Effect of irreversibilities estimated with the direct method on the stirling engine performance

Autor/autori: Stoian PETRESCU, Monica COSTEA, Bogdan BORCILA, Michel FEIDT

Rezumat: Lucrarea prezintă o noua schemă de calcul a performanțele motorului Stirling, care a fost elaborată în cadrul Termodinamicii cu Viteză Finită și a Metodei Directe. Ea este bazată pe noua expresie a Principiului I al Termodinamicii pentru procese ireversibile cu viteză finita, care este integrată pe fiecare proces din ciclu, rezultând un model de calcul complet analitic al ciclului motorului Stirling. Se ia în considerare efectul ireversibilităților datorate pierderilor de presiune și regenerării imperfecte a căldurii in regenerator asupra performanțelor motorului, și anume putere și randament. Modelul include trei tipuri de pierderi de presiune care apar în cele patru procese ale ciclului motorului Stirling, datorate (1) vitezei finite a pistonului, (2) frecării mecanice, și (3) laminării gazului la curgerea prin regenerator. Efectul lor a fost pus în evidență succesiv pe fiecare dintre procese și apoi, separat și simultan, pe ciclu. Această nouă schemă de calcul a condus la obținerea de rezultate foarte apropiate de datele experimentale a două motoare Stirling cu cele mai bune performanțe, aflate actualmente în funcțiune în lume

Cuvinte cheie: Metoda Directă, Termodinamica cu Viteză Finită (TVF), motor Stirling, ireversibilități regenerator, optimizare

Abstract: The paper presents a new computation scheme of Stirling engine performance that was elaborated in the frame of Thermodynamics with Finite Speed and the Direct Method. Based on the new expression of the First Law of Thermodynamics for Irreversible Processes with Finite Speed that is integrated on each process of the cycle, a completely analytical model of the Stirling engine cycle is developed. It takes into account the effect of irreversibilities dues to pressure losses and imperfect regeneration on the engine performance, namely power and efficiency. The model considered three types of pressure losses occurring in the four processes of the Stirling engine cycle, dues to (1) finite speed of the piston, (2) mechanical friction, and (3) throttling of the gas flowing through the regenerator. Their effect was successively emphasized on each process and then simultaneously on the cycle. This new scheme yielded accurate results when compared with actual experimental data of two operational Stirling engines with best performance

Keywords: Direct Method, Finite Speed Thermodynamics (FST), Stirling engine, regeneration irreversibilities, optimization

DOWNLOAD PDF