Dynamics of an oscillating Stirling heat pump

In this paper, a promising heat pump based on Stirling technology is examined. Based on the volume variation produced by the oscillating displacement of two pistons, the advantages of this particular system lie in the elimination of a transmission mechanism, as the driving machines are directly coupled to the working pistons, and in the use of environmentally friendly working gases. The system is analysed by coupling the dynamics to an isothermal model of the Stirling cycle. A methodology is proposed to preliminarily size this type of heat pump based on simulations performed on a mathematical model built in MATLAB. The stability of operation is analysed by considering possible changes in working conditions. Actions are proposed to minimize the effect of these changes on the performance of the system

Numerical correlation for the pressure drop in Stirling engine heat exchangers

New correlation equations, to be valid for the pressure drop and heat exchange calculation under the developing transitional reciprocating flow encountered in Stirling heat exchangers are numerically derived. Reynolds-Averaged Navier–Stokes (RANS) equations based turbulence models are used to analyse laminar to turbulent reciprocating flow, focussing on the onset of turbulence and transitional reciprocating flow regime. The relative performance of four turbulence models in more accurately capturing the characteristics of the flow of interest is assessed in relation to overcoming the problems identified in previous numerical studies. The simulation results are compared with published and well-known experimental data for reciprocating pipe flows, indicating that the effects of the turbulence anisotropy need to be taken into account in order to accurately predict the laminar to turbulent transition. The anisotropic Reynolds stress turbulence model is selected as a best choice among the tested turbulence models for analysis of this transitory phenomenon based on the comparative qualitative and quantitative results. This model is used to evaluate the heat transfer and pressure drop and propose new correlations considering the working and dimensional characteristics of Stirling heat exchangers: 100 ≤ Reω ≤ 600, A0 ≤ 600, βcri > 761 and 40 ≤ L/D ≤ 120. These correlation equations reduce the unsteady 2D behaviour in reciprocating pipe flow into a manageable form that can be incorporated into Stirling engine performance codes. It is believed that the validated numerical model can be used with confidence for studying the transitional reciprocating flow and the obtained correlations, can be applied as a cost effective solution for the development of Stirling engine heat exchangers

Dynamics of an oscillating Stirling heat pump

In this paper, a promising heat pump based on Stirling technology is examined. Based on the volume variation produced by the oscillating displacement of two pistons, the advantages of this particular system lie in the elimination of a transmission mechanism, as the driving machines are directly coupled to the working pistons, and in the use of environmentally friendly working gases. The system is analysed by coupling the dynamics to an isothermal model of the Stirling cycle. A methodology is proposed to preliminarily size this type of heat pump based on simulations performed on a mathematical model built in MATLAB. The stability of operation is analysed by considering possible changes in working conditions. Actions are proposed to minimize the effect of these changes on the performance of the system

Análisis del comportamiento a impacto-indentación de materiales poliméricos mediante el método de elementos finitos

El objetivo de este trabajo consiste en predecir la respuesta de materiales poliméricos sometidos a impacto-indentación mediante el programa de elementos finitos Abaqus/Explicit. En primer lugar se ha empleado un modelo de material resultante de un método de caracterización del polipropileno a impacto-tracción propuesto en trabajos previos. De los resultados se deduce que el comportamiento del material es sensible al tipo de solicitación. En consecuencia, se ha caracterizado el polipropileno también bajo impacto-indentación. El módulo de elasticidad se ha obtenido mediante la aplicación de un modelo reológico. El resto de parámetros del modelo se han obtenido mediante diseño de experimentos. Se ha comprobado que las mejores correlaciones se obtienen mediante un modelo que presenta un máximo en la zona de respuesta plástica. Se concluye que para obtener mejores correlaciones es imprescindible emplear un modelo de material que describa su comportamiento en la descarga.Peer Reviewe

Análisis del comportamiento a impacto-indentación de materiales poliméricos mediante el método de elementos finitos

El objetivo de este trabajo consiste en predecir la respuesta de materiales poliméricos sometidos a impacto-indentación mediante el programa de elementos finitos Abaqus/Explicit. En primer lugar se ha empleado un modelo de material resultante de un método de caracterización del polipropileno a impacto-tracción propuesto en trabajos previos. De los resultados se deduce que el comportamiento del material es sensible al tipo de solicitación. En consecuencia, se ha caracterizado el polipropileno también bajo impacto-indentación. El módulo de elasticidad se ha obtenido mediante la aplicación de un modelo reológico. El resto de parámetros del modelo se han obtenido mediante diseño de experimentos. Se ha comprobado que las mejores correlaciones se obtienen mediante un modelo que presenta un máximo en la zona de respuesta plástica. Se concluye que para obtener mejores correlaciones es imprescindible emplear un modelo de material que describa su comportamiento en la descarga.Peer ReviewedPostprint (published version

Análisis del comportamiento a impacto-indentación de materiales poliméricos mediante el método de elementos finitos

El objetivo de este trabajo consiste en predecir la respuesta de materiales poliméricos sometidos a impacto-indentación mediante el programa de elementos finitos Abaqus/Explicit. En primer lugar se ha empleado un modelo de material resultante de un método de caracterización del polipropileno a impacto-tracción propuesto en trabajos previos. De los resultados se deduce que el comportamiento del material es sensible al tipo de solicitación. En consecuencia, se ha caracterizado el polipropileno también bajo impacto-indentación. El módulo de elasticidad se ha obtenido mediante la aplicación de un modelo reológico. El resto de parámetros del modelo se han obtenido mediante diseño de experimentos. Se ha comprobado que las mejores correlaciones se obtienen mediante un modelo que presenta un máximo en la zona de respuesta plástica. Se concluye que para obtener mejores correlaciones es imprescindible emplear un modelo de material que describa su comportamiento en la descarga.Peer Reviewe