[發明專利]基于熱色液晶的復合相變材料熔化/凝固過程的相界面測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201810664336.6
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108982577B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 范利武;胡楠;李梓瑞;涂敬;朱子欽;邵雪峰;馮飆;鄭夢蓮;俞自濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N25/04
• 分類號: G01N25/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種基于熱色液晶的復合相變材料熔化/凝固過程的相界面測量裝置，其特征在于包括熱端、冷端、測試主體、真空玻璃層（9）和數據采集系統；

所述的熱端包含有產熱元件（1）和與產熱元件（1）匹配的熱端導熱元件（2）；所述的冷端包含有制冷元件（4）和與制冷元件（4）匹配的冷端導熱元件（3）；所述的測試主體包含有蓄熱腔（5）、熱色液晶層（7）和隔離層（8）；所述的數據采集系統包含有檢測熱端和冷端物理量的采集儀器；

所述的蓄熱腔（5）內填充有復合相變材料（6），蓄熱腔（5）左右兩端分別設置有所述的冷端和熱端；蓄熱腔（5）前后兩端分別設有隔離層（8），隔離層（8）外設有熱色液晶層（7）；所述的真空玻璃層（9）環繞測試主體的上、下、前、后四面，并將測試主體封裝在內；

所述的蓄熱腔（5）的上下兩面設有腔壁，所述的腔壁由導熱系數低于0.3W/(m*k)的材料構成，真空玻璃層（9）位于腔壁外圍；

所述的隔離層（8）為網格狀結構，網格為絕熱材料構成，每個網格內填充有導熱系數大于200 W/(m*k)的固體材料，隔離層（8）緊貼于復合相變材料（6）和熱色液晶層（7）之間，將復合相變材料（6）的溫度場傳導至熱色液晶層（7）；

所述的熱色液晶層（7）為網格狀結構，網格大小及分布與所述的隔離層（8）相同，每個網格內填充有熱色液晶微納米顆粒，用于實現可視化測溫及追蹤復合相變材料（6）熔化/凝固相界面的移動。

2.根據權利要求1所述的基于熱色液晶的復合相變材料熔化/凝固過程的相界面測量裝置，其特征在于：

所述的熱端導熱元件（2）直接作為蓄熱腔（5）的熱端側壁，或者所述的熱端導熱元件（2）作為蓄熱腔（5）熱端側壁的一部分，所述的熱端側壁的其余部分為導熱系數低于0.3W/(m*k)材料；

所述的冷端導熱元件（3）直接作為蓄熱腔（5）的冷端側壁；或者所述的冷端導熱元件（3）作為蓄熱腔（5）冷端側壁的一部分，所述的冷端側壁的其余部分為導熱系數低于0.3W/(m*k)材料。

3.根據權利要求1所述的基于熱色液晶的復合相變材料熔化/凝固過程的相界面測量裝置，其特征在于：所述的產熱元件（1）為熱浴或電加熱，所述的制冷元件（4）為冷浴，所述的熱端導熱元件（2）和冷端導熱元件（3）為換熱器。

4.一種權利要求1所述裝置的基于熱色液晶的復合相變材料熔化/凝固過程的相界面可視化測量方法，其特征在于：

測量開始前，運行制冷元件（4）使得冷端導熱元件（3）的溫度降低至復合相變材料（6）凝固點以下，然后將熔化除氣后的液態復合相變材料（6）逐層填充到蓄熱腔（5）中，填充凝固過程保持固態復合相變材料（6）頂部平整，并保證固體復合相變材料（6）的上表面和蓄熱腔（5）頂部之間留有合適的空隙，為復合相變材料（6）的熔化膨脹提供空間；

測量開始，設定好制冷元件（4）和產熱元件（1）以分別維持冷端導熱元件（3）和熱端導熱元件（2）的邊界溫度，使得蓄熱腔（5）內的復合相變材料（6）產生熔化/凝固現象，并通過數據采集系統定時監測熱端導熱元件（2）和冷端導熱元件（3）的物理參數變化情況；

在熔化/凝固過程中，蓄熱腔（5）中復合相變材料（6）的溫度場通過隔離層（8）定向導熱至熱色液晶層（7），熱色液晶層（7）內熱色液晶的分子螺距與溫度有單值對應關系，而不同的分子螺距會選擇反射不同波長的單色光進而顯示不同的顏色，通過定時拍攝記錄熱色液晶層（7）網格內的顏色變化即可反映出復合相變材料（6）的溫度場，從而確定相界面的位置變化。