مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل دینامیک غیر خطی موتور هوای گرم پیستون آزاد خورشیدی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد-دانشگاه صنعتی شیراز
2 استادیار- دانشگاه صنعتی شیراز
چکیده
این مقاله به تحلیل دینامیک غیر خطی موتور هوای گرم پیستون آزاد خورشیدی اختصاص دارد. ابتدا معادلات دینامیکی و ترمودینامیکی موتور هوای گرم پیستون آزاد استخراج شده و سپس با ترکیب روابط، معادلات غیر خطی حاکم بر موتور هوای گرم پیستون آزادحاصل شده است. باحل عددی معادلات غیرخطی و بااستفاده از شبیه سازی سیستم درصفحه فاز به بررسی حرکت و سرعت پیستونها درحالت پایدار پرداخته شده است. در ادامه تغییرات دما درمحفظه ی گرم و سرد و اثرآن بر دامنه حرکت پیستونها، کمینه و بیشینه ی حجم و فشار وکار تولیدی موتور مورد بررسی قرار گرفته است. باتوجه به اینکه ضریب میرایی بین پیستون کار و محفظه دراثر تغییرات دما و شرایط محیطی در حال تغییر است، به مطالعه تاثیر آن بر دامنه حرکت پیستونها، کمینه و بیشینه حجم و فشار و کار تولیدی موتور پرداخته شده است. نتیجه بدست آمده بیانگر این است که توان تولید شده در اثر افزایش ضریب میرایی دارای مقداری بهینه میباشد. با استفاده از تغییر در هریک از اجزای سازنده ی موتور از قبیل جرم پیستون های کار و جابه جاگر و سختی فنر آنها به بررسی تاثیر تغییرات آنها بر دامنه ی حرکت پیستونها، کمینه و بیشینه ی حجم و فشار و کار تولیدی موتور پرداخته شده است. بازه تغییرات انجام شده در پارامترهای موتور هوای گرم پیستون آزاد طوری انتخاب گردیده اند که حرکت پیستونها در سیکل حدی قرار گیرند. در آخر میزان حساسیت توان تولید شده در اثر تغییر هریک از پارامترهای ذکر شده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Nonlinear dynamic analysis of solar free piston hot-air engine

نویسندگان English

Shahryar Zare 1
Ali Reza Tavakol Poursaleh 2
چکیده English

This paper focuses on nonlinear dynamic analysis of a solar-powered free piston hot-air engine. First, dynamic and thermodynamic equations governing the free piston hot-air engine are extracted. Accordingly, by coupling the obtained relationships, nonlinear behavior of the free piston hot-air engine is simulated. Then, motion and velocity of the pistons in steady state condition are discussed using numerical solution of the nonlinear equations and using the phase plane analysis. Next, the stroke of pistons, maximum and minimum volumes and pressure as well as the produced work and power are studied corresponding to the change of temperatures in the hot and cold chambers. Since, the damping coefficient between power piston and the cylinder wall is variable due to the temperature changes and environmental conditions its effect on the stroke of pistons, maximum and minimum volumes, pressure, produced work and power is investigated. The results obtained clearly indicate that there is an optimal power for a certain value of damping coefficient. Then, stroke of the pistons, maximum and minimum volume and pressure as well as the produced work and power are studied according to the changes in engine parameters such as mass and stiffness of work and displacer pistons. The ranges of variations of engine parameters are selected so that the motions of displacer and power pistons fall into a limit cycle. Finally, sensitivity analysis of the produced power is carried out considering changes in engine parameters.

کلیدواژه‌ها English

Free piston hot-air engine
Nonlinear dynamics
phase plane
power