزی قابل اشتعال(منابع زیست توده) به عنوان سوخت برای موتور استفاده شد. باگاس نیشکر، چوب حاصل از هرس باغات، کاه گندم، چوب درخت تبریزی و خاک اره به دلیل فراوانی در کشور ایران به عنوان سوخت سامانه انتخاب شدند. بیشترین توان الکتریکی بدست آمده مربوط به خاک اره(46 وات) و کمینه ی آن برای چوب حاصل از هرس درختان(21 وات) بود. کم‎ترین زمان اشتعال مربوط به خاک اره(4 دقیقه) و بیشترین زمان اشتعال مربوط به چوب حاصل از هرس درختان(10 دقیقه) اندازه گیری شد.