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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 冷劲松 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:张红光,李健,田亚明,许永红,赵腾龙,张梦茹.新型自由活塞膨胀机-直线发电机的性能分析[J].哈尔滨工业大学学报,2019,51(1):109-114.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201804048
ZHANG Hongguang,LI Jian,TIAN Yaming,XU Yonghong,ZHAO Tenglong,ZHANG Mengru.Performance analysis on a novel free piston expander-linear generator[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2019,51(1):109-114.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201804048
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新型自由活塞膨胀机-直线发电机的性能分析
张红光1,2,李健1,2,田亚明1,2,许永红3,赵腾龙1,2,张梦茹1,2
(1.北京工业大学 环境与能源工程学院,北京 100124;2. 北京工业大学 北京电动车辆协同创新中心,北京 100124; [KH-*1]3.北京信息科技大学,北京 100192)
摘要:
为深入研究单活塞自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG)的运动特性,提出一种可用于小型有机朗肯循环(ORC)余热回收系统的FPE-LG,搭建了单活塞FPE-LG试验台. 在压缩空气试验平台上实现单活塞FPE-LG的连续稳定运行,并验证了单活塞FPE-LG工作原理的可行性. 试验研究了进气压力、活塞行程、外接负载电阻、进气持续时间对单活塞FPE-LG运动特性的影响. 结果表明:活塞位移和速度随时间的变化趋势均近似为正弦曲线,且在左/右止点(LDC/RDC)附近活塞速度最大,当活塞运动到LDC或RDC时获得峰值加速度;改变活塞行程可提高输出功率,但对活塞峰值速度和缸内峰值压力的影响较小;活塞峰值速度和活塞行程利用率(η)均随外接负载电阻的增加而增大,外接负载电阻从20 Ω增加到80 Ω时,活塞峰值速度和活塞行程利用率分别从0.56 m/s、58.26%增加到0.84 m/s、78.42%;延长进气持续时间有利于获得更高的活塞速度、活塞行程利用率和峰值输出功率,进气持续时间从20 ms变化到40 ms,峰值输出功率从13.87 W增加到37.40 W.
关键词:  自由活塞  膨胀机  直线发电机  运动特性  余热利用
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201804048
分类号:TK11
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(5,1);北京市自然科学基金(3152005); 北京工业大学第十六届研究生科技基金重点项目(ykj-2017-00018)
Performance analysis on a novel free piston expander-linear generator
ZHANG Hongguang1,2,LI Jian1,2,TIAN Yaming1,2,XU Yonghong3,ZHAO Tenglong1,2,ZHANG Mengru1,2
(1.College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China; 2.Collaborative Innovation Center of Electric Vehicles in Beijing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China; 3.Beijing Information Science and Technology University, Beijing 100192, China)
Abstract:
To further understand single-piston free piston expander linear generator (FPE-LG), a novel FPE-LG prototype had been established for small scale organic Rankine cycle(ORC) waste heat recovery system. The single-piston FPE-LG can operate continuously and stably based on the compressed air test bench, which indicates that the working principle of single-piston FPE-LG is feasible. The effects of intake pressure, piston stroke length, external load resistance and intake duration on the motion characteristics of the single-piston FPE-LG are investigated, and the results show that the variation trend of piston displacement and velocity exhibits a regular sinusoidal fluctuation. Relative high velocity is near the dead centers and peak acceleration is usually obtained when the piston arrives at left dead center(LDC) or right dead center(RDC). By using the variable length of piston stroke to improve output power is feasible. But the change of piston stroke has little effect on the peak piston velocity and the peak pressure of cylinder. The peak piston velocity and piston stroke utilization ratio (η) increase with the external load resistance. When the external load resistance increases from 20 Ω to 80 Ω, the peak piston velocity and η increase from 0.56 m/s and 58.26% to 0.84 m/s and 78.42%, respectively. Increasing intake duration is beneficial to obtaining higher piston velocity, piston stroke utilization ratio and output power. The peak output power increases from 13.87 W to 37.40 W when the intake duration changes from 20 ms to 40 ms.
Key words:  free-piston  expander  linear generator  motion characteristic  waste heat recovery

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