AI Summary & Key Takeaways
AI InsightThe externally heated Stirling engine designed and analyzed in this study, could be used for electricity generation using solar energy or waste heat, and small-scale irrigation.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
In this study, design, kinematic and thermodynamic analyses of a novel gamma type Stirling engine with rhombic drive mechanism having an output power of approximately 100 W were conducted. In the kinematic analyses, the displacement and volume changes of the piston and the displacer were calculated as a function of the rhombic gear rotation angle. A 3D model of the engine was created in Solidworks software. Pressure-volume changes of the engine were obtained at 1, 3 and 5 bar charge pressures using the isothermal approximation and nodal analysis method for 800 K hot and 300 K cold source temperatures. 2.95 J, 8.81 J and 14.52 J net works were obtained from the engine at charge pressures of 1, 3 and 5 bar using the isothermal approach. Using the nodal analysis method, 2.68 J, 7.61 J and 11.71 J net works were obtained. 45.05% thermal efficiency and theoretically 97.61 W output power were obtained at 5 bar charge pressure and 500 rpm engine speed. In this study, the rhombic drive mechanism, commonly used in beta type engines in the literature, has been adapted to a novel gamma type Stirling engine. The externally heated Stirling engine designed and analyzed in this study, could be used for electricity generation using solar energy or waste heat, and small-scale irrigation.
Özet
Bu çalışmada yaklaşık 100 W çıkış gücüne sahip, gama tipi rombik hareket mekanizmalı özgün bir Stirling motorunun tasarımı, kinematik ve termodinamik analizleri yapılmıştır. Kinematik analizlerde rombik dişli dönüş açısına bağlı olarak piston ve yer değiştirme pistonunun, yer değiştirme ve hacim değişimleri hesaplanmıştır. Solidworks programında motorun 3 boyutlu modeli oluşturulmuştur. 800 K sıcak ve 300 K soğuk kaynak sıcaklıkları için izotermal yaklaşımı ve nodal analiz yöntemi ile 1, 3 ve 5 bar şarj basınçlarında motorun basınç-hacim değişimleri elde edilmiştir. Motordan 1, 3 ve 5 bar şarj basınçlarında izotermal yaklaşım ile 2,95 J, 8,81 J ve 14,52 J net iş elde edilmiştir. Nodal analiz metodu ile de 2,68 J, 7,61 J ve 11,71 J net iş elde edilmiştir. 5 bar şarj basıncında ve 500 rpm motor hızında teorik olarak 97,61 W çıkış gücü ve %45,05 termik verim elde edilmiştir. Literatürde beta tipi motorlarda yaygın olarak kullanılan rombik hareket mekanizması bu çalışmada özgün bir gama tipi Stirling motoruna uyarlanmıştır. Bu çalışmada tasarımı ve analizleri yapılan dıştan ısı vermeli Stirling motorunun güneş enerjisinden veya atık ısıdan faydalanarak elektrik üretimi ve küçük ölçekli sulama gibi amaçlarla kullanılması hedeflenmektedir.