一种太阳能斯特林发动机的热头换热性能测试方法：向整个封闭气体管路系统中充入工质气体，由漩涡气泵抽取储气瓶中的工质气体，使工质气体在整个闭式气体循环管路中循环流动；由热电偶测得管路中相应位置工质气体的温度；工质气体进入热头被加热光源进行加热，加热后的工质气体流出热头经过气体冷却器冷却。本发明专利技术还公开了实现上述测试方法的装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及吸收聚光太阳能热量的集热器性能的测试方法及其测试装置，更具体地是涉及一种太阳能斯特林发动机的热头换热性能测试方法及测试装置。
技术介绍
碟式聚光太阳能热发电是一种利用集中的太阳热量进行发电的技术。它具有光电转换效率高、对环境无污染、可应用地形范围广等优点，是面向未来的、绿色的、能够缓解能源危机的一种有效技术途径。碟式聚光太阳能热发电系统的动力转换及输出的核心装置为太阳能斯特林发动机。太阳能斯特林发动机的热头作为一种高温换热器，具有吸收聚光后的太阳能、并且加热内部工质的重要作用，是发动机上至为关键的部件；其换热性能的好坏，在某种意义上决定·了一台太阳能斯特林发动机性能的优良程度。一些碟式聚光太阳能热发电系统的运行数据显示，用于其中的太阳能斯特林发动机的热头目前存在工作寿命短、可靠性不足等问题，而且由于其工作温度范围需要严格受到控制(既要防止其过热而烧坏，又不能温度过低而影响效率)，从而限制了整个系统的光电转换效率。因此，无论在选用材料还是结构设计方面，太阳能斯特林发动机的热头亟待进一步的改进。在改良热头的过程中，最好能使热头独立于斯特林发动机，并针对其工作特点，对其换热性能进行测试研究。将热头独立于斯特林机进行测试的好处在于I、能够避免由于热头性能的不良而使整个斯特林机发挥不出良好的工作性能，节约斯特林发动机研制过程的成本；2、便于热头的优化。然而，将热头从太阳能斯特林发动机中独立出，单独对热头进行热性能测试方法或装置，尚未出现过记载，几乎所有关于太阳能斯特林发动机以及热头性能的测试研究，都是在整机上进行的。因此，一套独立于太阳能斯特林发动机整机、而且能够模拟聚光太阳能加热环境的、简便易行的热头换热性能的测试方法对于太阳能斯特林发动机的研制，具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种太阳能斯特林发动机的热头换热性能的测试方法及其测试装置，使得热头能够独立于斯特林发动机本体，并能在模拟太阳能斯特林发动机工作状况的条件下对其进行换热性能的测试与研究。为实现上述目的，本专利技术提供的太阳能斯特林发动机的热头换热性能测试装置，主要包括一拟测试的热头，热头进口连接至封闭气体管路系统中的气体加热器，热头出口连接至气体管路系统中的气体冷却器；气体加热器通过流量调节阀门和气体流量计连接至漩涡气泵；漩涡气泵连接储气瓶；储气瓶通过循环气阀门连接气体冷却器；热头进口安装有压力表；热头本体置于一加热光源的光路中；热头进口处、热头出口处、气体加热器和流量调节阀门之间、以及气体冷却器与循环气阀门之间分别安装有热电偶。所述的测试装置中，气体冷却器与循环气阀门之间安装有充气/排气阀门。所述的测试装置中，气体流量计的两端各安装有流量调节阀门。 所述的测试装置中，热头本体外面包裹有隔热层。所述的测试装置中，加热光源为含有椭球形反光杯的大功率氙灯。本专利技术提供的利用上述测试装置进行太阳能斯特林发动机的热头换热性能测试方法打开充气/排气阀门向整个封闭气体管路系统中充入工质气体至压力表显示为某一压力值；关闭充气/排气阀门，打开循环气阀门，由漩涡气泵抽取储气瓶中的工质气体，使工质气体在整个封闭气体管路中循环流动；通过流量调节阀门调节进入拟测试的热头的工质气体流量至某一流量值，并由气体加热器和流量调节阀门之间的热电偶测得通过气体流量计后的工质气体温度；工质气体流经气体加热器被加热后进入热头，由热头进口处的热电偶测得进入热头前工质气体的温度；工质气体进入热头被加热光源进行加热，加热后的工质气体流出热头经过气体冷却器冷却，由热头出口处的热电偶测得经热头加热后气体工质的温度，由气体冷却器与循环气阀门之间的热电偶测得被冷却后的工质气体的温度。所述的测试方法中，根据测得的被冷却后的工质气体的温度对气体加热器的功率进行反馈调节。所述的测试方法中，经气体加热器加热后的工质气体温度应处于从斯特林发动机的回热器流出、进入热头前的温度范围内。本专利技术的有益效果是本专利技术利用氙灯模拟聚焦后的真实太阳光，并搭建一套闭式循环工质气体管路，选择恰当的测试参数对热头性能进行评价，由此可以使热头完全脱离太阳能斯特林发动机本体而对其性能进行单独研究；该方法利用较为简便的装置模拟出与真实工况相似的工作环境，达到相似的工作效果，避免了以往研究热头必须在太阳能斯特林发动机整机以及碟式聚光镜上进行测试的一系列繁琐工作，节约了研发过程中的时间和经济成本；使用该方法可以在较短时间内对热头进行拆装，因此应用本专利技术可以方便的对热头性能进行测试，便于在结构、材料方面进行优化和改良工作。附图说明图I是本专利技术的测试装置示意图.图2是拟测试热头的示意图.附图中主要组件符号说明I含有椭球形反光杯的大功率氙灯；2拟测试的热头；3气体冷却器；4充气/排气阀门；5循环气阀门；6储气瓶；7漩涡气泵；8流量调节阀门；9气体流量计；10流量调节阀门；11气体加热器；12压力表；201工质进口 ；202工质出口 ；203热头本体；204隔热层；205采光口 ；A、B、C、D均为热电偶测点。具体实施例方式本专利技术是通过以下技术方案进行实现的采用一个大功率氙灯作为加热光源替代真实的太阳光对拟测试的热头加热，该氙灯安装于一个椭球形的反光杯中。所述的反光杯是在一个椭球形的玻璃表面镀银做成；该反光杯具有两个几何(光学)焦点，大功率氙灯安装在其中一个焦点位置上，于是在该椭球形反光杯的另一个焦点位置附近会形成点聚焦光斑，由此实现对碟式抛物面聚光镜聚集阳光形成的点聚焦太阳光斑的模拟。拟测试的热头安装于该光斑位置附近，即椭球形反光杯的另一个焦点位置附近。 搭建一套包含拟测试的热头、一个储气瓶、一台漩涡气泵(吸吹气泵)、一个气体冷却器、若干个阀门、一个气体流量计、一支压力表以及若干支热电偶在内的闭式循环气体管路。热头的换热性能可以通过有效换热量和换热效率这两个参数进行评价。这两个参数通过利用上述的氙灯和闭式循环气体管路测试热头性能时获得。测试热头性能时，首先向上述闭式循环气体管路中的储气瓶内预充一定量的气体，所使用的气体为斯特林机常用工质(空气、氦气、氢气)的一种；整个封闭管路内达到某一压力值，该压力值对应斯特林机的某一个运行工况的压力，并由压力表显示；充入封闭管路中的气体由一台漩涡气泵驱动；拟测试的热头表面受到上述氙灯聚光加热，于是管路中的气体在流经热头内部时被加热，之后流经气体冷却器被冷却至常温。气体在该闭式管路中不断被加热、冷却，循环流动；由阀门和所述的气体流量计对流经热头内部的气体进行流量监控，由热电偶对热头进出口处的工质气体温度进行测量。假设由气体流量计测得的工质体积流量为V，热头进口处的工质温度为Tin，热头出口处工质的温度为Ttjut,工质的比热为C，对应热头进口处温度压力状态下的工质密度为P，则管路中的气体工质通过热头吸收的有效换热量Q = PVC(Tout-Tin)；假设氙灯发出的热功率为Qtl(该功率与氙灯的额定供电功率具有一定的比例关系，可以获得)，则换热效率n = Q/Q。。下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。如图I所示，将含有椭球形反光杯的大功率氙灯I和拟测试的热头2接入一套封闭的气体管路系统中，该管路采用不锈钢管搭建。压力表12安装在拟测试的热头2的进口位置之前，监测来流工质气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳能斯特林发动机的热头换热性能测试装置，主要包括：一拟测试的热头，热头进口连接至封闭气体管路系统中的气体加热器，热头出口连接至气体管路系统中的气体冷却器；气体加热器通过流量调节阀门和气体流量计连接至漩涡气泵；漩涡气泵连接储气瓶；储气瓶通过循环气阀门连接气体冷却器；热头进口安装有压力表；热头本体置于一加热光源的光路中；热头进口处、热头出口处、气体加热器和流量调节阀门之间、以及气体冷却器与循环气阀门之间分别安装有热电偶。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，桂小红，曹文宇，唐大伟，李兰兰，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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