本發(fā)明涉及固體顆粒吸熱性能測試,具體地指一種堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置。
背景技術:
1、太陽能具有清潔綠色且分布廣泛的優(yōu)點。太陽能直接光熱轉化利用,因可以搭配儲能系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定出力、參與電網調峰而受到了越來越多的關注。然而,以熔融鹽為傳熱介質的太陽能熱發(fā)電技術發(fā)電成本仍然很高。開發(fā)新一代固體顆粒光熱轉換材料,提升太陽能光熱發(fā)電設備的吸熱能力、運行溫度,從而降低發(fā)電成本,是太陽能熱發(fā)電技術的重要發(fā)展方向。
2、對固體顆粒性能的準確評估是高性能固體顆粒光熱轉換材料研發(fā)過程中至關重要的環(huán)節(jié)。其中,對固體顆粒吸熱性能的評價需要用到固體顆粒吸熱器,然而,現(xiàn)階段的固體顆粒吸熱器設計都面向工程實際應用而非實驗測試,并且有固體顆粒流速、流量不可控的缺點。如專利cn115930467a公開了一種變受光面積的幕簾式顆粒吸熱器,利用重力使顆粒自由下落形成幕簾,但由于顆粒自由下落速度過快導致輻照時間極短,顆粒升溫幅度較小,吸熱效果較差。另外專利cn110057119a也公開了一種顆粒吸熱裝置及其吸熱器,利用鼓風機從下往上吹掃增加了顆粒的輻照停留時間,但缺點是鼓風機的吹掃會帶走顆粒熱量造成損失,同時降低顆粒的溫升幅度。
3、因此,目前缺少一種可以對固體顆粒吸熱能力展開測試,顆粒流速連續(xù)可控,顆粒能夠循環(huán)加熱,進料溫度可控,能夠準確評估顆粒吸熱性能的一種固體顆粒吸熱性能測試裝置及方法。
技術實現(xiàn)思路
1、為克服上述技術的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,為顆粒吸熱性能的評估提供一種測試裝置和方法。
2、為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術方案如下:
3、一種堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,包括依次連接的進料漏斗、滑道、接收器、豎向顆粒通道、橫向顆粒通道,且橫向顆粒通道遠離豎向顆粒通道的一端與所述進料漏斗的入口端連接;還包括光源,設置在滑道上方,用于為滑道內部的顆粒提供模擬聚光太陽輻照;還包括布置于滑道起點的第一溫度傳感器、布置于滑道終點的第三溫度傳感器;所述滑道上與所述進料漏斗連接的一端設置有控制滑道開口大小的閘閥;所述豎向顆粒通道的兩端分別設置有第一螺桿和第二螺桿;所述閘閥、第一螺桿和第二螺桿為自動化機構;所述進料漏斗的外側設置有加熱器;所述滑道的外側設置有保溫裝置。
4、優(yōu)選地,所述滑道的中點設置有第二溫度傳感器。
5、優(yōu)選地,所述進料漏斗、豎向顆粒通道和橫向顆粒通道的外側也設置有保溫裝置。
6、優(yōu)選地,所述保溫裝置為由保溫材料制備的包裹層。
7、優(yōu)選地,所述進料漏斗內部設置有攪拌裝置。
8、優(yōu)選地,所述滑道為管狀通道,所述滑道上與光源相對的一面設置有開口,所述開口處覆蓋有透光板。
9、優(yōu)選地,所述閘閥連接有電機,用于控制顆粒流經滑道截面大小和流動層厚度。
10、本發(fā)明還提供了一種堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試方法,通過上述堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置實現(xiàn),包括以下步驟:
11、1)打開閘閥使顆粒流出,顆粒在接收器中形成堆積態(tài),待顆粒流動完全停止;
12、2)打開第一螺桿和第二螺桿,將接收器中的顆粒傳輸至豎向顆粒通道、橫向顆粒通道,待顆粒在所述堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置中形成循環(huán)并且流動狀態(tài)穩(wěn)定后,打開光源并記錄入射光強p;
13、3)記錄進料漏斗和滑道起點、中點、終點的溫度示數(shù)t0、t1、t2、t3;
14、4)對所述溫度示數(shù)進行長時間記錄,記錄的起始時間點標記為t1,結束時間點標記為t2;
15、5)測試完成后,關閉閘閥、第一螺桿、第二螺桿、光源,通過計算獲得固體顆粒吸熱、換熱效率。
16、優(yōu)選地,所述顆粒的吸熱效率由下式計算獲得:
17、
18、其中,η1為顆粒吸熱效率;cp為顆粒比熱容;t3為顆粒吸熱后溫度值;t1為顆粒吸熱前溫度值;p為入射光強;s為有效輻照面積;m為t1到t2時間內經由第一螺桿輸送的顆粒累計總質量。
19、優(yōu)選地,所述顆粒的換熱效率由下式計算獲得:
20、
21、其中,η2為顆粒換熱效率;cp為顆粒比熱容;t3為顆粒吸熱后、換熱前溫度值;t0為顆粒換熱后、吸熱前溫度值。
22、優(yōu)選地,所述顆粒與所述堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置組成的整體系統(tǒng)能量轉換效率由下式計算獲得:
23、
24、其中,η為整體系統(tǒng)能量轉換效率;cp為顆粒比熱容;t3為顆粒吸熱后、換熱前溫度值;t0為顆粒換熱后、吸熱前溫度值,p代表入射光強;s為有效輻照面積;m為t1到t2時間內經由第一螺桿輸送的顆粒累計總質量。
25、相比于現(xiàn)有技術,本發(fā)明的有益效果為:
26、本發(fā)明提供的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,通過進料漏斗、滑道、閘閥及螺桿的配合,可實現(xiàn)顆粒流速連續(xù)可控,受光流動層厚度可控,顆粒能夠循環(huán)加熱,進料溫度均勻可控。本發(fā)明所提供的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱性能測試方法,提供了固體顆粒吸熱、換熱能力的具體計算公式,能夠準確評估固體顆粒在不同初溫下的吸熱、換熱能力,有利于對固體顆粒研究和固體顆粒吸熱器的研究。
1.一種堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,其特征在于:包括依次連接的進料漏斗(1)、滑道(4)、接收器(6)、豎向顆粒通道(8)、橫向顆粒通道(10),且橫向顆粒通道(10)遠離豎向顆粒通道(8)的一端與所述進料漏斗(1)的入口端連接;還包括光源(11),設置在滑道(4)上方,用于為滑道(4)內部的顆粒提供模擬聚光太陽輻照;還包括布置于滑道(4)起點的第一溫度傳感器(12)、布置于滑道(4)終點的第三溫度傳感器(14);所述滑道(4)上與所述進料漏斗(1)連接的一端設置有控制滑道(4)開口大小的閘閥(3);所述豎向顆粒通道(8)的兩端分別設置有第一螺桿(7)和第二螺桿(9);所述閘閥(3)、第一螺桿(7)和第二螺桿(9)為自動化機構;所述進料漏斗(1)的外側設置有加熱器(2);所述滑道(4)的外側設置有保溫裝置(5)。
2.根據(jù)權利要求1所述的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,其特征在于:所述滑道(4)的中點設置有第二溫度傳感器(13)。
3.根據(jù)權利要求1所述的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,其特征在于:所述進料漏斗(1)、豎向顆粒通道(8)和橫向顆粒通道(10)的外側也設置有保溫裝置(5)。
4.根據(jù)權利要求1所述的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,其特征在于:所述進料漏斗(1)內部設置有攪拌裝置。
5.根據(jù)權利要求1所述的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,其特征在于:所述滑道(4)為管狀通道,所述滑道(4)上與光源(11)相對的一面設置有開口,所述開口處覆蓋有透光板。
6.根據(jù)權利要求1~5任意一項所述的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置,其特征在于:所述閘閥(3)連接有電機,用于控制顆粒流經滑道(4)截面大小和流動層厚度。
7.一種堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試方法,其特征在于:通過權利要求1~6任意一項所述堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置實現(xiàn),包括以下步驟:
8.根據(jù)權利要求7所述的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試方法,其特征在于:所述顆粒的吸熱效率由下式計算獲得:
9.根據(jù)權利要求7所述的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試方法,其特征在于:所述顆粒的換熱效率由下式計算獲得:
10.根據(jù)權利要求7~9任意一項所述的堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試方法,其特征在于:所述顆粒與所述堆積式太陽能熱發(fā)電固體顆粒吸熱、換熱性能測試裝置組成的整體系統(tǒng)能量轉換效率由下式計算獲得: