[发明专利]太阳能空气吸热器测控系统及性能、温度预测及保护方法

权利要求书

1.一种太阳能空气吸热器测控系统，其特征在于包括：调频电机、六个热电偶①～⑥、三个压力传感器⑦～⑨、太阳直接辐射与风速测量仪两个空气温度传感器两个模拟量输入模块模拟量输出模块远程接口模块远程通讯接口模块工控机报警器和压力传感器其中热电偶①和②，用于吸热器表面固体骨架温度的检测，均匀布置在吸热器表面的下层；热电偶③和④，用于吸热表面反面固体骨架温度的检测，均匀布置在吸热表面的反面；热电偶⑤和⑥，用于检测空气经吸热器后的温度；压力传感器⑦和⑧，用于检测空气流量孔板前后的压力，用于流量的计算；压力传感器⑨，用于吸风机前负压的测量；太阳直接辐射与风速测量仪用于太阳直接辐射强度以及自然风速的测量；空气温度传感器和用于自然空气温度的测量；模拟量输入模块接收压力传感器⑦～⑨输出的压力信号、调频电机输出的调频输入信号⑩、太阳直接辐射与风速测量仪输出的辐射强度与风速信号、空气温度传感器和输出的温度信号；模拟量输入模块接收热电偶①～⑥和压力传感器输出的温度和压力信号；模拟量输出模块输出调频输出信号至调频电机；远程接口模块将模拟量输入模块输出的测量信号通过远程通讯接口模块传递到地面的工控机并将工控机通过远程通讯接口模块发送的控制信号发送至模拟量输出模块工控机用于集中检测信号、运算、分析以及发出控制信号；报警器用于吸热器超温或者温度变化率超限时报警；压力传感器用于吸热器后压力的测量。

2.一种基于权利要求1所述太阳能空气吸热器测控系统的太阳能空气吸热器性能测试方法，其特征在于包括吸热器效率的测量和吸热器阻力的测量方法，其中吸热器效率测量的方法如下：

在准稳态条件下，测量太阳直接辐射强度、定日镜的效率以及空气耗散系数，通过太阳直接辐射强度、定日镜面积、定日镜效率、1减去空气耗散系数和入射角余弦的乘积计算出投入吸热器的投入辐射总能量，采用测量通过吸热器的流量和空气经过吸热器后的温度以及测量自然空气的温度，通过密度、比热、流量以及吸热器前后的温度差的乘积计算吸热器的有效吸收热量，采用吸热器的有效吸收热量除以吸热器的投入辐射总能量得到吸热器在不同投入吸热器辐射能和空气流速下的效率；

吸热器的阻力测量的方法如下：

使通过设置在吸热器前后的压力传感器检测得到压力信号，通过测得的吸热器前后压力作差得到吸热器的阻力。

3.一种基于权利要求1所述太阳能空气吸热器测控系统的塔式太阳能热发电高温空气碳化硅陶瓷吸热器温度场动态预测方法，其特征在于包括吸热器容积对流换热系数的测量和温度场动态预测方法，容积对流换热系数的测量与温度场预测及吸热器正反面温度场测量耦合进行；其中吸热器容积对流换热系数的测量的方法如下：

在准稳态条件下，改变引风机电机频率调节引风量从而控制通过吸热器空气的流速，测量吸热器表面、反面的固体骨架温度以及空气在通过吸热器前后的温度，采用计算传热学方法和最小二乘法迭代计算容积对流换热系数；

吸热器的非稳态温度场预测的方法如下：采用时间渐进的计算传热学方法计算，设置时间间隔为和在空气流动方向上的网格数，其中吸热面温度及其反面温度采用测试系统动态测试的数据作为初始和边界条件，动态温度场计算后，同时可得到温度变化率的最大值，也同时通过温度变化率与固体骨架的导热系数乘积得到热应力的软参数。

4.一种基于权利要求1所述太阳能空气吸热器测控系统的塔式太阳能热发电高温空气碳化硅陶瓷吸热器防烧毁保护方法，其特征在于采用对吸热器表面的温度、温度变化率以及温度在空气流向的变化率设置限值，即分别设置参数的最大值，如果吸热器表面温度值高于1250℃，而该温度变化率超过50℃/分钟或温度在空气流向的变化率超过200℃/cm则报警，同时通过调频电机控制通过吸热器的空气流量，使吸热器表面温度、温度变化率以及温度在空气流向的变化率在限值以内。