自由活塞斯特林发动机是斯特林发动机的一种结构形式，它取消了传统的斯特林发动机的曲轴连杆结构，具有结构简单、高可靠性、长寿命、效率高、可利用多种能源等优点。随着当前能源紧缺、环境污染严重等问题日益严重，自由活塞斯特林发动机具有很大的研究意义和应用价值。本文围绕一台100W自由活塞斯特林发动机驱动一直线电机进行了理论分析和实验测试，具体从以下几方面展开:　　 1.运用多种热力循环分析方法针对100W自由活塞斯特林发动机进行了分析和计算。　　 针对100W自由活塞斯特林发动机进行了等温循环分析和绝热循环分析，并根据等温循环与绝热循环提出了用于表达多变循环的混合循环分析法，在此基础上做了分析和计算。对三种循环分析方法做了对比，发现用绝热循环分析法计算得到的循环功最大，等温循环分析法得到的循环功最小，混合循环分析法得到的循环功介于二者之间。运用等温循环分析法得到的膨胀腔和压缩腔内工质温度保持不变，绝热循环和混合循环分析法膨胀腔和压缩腔内工质温度在一定范围内连续变化，而用混合循环法得到的膨胀腔和压缩腔内工质温度变化范围小于绝热循环得到的膨胀腔和压缩腔内工质温度变化范围。　　 2.针对100W自由活塞斯特林发动机进行了动力学建模和计算。　　 将自由活塞斯特林发动机动力学模型简化为两自由度机械振动系统，运用振动系统的旋转矢量法对该模型进行了分析和计算，得出了该自由活塞斯特林发动机在设定的结构参数和运行参数下的矢量图解，发现在设定的结构参数和运行参数下，发动机不能稳定运行，原因在于配气活塞受到的弹簧力过小以及配气活塞受到的来自工作腔气体推动力较小，并针对该问题对配气活塞弹簧刚度和配气活塞杆的杆直径进行了修改，得到了100W自由活塞斯特林发动机在设定的运行参数下的稳定运行的矢量图解。　　 3.100W自由活塞斯特林发动机实验台搭建和性能测试实验　　 针对100W自由活塞斯特林发动机进行了实验台的搭建和性能测试实验，并对该自由活塞斯特林发动机动力活塞和配气活塞的谐振频率及二者之间的动态响应做了测试和分析，发现动力活塞和配气活塞谐振频率存在较大差异，并分析该自由活塞斯特林发动机未稳定运用的原因，为自由活塞斯特林发动机的修改及优化以达到稳定运行的目的提供了依据。　　 4.100W自由活塞斯特林发动机换热器的改进和优化对100W自由活塞斯特林发动机的加热器、回热器、冷却器分别进行了修改和优化。针对该自由活塞斯特林发动机热力学基本设计参数得出加热器所需的热容量、冷却器所需的热容量;同时，根据该自由活塞斯特林发动机热力学基本设计参数，对回热器进行了优化，得到了最佳回热器的长度。　　 5.深入研究自由活塞斯特林发动机间隙密封泄漏特性　　 建立自由活塞斯特林发动机双边运动一维层流模型，结合等温分析法对不同间隙尺寸进行了泄漏率和单循环泄漏量的计算;建立更接近实际的带有进出口的二维间隙流动模型，运用fluent进行了数值仿真计算，得出与一维层流模型很接近的泄漏率。说明了一维层流模型具有较好的计算精度。