1 kW斯特林发电机管式加热器设计

罗新奎，李生华，孔令轩，田集斌，李昊璘，孙述泽，水 龙，许发铎

（兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000）

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斯特林发电机作为一种外部受热式热-电转换装置，具有能源适应性广、效率高、可靠性高、长寿命等优势，发展潜力巨大[1]。斯特林发电机已成功应用于太阳能发电、生物质能发电等领域[2-3]，未来在空间核能热-电转换系统中将发挥重要作用[4-6]。

加热器是斯特林发电机的重要部件，其作用是将外界能量输入发电机，从而维持斯特林循环的热端温度在一定范围内。对于加热器的设计，既要保证其具有足够的换热能力，又要尽可能减小无益容积与换热损失，但二者是互相矛盾的，需根据整机的构型及运行参数进行优化。应用于斯特林发电机的加热器主要有翅片式与管壳式两种形式。通常对于较小功率（百瓦级及以下）的斯特林发电机，在满足设计要求的前提下，多采用加工性与经济性更好的翅片式换热器；而对于较大功率（千瓦级及以上）的斯特林发电机，需选择换热性能更好、无益容积相对较小的管壳式换热器作为加热器。例如，美国MTI公司25 kW（两台12.5 kW对置）斯特林发电机的加热器由1900根外径1.016 mm、壁厚0.75 mm、长59.69 mm的换热管组成[3]；美国Foster Miller公司研制的5 kW斯特林发电机采用了由1 800根外径1.65 mm、壁厚0.38 mm的换热管组成的管式加热器，换热管端面与结构件端面采用电子束焊接方式连接[7]。

本文采用理论计算、数值仿真与试验相结合的方法，期望设计一种能够满足1 kW斯特林发电机应用需求的管式加热器。……