摘要

随着环境问题的日益突出，人们对环境以及能源的理性利用问题的重视程度日益提高。据能源经济学家分析，全球对能源的需求量呈上升趋势，而且该趋势将一直持续至2035年。为解决能源问题，各国开始对开发可再生能源产业给予经济补贴，对清洁能源的开发和利用已经陆续进行。

斯特林发动机不仅可以将太阳能作为能量来源，还可以对温度在450°以上的工业余热进行回收和利用，且其工作过程中存在回热过程，能够大大提高能源的利用效率，因此对于改善能源问题有极为重要的作用。本文的研究重点为斯特林发动机，为得到适用于模拟斯特林发动机性能的模型，对斯特林发动机的分析方法进行了充分的研究和对比。

基于以上研究，本文给出了输出功率约为500W的α-型斯特林发动机的结构参数，并采用MATLAB对设计的可行性进行了验证，验证结果显示设计误差为1%；同时根据分析结果提出了换热器的改进方案。为提高斯特林发动机的性能，对其核心部件——回热器的性能研究显得尤为重要。为进一步提高对回热器研究的精度，本文采用计算传热学的方法，对回热器内的换热进行了数值模拟，得出回热器内温度沿轴线的分布情况；同时对回热器内部流动情况进行分析，采用数值传热学的方法得到回热器内的温度场和压力场。温度场显示在入口速度大于2m/s时，其轴向温度呈线性；而在入口速度较小时，末端换热情况强于中间，温度线在末端略密集。根据模拟结果，本文提出了使用分段式回热器加强换热、提高回热器性能，进而改进整机性能的方案。

关键词:太阳能热发电；斯特林发动机；回热器；特性研究；数值模拟