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자유피스톤 스털링 엔진의 비선형 부하 감쇠를 고려한 동역학 모델 예측 및 검증
Dynamic Model Prediction and Validation for Free-Piston Stirling Engines Considering Nonlinear Load Damping 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.39 no.10, 2015년, pp.985 - 993  

심규호 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) ,  김동준 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

초록
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자유피스톤 스털링 엔진(Free-piston Stirling Engine, FPSE)은 석유자원 고갈로 인한 에너지 비용 상승으로 활발하게 연구되고 있는 신재생 에너지와 폐에너지 회수를 위한 핵심 에너지 변환장치로 주목받고 있다. 기존 스털링 엔진은 두 개의 피스톤과 기구부로 구성되어 열에너지를 기계동력을 변환한다. FPSE 는 기존 스털링 엔진의 단점인 기구부를 제거하고 각각의 피스톤에 스프링을 연결하여 진동 시스템으로 구성된 엔진으로서, 올바른 엔진 설계 및 운전 제어를 위하여 정교한 동역학 성능 예측이 필수적이다. 본 논문에서는 FPSE 의 외부 부하를 고려한 동역학 성능 예측 모델을 제시하고 선형 및 비선형 해석을 통한 성능 예측 방법론을 제시하였다. 선형 해석은 고유치 해석을 통한 근궤적 선도를 이용하여 엔진의 작동점을 예측한다. 비선형 해석은 외부 부하 감쇠의 선형항과 비선형항을 고려하여 수치적분을 통해 엔진 피스톤의 진폭을 예측한다. 이러한 동역학 성능 데이터는 엔진 출력 성능 예측에 활용된다. 또한, 본 논문의 해석 모델은 대표적인 FPSE 인 RE-1000 의 실험결과 및 기존 해석 연구들과 비교/검증하여 신뢰성을 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Free-piston Stirling engines (FPSEs) have attracted much attention in the renewable energy field as a key device in the conversion from thermal to mechanical energy, and in the recycling of waste energy. Traditional Stirling engines consist of two pistons that are connected by a mechanical link, whi...

주제어

#자유피스톤 스털링 엔진   #동역학   #비선형성  

AI 본문요약
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제안 방법

  • Riofrio(9)는 로봇시스템을 위한 자체전원공급용 소형 FPSE 발전기를 설계하기 위한 연구를 하였다. 열교환기나 재생기를 통한 압력강하를 무시하고, 운동방정식을 선형화하여 제어공학적 관점으로 연구하였으며 1kW 급 이하 FPSE 설계방법론을 제시하였다.
  • 예를 들면, Redlich(8)는 FPSE 를 선형 시스템으로 가정하고, 엔진 부하에 대한 안정적인 작동 조건에 관해 연구하였다. 특히, 안정적인 작동을 위한 최소 가열부 온도 산출과 선형 동역학 해석을 통한 엔진 작동주파수를 계산하였다. Riofrio(9)는 로봇시스템을 위한 자체전원공급용 소형 FPSE 발전기를 설계하기 위한 연구를 하였다.
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참고문헌 (15)

  1. Kang, B. H., Yun, C. H. and Ahn, J., 2013, "Impact of Residential CHP Systems on Greenhouse Gas Emissions in Korea," Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 25, No. 10, pp. 555-561. 

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  3. Hong, Y. J., Ko, J. S., Kim, H. B. and Park, S. J., 2011, "Design and Fabrication of 1kW Class Stirling Engine," Proceedings of 2011 Korean Soc. Mech. Eng. Conf., No. 7019, pp. 334-346. 

  4. Urieli, I. and Berchowitz, D. M, 1984, Stirling Cycle Engine Analysis, Adam Hilger Ltd. 

  5. Beale, W. T., 1969, "Free-piston Stirling Engines -Some Model Tests and Simulations," SAE Paper No 690230. 

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  8. Redlich, R.W. and Berchowitz, D. M., 1984, "Linear Dynamics of Free-Piston Stirling Engines," Department of Electrical and Computer Engineering, Ohio University, Athens, Ohio, Sunpower Incorporated, Athens, Ohio. 

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  14. Rogdakis, E. D., Bormpilas, N. A. and Koniakos, I. K., 2004, "A Thermodynamics Study for The Optimization of Stable Operation of Free Piston Stirling Engines," Energy Conversion and Management, Vol. 45, No. 4, pp. 575-593. 

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  15. Karabulut, H., 2011, "Dynamic Analysis of A Free Piston Stirling Engine Working with Closed and Open Thermodynamic Cycles," Renewable Energy, Vol. 36, pp. 1704-1709. 

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