097a

Konstruktor, starając się zbudować silnik Stirlinga o jak najlepszych z punktu widzenia użytkownika wskaźnikach, musi znaleźć rozwiązanie optymalne i określić odpowiadające mu wartości wybranych parametrów. Wchodzi zatem w dziedzinę optymalizacji, która stała się obszarem specjalizacji matematycznej. Dostępna aktualnie teoria optymalizacji dostarcza projektantom narzędzi pozwalających na wyznaczenie zbioru parametrów konstrukcyjnych i roboczych spełniających przyjęte kryterium optymalizacji bez potrzeb wykonania nadmiernej ilości pracy obliczeniowej nie dającej z góry zadowalającego wyniku, lub opierania się na intuicji.

Opis matematyczny zjawisk występujących w silniku Stirlinga jest bardzo złożony, a możliwie dokładne jego rozwiązanie wymaga dużej liczby powtórzeń aproksymacyjnych, co znacznie utrudnia wykorzystanie metod matematycznej optymalizacji, znanych i stosowanych w innych dziedzinach projektowania. Cichy [6] i Heames [121 opracowali podstawy do zastosowania komputerowych metod optymalizacji w projektowaniu silników cieplnych, które są wykorzystywane w pracach projektowych i budowie silników prototypowych. Na rys. 3.18 przedstawiono schemat czynności projektowania z wykorzystaniem komputerowych metod optymalizacji.

Biorąc pod uwagę możliwości obliczeniowe dostępnego sprzętu komputerowego, optymalizację można zrealizować wykorzystując identyfikację silnika Stirlinga wg modelu Schmidta, modelu drugiego rzędu lub skróconego modelu trzeciego rzędu [11, uzupełnionego procedurą wyznaczania strat energii i ciepła, przez ten model nie-uwzględnianych.

Funkcję celu, służącą jako wskaźnik jakości i efektywności optymalizacji, wybiera się ze zbioru obejmującego:

-    maksimum sprawności indykowanej lub ogólnej,

-    maksimum mocy indykowanej lub użytecznej,

-    minimum przyrostu entropii z realizacji procesów wymiany ciepła.

Do zbioru zmiennych decyzyjnych, tzw. parametrów fizycznych lub konstrukcyjnych, zalicza się wybrane wielkości wpływające w określony sposób na funkcję celu w przyjętym modelu-algorytmie obliczeniowym silnika. Parametry fizyczne obejmują: średnie ciśnienie gazu roboczego, częstotliwość pracy silnika, temperaturę w komorze spalania, temperaturę ścianek chłodnicy. Parametry konstrukcyjne silnika obejmują: średnice cylindrów, skok tłoka i wypornika, wymiary elementów mechanizmu roboczego, kąt przesunięcia fazowego ruchu tłoka i wypornika, grubość Iclanek cylindrów. Parametry konstrukcyjne nagrzewnicy i chłodnicy obejmują: długość i średnicę wewnętrzną rurek. Parametry konstrukcyjne regeneratora obejmują: ilość elementów regeneratora, podziałkę i średnicę drutów oraz liczbę siatek w regeneratorze, grubość ścianki korpusu.

101