太阳能是一种资源丰富、应用广泛的可再生能源。太阳能热发电是太阳能的主要利用方式之一,其技术类型可分为塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式四种。其种,碟式太阳能热发电系统具有聚光比高、峰值效率高、耗水量少、可用于分+布式发电等优点。碟式太阳能热发电系统热功转换的关键部件是斯特林发动机。斯特林发动机是一种外部加热的回热循环活塞式发动机,具有效率高、污染小、稳定性好、热源适应性广等特点。斯特林循环分析方法主要有一阶、二阶、三阶和四阶分析法。其中,二阶分析法较为成熟,准确度较高,但无法提供循环内部特性。三阶分析法可对循环进行较为全面的分析,但准确度尚未得到验证。本文在440～1396r/min转速范围和1.523～2.848MPa压强范围下,对一台100W β型斯特林发动机进行了实验测试,并用改进Simple模型(ISAM)和Sage模型,建立了该斯特林机的二阶分析模型和三阶分析模型。模型与实验的对比结果表明,ISAM模拟的循环输出功率误差在20%之内,循环效率误差在30%之内,而Sage模拟的循环输出功率误差最高超过50%,循环效率误差最高超过30%,且与实验值相比,Sage模拟的p-V图在图形面积、压比和容积比等方面都有偏差。为提升Sage模型的准确度,本文提出了一套通过将ISAM计算的损失信息提供给Sage,将Sage计算的工质气体温度反馈给ISAM的模型耦合方法,来修正Sage中动力活塞间隙宽度和冷却器气体模块对流换热经验乘数,从而反应循环过程中的泄露损失、气流滞后损失和活塞摩擦损失等功损影响,提高Sage模型的准确度。提升后的Sage模型,循环输出功率误差平均下降32个百分点,循环效率误差平均下降28个百分点,p-V图的图形相似度也平均提高3个百分点。利用提升后的Sage模型分析斯特林循环的内部特性,结果表明回热器是压降、换热量、(?)损最大的部件,回热器压降造成的流阻约占整机的99%;其最大热容量约为加热器吸热量的6倍,冷却器放热量的7倍,循环输出功率的59倍;其(?)损占整机(?)损的75.96%。将斯特林发动机的回热器基体外径、基体长度和丝网尺寸,以及加热器和冷却器的管长和直径作为优化参数,将最大循环输出功率作为优化目标,可将循环输出功率提升65%。进一步提升循环的运行工况,循环输出功率可提升至优化前的3.3倍。