[發明專利]一種相變材料熔化潛熱測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202010619345.0
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111830081B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 楊小虎;林原勝;李少丹;柯志武;趙振興;陳凱;代路;柯漢兵;張克龍;王葦;李勇;李獻領;魏志國;勞星勝;柳勇;黃崇海
• 申請（專利權）人: 武漢第二船舶設計研究所（中國船舶重工集團公司第七一九研究所）
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/04;G01N25/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 沈軍

本發明涉及物性測量技術領域，公開了一種相變材料熔化潛熱測量方法及裝置，其測量方法包括：包括：S1，將加熱棒插裝至密封容器中，加熱棒與密封容器之間的間隙區域填充相變材料；S2，對加熱棒通電，實時采集加熱棒外壁面上的溫度，監測加熱棒的加熱功率，獲取加熱棒外壁面上的熱流密度和相變材料當前的固液界面位置；S3，基于加熱棒的發熱量及相變材料的潛熱與顯熱建立熱平衡方程，獲取相變材料當前的熔化潛熱值；本發明測試結構簡單，成本低廉，可快速地測量相變材料的熔化潛熱值，同時操作便捷，實現了對相變材料進行宏觀的大劑量測量，以獲得相變材料宏觀上的等效熱物性。

技術領域

本發明涉及物性測量技術領域，特別是涉及一種相變材料熔化潛熱測量方法及裝置。

背景技術

相變材料，是指在一定的溫度或溫度范圍內，通過吸收或釋放大量潛熱而發生固液相轉變的一類材料。相變材料可以在恒定的溫度下實現大容量的熱量儲存或釋放，具有儲熱密度大、結構緊湊、傳熱損失小、工作穩定等特點，可有效解決工程實踐中熱能的供給和使用在時間和量級上不匹配的問題。因而，相變材料在太陽能利用、電網削峰填谷、建筑節能、室溫調控、冷鏈物流、航天器熱控和光電器件熱防護等領域具有廣泛應用。

物理化學性質數據的獲取是研究和使用一類材料的基礎，在任何一個成熟的工業應用中，均有一套完備的材料物理化學性質數據庫系統。對于相變材料而言，它主要的相變熱物性數據包括：熔點、熔化潛熱、比熱和熱導率。其中，熔化潛熱是相變材料最重要的熱物性數據。

當前，針對相變材料熔化潛熱的測量，一般采用差分掃描量熱儀(DifferentialScanning Calorimetry，DSC)，但是，這種差分掃描量熱儀結構復雜、成本高，在測量時，為確保測量精度，一般只能使用微量樣品進行測量，具體的測量質量一般是1-30毫克，相應的樣品體積基本維持在立方毫米級別。然而，在實際應用中，相變材料的使用量較大，通常以立方厘米為最小計量單元，有時還可達到立方米級別以上，顯然，差分掃描量熱儀對微量樣品的物性測量結果有時候并不能很好地反映相變材料的宏觀物性特征，特別是對于有各向異性添加物的相變材料，測量結果不準確。

發明內容

本發明實施例提供一種相變材料熔化潛熱測量方法及裝置，用于解決現有測量相變材料熔化潛熱的裝置成本高，無法對相變材料進行宏觀的大劑量測量的問題。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種相變材料熔化潛熱測量方法，包括：S1，將加熱棒插裝至密封容器中，在所述加熱棒與所述密封容器之間的間隙區域填充相變材料；S2，對所述加熱棒通電，實時采集所述加熱棒外壁面上的溫度，監測所述加熱棒的加熱功率，計算所述加熱棒外壁面上的熱流密度，基于所述相變材料熔化的恒熱流邊界條件，并結合所述溫度與所述熱流密度，獲取所述相變材料當前的固液界面位置；S3，基于所述加熱棒的發熱量及所述相變材料的潛熱與顯熱建立熱平衡方程，結合所述熱流密度與所述固液界面位置，獲取所述相變材料當前的熔化潛熱值。

其中，還包括：S4，獲取所述相變材料整個熔化過程中的多個所述熔化潛熱值，以將多個所述熔化潛熱值的平均值作為所述相變材料最終的熔化潛熱值。

其中，S2中所述實時采集所述加熱棒外壁面上的溫度進一步包括：采集所述加熱棒外壁面上的多個位置的溫度，對所采集的多個位置的溫度求取平均值，并將所述平均值作為所述加熱棒外壁面上的溫度。

其中，S2中所述監測所述加熱棒的加熱功率，計算所述加熱棒外壁面上的熱流密度進一步包括：在所述加熱棒與電源構成閉環電路后，采集經過所述閉環電路的電流與施加在所述加熱棒上的電壓，基于所述電流與所述電壓計算所述加熱棒的加熱功率，基于所述加熱功率與所述加熱棒的外壁面的表面積獲取所述熱流密度。

其中，S2進一步包括采用如下公式所示的恒熱流邊界條件，獲取所述相變材料當前的固液界面位置：