[发明专利]一种碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器设计方法

说明书

本发明公开了一种碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器设计方法，包括如下步骤：1）确定斯特林热机主要设计参数的计算；2）吸热器加热管的管数、管长的计算；3）对碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器的加热管的空间位置和形状进行设计。本发明为碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器设计提供了一套实用的计算方法，能够从斯特林热机主要设计参数出发，提供基于基本输入热与最佳长径比的管簇式吸热器加热管管数与管长计算；本发明设计出的管簇式吸热器可靠性高，可维修性好，且能保证加热管簇的换热量能够满足设计要求。

技术领域

本发明属于太阳能斯特林热机吸热器技术领域，具体是涉及一种碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器设计方法。

背景技术

碟式太阳能斯特林热机的热交换器组件性能是保证整机性能的关键。作为光-热能量转换的界面，吸热器性能是反映热交换器组件性能的决定因素之一。与其他用途的吸热器相比，太阳能光热发电用吸热器的技术要求更高，主要体现在太阳能光热发电用吸热器承受的热流密度更大，热流密度分布更不均匀，可靠性与可维修性要求更为严格。由于太阳光与加热管外表面的换热系数较低，为了确保达到一定的换热量，加热管的外表面积应尽量大一些。因此，太阳能斯特林管式吸热器大多采用由许多小口径加热管组成的加热管簇。保证加热管簇的性能是太阳能斯特林管式吸热器设计的关键目标。目前并未形成完整的吸热器设计方法，因此迫切需要一种完整的碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器设计方法，对碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器设计进行指导。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器设计方法，该设计方法设计出的管簇式吸热器具有较高的可靠性，较好的可维修性，且能保证加热管簇的换热量能够满足设计要求。

本发明采用的技术方案是：一种碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器设计方法，包括如下步骤：

1)根据斯特林热机的有效功率P₀，平均循环压力P_m，转速n，工质功率转换系数ζ，斜盘倾角θ，热腔温度T_E，冷腔温度T_C，计算斯特林热机比尔数B_n，气缸直径D_CY，热腔容积V_E，冷腔容积V_C；

2)吸热器加热管的管数、管长的计算；

2.1)首先由热腔容积V_E、冷腔容积V_C计算斯特林热机循环功W_CE，然后计算考虑热损失后的总的基本输入热Q_H；

2.2)根据平均质量流率m_H和单位通流面积工质流量G_H，计算吸热器加热管内工质流场的雷诺数Re_H和努赛尔数Nu_H，进而计算得到对流换热系数h_H；

2.3)依据传热学基本关系或单根热管的吸热量Q′_H的计算公式，并获得总的基本输入热Q_H通过单根热管的吸热量Q′_H和加热管数N_H表达的另一计算公式，再与步骤2.1)得到的总的基本输入热Q_H的公式联立，即可得到加热管管数N_H与管长l_H；

3)对碟式太阳能斯特林热机管簇式吸热器的加热管的空间位置和形状进行设计。