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研究生: 陳宏信
Chen, Hong-Xin
論文名稱: 瓩級史特靈熱泵之實驗與理論分析
Experimental and Theoretical Study of a kW-Class Stirling Heat Pump
指導教授: 鄭金祥
Cheng, Chin-Hsiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 史特靈熱泵實驗驗證理論模式
外文關鍵詞: Stirling heat pump, experimental verification, theoretical mode
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  • 本研究建立一套理論模型預測史特靈熱泵製熱行為,並針對現有史特靈熱泵進行性能量測,同時進行機構上之設計改良。理論模型將熱泵分為膨脹室、吸熱器、再生器、放熱器、壓縮室以及水套等六個區間進行分析,並針對填充壓力、轉速、環境因素等參數影響進行探討。實驗方面則建立史特靈熱泵之溫度、壓力與性能之量測系統,最後透過理論與實驗結果進行比較,驗證理論模式的準確度並作為史特靈熱泵設計改良之參考方向。
    本研究針對史特靈熱泵原型機進行實驗,驗證理論模型之準確性,在填充壓力為1 bar下,理論與實驗值之趨勢相近,最大誤差約為9%。
    實驗值在填充壓力5 bar,轉速500 rpm下有最佳性能係數,由1.63提升至1.70;轉速1000 rpm下,性能係數由1.13提升至1.34。理論值在填充壓力6 bar,轉速500rpm下有最佳性能係數3.12。

    This study establishes a theoretical model to predict the performance of a Stirling heat pump and uses the prototype to verify the accuracy of the theoretical model. The theoretical model divides the heat pump into six sections, such as expansion chamber, cooler, regenerator, heater, compression chamber and water jacket, and it discusses the influences of stirling heat pump by varying of the operating parameters such as charged pressure, rotation speed and environmental factors. The temperature, pressure and performance measurement system of Stirling heat pump is established.
    Comparing the results, it is found that the theoretical model and experimental results are close at charged pressure is 1 bar. The maximum error between the theoretical model and experimental results is about 9%.

    摘要 II ABSTRACT III 誌謝 X 目錄 XI 表目錄 XV 圖目錄 XVI 符號索引 XVIII 第一章 前言 1 1.1 研究背景 1 1.1.1 文獻回顧 2 1.1.2 熱泵簡介 3 1.1.3 史特靈熱泵 4 1.2 工作原理 5 1.3 研究目的 5 1.4 論文架構 6 第二章 理論模式 7 2.1 活塞及移氣器位置分析 7 2.2 體積變化 8 2.3 熱力模式 9 2.3.1 初始條件 9 2.3.2 再生室 12 2.3.3 膨脹室 15 2.3.4 壓縮室 17 2.3.5 吸熱器 18 2.3.6 放熱器 21 2.3.7 水套 23 2.4 熱泵性能 24 第三章 史特靈熱泵設計與實驗 26 3.1 實驗概述 26 3.2 熱泵零件與功能 26 3.2.1 傳動機構 27 3.2.2 活塞 27 3.2.3 移氣器 27 3.2.4 再生器 28 3.2.5 熱交換器 28 3.2.6 水套 28 3.2.7 飛輪 28 3.3 設備與量測 29 3.3.1 數位式功率表 29 3.3.2 力矩轉速測試儀 29 3.3.3 直流無刷馬達 30 3.3.4 資料擷取卡 30 3.3.5 熱電偶 31 3.3.6 低溫循環水槽 31 3.3.7 壓力量測系統 31 3.3.8 雷射位移計 31 3.3.9 流量計 32 第四章 結果與討論 33 4.1 基準組熱力性質分析 33 4.2 數值模擬分析 35 4.2.1 壓力影響 35 4.2.2 轉速影響 36 4.2.3 入口水溫影響 36 4.3 實驗結果及驗證 36 4.3.1 水套溫度 37 4.3.2 輸入功率 37 4.3.3 性能係數 39 第五章 結論 40 參考文獻 42

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