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斯特林发动机斯特林发动机是一种闭循环活塞式热机,闭循环的意思是工作燃气一直保存在气缸内,而开循环则如内燃机和一些蒸气机需要与大气交换气体。
斯特林发动机一般被归为外燃机。
切图以外的菱形驱动器测试配置斯特林发动机的设计：* 粉红-热筒壁* 深灰色-冷筒壁（与冷却进排气管在黄色）* 暗绿色-热绝缘分开的两个汽缸结束* 浅绿色-置换活塞* 深蓝色-功率活塞* 淡蓝色-曲柄连杆和飞轮没有表明：热源和热汇。
在此设计了置换活塞构造没有专门建造的再生。
介绍斯特林发动机在热机中的效率目前是最高的，有时可以达到80%。
In the conversion of heat into mechanical work, the Stirling engine has the potential to achieve the highest efficiency of any heat engine. It can theoretically perform up to the full Carnot efficiency, although not yet in practice. The practical limitations include the non-ideal properties of the working gas, and material properties such as friction, thermal conductivity, tensile strength, creep, rupture strength, and melting point. The Stirling engine can run on any heat source, including chemical, solar, geothermal and nuclear. There are many possible implementations of the Stirling engine. Most fall into the category of reciprocating piston engine.In contrast to internal combustion engines, Stirling engines have the potential to use renewable heat sources more easily, to be quieter, and to be more reliable with lower maintenance. They are preferred for applications that value these unique advantages, particularly if the the cost per unit energy generated ($/kWh) is more important than the capital cost per unit power ($/kW). On this basis, Stirling engines are cost competitive up to about 100 kW.[3]Compared to an internal combustion engine of the same power rating, Stirling engines currently have a higher capital cost and are usually larger and heavier. Their lower maintenance requirements make the overall energy cost comparable. The thermal efficiency is also comparable (for small engines), ranging from 15%-30%.[3]For applications such as micro-CHP, a Stirling engine is often preferable to an internal combustion engine. Other applications include water pumping, space-based astronautics, and electrical generation from plentiful energy sources that are incompatible with the internal combustion engine, such as solar energy, and biomass such as agricultural waste and other waste such as domestic refuse. Stirlings have also been used as a marine engine in Swedish Gotland class submarines. [4]However Stirlings are generally not price-competitive as an automobile engine, due to high cost per unit power, low power density and high material costs.In recent years, the advantages of Stirling engines have become increasingly significant, given the rise in liquid fuel prices and concerns such as peak oil and climate change. Stirling engines address these issues by being very compatible with all renewable energy and fuel sources. These growing interests in Stirling technology have fostered the ongoing research and development of Stirling devices, and R&D breakthroughs have in turn increased interest in the technology.If supplied with mechanical power, Stirlings can function in reverse as a heat pump for heating or cooling. Experiments have been performed using wind power driving a Stirling cycle heat pump for domestic heating and air conditioning. In the late 1930s, the Philips Corporation of the Netherlands successfully utilized the Stirling cycle in cryogenic applications.[5]Basic analysis is based on the closed-form Schmidt analysis{google翻译:}斯特林发动机是一个封闭的循环蓄热式发动机，气体工质。
目录一斯特林发动机简介二斯特林发动机研究设计的意义三该款斯大林发动模型结构四该款斯特林发动机工作原理五创新点分析六方案可行性分析七八一斯特林发动机简介1斯特林发动机性质斯特林发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。
斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。
斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。
这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程2斯特林发动机原理斯特林发动机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。
斯特林发动机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。
在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。
气缸一端为热腔，另一端为冷腔。
工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
已设计制造的斯特林发动机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。
试验斯特林发动机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。
按缸内循环的组成形式分，斯特林发动机主要有配气活塞式和双作用式两类。
在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。
热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程3斯特林发动机的发展斯特林循环热空气发动机不排废气，除燃烧室内原有的空气外，不需要其他空气，所以适用于都市环境和外层空间。
18世纪末和19世纪初，热机普遍为蒸汽机，它的效率是很低的，只有3％一5％左右，即有95％以上的热能没有得到利用。
易拉罐制作斯特林发动机斯特林发动机大致分为四类，α，β，γ，和自由活塞四种，今天要做的是γ型。
具体工作方式可以在网上自己查一下。
α型β型γ型自由活塞材料准备：工具准备：零件制作：1.支架制作：1.1在易拉罐的侧面开一个大孔1.2在上端两侧各开一个小孔，孔径根据铁丝直径确定。
1.3在下端中心点开一个小孔，孔径略大于钢丝直径。
1.4在下端小孔侧面开一个孔，孔径根据笔筒而定。
1.5再在侧面开一个孔，保证带气管可以穿出。
2.活塞缸制作：2.1将易拉罐上部剪掉，剪口尽量平滑，保证密封3.曲轴制作：3.1如图折弯铁丝，两个折弯之间的夹角为90°。
4.曲柄制作：4.1曲柄根据两端的两个孔刚好能穿过铁丝为最佳，在曲柄中间制作一个闪电形折弯方便装配时调整曲柄长度。
5.导气管制作：5.1用火烤一下根据开孔情况折弯成一个Z字形。
6.冷却活塞缸制作：6.1在瓶盖下方钻一个孔，孔径、位置根据笔筒而定。
7.换气活塞制作：7.1将气球嘴剪掉在顶端打个孔，用螺丝和垫片加紧，同时将换气活塞曲柄加紧。
注意垫片尺寸小于饮料瓶盖尺寸。
8.飞轮制作：8.1将螺柱均匀安装在面包板上，光盘的话可以省略。
然后再中间打一个孔可以刚好穿过铁丝。
9.活塞杆的制作：9.1将铁丝这完成一个L形。
插入易拉罐后基本与易拉罐平齐，或者略高于易拉罐。
10.挡片制作：10.1剪两个圆形贴片，在中心打孔，孔径却大于铁丝直径。
垫片外径小于易拉罐直径。
11.活塞制作：11.1将钢丝棉卷成一个圈，尽量紧密适中，外径略大于易拉罐直径。
宽度=易拉罐孔深度—10mm—10mm。
12.挡圈制作：12.1将油笔芯剪成2mm长小段。
组装零件：1.支架组装1.1用AB胶粘接导气管、瓶盖。
1.2将曲轴转过支架上端小孔，同时将曲柄及垫片穿过，将曲柄调整到正确位置。
1.3将飞轮用AB胶粘在曲轴上1.4将垫片用AB胶水粘在活塞杆上，钢丝棉放在两垫片之间。
1.5将活塞杆穿过支架下端小孔，与曲轴连接，然后放入活塞缸，将气球套在瓶盖上。
本科毕业设计（论文）基于创新方法的斯特林发动机改进学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化（机械电子工程方向）年级班别2008级（2）班学号学生姓名指导教师2012年6 月基于创新方法的斯特林发动机改进机电工程学院摘要斯特林发动机由于具有燃料来源广、低噪声、低污染、安全性能高等诸多优点而受到越来越广泛的重视。
但由于斯特林发动机在功率效率及结构的技术和发展还不是特别地成熟，还不能成为完全替代内燃机的新型动力机器，需要对斯特林发动机进行改进设计。
本文在介绍了基于TRIZ理论的机构创新设计方法的基础上，针对现有斯特林发动机工作效率低、功率不高、结构庞大等方面问题，应用TRIZ理论的技术矛盾矩阵法对斯特林发动机进行创新设计，利用TRIZ法40条原理中的嵌套原理提出了β型斯特林发动机结构、分离与分开原理提出γ型斯特林发动机结构和周期性作用原理提出了复动型发动机结构，从结构、原理和工作循环方法上实现了产品不同角度的创新设计。
用TRIZ 理论改进所得出的方案为斯特林发动机的发展方向提供实用价值的参考。
关键词：TRIZ，机构创新设计，斯特林发动机AbstractThe Stirling engine gets more and more extensive attention，because it has a lot of advantage such as the wide fuel source, low noise , low pollution, high thermal efficiency and higher safety. The technology and development of Stirling engine in power efficiency and structure is not particularly mature, which can not completely replace the internal combustion engine and become the new dynamic machine. It need to improve the design of the Stirling engine. This paper introduces the institutional innovative design method on the basis of the TRIZ theory. Since the low efficiency of the existing Stirling engine power structure low thermal efficiency and huge structure, the Author applyed technical contradiction matrix method of TRIZ on the Stirling engine to innovative design. The structure of the β-type Stirling engine, γ-type Stirling engine structure and the complex dynamic engine structure turned out. It bring about the product of innovative design from the structure, principle and duty cycle method. The improved program that obtained by TRIZ theory provide a reference of practical value for the development direction of the Stirling engine.Key words:TRIZ, Institution innovation design, The Stirling engine目录第一章绪论 (1)1.1 斯特林发动机的历史和现状 (2)1.2 机构创新设计国内外的研究现状 (2)1.3 TRIZ理论的发展及其应用状况 (3)1.4 本文的研究内容 (5)第二章TRIZ理论 (6)2.1 TRIZ理论的核心思想 (6)2.2 TRIZ理论的基本原理 (6)2.3 TRIZ理论技术矛盾解决问题的一般过程 (7)第三章斯特林发动机的工作原理及其改进方案 (8)3.1 斯特林发动机结构分析 (8)3.2 工作原理分析 (9)3.3 基于TRIZ的斯特林发动机的创新设计 (11)3.3.1 热效率的改进 (11)3.3.2 功率的改进 (12)3.3.3 结构的改进 (16)总结 (19)参考文献 (20)致谢 (21)第一章绪论本论文主要选择斯特林发动机进行机构创新设计。
自制斯特林发动机制作教程及斯特林发动机原理、图纸一杯咖啡不能化身为一杯汽油，但是它一样可以用来驱动一个发动机，只不过这个发动机有点特别，是用硬纸板做成的小型发动机，当然也不是全部用硬纸板做成，还包括黄金冲件，激光切割的铝片，低摩擦的塑料轴承以及弹性钢丝。
来自德国一家叫作Astromedia，以硬纸板小发明和小玩意为主的公司。
这个能在一杯热咖啡上就能转起来的发动机，正是斯特林发动机（Stirling engine），由于能源，环境和可持续发展等人类问题的影响，人们开始热衷发展斯特林发动机，由Robert Stirling（罗伯特斯特林）在1816年发明的外燃发动机。
前不久我们网络文摘收过一篇文章，讲著名的发明家Dean Kamen（Segway的发明者）也在挪威成立一个公司，投身于他的下一个大项目，就是使用斯特林发动机的交通工具的计划。
斯特林发动机是活塞式热气发动机，在外部加热密封气室，里面的气体（氢气或氦气）膨胀推动活塞做功，膨胀后的气体在冷气室冷却，然后进入下一个流程。
同样只要有一定值的温度差存在，都可以形成斯特林发动机，比如上面这个咖啡杯上的斯特林发动机，如果下面是冰块，它也能转起来，而且比里面是热咖啡（或热水）还要持久，一个小时左右。
斯特林发动机可以使用多种的燃料，各种可燃气体估计是最佳材料，Dean Kamen还用牛粪来作过燃料。
而且排气洁净，还有一个优势相对于内燃机来说，因为没有气体爆炸，所以大大降低了噪音污染。
这个“玩意”是不是设计也没什么值得讨论的，以前人们总是很难分辨设计师或者发明家，但现在来说好像足够分明了，设计师是明星，艺术家……，而在国内发明家基本都是农民。
如果你既是设计师，又是发明家，那么肯定会得到更多人的敬佩(人人喜欢hardcore)，如果你还有商业头脑，那你就是下一个Dyson了。
虽然说学科细分很难让普通人精通几般武艺，但这不是100%的，因为一方面设计本来就是知识面广泛的学科，有深入钻研的机会，另外还有想成为非普通人的普通人呢。
斯特林发动机发电效率斯特林发动机是一种热力机械，它利用外源热能，通过燃料的热效应使得气体膨胀和收缩，从而将热能转化成机械能。
而斯特林发动机发电效率的主要性能指标是热效率和电功率输出，它们是反映发动机输出功率的重要属性。
本文将就此方面进行分步骤的阐述。
第一步，斯特林发动机的热效率。
热效率指的是以供给热量Q作为标准，发动机总输出功率Wt（包括有用功率Wn和无用功率Wu）中产生有用功率Wn的比率。
一台斯特林发动机的热效率与它的工作油温度、工作气体压力、工作气体组成、运转速度等因素都有关系。
对于同一台机器，热效率随着机器转速的增加而减小，这主要是因为气隙产生了一部分热量的损失。
同时，热效率本身也影响着发动机的发电效率。
因此，提高热效率是提高发电效率的首要任务。
第二步，斯特林发动机的电功率输出。
电功率输出指的是发动机实际产生的电功率，在各种条件下斯特林发动机的电功率输出很难保证一定。
一般来讲，这个值是反映机器发电能力的重要指标。
而电功率输出的提升，不但需要技术手段的改进，也需要在机器的外部条件优化上下功夫。
例如，提高风扇比容、降低风速、控制静电容量、加大功率开关、提高发电机转速等等措施，都能起到一定的作用。
不过，要注意电功率输出上涨带来的机器开销也随之而来。
综上所述，斯特林发动机发电效率的提高并非一蹴而就，需要同时优化机器内部的技术，又要考虑外部条件的影响。
在消除一切影响因素的情况下，通过调整温度和气体质量比例可以提高热效率，从而提高发电效率。
当然，在发电效率提高的同时，当前价值成本的控制也是我们需要关注的焦点。
总体来看，斯特林发动机的热效率与电功率输出都是可以提高的，只是具体操作需要因地制宜。
中国工程热物理学会 学科类别: 工程热力学与能源利用 学术会议论文 编号： 1110641kW e 碟式太阳能斯特林发动机的研究张晓青，王金龙，李海宁，李奎（华中科技大学能源与动力工程学院，武汉 430074） (Tel:135****7064,E-mail:*****************)摘 要：在当今能源和环境的严峻形势下，太阳能热发电以其清洁、高效、使用灵活等优点越来越被广泛关注。
本文利用自行开发的软件，优化设计并确定了一台1kW e 碟式太阳能斯特林发动机样机的结构参数，同时分析了转速、循环压力、热端温度等关键因素对斯特林发动机输出功率和效率等性能的影响，研究工作将为碟式太阳能斯特林发动机的开发提供了性能分析和设计方法。
关键词:太阳能；碟式太阳能；斯特林发动机；特性分析0 前言在当今能源和环境面临的挑战越来越严峻的形势下，太阳能热发电以其清洁、高效、使用灵活等优点越来越受到人们的关注。
当前，太阳能热发电系统主要有塔式、槽式和碟式三种类型。
其中，碟式太阳能发电系统因使用灵活（分布、并网均适宜）、转化效率高、成本下降空间最大而最具有商业前途。
碟式太阳能热发电系统主要包括三个部分：聚光器、吸热器和斯特林发动机。
斯特林发动机是整个系统中最为关键的一个部件，它是将吸收的热能转化为机械能的动力装置。
在斯特林发动机的末端连上一个发电机，就可以把发动机输出的轴功转化为电能[1]。
斯特林发动机作为碟式太阳能热发电系统的核心组件，国外在此方面做了很多理论研究及CFD 模拟[2-5]并已经实现了规模化的产品开发与示范应用。
但国内的相关技术起步较晚并相对落后，碟式太阳能热发电系统在国内推广的瓶颈就在于斯特林发动机的开发上。
因此，高性能斯特林发动机的研发显得迫在眉睫。
本文利用自行开发的软件，优化设计了一台1kW e 碟式太阳能斯特林发动机，并分析了转速、循环压力、热端温度等因素对斯特林发动机输出功率的影响，并对机器的特性和性能进行了研究和预测。
斯特林机的优化设计及仿真研究的开题报告一、选题背景及意义斯特林机是一种能够通过热机转换将热能直接转化为机械能的热机，具有结构简单、无需润滑、低噪音、低振动、可燃料多样化等优点，在工业、军事、航空航天等领域有广泛的应用。
然而，斯特林机的热效率较低，需改进设计，提高其热效率。
本研究旨在从设计和仿真两个方面入手，通过对斯特林机热传输、流体动力学和结构力学等相关学科的探索，实现斯特林机的优化设计，为其热效率的提高提供技术支持和理论基础。
二、研究内容及目标1.通过文献调研和分析现有斯特林机的优缺点，确定优化设计目标。
2.建立斯特林机模型，并通过学术软件对模型进行热传递、流体动力学和结构力学仿真分析。
3.对模型进行优化设计。
从传热、流体流动、结构强度等角度出发，探索斯特林机的优化设计方案。
4.对优化设计结果进行仿真分析，验证优化设计的实际效果，并探索可能的改进方案。
三、研究方法和技术路线本研究将采用文献调研、数值模拟和实验验证相结合的方法，具体研究技术路线如下：1.文献调研：通过查阅相关文献和资料，分析现有斯特林机的结构、热传输和流体流动等特性，确定优化设计目标。
2.数值模拟：建立基于有限元、CFD等数值方法的斯特林机模型，进行热传递、流体动力学和结构力学等方面的数值仿真分析。
3.优化设计：根据数值仿真分析结果，从传热、流体流动、结构强度等多个角度出发，探索斯特林机的优化设计方案。
4.仿真验证：对优化设计结果进行仿真分析，验证优化设计的实际效果，并探索可能的改进方案。
5.实验验证：根据仿真分析的结果，设计实验方案，对斯特林机的优化设计方案进行实验验证。
四、研究任务安排与进度计划1.第一阶段：文献调研和模型建立任务内容：收集、查阅相关文献资料，分析现有斯特林机的结构、热传递和流体流动等特性；建立斯特林机数学模型。
时间安排：2个月2.第二阶段：数值仿真及优化设计任务内容：使用学术软件对数学模型进行热传递、流体动力学和结构力学仿真分析；根据仿真结果，提出斯特林机的优化设计方案。
