【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于换热器测试，涉及一种斯特林发动机换热器测试装置及其测试方法。
技术介绍
1、斯特林发动机是一种利用热胀冷缩进行工作的外燃机，其中自由活塞斯特林发动机是它重要的一个分支。自由活塞斯特林发动机主要是通过气体工质受温度影响，进而膨胀压缩来推动配气活塞和动力活塞往复运动。它具有可靠性高、寿命长、噪音低等优点。
2、热交换部件作为斯特林发动机的重要组成，对斯特林发动机的功率及效率起到了至关重要的影响。热交换部件主要分为加热器、回热器和冷却器，其中加热器主要负责对工质进行加热，使工质受热膨胀，进而推动活塞运动，高性能的加热器可以使工质更快速升温，提高其做功能力。回热器主要负责对工质周期性地进行蓄热散热，起到了蓄能和节能的作用，高性能的回热器可以极大提高其工质效率，减轻加热器和冷却器的工作压力。冷却器主要负责对工质进行降温，使工质遇冷压缩，进而推动活塞运动，高性能的冷却器可以很快带走工质释放的热量，降低工质温度，提高其做功能力。三者缺一不可，因此，性能良好的热交换部件是设计斯特林发动机的基础。
3、但是热交换部件内部工质流动规律复杂，影响部件性能的因素繁多，高温、高压、高频的工作条件，而且流动方向来回交替，温度、气压难以测量。针对现有自由活塞式斯特林发动机出现的热交换部件性能难以测试的问题，本专利技术提出了一种换热器性能测试设备及测试方法，可以同时测得加热器、回热器和冷却器，以及单向流和振荡流两种工作方式下的性能参数，能够为优化换热器设计，提高斯特林发动机输出功率、做功效率和工作寿命作出保障，具有极好的应
4、传统的换热器性能测试难以模拟实际的工作环境，利用空压机来完成活塞的往复运动，皮带和滚轮的工作形式限制了其频率提高，通常在10hz以内，远低于斯特林发动机的工作频率30-50hz；以及活塞工作温度受空压机整机工作温度影响，大概在100℃，远低于加热器500℃的工作温度，热端工质直接接触活塞会使其工作故障；同时由于没有背压腔作为缓冲，活塞一侧为大气压，两侧压差很小，测试平台压力大概在0.4mpa，远低于斯特林发动机的工作压力2mpa；最后，空压机难以一体化整装，活塞和气缸的密封性难以保障，漏气问题严重。如果单独利用配气活塞驱动，无法改变配气活塞和动力活塞的相位，工质的换热效率以及流阻特性受到极大影响，相位的影响难以观测，无法模拟实际斯特林发动机的工作情况；同时无法完成单向流实验的测量。整机测试非常复杂，装配加工要求非常高，难以实现斯特林的稳定运行，严重影响了实验结果。
技术实现思路
1、为了达到上述目的，本专利技术提供一种斯特林发动机换热器测试装置及其测试方法，解决了现有的换热器性能测试难以模拟实际工作环境、单向流和振荡流难以结合以及整机测试复杂等问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，一种斯特林发动机换热器测试装置，包括：
3、加热系统：用于测试加热器加热性能；
4、回热系统：用于测试回热器蓄热能力和流阻损失；
5、冷却系统：用于测试冷却器冷却性能；
6、振荡流发生系统：用于驱动两个配气活塞按照设定相位运动形成周期性的压力波。
7、进一步地，所述加热系统包括加热腔，所述加热腔顶部的进气口两侧设置有散热片；所述进气口通过顶部螺栓和生料带密封，顶部螺栓上设置有压力传感器；加热腔底部两侧设置有加热器，加热器外侧设置有电加热头，加热棒插入电加热头中；所述加热器位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述加热器两端热设置有温度传感器；所述加热系统位于所述斯特林发动机换热器测试装置最上方。
8、进一步地，所述回热系统包括回热器，所述回热器位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述回热器两端设置有温度传感器，所述回热器两端设置有压力传感器；所述回热系统通过法兰与加热系统的下端连接。
9、进一步地，所述冷却系统包括冷却器，所述冷却器位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述冷却器外侧设置有水冷接头；所述冷却器两端设置有温度传感器；所述冷却系统通过法兰与回热系统的下端连接。
10、进一步地，所述振荡流发生系统包括第二配气活塞，第二配气活塞的活塞杆穿过第一配气活塞后与第二配气活塞动子连接，第二配气活塞动子外侧设置有第二配气活塞定子，第二配气活塞定子外接控制器；所述第一配气活塞底部连有第一配气活塞动子，第一配气活塞动子外侧设置有第一配气活塞定子，第一配气活塞定子外接控制器；所述第一配气活塞定子设置于第二配气活塞定子上方；所述第二配气活塞、第二配气活塞动子、第二配气活塞定子、第一配气活塞、第一配气活塞动子、第一配气活塞定子均位于气缸中；所述气缸底部设置有法兰。
11、本专利技术还提供了一种斯特林发动机换热器测试装置的测试方法，具体步骤如下：
12、去除顶部螺栓、气缸底部法兰、回热系统、冷却系统、第一配气活塞、第一配气活塞动子、第一配气活塞定子；顶部外接进气口通入氦气工质；控制器输出直流激励信号给第二配气活塞定子，将第二配气活塞固定，加热棒对电加热头进行加热，电加热头将热量传递给加热器，工质流经加热器后温度升高由气缸底部流出；通过加热器两端的温度传感器观察加热器的进口和出口温度，根据进出口温度差评测加热器的性能。
13、本专利技术还提供了一种斯特林发动机换热器测试装置的测试方法，具体步骤如下：
14、去除顶部螺栓、气缸底部法兰、第一配气活塞、第一配气活塞动子、第一配气活塞定子；顶部外接进气口通入氦气工质；控制器输出直流激励信号给第二配气活塞定子，将第二配气活塞固定，加热棒对电加热头进行加热，电加热头将热量传递给加热器，氦气工质流经加热器后温度升高，再流入回热器，回热器对氦气工质进行蓄热，流入冷却器，水冷接头内有水循环对冷却器进行降温，氦气工质热量被冷却器带走，工质由气缸底部流出；通过回热器两端的温度传感器观察回热器进口和出口温度，根据进出口温度差评测回热器的性能。
15、本专利技术还提供了一种斯特林发动机换热器测试装置的测试方法，具体步骤如下：
16、去除顶部螺栓、气缸底部法兰、第一配气活塞、第一配气活塞动子、第一配气活塞定子、回热系统；顶部外接进气口通入氦气工质；控制器输出直流激励信号给第二配气活塞定子，将第二配气活塞固定，加热棒对电加热头进行加热，电加热头将热量传递给加热器，工质流经加热器后温度升高，流入冷却器，水冷接头内有水循环对冷却器进行降温，工质热量被冷却器带走，氦气工质由气缸底部流出；通过冷却器两端的温度传感器观察冷却器的进口和出口温度，根据进出口温度差评测冷却器的性能。
17、本专利技术还提供了一种斯特林发动机换热器测试装置的测试方法，具体步骤如下：
18、去除顶部螺栓，从顶部向气缸内部充入高压氦气后装上顶部螺栓；控制器输出交流信号激励第一配气活塞和第二配气活塞运动，通过控制激励信号的相位，来实现第一配气活塞和第二配气活塞相位的任意改变；第一配气活塞和第二配气活塞交错运动，使工质来回流动，从而在上半周期，工质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，所述加热系统包括加热腔，所述加热腔顶部的进气口两侧设置有散热片（1）；所述进气口通过顶部螺栓（9）和生料带密封，顶部螺栓（9）上设置有压力传感器；加热腔底部两侧设置有加热器（2），加热器（2）外侧设置有电加热头（11），加热棒（10）插入电加热头（11）中；所述加热器（2）位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述加热器（2）两端热设置有温度传感器；所述加热系统位于所述斯特林发动机换热器测试装置最上方。
3.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，所述回热系统包括回热器（3），所述回热器（3）位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述回热器（3）两端设置有温度传感器，所述回热器（3）两端设置有压力传感器；所述回热系统通过法兰与加热系统的下端连接。
4.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，所述冷却系统包括冷却器（4），所述冷却器（4）位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述冷却器（4）外侧设置有
5.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，所述振荡流发生系统包括第二配气活塞（12），第二配气活塞（12）的活塞杆穿过第一配气活塞（14）后与第二配气活塞动子（8）连接，第二配气活塞动子（8）外侧设置有第二配气活塞定子（7），第二配气活塞定子（7）外接控制器；所述第一配气活塞（14）底部连有第一配气活塞动子（6），第一配气活塞动子（6）外侧设置有第一配气活塞定子（5），第一配气活塞定子（5）外接控制器；所述第一配气活塞定子（5）设置于第二配气活塞定子（7）上方；所述第二配气活塞（12）、第二配气活塞动子（8）、第二配气活塞定子（7）、第一配气活塞（14）、第一配气活塞动子（6）、第一配气活塞定子（5）均位于气缸中；所述气缸底部设置有法兰。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种斯特林发动机换热器测试装置的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
7.如权利要求1-5任一项所述的一种斯特林发动机换热器测试装置的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
8.如权利要求1-5任一项所述的一种斯特林发动机换热器测试装置的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
9.如权利要求1-5任一项所述的一种斯特林发动机换热器测试装置的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，所述加热系统包括加热腔，所述加热腔顶部的进气口两侧设置有散热片（1）；所述进气口通过顶部螺栓（9）和生料带密封，顶部螺栓（9）上设置有压力传感器；加热腔底部两侧设置有加热器（2），加热器（2）外侧设置有电加热头（11），加热棒（10）插入电加热头（11）中；所述加热器（2）位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述加热器（2）两端热设置有温度传感器；所述加热系统位于所述斯特林发动机换热器测试装置最上方。
3.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，所述回热系统包括回热器（3），所述回热器（3）位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述回热器（3）两端设置有温度传感器，所述回热器（3）两端设置有压力传感器；所述回热系统通过法兰与加热系统的下端连接。
4.根据权利要求1所述的一种斯特林发动机换热器测试装置，其特征在于，所述冷却系统包括冷却器（4），所述冷却器（4）位于振荡流发生系统的气缸两侧；所述冷却器（4）外侧设置有水冷接头（13）；所述冷却器（4）两端设置有温度传感器；所述冷却系统通过法兰与回热系统的下端连接。
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：帅智康，杨炬辉，黄文，冯宇，靳张涛，邢凯，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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