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系統識別號 U0002-2908201018270000
中文論文名稱 Gamma 型態史特靈引擎之實驗與發展
英文論文名稱 An Experiment on the Development of 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 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 郭孟淵
研究生英文姓名 Meng-Yuan Kuo
學號 697371127
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-13
論文頁數 41頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-楊錫杭
委員-林玉興
委員-陳增源
委員-楊龍杰
中文關鍵字 Gamma 型態史特靈引擎  伺服馬達  壓力體積變化圖 
英文關鍵字 Gamma-Type Stirling Engine  Servo Motor  P-V Diagram 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本篇論文主要探討史特靈引擎的發展與熱力循環的實驗,史特靈引擎有許多優點,例如史特靈引擎可以使用不同種類的熱源,如太陽能、地熱,生質能、核能和工業廢熱,而內燃機只能使用單一熱源。史特靈引擎使用單相工作流體,使其內部壓力變化接近設計壓力,與內燃機比較其機械結構亦相對簡單,危險度也較低。目前世界相關國家正積極發展史特靈引擎的應用,如聚焦型太陽能史特靈發電系統、家庭式與工業用的史特靈引擎。
實驗主要針對本研究室先前製作的 Gamma 型態史特靈引擎進行熱力循環測試,輸入功率為 250W、350W 與 500W,利用伺服馬達測量引擎穩態時之轉速與汽缸體積變化,汽缸壓力則由壓力感測器量測,並配合理論模式分析不同輸入功率下之壓力體積變化圖。
從實驗結果得知,當提高引擎輸入功率時,汽缸內部最大壓力卻無法獲得相對的提升,而與理論值比較後發現其效率明顯較低,其原因歸咎於系統氣密性不足,汽缸、曲柄軸和連桿的摩擦力過大。
英文摘要 In this study, focuses on the introduction of Stirling engine development and thermal cycle test. Stirling engine has many advantages, such as Stirling engines can run directly on any available heat source, not just one produced by combustion, so they can run on heat from solar, geothermal, biological, nuclear sources or waste heat from industrial processes. The engine mechanisms are in some ways simpler than other reciprocating engine types. A Stirling engine uses a single-phase working fluid which maintains an internal pressure close to the design pressure, and thus for a properly designed system the risk of explosion is low. Stirling engine has been developed rapidly worldwide toward its applications, like solar dish Stirling system, combined heat and power tirling engine.
Thermal cycle test was conducted by the Gamma type Stirling engine fabricated previously in the group. Using servo motor apparatus, Engine speed and volume change of the cylinder were measured under the input power of 250W, 350W and 500W. The pressure variations of the cylinder were determined by a pressure transducer. The experimental P-V diagram was compared with the theoretical model to evaluate the performance of the engine.
Experimental results showed that pressure of the cylinder increased insignificantly when the input power was increased. Comparing to the theorem, the test engine showed alow pressure distribution and a low thermal efficiency. In addition to the leakage of the system, the friction between crank shafts and connecting rods may be the key issues leads to a poor engine performance.
論文目次 目錄
誌謝.....................................................I
中文摘要................................................II
英文摘要...............................................III
目錄....................................................IV
圖目錄..................................................VI
符號說明..............................................VIII
第一章 緒論.............................................1
1-1 前言................................................1
1-2 史特靈引擎發展史與優點..............................2
1-2-1 史特靈引擎發展史..................................2
1-2-2 國外史特靈引擎應用於綠色能源現況..................3
1-2-3 近期相關研究......................................8
1-2-4 史特靈引擎優點...................................10
1-3 研究動機與目的.....................................11
第二章 理論分析 .......................................12
2-1 史特靈引擎(Stirling Engine)原理:................12
2-2 史特靈引擎的分類...................................15
2-3 Schmidt 理論........................................19
第三章 實驗設備與步驟..................................22
3-1 體積量測定位.......................................22
3-2 引擎本體介紹.......................................23
3-3 實驗設備與架設.....................................26
3-4 實驗步驟...........................................31
第四章 實驗結果與討論..................................32
4-1 體積變化之量測.....................................32
4-2 改變熱源對於 P-V 圖之影響..........................33
4-3 實驗結果與理論比較.................................35
第五章 結論與建議......................................36
5-1 結論...............................................36
5-2 未來建議...........................................36
參考文獻:..............................................38
附錄 A 體積測量數據..................................39
附錄 B 加熱器量測溫度................................40
附錄 C LabVIEW 程式撰寫..............................41

圖目錄
圖1-1 加州聖地牙國家實驗室聚焦型太陽能史特靈發電系統....4
圖1-2 SES公司聚焦型太陽能史特靈發電系統構造圖...........5
圖1-3 CLEANERGY公司聚焦型太陽能史特靈發電系統構造圖.....5
圖1-4 WhisperGenTM公司的史特靈引擎示意圖................6
圖1-5 WhisperGenTM公司的史特靈引擎裝置圖................6
圖1-6 Stirling Biopower 公司的史特靈引擎示意圖..........7
圖1-7 Stirling Biopower 公司的史特靈引擎裝置圖..........7
圖2-1 理想史特靈循環P-V與T-S圖.........................12
圖2-2 等溫壓縮放熱過程示意圖...........................13
圖2-3 等容加熱過程示意圖...............................13
圖2-4 等溫膨脹吸熱過程示意圖...........................14
圖2-5 等容排熱過程示意圖...............................14
圖2-6 Stirling循環活塞變化示意圖.......................15
圖2-7 雙活塞式史特靈引擎...............................16
圖2-8 同軸式史特靈引擎.................................17
圖2-9 分置式史特靈引擎.................................18
圖2-10 自由活塞式史特靈引擎.............................19
圖2-11 壓縮區體積與曲柄軸角度變化示意圖.................20
圖2-12 膨脹區體積與曲柄軸角度示意圖.....................21
圖3-1 動力活塞位置變化與曲柄軸旋轉角度示意圖...........23
圖3-2 壓縮空間與角度變化圖.............................23
圖3-3 史特靈引擎本體機構...............................26
圖3-4 實驗裝置示意圖...................................26
圖3-5 交流電源供應器...................................29
圖3-6 環型加熱器.......................................29
圖3-7 恆溫水槽與流量計.................................29
圖3-8 溫度擷取器.......................................30
圖3-9 壓力計...........................................30
圖3-10 伺服動力計.......................................30
圖4-1 不同輸入功率之實驗P-V圖..........................33
圖4-2 不同輸入功率之理論P-V圖..........................33
圖4-3 理論與實驗P-V圖比較(輸入功率250W)................34
圖4-4 理論與實驗P-V圖比較(輸入功率350W)................34
圖4-5 理論與實驗P-V圖比較(輸入功率500W)................34
圖A-1 曲柄軸角度與壓縮體積變化圖(輸入功率250W).........39
圖A-2 曲柄軸角度與壓縮體積變化圖(輸入功率350W).........39
圖A-3 曲柄軸角度與壓縮體積變化圖(輸入功率500W).........39
圖B-1 加熱端溫度趨勢圖(250W)...........................40
圖B-2 加熱端溫度趨勢圖(350W)...........................40
圖B-3 加熱端溫度趨勢圖(500W)...........................40
圖C-1 LabVIEW程式體積計算..............................41
圖C-2 LabVIEW程式壓力計算..............................41
參考文獻 [1] Roy Darlington and Keith Strong, Stirling and Hot Air Engines, The Crowood Press Ltd.
[2] C. M. Hargreaves, The Philips Stirling Engine, Amsterdam ; New York : Elsevier ; New York, NY, U.S.A. : Distributors for the U.S. and Canada, Elsevier Science Pub. Co., 1991.
[3] G.. Walker, Stirling Engines, Oxford University Press, New York, 1980.
[4] 潘俊煌,“太陽能追蹤式碟型集熱史特靈發電系統”,國科會國際合作簡 訊,2006
[5] http://www.stirlingenergy.com/default.asp
[6] http://www.cleanergyindustries.com/index.html
[7] http://www.whispergen.com/main/HOME/
[8] http://www.stirlingbiopower.com/STIRLING/BASSE.swf
[9] 林育煌,2005,“使用菱形驅動機構之同軸式史特靈引擎研究”, 大同大學碩士論文。
[10] B. Kongtragool, S. Wongwises, “Performance of Low-Temperature Differential Stirling Engines”, Renewable
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[11] 蔡東榮,2009,“菱形驅動機構史特靈引擎之熱力循環量測”,成功大學碩士論文。
[12] 盧玟銨,2009,“Gamma 型態史特靈引擎之研製與測試”,淡江大學碩士論文。
[13] James R. Sentft, Ringbom stirling engine, Oxford University Press Ltd, 1993.
[14] 林穀欽,LabVIEW 基礎程式設計與應用第三版,全華圖書股份有限公司印行,2009 年。
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