3　500W斯特林发动机整机及部件特性研究

对于斯特林发电系统的设计，威廉·马提尼［19］在其著作《Stirling Engine Design Manual》中提出，完整的设计过程步骤如下:

（1）热力学部分。结合目标参数，对斯特林发动机的热量输入进行预估和计算。

（2）机械部分。为保证工质能完成斯特林循环，必须防止工质的泄漏，因此需要相当完善的密封机制。同时应选择正确的运动机制，防止机器各部件之间的干涉。

（3）在斯特林发动机部分完成后，须添加热量供应系统（使用太阳能时需添加集热器；使用其他燃料时需添加燃烧器）和功率转化系统等。

（4）制造部分。经济评价师对系统的可靠性和实用性进行分析，结合制造费用和运行维护费用对其市场竞争力进行预估。

本章致力于斯特林发动机的热设计部分，包括整机的设计以及换热系统的设计。要提高斯特林发动机的热效率，换热系统的设计与模拟是关键。立足于第2章提到的热分析和设计方法，本章设计了一台500W斯特林发动机。

斯特林发动机的初步设计选用了经典的斯密特分析方法。在斯密特分析方法中，假定气体在膨胀腔中的温度不变，等于高温热源的温度；气体在压缩腔中的温度为定值，等于其低温热源的温度；而且认为回热器内的温度沿轴向是呈线性分布的。作为一阶分析方法，尽管其分析精度有所欠缺，但该方法可以对功率输出、能量输入等进行直观的预估，同时能够依据设计工况以及目标参数给出斯特林发动机的结构参数，因此非常适合斯特林发动机的初步设计。