Original title: Výpočet oběhu Stirlingova motoru pro měsíční aplikaci
Translated title: Calculation of Stirling engine cycle for lunar application
Authors: Votava, Vojtěch ; Pospíšil, Jiří (referee) ; Škorpík, Jiří (advisor)
Document type: Bachelor's theses
Year: 2026
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Tato bakalářská práce se zabývá využitím Stirlingova motoru ve vesmírných aplikacích, konkrétně návrhem systému přeměny energie pro lunární jaderný reaktor v reakci na výběrové řízení NASA. V teoretické části jsou popsány existující analytické metody výpočtu oběhu. Pro samotný návrh je převzat pokročilý polytropický model, který je v práci matematicky modifikován pro motory s volným pístem (free-piston) typu beta. Získaný matematický aparát byl algoritmizován ve výpočetním prostředí MATLAB a následně implementován i do podoby interaktivní webové aplikace. Na základě tohoto modelu byla navržena geometrie motoru splňující zadané výkonové požadavky. Navržený koncept byl následně podroben komplexní CFD simulaci v softwaru Ansys Fluent. Propojení analytického modelu s numerickými daty umožnilo detailně zmapovat reálné teplotní a tlakové pole uvnitř motoru během cyklu, vnitřní termodynamické ztráty motoru a odvodit nové, přesnější analytické vztahy pro tepelnou bilanci regenerátoru. This bachelor’s thesis deals with the application of the Stirling engine in space technology, specifically designing a power conversion system for a lunar nuclear reactor in response to a NASA tender. The theoretical part describes existing analytical calculation methods of the cycle. For the design itself, an advanced polytropic model is adopted and mathematically modified for a beta-type free-piston engine. The resulting mathematical apparatus was algorithmized in the MATLAB computing environment and subsequently implemented into an interactive web application. Based on this model, an engine geometry meeting the specified power requirements was designed. The proposed concept was subsequently subjected to a complex CFD simulation in Ansys Fluent software. Combining the analytical model with numerical data enabled a detailed mapping of the real temperature and pressure fields inside the engine during the cycle, the engine's internal thermodynamic losses, and the derivation of new, more accurate analytical equations for the regenerator heat balance.
Keywords: analytical calculation methods; beta-type free-piston modification; CFD simulation; lunar nuclear power plant; MATLAB; NASA; polytropic model; regenerated heat.; Schmidt idealization; Stirling engine; temperature and pressure fields; thermal balance; web application; analytické výpočtové metody; beta modifikace s volnými písty; CFD simulace; MATLAB; měsíční jaderná elektrárna; NASA; polytropický model; regenerované teplo.; Schmidtova idealizace; Stirlingův motor; tepelná bilance; teplotní a tlakové pole; webová aplikace

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/259498

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-775993


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Bachelor's theses