[發明專利]一種測定相變動力系統體積變化率的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810746647.7
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN109164129B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 王樹新;張宏偉;楊亞楠;王延輝;劉玉紅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N25/04
• 分類號: G01N25/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種測定相變動力系統體積變化率的裝置，其特征在于，包括相變動力系統(3)、相變補液系統(7)和變溫、變壓調控系統，所述相變動力系統(3)由絕熱頂蓋(3-1)、導熱管(3-2)、相變材料(3-3)、絕熱補液柱(3-4)、絕熱底蓋(3-5)和第一連接管(8)組成；所述相變補液系統(7)由激光位移傳感器(7-1)、補液管絕熱頂蓋(7-2)、補液管(7-3)、反光片(7-4)、浮柱(7-5)和液體(14)組成；所述變溫、變壓調控系統由恒溫水槽(1)、第一冷熱交換機(2)、第二冷熱交換機(12)、溫度傳感器(4)、補液恒溫水槽(5)、第二連接管(9)、壓力傳感器(10)和氣泵(11)組成；

所述相變動力系統(3)的導熱管(3-2)放置于恒溫水槽(1)內，導熱管(3-2)的上端由絕熱頂蓋(3-1)密封，底端由絕熱底蓋(3-5)密封，相變材料(3-3)灌裝于相變動力系統(3)內部，所述絕熱補液柱(3-4)固定于相變動力系統(3)中部，絕熱頂蓋(3-1)下方固定有所述溫度傳感器(4)，第一冷熱交換機(2)的水管放置于恒溫水槽(1)內部，所述絕熱補液柱(3-4)為中空圓柱結構并沿軸線分布有直徑為1mm的補液孔；

所述相變補液系統(7)的補液管(7-3)放置于補液恒溫水槽(5)內，補液管(7-3)內設有相變材料，頂部由補液管絕熱頂蓋(7-1)密封，所述浮柱(7-5)放置于補液管(7-3)的內部，浮柱(7-5)上部固定反光片(7-4)，激光位移傳感器(7-1)固定于補液管絕熱頂蓋(7-2)下部，所述壓力傳感器(10)固定于補液管絕熱頂蓋(7-2)并與補液管(7-3)相連通，第二冷熱交換機(12)水管放置于補液恒溫水槽(5)內部；所述浮柱(7-5)中心有通孔，第一連接管(8)能夠通過通孔穿過浮柱(7-5)并到達補液管(7-3)底部，第一連接管(8)將補液管(7-3)內的相變材料引入相變動力系統(3)；

所述恒溫水槽(1)與導熱管(3-2)之間、補液管(7-3)與補液恒溫水槽(5)之間均填充有水(6)；

所述補液系統(7)與相變動力系統(3)之間通過第一連接管(8)相連通，第二連接管(9)的一端通過補液管絕熱頂蓋(7-2)與補液管(7-3)相連通，另一端連接氣泵(11)，補液系統(7)、第一連接管(8)、相變動力系統(3)、第二連接管(9)和氣泵(11)之間形成密閉空間，由壓力傳感器(10)監測補液系統(7)內壓力，通過氣泵(11)調節補液系統(7)內壓力，實現相變過程壓力保持恒定。

2.根據權利要求1所述一種測定相變動力系統體積變化率的裝置，其特征在于，相變動力系統(3)的導熱管為圓柱桶式結構。

3.根據權利要求1所述一種測定相變動力系統體積變化率的裝置，其特征在于，所述激光位移傳感器(7-2)發射光線與反光片(7-4)垂直。

4.根據權利要求1所述一種測定相變動力系統體積變化率的裝置，其特征在于，所述絕熱補液柱(3-4)由絕熱塑料制成。

5.根據權利要求1所述一種測定相變動力系統體積變化率的裝置，其特征在于，浮柱(7-5)與補液管(7-3)的內腔相對應的均設置為階梯圓柱結構，浮柱(7-5)材料密度小于相變材料密度，浮柱(7-5)可漂浮在補液管(7-3)內腔中，隨相變材料的液面升降改變位置。

6.根據權利要求1所述一種測定相變動力系統體積變化率的裝置，其特征在于，相變材料為磷酸鹽、氯化鈉、石蠟、脂肪酸、脂或醇中的任意一種。

7.一種測定相變動力系統體積變化率的方法，基于權利要求1所述測定相變動力系統體積變化率的裝置，其特征在于，包括以下步驟：

S1：對裝入導熱管(3-2)的相變材料體積V₀、補液管(7-3)的管徑d₀進行標定；

S2：通過第一冷熱交換機(2)調節恒溫水槽(1)的溫度為t₁，t₁高于相變材料的凝固溫度，通過第二冷熱交換機(12)調節補液恒溫水槽(5)的溫度為t₁；

S3：打開氣泵(11)，將補液管(7-3)內壓力調整至p₁，使相變材料在p₁壓力下相變；

S4：將導熱管(3-2)放入恒溫水槽(1)中，對相變材料進行加熱，相變材料通過第一連接管(8)導入補液管(7-3)內,浮柱(7-5)隨補液管(7-3)內相變材料液面移動；

S5：激光位移傳感器(7-1)記錄浮柱(7-5)的初始位置為h₀，激光位移傳感器(7-1)采集相變過程中浮柱(7-5)高度變化量Δh；

S6：結合補液管(7-3)管徑d₀、相變材料體積V₀及浮柱(7-5)高度變化量Δh，測定出相變材料在溫度t₁、壓力p₁下的體積變化率