Obliczenia numeryczne i analiza wytrzymałości silnika Stirlinga typu alfa

Przedstawiono model bryłowy i obliczenia silnika Stirlinga typu alfa. Scharakteryzowano podstawowe typy silników Stirlinga. Zaprezentowano model I rzędu (model Schmidta) obiegu termodynamicznego dla wybranego silnika, na podstawie którego dobrano warunki obciążenia dla zbudowanego modelu bryłowego tego silnika. Przeprowadzono statyczną analizę wytrzymałości mechanizmu roboczego silnika z korpusem dla trzech położeń wału korbowego z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Przedstawiono wybrane wyniki badań numerycznych modelu mechanizmu roboczego silnika z korpusem w postaci mapy naprężeń zredukowanych wywołanych zadanym ciśnieniem czynnika roboczego. Na ich podstawie wykazano poprawność konstrukcji mechanizmu roboczego silnika i jego korpusu według przyjętego kryterium wytrzymałościowego.

The solid model and calculations of the Stirling engine of alpha type are presented. The basic types of single acting Stirling engines (called as: alpha, beta, gamma) are characterised. The first order model (Schmidt’s model) of the thermodynamic cycle for the selected engine is shown. On its basis, the loading conditions for the constructed solid model of this engine are chosen. Static analysis of the strength of the working mechanism of the engine and its body is carried out for three positions of the crankshaft (for the upper position of the piston in the cold cylinder, aberration of the crankshaft by 30 degrees from the upper position of the piston and aberration of the crankshaft by 90 degrees from the upper position of the piston). The calculations are made using the finite element method (FEM). Selected results of simulation studies of the FEMmodel of the working mechanism of the engine and its body in the form of reduced stress maps in the model under specified pressure of the working medium are presented. On their basis, the correctness of the structure of the modelled working mechanism of the engine and its body has been demonstrated according to the adopted strength criterion.