[发明专利]一种回热器性能的测试装置

说明书

技术领域

本发明属于回热式发动机及制冷机领域，特别涉及一种用于回热式发动机及制冷机中的回热器性能测试方法与测试装置。

背景技术

回热式热机（包括发动机和制冷机）是一种基于回热式循环的热机。它的种类包括斯特林热机、热声热机、脉管制冷机等多种。回热式热机具有效率高、结构简单、寿命长等优点，被广泛应用于航天、军事、工业等领域。回热器是回热式热机的核心部件，其热功转换特性对热机整机性能起决定性作用。通常，在回热器内部热声效应发生在气固交界面几十微米至上百微米的空间尺度，该空间的大小取决于工作频率、温度及平均压力等运行参数。目前回热式热机中使用的回热器通常由丝网、板叠、纤维毡、球形填料等填充或烧结而成。回热器内固体间隙的空间尺度与上述尺度相当。然而，回热器的整个加工环节多、工艺复杂，即使相同的制作方法也难以确保回热器的性能以及性能的一致性，往往导致多个回热式热机之间整体性能存在较大差异，影响其规模化应用。因此，必须建立回热器的性能的检测方法与装置，以确保回热器的制作质量。

回热器性能精确测试的关键在于其两端的体积流量相位关系必须与回热器在热机整机系统中相一致，只有在这个前提下所获得的回热器性能才能与其在热机中的工作性能相同，测试才具有实际意义。近年来，在学术领域及实验室中关于回热器性能测试的研究陆续出现。  一种典型的回热器性能测试装置如图1所示。它主要包括：直线压缩电机1，谐振管10。在所述的谐振管10内依次布置有主室温端换热器4，回热器5和主换热器6。该装置中，直线压缩电机向系统输入声功、回热器产生泵热，在主换热器产生制冷效应，通过测量制冷量来评价回热器的性能。该装置的缺点是无法直接测量其热功转换特性，并且需要通过调节回热器的在谐振管中的位置来实现回热器所需的工作条件，过程繁琐不便，同时能够调节的体积流量相位范围十分狭窄，无法模拟真实热机系统中回热器的工作状态。图2为另一种典型的回热器性能测试装置，它包括直线压缩电机1，针阀32与气库33组成的调相单元用来消耗回热器出口声功。在直线压缩电机1与针阀32之间依次连接有连接管3、主室温端换热器4、回热器5、主换热器6、热缓冲管7、次室温端换热器8及连接管9。该装置中针阀32提供阻抗，气库33提供容抗，因此调相单元阻抗特性比较单一，无法提供回热器5两端任意的体积流量相位。目前看来，不论在实验室还是工业生产中都没有较为成熟的快捷方便的回热器性能测试方法及测试装置。

发明内容

本发明目的是针对现有回热式热机使用的回热器性能无法真实有效、方便地进行测试等问题，而提供一种回热器性能测试方法及测试装置；该方法及装置可以模拟目前绝大多数回热式热机的工作条件，使得在对回热器进行性能测试时能够脱离原来结构复杂的整机系统，方便快捷地对回热器性能做出测试。此外，本发明也可用于对规模化生产出的回热器的性能一致性进行甄别，从而确保整机性能的一致性。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的回热器性能测试装置，其包括：

直线压缩电机1；所述直线压缩电机由压缩活塞、与压缩活塞相连的压缩电机动子、绕制于压缩电机动子外围的所述压缩电机线圈，及与所述压缩电机线圈电连接的电源组成；

通过第一连接管连接于所述直线压缩电机输出端以及与待测回热器一侧相连的主室温端换热器；

依次连接于待测回热器另一侧的主换热器、热缓冲管、次室温端换热器和第二连接管；其特征在于，还包括：

连接于所述第二连接管的直线膨胀电机；所述直线膨胀电机由膨胀活塞、与所述膨胀活塞相连的膨胀电机动子、绕制于膨胀电机动子外围的膨胀电机线圈及与所述膨胀电机线圈电连接的可调负载电阻组成；所述第二连接管与所述膨胀活塞相连；

直线压缩电机在电源的驱动下往复运行，推动工作气体往复运动向测试装置输入声功，该声功依次经第一连接管和主室温端换热器到传待测回热器，在待测回热器内部工作气体与回热器固体间发生热声效应；当主换热器的温度高于主室温端换热器的温度时，输入声功被放大，最终主换热器中的热量被转换成声功，同时向主室温换热器放热；当主换热器的温度低于主室温端换热器的温度时，输入声功被消耗，最终主换热器中的热量向室温换热器泵送，主换热器温度下降；从待测回热器另一端输出的声功被直线膨胀电机所消耗；通过调节可调负载电阻及直线膨胀电机的动质量，或者通过调节可调负载电阻及直线膨胀电机的等效刚度系数来调节直线膨胀电机的阻抗，从而调节待测回热器两端体积流量间的相位关系，实现该体积流量相位关系下测回热器性能的测试。