一种适用于温差发电性能测试的双循环实验平台 技术领域： [0001] 本发明涉及一种适用于温差发电性能测试的双循环实验平台。 背景技术： [0002] 由于能源危机和环境恶化问题，对新型清洁能源进行开发利用，以替代传统化石能源进行发电，已经成为目前重点研究的能源利用方式之一。 [0003] 有机朗肯循环是一种以低沸点有机物为工质的朗肯循环模式，系统主要由蒸发器、冷凝器、透平和工质泵等部件组成；在工作时，工质在蒸发器内由热源加热变成蒸汽，蒸汽驱动透平做功进行发电后变成乏汽，流入冷凝器内，乏汽在冷凝器内与冷源进行热量交换后温度降低，冷凝成液态，然后被工质泵泵送至蒸发器继续循环。 [0004] 针对上述技术的整机系统和关键部件的研究是外海洋热能研究领域的研究重点，然而现有的实验平台具有一定的局限性，不能对换热器等关键部件进行分段精准测试，从而对工质的运行状态和模型描述不够准确，使得到的实验数据不具有参考意义，无法满足实际应用需求。 发明内容： [0005] 本发明实施例提供了一种适用于温差发电性能测试的双循环实验平台，结构设计合理，设置两条循环回路，将整体循环系统测试与关键部件测试集成于一体，能够自各种工况下进行发电模拟实验，根据不同的循环运行方式，对循环设备部件进行相应的性能测试，从而实现对换热器按相态分段进行换热性能测试，保证关键部件的精准测试和工质运行状态的精准描述，可适用于任何工况的冷热源，具有广泛的适用性和实用性，在节省成本的同时，减少了在不同实验条件下运行而导致的误差，满足实际应用需求，解决了现有技术中存在的问题。 [0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是： [0007] 一种适用于温差发电性能测试的双循环实验平台，所述实验平台包括： [0008] 第一循环回路，所述第一循环回路用于测试循环的热电转换性能以及透平发电机的性能； [0009] 第二循环回路，所述第二循环回路用于测试在换热器不同位置的分段换热性能； [0010] 四条并联的通路，包括主路、第一旁路、第二旁路和第三旁路。 [0011] 所述第一循环回路包括透平、蒸发器、冷凝器和工质泵；在第一循环回路运行时，工质在蒸发器中被热源加热至气态，推动透平做功后变成乏气，进入冷凝器中冷凝至液态，然后被工质泵送入蒸发器进行下一轮热电转换循环。 [0012] 所述第二循环回路包括蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀；所述第一循环回路和第二循环回路共用同一套蒸发器和冷凝器；所述压缩机安装在第二旁路上，所述膨胀阀安装在第三旁路上；在第二循环回路运行时，不经过透平和工质泵，将膨胀阀与压缩机作为相应的循环替代设备，工质依次经过蒸发器、第二旁路、冷凝器和第三旁路在蒸发器中吸热蒸发成气态，由压缩机压缩后变为高温高压气态进入冷凝器，在冷凝器中散热冷凝成液态，再经由膨胀阀的节流作用降低压力后再次进入蒸发器吸热蒸发；通过控制换热器的进出口参数来调整工质状态，实现对蒸发器或冷凝器的按相态分段换热性能测试。 [0013] 在透平出口管路上安装有紧急切断阀，所述紧急切断阀用于透平运行过程中发生异常情况下紧急切断。 [0014] 在蒸发器的热源进口管路设置有热源控制阀，在冷凝器的冷源进口管路设置有冷源控制阀，经由阀门开度的变化，可以模拟不同应用场合热源和冷源管道由于不同规格导致的不同阻力。 [0015] 在第一循环回路和第二循环回路上分别设有多个温度传感器、压力传感器和流量计，以对不同位置的工质状态进行监测，动态读取运行数据，作为控制系统的控制策略依据，可以根据工质状态来调整进出口参数。 [0016] 所述第一循环回路运行前，透平进出口管道阀门关闭，工质先后流经工质泵、蒸发器、第一旁路中的旁通阀和冷凝器再回到工质泵，该循环的流量和蒸发器出口、冷凝器进口压力温度参数均稳定后，开启紧急切断阀，然后开启透平供气阀，并逐渐关闭旁通阀，直至透平达到额定输出状态，通过第一回路完成发电循环系统和透平的热电转换性能测试。 [0017] 所述第二循环回路可以实现对蒸发器气液两相态的单独实验测试得到气液两相状态下的参数，进而获取相应的换热系数；所述第一循环回路对含有过冷态、气液两相态和过热态的蒸发器进行测试，得到精确的过冷态参数模型，使蒸发器工质的不同状态测试都能在同一个实验平台上完成。 [0018] 本发明采用上述结构，通过第一循环回路测试循环的热电转换性能以及透平发电机的性能；通过第二循环回路测试在换热器不同位置的分段换热性能；通过控制换热器的进出口参数来调整工质状态，实现对蒸发器或冷凝器的按相态分段换热性能测试；通过冷源控制阀阀门开度的变化来模拟不同应用场合热源和冷源管道由于不同规格导致的不同阻力，通过第一循环回路对含有过冷态、气液两相态和过热态的蒸发器进行测试，得到精确的过冷态参数模型，使蒸发器工质的不同状态测试都能在同一个实验平台上完成，具有简便实用、精准高效的优点。 附图说明： [0019] 图1为本发明的结构示意图。 具体实施方式： [0020] 为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。 [0021] 如图1中所示，一种适用于温差发电性能测试的双循环实验平台，所述实验平台包括： [0022] 第一循环回路，所述第一循环回路用于测试循环的热电转换性能以及透平发电机的性能； [0023] 第二循环回路，所述第二循环回路用于测试在换热器不同位置的分段换热性能； [0024] 四条并联的通路，包括主路、第一旁路、第二旁路和第三旁路。 [0025] 所述第一循环回路包括透平、蒸发器、冷凝器和工质泵；在第一循环回路运行时，工质在蒸发器中被热源加热至气态，推动透平做功后变成乏气，进入冷凝器中冷凝至液态，然后被工质泵送入蒸发器进行下一轮热电转换循环。 [0026] 所述第二循环回路包括蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀；所述第一循环回路和第二循环回路共用同一套蒸发器和冷凝器；所述压缩机安装在第二旁路上，所述膨胀阀安装在第三旁路上；在第二循环回路运行时，不经过透平和工质泵，将膨胀阀与压缩机作为相应的循环替代设备，工质依次经过蒸发器、第二旁路、冷凝器和第三旁路在蒸发器中吸热蒸发成气态，由压缩机压缩后变为高温高压气态进入冷凝器，在冷凝器中散热冷凝成液态，再经由膨胀阀的节流作用降低压力后再次进入蒸发器吸热蒸发；通过控制换热器的进出口参数来调整工质状态，实现对蒸发器或冷凝器的按相态分段换热性能测试。 [0027] 在透平出口管路上安装有紧急切断阀，所述紧急切断阀用于透平运行过程中发生异常情况下紧急切断。 [0028] 在蒸发器的热源进口管路设置有热源控制阀，在冷凝器的冷源进口管路设置有冷源控制阀，经由阀门开度的变化，可以模拟不同应用场合热源和冷源管道由于不同规格导致的不同阻力。 [0029] 在第一循环回路和第二循环回路上分别设有多个温度传感器、压力传感器和流量计，以对不同位置的工质状态进行监测，动态读取运行数据，作为控制系统的控制策略依据，可以根据工质状态来调整进出口参数。 [0030] 所述第一循环回路运行前，透平进出口管道阀门关闭，工质先后流经工质泵、蒸发器、第一旁路中的旁通阀和冷凝器再回到工质泵，该循环的流量和蒸发器出口、冷凝器进口压力温度参数均稳定后，开启紧急切断阀，然后开启透平供气阀，并逐渐关闭旁通阀，直至透平达到额定输出状态，通过第一回路完成发电循环系统和透平的热电转换性能测试。 [0031] 所述第二循环回路可以实现对蒸发器气液两相态的单独实验测试得到气液两相状态下的参数，进而获取相应的换热系数；所述第一循环回路对含有过冷态、气液两相态和过热态的蒸发器进行测试，得到精确的过冷态参数模型，使蒸发器工质的不同状态测试都能在同一个实验平台上完成。 [0032] 本发明实施例中的一种适用于温差发电性能测试的双循环实验平台的工作原理为：设置两条循环回路，采用第一循环回路和第二循环回路相结合的方式，将整体循环系统测试与关键部件测试集成于一体，能够自各种工况下进行发电模拟实验，根据不同的循环运行方式，对循环设备部件进行相应的性能测试，从而实现对换热器按相态分段进行换热性能测试，保证关键部件的精准测试和工质运行状态的精准描述，可适用于任何工况的冷热源，具有广泛的适用性和实用性，在节省成本的同时，减少了在不同实验条件下运行而导致的误差，满足实际应用需求。 [0033] 在整体方案中，主要包括第一循环回路，所述第一循环回路用于测试循环的热电转换性能以及透平发电机的性能；第二循环回路，所述第二循环回路用于测试在换热器不同位置的分段换热性能；四条并联的通路，包括主路、第一旁路、第二旁路和第三旁路。 [0034] 具体的，第一循环回路包括透平、蒸发器、冷凝器和工质泵；在第一循环回路运行时，工质在蒸发器中被热源加热至气态，推动透平做功后变成乏气，进入冷凝器中冷凝至液态，然后被工质泵送入蒸发器进行下一轮热电转换循环。 [0035] 在第一循环回路中，蒸发器将工质由液态加热为饱和气态，冷凝器将乏气冷凝至液态，工质泵用于对冷凝器出口的工质进行提压，泵送工质。 [0036] 第二循环回路包括蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀；所述第一循环回路和第二循环回路共用同一套蒸发器和冷凝器；所述压缩机安装在第二旁路上，所述膨胀阀安装在第三旁路上；在第二循环回路运行时，不经过透平和工质泵，将膨胀阀与压缩机作为相应的循环替代设备，工质依次经过蒸发器、第二旁路、冷凝器和第三旁路在蒸发器中吸热蒸发成气态，由压缩机压缩后变为高温高压气态进入冷凝器，在冷凝器中散热冷凝成液态，再经由膨胀阀的节流作用降低压力后再次进入蒸发器吸热蒸发；通过控制换热器的进出口参数来调整工质状态，实现对蒸发器或冷凝器的按相态分段换热性能测试。 [0037] 本申请主要可以通过工质在系统中循环完成常规的发电循环测试，记录换热器、工质泵、透平发电机等运行情况并收集实验数据；还可以通过调节温度，改变循环中进出换热器的工质状态。 [0038] 进一步的，在第一循环回路中，通过热电循环实现发电测试，可以按照0RC循环过程完成；在这个过程中，采集透平发电机等设备输出结果，并进行实验平台发电功能测试。 [0039] 控制蒸发器出口为饱和气态时，测得液态段和气液两相段的换热模型，结合实验数据分析得到过冷液态换热模型；控制蒸发器出口为过热态时，测得液态段、气液两相段和过热段的共同的换热模型。 [0040] 本申请通过两个循环回路可以更加精确计算出工质在换热器内的状态以及相应的换热系数，进而评估具体换热效果。 [0041] 实际使用时，在第二循环回路中，由于压力降低而蒸发，同时吸收环境中热量，此时控制蒸发器出口为饱和气态，则可以得到工质为气液两相态的参数以及蒸发温度。 [0042] 根据能量守恒，内外换热量相等，即 [0043] mwcp(Twi‑Twa)＝mr(ig‑ir) [0044] 由换热公式得到： [0045] Qe＝UeAΔTm [0046] 其中，U。为蒸发段的换热系数，与对流传热系数h、壁面厚度L、工质导热系数λ有关，即 [0047] [0048] 除了λ以外，其他参数可以统一用c来表示，即 [0049] U＝cλ [0050] 在第一循环回路中，控制蒸发器出口为饱和气态，即过热度为0时，出口气体没有达到过热态，可以得到工质位于液态段、气液两相段的相应参数。 [0051] 根据能量守恒，内外换热量相等，即 [0052] Qsc+Qe＝mwcp(Twi‑Two) [0053] Qe＝mr(ig‑ir) [0054] Asc+Ae＝Atotol [0055] 结合上述计算公式，分析计算出液态段的换热模型，查到工质导热系数，可以求得换热系数。 [0056] 优选的，在透平出口管路上安装有紧急切断阀，所述紧急切断阀用于透平运行过程中发生异常情况下紧急切断；如果该阀门安装在透平进口，紧急切断时，阀门至透平进口管路中的工质会被透平迅速抽干，形成负压，导致工质在透平内发生回流冲击。 [0057] 优选的，在蒸发器的热源进口管路设置有热源控制阀，在冷凝器的冷源进口管路设置有冷源控制阀，经由阀门开度的变化，可以模拟不同应用场合热源和冷源管道由于不同规格导致的不同阻力。 [0058] 特别说明的是，在第一循环回路和第二循环回路上分别设有多个温度传感器、压力传感器和流量计，以对不同位置的工质状态进行监测，动态读取运行数据，作为控制系统的控制策略依据，可以根据工质状态来调整进出口参数，以保证测试结果更为精准。 [0059] 综上所述，本发明实施例中的一种适用于温差发电性能测试的双循环实验平台设置两条循环回路，采用第一循环回路和第二循环回路相结合的方式，将整体循环系统测试与关键部件测试集成于一体，能够自各种工况下进行发电模拟实验，根据不同的循环运行方式，对循环设备部件进行相应的性能测试，从而实现对换热器按相态分段进行换热性能测试，保证关键部件的精准测试和工质运行状态的精准描述，可适用于任何工况的冷热源，具有广泛的适用性和实用性，在节省成本的同时，减少了在不同实验条件下运行而导致的误差，满足实际应用需求。 [0060] 上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。 [0061] 本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。