Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.172-178
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1990
To predict the qualitative performance characteristics of Stirling Engines, an analytical approach to the Ideal Adiabatic Model set up by Urieli et al. has been treated. First, volume variations of both the expansion and the compression cylinders are approximated to piecewise linear function of the crank angle, which make it possible to specify the mass flow direction of each cylinder a priori to solve a set of basic equation. In consequences, an engine cycle can be considered as a combination of 4-type fundamental process. For each process, pressure is obtained as a solution of the algebraic equation. Application of the cyclic steady condition to the whole cycle completes the analysis. Further investigations result in analytical expressions for cyclic heat and work in terms of dependent variables determined from the pressure. The results are expected useful in establishing the preliminary design conditions of Stirling Engines.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.3
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pp.656-663
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1990
To investigate the optimum design conditions of Stirling Engines at the preliminary design stage, comparative study between adoabatoc analysis based on an approximate analytical solution to the Ideal Adiabatic Model and the existing isothermal analysis has been carried out. The optimum phase angle obtained from adiabatic analysis to achieve the maximum work with given combination of design parameters is greater than that from isothermal analysis, while the optimum swept volume ratio is smaller. Effect of variation in the temperature ratio on the work parameter is proved to be stronger in adiabatic analysis. On the contrary, the work parameter by adiabatic analysis is less sensitive to a change in the dead volume ratio. Especially in adiabatic analysis there exists the optimum dead volume ratio maximizing the work parameter, which may provide a lower limit of it. Considering that the adiabatic model is more reasonable, signifiant differences between two methods lead to the conclusion that adiabatic analysis is preferable to isothermal one for the preliminary design of Stirling Engines.
대체에너지 기관으로서 요구되는 조건을 갖춘 스터링엔진의 이해를 돕기 위하여 기본원리, 개 발현황, 개발상 문제점 등의 기본사항을 소개하였다. 내연기관과는 달리 외연기관인 스터링엔 진은 작동유체가 밀폐공간 내에서 고. 저온 양 영역을 이동하면서 압력차를 발생시켜 일을 형성 하는 과정을 밟기 때문에 고온. 고압일수록 높은 출력이 예상되며, 전열성능과 작동저항면에서 수소나 헬륨과 같은 저분자량의 가스가 작동체로 채택되기 때문에 작동유체의 누기(leakage) 및 크랑크실의 냉각 윤활유의 작동공간으로의 누유 등은 스터링엔진의 출력 저하에 가장 큰 요인 으로 작용한다. 마찰 등 기계적 손실의 저감기술, 속도제어기술, 용도에 따른 엔진 형식 설계 기술, 구성부품 성능향상을 위한 요소기술 등의 개발이 중요한 과제가 되고 있으며, 이상 소개한 내용이 관심있는 많은 분들의 스터링엔진 연구나 이해에 도움이 될 수 있기를 바란다.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.787-794
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1992
To predict performances of Stirling Engines, a second-order analysis method has been developed. The present method which is based on the approximate analytical solution to the Ideal Adiabatic Model includes major loss mechanisms due to finite heat transfer and flow friction. Comparison of calculated results with previously reported study for a specific engine shows reasonable agreements and a possibility of being used for basic designs. Also, predicted performances with repect to engine speeds are consistent with experimental data in trend. To improve the prediction capability of this method, it is needed that not only additional losses should be taken into account, but also fundamental characteristics of oscillating flow and heat transfer should be better understood.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.1197-1205
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1988
An analytical method to predict qualitative performance characteristics of the Stirling Engines in the preliminary design stages is investigated. Both the expansion and the compression cylinder are treated as adiabatic and piston motions are approximated as saw-toothed waves. Basic equations which were originally proposed by Finkelstein consist of mass conservation and energy balances for each adiabatic cylinder. The approximation on piston motions and physical conditions make it possible to divide an engine cycle into four fundamental processes. In each process, first, pressure can be expressed as a function of the crank angle by solving a nonlinear first order ordinary differential equation and other thermodynamic variables are determined in turn. Application of the cyclic steady condition to the whole processes can complete a cycle. Also, further analysis results in analytic expressions for cyclic work and heat transfer in terms of the engine parameters and thermodynamic variables at boundary points. The results are expected useful as a quick reference for the engine performances. Finally, the present method can be applied to the other adiabatic analyses on the Stirling Engines with piece wise linear piston motions, if mass variations are predictable.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.6
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pp.1-7
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1987
스터링 엔진은 1816년 로버트 스터링에 의해 발명된 밀폐형 외연기관이다. 초기에는 왕복형 증기기관과 더불어 구미제국에 널리 보급되었으나, 실용화 기술의 부족으로 인한 잦은 고장과 가솔린 및 디젤엔진의 발명으로 인해 자취를 감추었다. 그 후 1938년 네덜란드의 필립스사(Philips Co.)에 의해 연구가 재개되고, 간헐적으로 진행되다가 최근에 연료의 다양화, 에너지절약, 환경보존 등에로의 강한 요구와 재료기술 및 생산기술의 진보로 인하여 이 엔진이 다시 주목되어 구미, 일본 등에서 연구 개발되고 있다. 미국에서는 1978년부터 정부적 차원에서 개발을 시작하여 일부는 상용화되어 있고, 일본에서는 1982년 이래로 계속 개발을 수행하고 있고, 그 외에도 유럽의 여러 나라들에서도 활발한 연구가 진행되고 있다.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1356-1364
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1990
This paper deals with the preliminary design conditions of Stirling Engines based on an adiabatic analysis with regenerator effectiveness. The investigation of thermal regeneration process results that the definition of effectiveness proposed by Urieli et al. is appropriate for the present model. Then, it is applied to the already existing approximate analytic solution for the adiabatic model in order to optimize thermal efficiency as well as work parameter. Results show that thermal efficiency is less sensitive to the variation in design parameters than work. Phase angle for the maximum work is also the most efficient at high values of the effectiveness. Swept volume ratio should be chosen with care. The optimum value of dead volume ratio is at least less than the maximum efficiency condition. The feasible design range in compression ratio lies between the maximum efficiency condition and the structural limit of Stilring Engines, where the higher its value, the better. Changes in the temperature ratio do not alter the design conditions. Working fluids with the specific heat ratio 1.67 are more efficient that those with 1.4.
잠수함추진방식은 크게 원자력 추진과 재래식 추진으로 나눌수 있다. 최근에는 재래식 추진방식과 하이브리드 개념으로 운용될 수 있는 AIP(air independent propulsion)방식도 활발히 연구되고 있다. AIP 추진으로는 폐회로 디젤기관추진(closed cycle diesel engine propulsion), 연료 전지추진(fuel cell propulsion) 스터링기관추진(stirling engine propulsion) 및 폐회로터빈추진(closed cycle turbine propulsion)등이 있다. 이러한 잠수함 추진체계에 대해 앞으로 크게 세부분으로 나누어 그 현황과 발전추세를 살펴보고자 한다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.18
no.2
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pp.1-17
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1994
잠수함추진방식은 크게 원자력 추진과 재래식 추진으로 나눌수 있다. 최근에는 재래식 추진방식과 하이브리드 개념으로 운용될 수 있는 AIP(Air Independent Propulsion)방식도 활발히 연구되고 있다. AIP추진으로는 폐회로 디젤기관추진(Closed Cycle Diesel Engine Propulsion), 연료전지추진(Fuel Cell Propulsion), 스터링기관추진(Stirling Engine Propulsion) 및 폐회로터빈추진(Closed Cycle Turbin Propulsion) 등이 있다. 이러한 잠수함 추진체계에 대해 앞으로 크게 세부분으로 나누어 그 현황과 발전추세를 살펴보고자 한다. 즉, 초기의 순수전기추진방식으로 불리는 재래식 추진체계, 재래식 추진방식의 한계를 극복하기 위해 최근 활발히 연구되고 있는 외기와 무관한 추진장치인 폐회로 추진체계, 그리고 궁극적으로는 에너지의 문제로 귀착되어 거의 무한대의 에너지원을 가지고 있는 원자력 추진체계로 구분하여 그 현황과 발전내용을 살펴 봄으로써 잠수함추진체계의 국내연구 개발방향정립에 조금이나마 보탬이 되었으면 합니다. 또한 차세대 추진장치로 불리는 전자유체 추진방식에 대해서는 한국박용기관 학회지 1993년 4월호 "박용전자유체(MHD) 추진장치"를 참조하시기 바랍니다.조하시기 바랍니다.
Dynamic seals have been continue to be one of the major technical problems facing stirling engine designers. Most of the modern engines use some version of the dry ring seal for piston and displacer seals. Friction power losses associated with seals are typically several percent of gross output power, with piston ring seals usually being the main contributor. Much effort has been expended to develop the seal mechanism of piston, but the performance of these seal devices is very poor. This study was conducted to examine the efficiency of the various types of the trial-made piston seal mechanism with reference to leakage of working fluid and friction losses. This paper described the successful hardware implementation of a stainless steel bellows element in stirling engine application with test data in power performance. The indicated power by use of the bellows was more than two times as that by use of the piston ring types. As the result of this study, bellows was provide as a reliable and efficient seal mechanism for any stirling engine application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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