スターリングエンジンイノベーション：キネマティック型進行波音波エンジンの開発

斯特林发动机创新：运动行波声波发动机的开发

基本信息

批准号：
22K19861
负责人：
琵琶哲志
金额：
$ 3.74万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

キネマティック型スターリングエンジンは往復動ピストンがフライホイールに接続された構造を持ち，軸出力の形で動力を発生する．このタイプのエンジンではリンク機構で接続された出力ピストンとディスプレーサーが必須の機械要素であるために，多様な機構が提案されてきた．本研究ではディスプレーサーを取り除くことで性能を維持したまま装置構造を大幅に簡略化することを目指している．昨年度までに熱音響エンジンの仕組みを利用することですでにディスプレーサーなしのプロトタイプ装置の動作確認を終えた．また，動作機構の物理的メカニズムの基本的理解について実験的解析を行った．プロトタイプ装置は内径40mmと内径12mmのパイプで構成されるループ管とピストン・シリンダ・クランク・コネクティングロッド・フライホイールで構成される機械出力部からなる．ループ管には高温及び低温の熱交換器で挟み込んだ蓄熱器が備え付けられている．作動気体は大気圧空気である．このプロトタイプ装置において低温部温度を室温に保ったまま高温部温度を150度まで加熱すると安定的に回転動作する．この回転数の時間的平均値と加熱温度の関係，および回転数の時間的なゆらぎについて，フライホイールの回転軸周りの運動方程式をもとに検討し，ループ部分全体の音響インピーダンスが時間平均回転数を決定する役割を持っていることを実験的に明らかにした．また回転数のゆらぎはループの音響インピーダンスのほかに機械出力部の特性が反映されることを示した．

运动型stirling发动机具有一个结构，其中往复活塞连接到飞轮，并以轴输出形式产生动力。之所以提出各种机制，是因为连接连接的输出活塞和位移是此类发动机中必不可少的机械元素。这项研究旨在通过删除置换剂来显着简化设备结构，同时保持性能。到去年，我们已经通过使用热声发动机的机制来确认原型设备的操作，而无需置换器。我们还进行了实验分析，以提供对工作机制物理机制的基本理解。原型设备由一个环管组成，该环管由内径为40毫米的管道组成，内径为12 mm，机械输出截面由活塞，气缸，曲柄，连杆和飞轮组成。循环管配备了夹在高温和低温热交换器之间的供热设备。工作气体是大气压空气。在该原型设备中，如果将高温的温度加热到150度，同时保持温度在室温下，则旋转是稳定的。根据飞轮旋转轴周围的运动方程，检查了旋转速度的时间平均值与加热温度的时间平均值与旋转速度的时间波动之间的关系，并在实验上揭示了整个环路零件的声阻抗在确定临时旋转速度方面起作用。还显示旋转速度的波动反映了循环阻抗外的机械输出部分的特征。