Столяров Сергей Павлович - кандидат технических наук, доцент
190121, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3
Stolyarov, Sergey P. - PhD in Technical Sciences, Associate Professor
3, Lotsmanskaya Str., St. Petersburg, 190121
Йе Маунг - аспирант кафедры судовых ДВС и дизельных установок
190121, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3
Ye Maung - Postgraduate student of the Department of Marine Internal Combustion Engines and Diesel Propulsion Systems
3, Lotsmanskaya Str., St. Petersburg, 190121
В статье представлена разработка программного комплекса BS‑STIRLING 5.0, предназначенного для вычислительного моделирования рабочих процессов в двигателях Стирлинга. Новая версия, выполненная на основе методологической базы BS-STIRLING 4.2, включает ряд существенных усовершенствований, направленных на повышение физической детализации и точности расчетов при сохранении высокой вычислительной эффективности, характерной для методик второго уровня. Ключевым нововведением является переход от функциональной схемы представления двигателя к дискретизации внутреннего контура на 44 расчетных объема, что позволяет анализировать локальные термодинамические, гидродинамические и теплопередающие процессы в течение рабочего цикла. Дополнительные улучшения включают глобально связанную итерационную схему, явное моделирование теплообмена в цилиндрах, обновленные корреляции для колебательных потоков при низких числах Рейнольдса, модель теплопередачи с учетом температурных градиентов стенок, а также введение двух новых входных параметров: температуры регулирования по адиабате в горячем и холодном цилиндрах. Эти изменения существенно повышают точность расчета индикаторных диаграмм, тепловых потерь и эффективных параметров цикла. Валидация на экспериментальных данных 29 двигателей Стирлинга различных типов показала, что расхождение между расчетными и экспериментальными значениями эффективной мощности и КПД не превышает 5 %. Средняя ошибка в прогнозировании мощности снижена с 5,2 % до 4,9 %, а ошибка по КПД — с 13,6 % до 4,1 % по сравнению с версией 4.2. Программный комплекс обладает удобным графическим интерфейсом, низким временем расчета и широкими возможностями визуализации, что делает BS-STIRLING 5.0 эффективным инструментом для инженерных расчетов, научных исследований и образовательных целей.
The article presents the development of the BS-STIRLING 5.0 software package designed for computational modelling of operating processes in Stirling engines. The new version, developed on the basis of the methodological framework of BS-STIRLING 4.2, includes a number of significant improvements aimed at increasing physical detail and calculation accuracy while maintaining the high computational efficiency typical of second-order methods. The key innovation is the transition from a functional diagram representation of the engine to discretisation of the internal circuit into 44 control volumes, which makes it possible to analyse local thermodynamic, hydrodynamic, and heat-transfer processes during the operating cycle. Additional improvements include a globally coupled iterative scheme, explicit modelling of heat transfer in the cylinders, updated correlations for oscillatory flows at low Reynolds numbers, a heat-transfer model taking into account wall temperature gradients, and the introduction of two new input parameters: adiabatic control temperatures in the hot and cold cylinders. These changes significantly improve the accuracy of calculating indicator diagrams, heat losses, and effective cycle parameters. Validation against experimental data from 29 Stirling engines of various types showed that the discrepancy between calculated and experimental values of effective power and efficiency does not exceed 5 %. Compared with version 4.2, the average error in power prediction was reduced from 5.2 % to 4.9 %, while the efficiency error decreased from 13.6 % to 4.1 %. The software package has a user-friendly graphical interface, short calculation time, and extensive visualisation capabilities, which makes BS-STIRLING 5.0 an effective tool for engineering calculations, scientific research, and educational purposes.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.