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系統識別號 U0002-0109201317564600
中文論文名稱 Gamma型史特靈引擎水冷套實驗探討
英文論文名稱 Experimental Studies of Water Cooler in a Gamma-Type Stirling Engine
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 陳彥甫
研究生英文姓名 Yen-Fu Chen
學號 600370109
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-15
論文頁數 62頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-楊錫杭
委員-陳育堂
中文關鍵字 史特靈引擎  冷卻水  無負載輸出功  轉速 
英文關鍵字 Stirling engine  Cooling water  Engine speed  Work 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究是探討水冷套對Gamma型史特靈引擎性能的影響。在一大氣壓下使用的工作流體為空氣,使用交流電源供應器加熱引擎熱端並用水冷套冷卻引擎冷端,探討在無負載情況下,不同輸入熱源200W、300W,不同冷卻水溫度15°C、20°C、25°C和不同冷卻水流量1.235 L/min、2.311 L/min、3.214 L/min。測試不同輸入熱源,引擎在不同冷卻水溫度和冷卻水流量下的引擎轉速、水冷套進出口溫差和PV圖。
英文摘要 The purpose of this research is to study the effects of cooling water on a gamma-configuration Stirling engine performance. The single power cylinder engine was tested by an electric heater as a heat source with heat input power of 200W and 300W. Experiments was conducted when cooling water was kept at 15°C, 20°C, 25°C, with a flow rate of 1.235 L/min, 2.311 L/min and 3.214 L/min respectively. Variations of engine speed, cooler inlet and outlet temperature difference, and pressure-volume diagram with cooling water temperature and flow rate at various heat inputs are presented.
論文目次 誌謝 I
中文摘要 III
英文摘要 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XI
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 近期研究 4
1-4 研究目的與動機 6
第二章 理論介紹 7
2-1 史特靈引擎原理 7
2-2 史特靈引擎的優點 8
2-3 史特靈引擎分類 9
2-4 史特靈引擎循環 13
2-5 史特靈引擎效率提升和熱、冷端溫度對效率影響 15
2-6 畫出PV圖並計算無負載輸出功的程式 16
2-7 輸出功 17
2-8 壓縮比 17
2-9 輸出熱 17
第三章 實驗設備與量測 18
3-1 史特靈引擎設計 18
3-2 實驗參數 19
3-3 實驗設備之架設 21
3-4 實驗步驟: 28
第四章 實驗分析與結果討論 30
4-1 熱源、冷卻水溫度與流量對各量測溫度與水冷套排熱量的影響 30
4-1-1 輸入熱源 30
4-1-2 冷卻水溫度 33
4-1-3 冷卻水流量 36
4-2 熱源、冷卻水溫度和流量對轉速影響 40
4-2-1 輸入熱源 40
4-2-2 冷卻水溫度 41
4-2-3 冷卻水流量 43
4-3 熱源、冷卻水溫度和流量對無負載輸出功影響 44
4-3-1 輸入熱源 44
4-3-2 冷卻水溫度 45
4-3-3 冷卻水流量 47
4-4 轉速和無負載輸出功關係圖 48
4-5 冷熱端溫差與轉速關係圖 50
4-6 冷熱端溫差與無負載輸出功關係圖 52
4-7 轉速和水冷套排熱量關係圖 54
第五章 結論與未來建議 57
5-1 結論 57
5-2 未來建議 59
參考文獻 60

圖目錄
圖1–1 Sir George Cayley’s Engine, 1807[1]2
圖1–2 Robert Stirling’s engine of 1816 [1] 3
圖2–1 加熱時的汽缸壓力示意圖[3].7
圖2–2 冷卻時的汽缸壓力示意圖[3]7
圖2–3 移氣活塞和動力活塞在加熱和冷卻時的示意圖與反應[3] 8
圖2–4 雙活塞式史特靈引擎[20].10
圖2–5 同軸式史特靈引擎[20].11
圖2–6 分置式史特靈引擎[20].12
圖2–7 自由活塞式史特靈引擎[18].13
圖2–8 理想史特靈引擎循環P-V 與T-S 圖[3] 14
圖2–9 冷卻水溫度對功率和熱效率的影響[7]15
圖2–10 熱空氣溫度對功率和熱效率影響[7]16
圖2–11 壓力曲線和體積曲線.16
圖2–12 PV 圖.17
圖3–1 史特靈引擎結構圖19
圖3–2 恆溫水槽恆溫測詴圖20
圖3–3 測量儀器接點22
圖3–4 實驗架設圖23
圖3–5 交流電源供應器.23
圖3–6 加熱器24
圖3–7 恆溫水槽和流量計24
圖3–8 溫度擷取器-(YOKOGAWA MV200).25
圖3–9 P-V-n 量測器26
圖3–10 pVnT 儀器.26
圖3–11 數據轉接器(Cobrob3 Basic-Unit) 27
圖3–12 實驗流程圖.29
圖4–1 不同熱源對熱端溫度影響( Q = 2.311 L/min, Tw = 15°C ) 31
圖4–2 不同熱源對冷端溫度影響( Q = 2.311 L/min, Tw = 15°C ) 31
圖4–3 不同熱源對水冷套進出口溫度影響( Q = 2.311 L/min, Tw =15°C )32
圖4–4 不同熱源對水冷套進出口溫差影響( Q = 2.311 L/min, Tw =15°C )32
圖4–5 不同熱源對水冷套排熱量影響( Q = 2.311 L/min, Tw = 15°C ).33
圖4–6 不同冷卻水溫度對熱端溫度影響( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min ) 34
圖 4–7 不同冷卻水溫度對冷端溫度影響( Qin =300W, Q = 2.311 L/min ) 34
圖4–8 不同冷卻水溫度對水冷套進出口溫度影響( Qin = 300W, Q =2.311 L/min ) 35
圖4–9 不同冷卻水溫度對水冷套進出口溫差影響( Qin = 300W, Q =2.311 L/min ) 35
圖4–10 不同冷卻水溫度對水冷套排熱量影響( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min ) 36
圖4–11 不同冷卻水流量對熱端溫度影響( Qin = 300W, Tw = 15°C ).37
圖4–12 不同冷卻水流量對冷端溫度影響( Qin = 300W, Tw = 15°C ).37
圖4–13 不同冷卻水流量對水冷套進出口溫度影響( Qin = 300W, Tw= 15°C ).38
圖4–14 不同冷卻水流量對水冷套進出口溫差影響( Qin = 300W, Tw= 15°C ).38
圖4–15 不同冷卻水流量對水冷套排熱量影響( Qin = 300W, Tw =15°C )39
圖4–16 不同輸入熱源對轉速影響( Tw = 15°C, Q = 2.311 L/min ) 40
圖4–17 不同輸入熱源對轉速影響( Tw = 15°C, Q = 3.214 L/min ) 41
圖4–18 不同冷卻水溫度對轉速影響( Qin = 200W, Q = 2.311 L/min ).41
圖4–19 不同冷卻水溫度對轉速影響( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min ).42
圖4–20 不同冷卻水流量對轉速影響( Qin = 200W, Tw = 15°C ) .43
圖4–21 不同冷卻水流量對轉速影響( Qin = 300W, Tw = 15°C) 44
圖4–22 輸入熱源為300W 時的無負載PV 圖( Q = 2.311 L/min, Tw =15°C )45
圖4–23 輸入熱源為200W 時的無負載PV 圖( Q = 2.311 L/min, Tw =15°C )45
圖4–24 冷卻水溫度25°C 時的無負載PV 圖( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min ) 46
圖4–25 冷卻水溫度20°C 時的無負載PV 圖( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min ) 46
圖4–26 冷卻水溫度15°C 時的無負載PV 圖( Qin = 300W, Q =2.311 L/min ) 47
圖4–27 冷卻水流量為1.235 L/min 時的無負載PV圖( Qin = 300W, Tw= 15°C ).47
圖4–28 冷卻水流量為2.311 L/min 時的無負載PV圖( Qin = 300W, Tw= 15°C ).48
圖 4–29 冷卻水流量為3.214 L/min 時的無負載PV圖( Qin = 300W, Tw= 15°C ).48
圖4–30 轉速與無負載輸出功關係圖( Q = 2.311 L/min , Tw = 15°C,不同輸入熱源) .49
圖4–31 轉速與無負載輸出功關係圖( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min,不同冷卻水溫度) .50
圖4–32 轉速與無負載輸出功關係圖( Qin = 300W, Tw = 15°C,不同冷卻水流量) .50
圖4–33 冷熱端溫差與轉速關係圖( Q = 2.311 L/min, Tw = 15°C ,不同輸入熱源) .51
圖4–34 冷熱端溫差與轉速關係圖( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min ,不同冷卻水溫度) .51
圖4–35 冷熱端溫差與轉速關係圖( Qin = 300W, Tw = 15°C , 不同冷卻水流量) .52
圖4–36 冷熱端溫差與無負載輸出功關係圖( Q = 2.311 L/min, Tw =15°C, 不同輸入熱源)53
圖4–37 冷熱端溫差與無負載輸出功關係圖( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min , 不同冷卻水溫度) .53
圖4–38 冷熱端溫差與無負載輸出功關係圖( Qin = 300W, Tw = 15°C,不同冷卻水流量) .54
圖4–39 轉速與水冷套排熱量關係圖( Q = 2.311 L/min , Tw = 15°C,不同輸入熱源) .55
圖4–40 轉速與水冷套排熱量關係圖( Qin = 300W, Q = 2.311 L/min ,不同冷卻水溫度) .55
圖4–41 轉速與水冷套排熱量關係圖( Qin = 300W, Tw = 15°C,不同冷卻水流量) .56

表目錄
表 1-1 單動力汽缸與雙動力汽缸之比較5
表3-1 史特靈引擎設計參數[6] .18
參考文獻 [1] Roy Darlington and Keith Strong, “Stirling and Hot Air Engines”, The Crowood Press Ltd.
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