一种相变材料固液两相导热系数的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种相变材料固液两相导热系数的测量方法，包括以下步骤：S1：多次逐层向相变室内填充相变材料；S2：使相变材料冷却到初始温度；S3：对相变材料进行单侧加热；S4：在一次加热过程中，测量多组与时间t

【技术实现步骤摘要】
一种相变材料固液两相导热系数的测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及相变材料
，具体涉及一种相变材料固液两相导热系数的测量方法及装置。

技术介绍

[0002]固液相变材料在吸收热量的同时能够保持温度不变，在储能和散热领域使用广泛，而相变材料的导热系数是实际应用所需的关键参数。现有技术中对相变材料导热系数的测量方法进行过许多研究，例如Zhou等就曾利用拉普拉斯变换建立了相变界面位置与液相导热系数的关系，并实现了导热系数的测量。但由于其使用单区域相变模型，因此只能在熔化过程中单独测量液相的导热系数。现有的基于拉普拉斯变换所建立的测量方法，还无法对相变材料固液两相导热系数同步测量。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种相变材料固液两相导热系数的测量方法，以解决现有的基于拉普拉斯变换所建立的测量方法，无法对相变材料固液两相导热系数同步测量的问题。
[0004]本专利技术的另一个目的在于提供一种相变材料固液两相导热系数的测量装置。
[0005]本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：
[0006]本专利技术提供一种相变材料固液两相导热系数的测量方法，包括以下步骤：
[0007]S1：多次逐层向相变室内填充相变材料；
[0008]S2：使相变材料冷却到初始温度；
[0009]S3：对相变材料进行单侧加热；
[0010]S4：在一次加热过程中，测量多组与时间t
m
变化相对应的温度值T
m
、T
n
、相变界面位置x
m
、边界扰动厚度x
L
值，将多组上述数值分别带入如下公式：
[0011][0012]式中，k
s
与k
l
分别为固、液两相导热系数；T0为初始温度；T
m
为相变温度；T
n
为加热温度；t
m
为测量时间；ρ为液相密度；L为相变潜热；x
m
为相变界面位置；x
L
为边界扰动影响厚度；X
*m
＝x
m
/x
L
；最后利用非线性拟合寻找最优参数的方法解得k
s
与k
l
的值，即得到固、液两相导热系数取值。
[0013]式中T0与T
n
为测量设定值，ρ、L、T
m
为材料本身物性，在距离测量开始t
m
时检测到x
L
处热电偶处发生温度变化，测量此时相变界面位置x
m
，即可得到用于计算k
s
与k
l
所需数据。
[0014]进一步，在所述步骤S1中，所述相变室包括采用聚甲基丙烯酸甲酯制作的容腔主体和紫铜片，所述容腔主体顶部用紫铜片密封，所述容腔主体底部开设有用于注入相变材料的填料孔。
[0015]进一步，在所述步骤S2中，将相变室放置在恒温冷却水浴箱中，从而使相变材料均
匀冷却。
[0016]进一步，在所述步骤S3中，使加热装置达到目标温度后，将相变室放置在保温装置中，再将加热装置设置在相变室上侧，从而对相变材料进行单侧加热。
[0017]进一步，所述保温装置采用聚苯乙烯挤塑板制作。
[0018]进一步，所述加热装置包括具有加热面的加热器，当加热器到达设定温度后，将加热面与相变室顶部的紫铜片贴合安装。
[0019]进一步，在加热面与紫铜片贴合处涂抹有硅脂油。
[0020]进一步，在所述步骤S4中，采用多个热电偶测量相变室不同位置内的温度值，各热电偶在相变室中从上往下间隔排布。
[0021]进一步，热电偶排布的间距从上往下逐渐增大。
[0022]进一步，在所述步骤S4中，相变界面位置x
m
通过直接观察测量得到，边界扰动厚度x
L
通过不同位置热电偶的测量温度变化得到。
[0023]本专利技术还提供一种相变材料固液两相导热系数的测量装置，包括：
[0024]相变室，用于放置待测相变材料；
[0025]温度控制系统，用于调节相变室的温度；
[0026]数据采集系统，用于采集相变室的温度信息；
[0027]所述相变室包括采用聚甲基丙烯酸甲酯制作的容腔主体和紫铜片，所述容腔主体顶部用紫铜片密封，所述容腔主体底部开设有用于注入相变材料的填料孔，所述相变室设有由上至下间隔逐渐增加的多个热电偶插入孔；
[0028]所述温度控制系统包括恒温冷却水浴箱和加热装置，所述恒温冷却水浴箱内盛放有恒温水，所述加热装置包括通过管路依次连通的加热器、加热水箱和水泵；
[0029]所述数据采集系统包括依次电连接的热电偶、数据采集仪和计算机，所述热电偶有多个且分别设置在各热电偶插入孔中。
[0030]本专利技术至少具备以下有益效果：
[0031]一、本专利技术的相变材料固液两相导热系数的测量方法，仅需要测量温度、位置和时间三种物理量，即可计算得出相变材料的固液两相导热系数。在同一次试验中，就可以同步测量得到相变材料的固液两相导热系数，操作步骤简单，测量效率高，也为后续进一步研究提供坚实的理论基础。
[0032]二、本专利技术的相变材料固液两相导热系数的测量装置，通过温度控制系统能够使相变材料具有均匀的初始温度，且减小了相变材料熔化过程中受到其他外界热源的影响，在测量的过程中保证了稳定的边界加热温度。相变室采用顶部加热方式，在测量进行过程中可以尽量避免自然对流对熔化过程产生的影响，使实际熔化状态符合理论熔化模型。热电偶分布与温度场分布类似，从高温到低温逐渐稀疏，这样既避免了过多打孔对相变室密封性的影响，也减少了过多热电偶的插入对熔化过程的影响。
附图说明
[0033]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。
[0034]图1是本专利技术优选实施例公开的测量装置结构示意图；
[0035]图2是相变室放置在保温装置中的结构示意图；
[0036]图3是本专利技术理论模型示意图。
[0037]附图中，1、相变室；101、容腔主体；102、紫铜片；103、填料孔；104、热电偶插入孔；2、恒温冷却水浴箱；3、加热器；4、加热水箱；5、水泵；6、热电偶；7、数据采集仪；8、计算机；9、保温装置。
具体实施方式
[0038]下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例,而不是全部的实施例。
[0039]如图1所示，本实施例中提供了一种相变材料固液两相导热系数的测量装置，包括：相变室1，用于放置待测相变材料；温度控制系统，用于调节相变室1的温度；数据采集系统，用于采集相变室1的温度信息。
[0040]在本装置中，相变室是承载相变材料的容器，也是相变过程发生的场所，是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变材料固液两相导热系数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：多次逐层向相变室内填充相变材料；S2：使相变材料冷却到初始温度；S3：对相变材料进行单侧加热；S4：在一次加热过程中，测量多组与时间t
m
变化相对应的温度值T
m
、T
n
、相变界面位置x
m
、边界扰动厚度x
L
值，将多组上述数值分别带入如下公式：式中，k
s
与k
l
分别为固、液两相导热系数；T0为初始温度；T
m
为相变温度；T
n
为加热温度；t
m
为测量时间；ρ为液相密度；L为相变潜热；x
m
为相变界面位置；x
L
为边界扰动影响厚度；X
*m
＝x
m
/x
L
；采用非线性拟合寻找最优参数的方法解得k
s
与k
l
的值，即得到固、液两相导热系数取值。2.根据权利要求1所述的相变材料固液两相导热系数的测量方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述相变室包括采用聚甲基丙烯酸甲酯制作的容腔主体和紫铜片，所述容腔主体顶部用紫铜片密封，所述容腔主体底部开设有用于注入相变材料的填料孔。3.根据权利要求2所述的相变材料固液两相导热系数的测量方法，其特征在于，在所述步骤S2中，将相变室放置在恒温冷却水浴箱中，从而使相变材料冷却。4.根据权利要求3所述的相变材料固液两相导热系数的测量方法，其特征在于，在所述步骤S3中，使加热装置达到目标温度后，将相变室放置在保温装置中，再将加热装置设置在相变室上侧，从而...

【专利技术属性】
技术研发人员：周天，肖何，石雷，孙志强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：