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文献综述（或调研报告）： 尽管斯特林发动机的制造成本较高，但由于它具有一些独一无二的特性——运行稳定且安静，相对较高的热效率，几乎可以利用任何温度达450 摄氏度以上的能源作为热源，因而在世界范围内得到推广。 除具备上述众多独一无二的优点之外，斯特林发动机也存在着自身的缺陷。虽然其可靠性较高，且由于气体的燃烧发生在整个机器的外面，因而其运行比较稳定，但是由于其尺寸的限制，一般而言指示功率很低，无法满足大型器械的需要。同时，其加工制造费用相对较贵，与其他发动机相比，单位功率所需要的制造费用较高，因而在上个世纪一直未能在市场中赢得相对重要的位置。随世界对能源及能源效率问题的日益重视，20 世纪30 年代，飞利浦公司研究者意识到斯特林发动机在改善世界能源问题，提高能源效率上的重要意义，斯特林发动机迎来了历史上的转折点。自此，该公司在斯特林发动机的研究上投入了大量的人力资源与物质资源，因而对于斯特林发动机技术的研究也蒸蒸日上。斯特林发动机运行的安静与稳定性，热能效率高以及对能源的广泛适应性的优点脱颖而出。斯特林发动机的应用，对于降低车辆的排放量有着重要的意义。同时，斯特林发动机的应用也日益广泛，从最初的车用，船用，开始延伸至血液输送，发电等。根据运行模式的不同，斯特林发动机可以用作热泵，也可用作热气机。 在斯特林发动机的工作过程中，主要经历四个过程，四个过程循环进行，保证其正常运转。首先，在惯性作用下，配气活塞对压缩腔内气体进行压缩。由于压缩腔与回热器紧密相连，压缩过程中产生的热量可由冷却器带走，理想情况下可认为压缩腔内经历的是等温放热过程。在此，冷却器的冷却效率要相当高才能保证斯特林发动机的性能。此后，工质集中于回热器以及回热器附近，吸收在上一个循环过程中储存在回热器中的热量。尽管此时配气活塞在运动，但此时动力活塞也在运动，因而气体工质的整体体积基本不变，此时气体工质发生的是等容吸热过程。由于气体流速较快，要使得回热器内的热量得到充分吸收和利用，回热器的性能显得相当重要。经历了由热源提供热量，斯特林发动机的配气活塞进行膨胀，理想情况下，认为热源不断向膨胀腔补充热量，膨胀腔内发生的是等温膨胀过程。当配气活塞运动到一定程度时，膨胀活塞开始运动，由于两个活塞的相对运动，使得工质的整体容积保持不变，且此时工质大部分集中在回热器内部以及其附近，因而在回热器内发生的为等容换热过程。此时，如果回热器具有足够大的比面积和热容，工质放出的热量可被回热器充分吸收，并储存起来。理想情况下，完成上述四个过程之后，斯特林发动机内部的气体工质回到初始状态，开始下一轮循环。 对于作为动力循环的斯特林循环，在分析时采用目前工程上主流的第一定律分析法，来对斯特林循环的做功能力以及热效率进行分析。理想情况下斯特林循环为内可逆循环。与理想化的内燃机循环，如混合加热循环，定压加热循环，定容加热循环相比，斯特林循环在循环过程中引入了回热过程，从而提高了其热效率。根据热力学定律，不难推出，在同一温度范围内，理想斯特林循环的热效率与卡诺循环热效率相等。 众所周知，燃气轮机与内燃机也能够提供动力。对于内燃机而言，在其工作过程中，有害气体的排放较多，且构成循环的过程主要集中发生在一个腔体，因而需要顺次进行。对于燃气轮机而言，构成循环的四个过程在机器的不同部分同时发生。然而，斯特林发动机内发生的四个过程则介于内燃机和燃气轮机之间。四个过程的发生虽然是顺次进行的，但是在时间上又是顺次重叠的。四个过程在机器的不同部位发生，但是界限较为模糊。因而，对斯特林发动机的热力过程的分析以及换热单元的设计，与燃气轮机和内燃机相比难度大得多。有着很大的提升空间可供研究。 |
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参考文献
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