تحلیل حساسیت برای توابع هدف توان بازده‏ اتلاف حرارتی و هزینه‌ سیال عامل بر مبنای متغیرهای ورودی در ‏موتور استرلینگ

موتور استرلینگ یک موتور برونسوز است که کار مکانیکی را به برق تبدیل می‌کند. موتور استرلینگ برای کار کردن نیاز به سیال عامل دارد و معمولاً از هوا هلیوم هیدروژن نیتروژن و غیره استفاده می‌شود. در میان سیال عامل‌های نام برده شده فقط هوا رایگان است اما متاسفانه نسبت به سیال عامل‌های دیگر توان و بازدهی ضعیف‌تری دارد پیش‌بینی می‌شود با ترکیب دو سیال عامل مانند هوا و هلیوم بتوان با هزینه کمتر توان و بازدهی مورد نظر دریافت کرد. اما برای بررسی این موضوع نیاز است تا به تحلیل حساسیت متغیرهای مختلف ورودی بر روی متغیرهای خروجی پرداخته شود. از این‌رو در این مطالعه به بررسی مدل ترمودینامیک غیرایده‌ال پرداخته است و نتایج الگوی ارائه شده با آزمایش تجربی صحه‌‏گذاری می‌شود. سپس با کمک نرم ‌افزار دیزاین اکسپرت 1260 آزمون طراحی شده و درنهایت تاثیر تغییرات متغیرهای ورودی مانند سرعت فشار تزریق گاز دما و درصد هلیوم بر روی متغیرهای خروجی مانند توان بازدهی اتلاف حرارتی و هزینه بررسی شد. در ادامه مشخص شد هزینه فقط تابعی از فشار تزریق گاز و مقدار درصد ترکیب سیال‌ها است. همچنین نتایج نشان دادند که با افزایش دما فشار سرعت و درصد هلیم توان بترتیب 189 درصد 178 درصد 82 درصد و 54 درصد افزایش می‌یابد. با افزایش دما سرعت و فشار بازدهی بترتیب 42 درصد افزایش 23 درصد کاهش و 17 درصد کاهش می‌یابد. با افزایش دما سرعت و فشار اتلاف حرارتی بترتیب 85 درصد 71 درصد و 357 درصد افزایش داشت.

sensitivity analysis for objectives of power, efficiency, heat loss, and working fluid cost based on input parameters in the stirling engine

the stirling engine is a combustion engine that converts mechanical work into electricity. stirling engine needs a working fluid to work and usually, air, helium, hydrogen, nitrogen, etc. are used. among the mentioned operating fluids, only air is free, but unfortunately, it has lower power and efficiency compared to other working fluids. it is expected that the desired power and efficiency can be obtained at a lower cost by combining two working fluids such as air and helium. however, to check this issue, it is needed to analyze the sensitivity of different input parameters on the outputs. therefore, in this study, the non-ideal thermodynamic model was investigated, and the results of the presented model were validated by experiments, and then with the help of design expert software, 1260 designs were considered. finally, the effect of changes in input parameters such as the speed, gas injection pressure, temperature, and helium percentage on outputs such as power, efficiency, heat loss, and cost were investigated. it was found that the cost was only a function of the gas injection pressure and the percentage of the fluid composition. moreover, the results showed that with the increase of the temperature, pressure, speed, and percentage of helium, the power increased by 189%, 178%, 82%, and 54%, respectively. with increasing the temperature, speed, and pressure, efficiency increased by 42%, decreased by 23%, and decreased by 17%, respectively. with the increase in the temperature, speed, and pressure, the heat loss increased by 85%, 71%, and 357%, respectively.