Page 46 - 《真空与低温》2025年第4期

隆海洋等：换热器结构及热力学参数对自由活塞斯特林发动机性能影响 461

等因素，探讨了在不同换热器结构条件下，斯特林 port [R]. NASA/CR-1999-209164，1999.
发动机的热功转换效率和输出功率的变化规律。 [6] ZARE M，MIKKONEN K S. Phase change materials for life
得出了以下结论： science applications[J]. Advanced Functional Materials，2023，
（1）加热器、回热器为丝网-翅片式、丝网-管式、 33（12）：2213455.
纤维-翅片式、纤维-管式结构的热功转换效率对 [7] 李珂. 自由活塞斯特林系统的理论与实验研究 [D]. 北京：
温度、回热器孔隙率和填料丝径参数变化表现出 中国科学院大学，2014.
较强的敏感性，在孔隙率为 0.9 的条件下，最大热 [8] YE W L，WANG W，ZHU J，et al. Optimizing design of a
功转换效率为 32.48%。对比研究结果显示，在不 free piston Stirling engine using response surface methodology
同的输入参数变化下，管式加热器相较于翅片式结 and grey relation analysis[J]. Case Studies in Thermal Engi-
构，能够实现更高的热功转换效率，在充气压力为 neering，2024，54：103981.
8 MPa、热端温度为 923 K、冷端温度为 323 K 下， [9] QI Y， SUN D， ZHANG J. Numerical study on a nuclear-
管式结构与翅片式结构的最大效率差为 6.99%，从 powered Stirling system for space power generation[J]. Ap-
而揭示出管式设计在能效方面的优越性能。 plied Thermal Engineering，2023，233：121140.
（2）对于采用丝网-翅片式与纤维-翅片式结构 [10] DAI Z，WANG C，ZHANG D，et al. Design and analysis of
的换热器而言，其输出功率随热端温度升高以及回 a free-piston stirling engine for space nuclear power reac-
热器内部填料丝径的增加呈现出近乎线性增长的 tor[J]. Nuclear Engineering and Technology，2021，53（2）：
趋势，这表明了热端温度、冷端温度和回热器填料 637−646.
丝径参数对输出功率的直接影响。在孔隙率为 0.8、 [11] 陈曦，崔浩. 自由活塞斯特林发动机 Re-1000 的模拟研
究 [J]. 真空与低温，2018，24（5）：304−308.
充气压力为 8 MPa 的条件下，换热器为丝网翅片结
构的最大输出功率为 20.73 kW，与管式加热器相比， [12] 孔令轩，水龙，罗新奎，等. 基于全时域方法的自由活塞斯
翅片式加热器在提供更高输出功率方面展现出更 特林发电机工作特性研究 [J]. 真空与低温，2021，27（4）：
好的优势。这一结果为千瓦级自由活塞斯特林系 332−339.
统的结构选型设计提供了有价值的参考。 [13] 霍英杰，董亮，王丽红，等. 空间斯特林发电技术的发展
[C]//中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术
参考文献： 年会，杭州，2012.
[14] 王建中，王波，杨冬冬，等. 百瓦级气体轴承斯特林发电机
[1] WU Z Y，LYU Y F，GUO C Q，et al. A new one-dimension-
研究 [J]. 低温与超导，2015，43（10）：6−11.
al model of free-piston Stirling engine based on quasi-steady
[15] 陈爽. 基于 CFD 仿真的脉管制冷机热端换热器内交变流
flow approximation and simi-implicit numerical method[J].
动换热分析与实验验证 [D]. 北京：中国科学院大学（中国
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科学院上海技术物理研究所），2019.
[2] YANG H S. Numerical model for predicting the performance
[16] WANG R，HU J，JIA Z L，et al. Study on the temperature
and transient behavior of a gamma-type free piston Stirling
adaptability of free-piston Stirling heat pump[J]. Energy
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[4] BROWN A T. Space power demonstrator engine-phase I final
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report[R]. Mechanical Technology Incorporated Latham，1987.
[5] DHAR M. Stirling space engine program，volume 1-final re- （责任编辑：杨建斌）

引文信息：隆海洋，冶文莲，王伟杰，等. 换热器结构及热力学参数对自由活塞斯特林发动机性能影响[J]. 真空与低温，2025，
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LONG H Y，YE W L，WANG W J，et al. Effects of heat exchangers structure and thermodynamic parameters on the perfor-
mance of a free-piston Stirling engine[J]. Vacuum and Cryogenics，2025，31（4）：454−461.