【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于斯特林发电机，特别是涉及一种斯特林发电机启动过程模拟方法。
技术介绍
1、斯特林发电机是一种闭循环外燃机，燃料来源广泛，且不受环境气压影响，因此在深空、极寒发电等场景具有极大的应用潜力。目前广泛发展并加以应用的一种斯特林发电机结构为自由活塞式，具备寿命长、噪音低、燃料适应性强等优势。
2、自由活塞式斯特林发电机主要依靠两组弹性系统的相位配合来生成压力波，对直线电机的动子产生往复推力作用，动子在往复推力作用下进行直线往复运动，从而产生电能。两组弹性系统各自都是由一个活塞和一片板弹簧组成。若斯特林发电机参数设计合理，施加外部激励扰动后，两组弹性系统会出现发散振荡，直至运行至稳定工作点，说明发电机启动成功。两组弹性系统之间无任何机械连接，因此在斯特林发电机从启动到稳定运行的过程中，两组弹性系统的行程、相位差、运行频率等关键参数无法直接确定。这会导致斯特林在设计和优化阶段，无法精确预测两组弹性系统的运行状况，进而可能产生无法启动或启动后活塞撞缸等情况。针对现有自由活塞式斯特林发电机可能会出现的无法启动或启动后活塞撞缸等问题，本专利技术提出了一种斯特林发电机启动过程模拟方法，能够精确计算出启动过程中活塞的运行情况、工作腔内的气压变化情况，以及冷热端温度变化情况，进而预测斯特林发电机的启动和运行情况，为斯特林发电机的设计和优化提供有益指导。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供一种斯特林发电机启动过程模拟方法，以解决现有自由活塞式斯特林发电机可能会出现无法
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，一种斯特林发电机启动过程模拟方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、设定斯特林发电机的相关参数；
4、步骤s2、启动斯特林发电机，开始迭代；
5、步骤s3、进入下一次迭代，计算第二次迭代活塞的受力情况；
6、步骤s4、计算活塞的速度和位移；
7、步骤s5、计算工作腔实际温度；
8、步骤s6、计算工作腔体积；
9、步骤s7、计算工作腔内的压力波；
10、步骤s8、计算斯特林发电机的输出电压和电磁转矩；
11、步骤s9、判断斯特林发电机是否启动成功，若不成功，返回步骤s1重新设定相关参数，重新开始启动。
12、进一步地，所述步骤s2具体为：
13、在外部施加直流激励电压，激励电压作用在直线电机上，使动力活塞位移一段距离，配气活塞保持在初始平衡位置；然后撤掉外部施加的直流激励电压，斯特林发电机开始启动；以撤掉外部激励电压的时刻为启动的初始时刻，记此时的迭代次数为1。
14、进一步地，所述步骤s3中活塞的受力情况具体计算过程为：
15、其中，表示时刻配气活塞受到的弹簧力，表示配气活塞板弹簧刚度，表示时刻配气活塞的位移，表示时刻配气活塞受到的气体力，表示时刻工作腔内的气体压强，表示配气活塞杆截面积，表示充气压力，表示时刻配气活塞受到的阻尼力，表示配气活塞阻尼，表示时刻配气活塞的速度，表示时刻配气活塞受到的合力；表示时刻动力活塞受到的弹簧力，表示动力活塞板弹簧刚度，表示时刻动力活塞的位移，表示时刻动力活塞受到的气体力，表示动力活塞截面积，表示时刻动力活塞受到的阻尼力，表示动力活塞阻尼，表示时刻动力活塞的速度，表示时刻动力活塞受到的合力。
16、进一步地，所述步骤s4中活塞的速度和位移的具体计算过程为：
17、其中，表示时刻配气活塞的加速度，表示时刻配气活塞受到的合力，表示配气活塞质量，表示时刻配气活塞的速度，表示迭代步长，表示时刻配气活塞的加速度，表示时刻配气活塞的位移；表示时刻动力活塞的加速度，表示时刻动力活塞受到的合力，表示时刻动力活塞的速度，表示时刻动力活塞的加速度，表示时刻动力活塞的位移，表示时刻动力活塞的位移。
18、进一步地，所述步骤s5中工作腔实际温度的具体计算过程为：
19、其中，表示时刻膨胀腔的温度，表示加热端工作温度，表示时刻配气活塞速度的幅值，表示加热器换热参数，表示时刻压缩腔的温度，表示冷却端工作温度，表示冷却器换热参数。
20、进一步地，所述步骤s6中工作腔体积的具体计算过程为：
21、其中，表示时刻膨胀腔的体积，表示时刻膨胀腔的体积，表示时刻配气活塞的位移，表示时刻配气活塞的位移，表示配气活塞截面积，表示时刻压缩腔的体积，表示时刻压缩腔的体积，表示配气活塞杆截面积，表示时刻动力活塞的位移，表示时刻动力活塞的位移，表示动力活塞截面积。
22、进一步地，所述步骤s7中工作腔内的压力波的具体计算过程为：
23、其中，表示中间参数，表示充气压力，表示压缩腔初始体积，表示冷却端工作温度，表示冷却器体积，表示回热器体积，表示加热端工作温度，表示加热器体积，表示膨胀腔初始体积；表示时刻工作腔的压强，表示时刻压缩腔的体积，表示时刻压缩腔的温度，表示时刻膨胀腔的体积，表示时刻膨胀腔的温度。
24、进一步地，所述步骤s8中斯特林发电机的输出电压和电磁转矩的具体计算过程为：
25、其中，表示时刻斯特林发电机输出电压，表示发电系数，表示时刻动力活塞的速度，表示时刻斯特林发电机电磁转矩，表示电磁转矩系数，表示负载电阻。
26、进一步地，所述步骤s9中的判断方法具体为：
27、步骤s3~步骤s8的计算完成后，再次迭代并根据步骤s3~步骤s8的方法计算相关参数值，然后根据下一次迭代以及再次迭代中计算的活塞位移值判断活塞的位移是否稳定，如果活塞位移未达到稳定值，则返回继续迭代；若活塞位移达到稳定值，则判断活塞行程是否达到额定值，若成功达到额定值，则说明启动成功；若未达到额定值，则说明斯特林发电机参数设定有问题，返回第一步重新设定参数。
28、本专利技术的有益效果是：
29、利用本专利技术的方法，可以精确计算出斯特林发电机启动到稳定运行过程中，配气活塞和动力活塞的位移、工作腔压力波、工作腔温度、输出电压等关键参数，并且能够通过修改斯特林发电机设计参数，来保证成功启动并避免启动过程中活塞撞缸等情况，保证斯特林发电机的正常工作。
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1.一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
3.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中活塞的受力情况具体计算过程为：
4.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S4中活塞的速度和位移的具体计算过程为：
5.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S5中工作腔实际温度的具体计算过程为：
6.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S6中工作腔体积的具体计算过程为：
7.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S7中工作腔内的压力波的具体计算过程为：
8.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤S8中斯特林发电机的输出电压和电磁转矩的具体计算过程为：
9.根据权利要求
...【技术特征摘要】
1.一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：
3.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤s3中活塞的受力情况具体计算过程为：
4.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤s4中活塞的速度和位移的具体计算过程为：
5.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机启动过程模拟方法，其特征在于，所述步骤s5中工作腔实际温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：帅智康，冯宇，黄文，靳张涛，杨炬辉，邢凯，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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