Beta
103759

NUMERICAL ANALYSIS OF TRANSPORT PHENOMENA IN A STIRLING REGENERATOR

Article

Last updated: 22 Jan 2023

Subjects

-

Tags

-

Abstract

In the context of increasing the efficiency of alternative energy sources applications, Stirling engines attracted researchers to study the performance since it is an external heat addition engine that can work with renewable heat resources or with waste heat from plants working with fossil fuels with an efficiency equivalent to Carnot efficiency. Additional advantages exist, such as quiet operation and lower emissions than internal combustion engines. The regenerator is an essential part of Stirling engine as it plays a vital role in its operation especially in the two isochoric heat transfer processes representing a heat barrier and transferring heat to the fluid in the first half of the cycle and transferring heat from the fluid in the second half of the cycle. In the last two decades, the development of CFD methods made it possible to study transport phenomena without the need for costly experimental methods and can give more detailed information about the effects of geometrical parameters than the theoretical or analytical methods. The purpose of this study is to develop a model for an alpha type Stirling engine and using the advantage of geometrical representation in CFD models to study the effect of changing regenerator geometry on engine performance. Validation of the model against results in the literature was performed. Results showed that the dimensionless work parameter was 0.011 for the novel geometry while it was 0.065 for the original regenerator, decreasing the engine speed increased the dimensionless work parameter to 0.018, effects of changing apex angle and wall thickness on the dimensionless parameter were investigated.
 
في سياق زيادة کفاءة تطبيقات مصادر الطاقة البديلة, جذبت محرکات ستيرلنج الباحثين لدراسة آداؤه و ذلک لکونه محرک احتراق خارجي يمکنه العمل مع مصادر حرارة قابلة للتجدد أو مصادر حرارة يتم إهدارها في المصانع التي تستخدم الوقود الحفري و بکفاءة تعادل کفاءة محرک کارنو بالإضافة لمميزات أخرى مثل: التشغيل الهادئ و إنبعاثات أقل من محرکات الاحتراق الداخلي. يعد المسترجع جزءا مهما من محرک ستيرلنج و ذلک لدوره الحيوي في تشغيله ، خاصة في عمليتي نقل الحرارة التي تتم في حيز ثابت حيث يمثل حاجزا حراريا ينقل الحرارة إلى المائع في النصف الأول من الدورة و يأخذ حرارة من المائع في النصف الثاني من الدورة. في العقدين الأخيرين تطورت طرق ديناميکا الموائع الحسابية بشکل ملحوظ حيث أصبحت دراسة ظواهر الانتقال ممکنة و بدون الحاجة لطرق تجريبية مکلفة بالإضافة إلى ميزة إعطاء معلومات إضافية عن تأثير الأشکال الهندسية على الأداء أکثر من الطرق التحليلية و النظرية. الهدف من هذه الدراسة هو تطوير نموذج محاکاة لمحرک ستيرلنج و الاستفادة من ديناميکا الموائع الحسابية في معرفة تأثير تغيير شکل المسترجع الحراري على أداء المحرک. تم إختبار التحقق من صحة نتائج النموذج بمقارنة النتائج مع نتائج دراسات سابقة. أظهرت النتائج أن معامل الشغل الذي ليس له بعد کان 0.011 للشکل الهندسي الجديد للمسترجع بينما کان 0.065 للشکل الأصلي للمسترجع ، کما أظهرت أيضا أن تقليل سرعة المحرک يزيد من هذا المعامل إلى 0.018 ، کما تم دراسة تأثير تغيير زاوية المسترجع و سمک المسترجع على المعامل.

DOI

10.21608/auej.2020.103759

Keywords

Stirling Engine, Stirling Engine Regenerator, CFD, Porous media, and Oscillating flow. محرک ستيرلنج ،مسترجع محرک ستيرلنج ، ديناميکا الموائع الحسابية ، الوسائط المسامية ، والسريان الترددي

Authors

First Name

M

Last Name

Ameen

MiddleName

-

Affiliation

Department of Mechanical power engineering, AinShams University,Cairo, Egypt

Email

mohamed.ameen710@gmail.com

City

-

Orcid

-

First Name

W

Last Name

Aboelsoud

MiddleName

-

Affiliation

Department of Mechanical power engineering, AinShams University,Cairo, Egypt

Email

-

City

-

Orcid

-

First Name

A

Last Name

Hussin

MiddleName

E

Affiliation

Department of Mechanical power engineering, AinShams University,Cairo, Egypt

Email

-

City

-

Orcid

-

First Name

M

Last Name

Kamal

MiddleName

M

Affiliation

Department of Mechanical power engineering, AinShams University,Cairo, Egypt

Email

-

City

-

Orcid

-

Volume

15

Article Issue

56

Related Issue

15702

Issue Date

2020-07-01

Receive Date

2020-07-19

Publish Date

2020-07-01

Page Start

763

Page End

775

Print ISSN

1687-8418

Link

https://jaes.journals.ekb.eg/article_103759.html

Detail API

https://jaes.journals.ekb.eg/service?article_code=103759

Order

11

Type

Original Article

Type Code

706

Publication Type

Journal

Publication Title

Journal of Al-Azhar University Engineering Sector

Publication Link

https://jaes.journals.ekb.eg/

MainTitle

-

Details

Type

Article

Created At

22 Jan 2023