CN108717067B - 一种相变储能材料的热导率的测试方法 - Google Patents

一种相变储能材料的热导率的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种相变储能材料的热导率的测试方法，其包括步骤：S1、采用扫描差式量热仪分别测量在T1～T2温度区间内背景、水以及待测样品的热流P(Sam)；S2、组装升/降温曲线测试仪并采用该升/降温曲线测试仪分别测试水和待测样品的升温曲线或降温曲线，根据待测温度T0是否等于相变温度T(Sam)以及加热熔融过程或冷却结晶过程，而采用式1或式2或式3计算待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)。根据本发明的测试方法是一种基于热传导定律(傅里叶定律)而提出的方法，其对待测样品的形状无特殊要求，且可适用于固态、液态样品，甚至发生相变时样品的热导率测试，尤其给室温PCM的热导率测试、热导率强化研究带来了极大的便利。

Description

一种相变储能材料的热导率的测试方法
技术领域
本发明属于相变储能材料技术领域，具体来讲，涉及一种相变储能材料的热导率的测试方法。
背景技术
室温相变储能材料(phase change materials,PCM)在工作温度区间的热导率直接决定了其控温的效率，因此其热导率的测试对于测定控温效率及热导率强化研究具有重要意义。
目前用于测定材料热导率的国际通用标准是美国材料试验协会(ASTM)的ASTM-D5470、ASTM-E1461、ASTM-E1530三种常用标准；但是，各种不同的测试方法与测试标准得出的数据差异较大。
ASTM-D5470，该导热系数测试标准是热导性电绝缘材料的热传输特性的试验方法，采用稳态热流法；其原理为对样品施加一定的热流、压力，测试样品的厚度和在热板/冷板间的温度差，得到样品的导热系数，需要样品为较大的块体以获得足够的温度差。
λ＝(Qh+Qc)/2·L/ΔT
其中，λ为样品的热导率，单位为W/(m·K)；Qh为上加热面热传感器的热流输出，单位为W/m2；Qc为下加热面热传感器的热流输出，单位为W/m2；L为样品的厚度，单位为m；ΔT为样品上下表面的温差，单位为K。
ASTM-E1461，该导热系数测试标准是用闪光法(激光闪射法)确定固体热扩散率的试验方法。高强度的能量脉冲对小而薄的试样进行短时间的辐照，脉冲的能量被样品的前表面吸收并记录其所导致后表面温度上升(温度自记曲线)。热扩散系数的值通过试样的厚度和后表面温度上升达到某一比值的较大值所需要的时间计算出来。其原理为一束激光打在样品上表面，用红外检测器测下表面的温度变化，实际测得的数据是样品的热扩散系数，还需要知道试样的比热和密度，才能通过计算得到导热系数，即λ(T)＝α(T)×Cp(T)×ρ(T)。其中，λ(T)为样品的热导率，α(T)为样品的热扩散系数，Cp(T)为样品的比热，ρ(T)为样品的密度。
ASTM-E1530，该导热系数测试标准是用护热式热流计技术评定材料抗热传输性的试验方法。其测试原理几乎和普通的热流法导热仪相同，不同之处是：在测量区域(热板、样品、冷板)周边，增加了保护加热器，加热到样品的平均温度，通过减少样品与周边之间的温差，以减少横向的热损耗，提高测量精度。
ASTM-D5470与ASTM-E1461的测试值较为相近，而ASTM-E1530中由于试样厚度和试样上下两个表面温度的高精度测量存在较大的工程实现难度，因此很少用这种方法测量导热数据，ASTM-E1530测试的导热数据相对前两者存在虚高现象。当前测量材料热导率的方法主要为稳态法和动态法两类，稳态法如平板稳态法、护热平板法、平板热流计法、热流法等，动态法如激光闪射法、热线法等。实验室常采用的材料导热系数测试方法包括稳态热板法与激光闪射法稳态法(如平板稳态法、护热平板法、平板热流计法、热流法)和部分动态法(激光闪射法)需要将样品处理成一定的试样规格(如一定尺寸的方块、圆柱等)，有的甚至对样品表面平整度有较高的要求；部分动态法(如瞬态热线法)虽然对样品规格没有要求，但只能对液体、气体样品的热导率进行准确测试，测试固体样品时偏差较大；并且当前文献报道的瞬态热线法和参比温度法对相变温度处PCM的热导率测试都没有考虑较大过冷度(>15℃)对测试带来的影响，而这在PCM材料的热物性及改性研究中是不可避免的。
然而，对于室温PCM来说，当其发生相变时，吸收/释放的潜热较大，且形态发生固-液转变；并且，室温PCM由于其相变温度在室温附近，很难将其制备成特定规格的表面平整的待测试样，在室温下凝固的硬度不够，测试、转移时容易产生变形，且测试时也容易不稳定(产生脱水等)；因此，采用上述常规手段测试其固态热导率、尤其是在相变温度附近的热导率是很难准确测得的。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种相变储能材料的热导率的测试方法，该测试方法是一种基于热传导定律(傅里叶定律)而提出的方法，其对待测样品的形状无特殊要求，且可适用于固态、液态样品，甚至发生相变时样品的热导率测试，尤其给室温PCM的热导率测试、热导率强化研究带来了极大的便利。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种相变储能材料的热导率的测试方法，包括步骤：
采用扫描差式量热仪分别测量在T1～T2温度区间内背景的热流P(Bla)、质量为m(H2O)的水的热流P(H2O)、以及质量为m(Sam)的待测样品的热流P(Sam)；
组装升/降温曲线测试仪：提供一端口被软塞密封的测试管，所述测试管用于盛装水或待测样品，所述软塞具有使所述测试管内外连通的测试孔；将多路温度巡检仪的温度传感器套置通气管后插置于所述测试孔中，并且所述温度传感器的端部探入水或待测样品的内部；将所述测试管置于液体浴中，并且使所述液体浴的液面不低于所述测试管内水或待测样品的顶面，获得所述升/降温曲线测试仪；
采用所述升/降温曲线测试仪分别测试水和待测样品的升温曲线或降温曲线：若待测温度T0不等于所述待测样品的相变温度T(Sam)，则分别获取质量为m’(H2O)的水以及质量为m’(Sam)的待测样品在T0±2.5℃范围内的升温曲线、或分别获取质量为m’(H2O)的水以及质量为m’(Sam)的待测样品在T0±2.5℃范围内的降温曲线；通过指数函数拟合分别获得水的热量传导时间常数t0(H2O)和待测样品的热量传导时间常数t0(Sam)；通过式1计算所述待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure BDA0001670987640000031
若待测温度T0等于所述相变温度T(Sam)，则分别测试质量为m’(H2O)的水以及质量为m’(Sam)的待测样品在T0±ΔT范围内的升温曲线或降温曲线，分别获得水在降温曲线中于T0～T0-0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(H2O)和待测样品在降温曲线中于T0～T0-0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(Sam)；通过式2计算所述待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure BDA0001670987640000032
其中，A(Sam)为单位质量的水在T0～T0-0.5℃的变温范围中释放的热量，A(H2O)为单位质量的待测样品在T0～T0-0.5℃的变温范围中释放的热量；
或分别获得水在升温曲线中于T0±0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(H2O)和待测样品在升温曲线中于T0±0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(Sam)；通过式3计算所述待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure BDA0001670987640000041
其中，在所述式1～式3中，λ(H2O)为水在待测温度T0处的热导率。
进一步地，所述待测样品为室温相变储能材料。
进一步地，所述待测样品为CaCl2·6H2O或石蜡。
进一步地，ΔT为2.5℃、3℃、5℃或10℃。
进一步地，所述液体浴为水浴。
进一步地，当所述待测温度T0等于所述相变温度T(Sam)时，先将所述待测样品置于冰水浴中进行结晶，再将所述待测样品置于所述液体浴中，以测定所述待测样品在T0±ΔT范围内的降温曲线。
进一步地，所述待测温度T0位于T1～T2温度区间内。
进一步地，T1～T2的升温速率或降温速率不超过10℃/min。
进一步地，所述液体浴的温度不低于所述待测温度T0。
进一步地，所述软塞为橡胶塞，所述测试管为试管，所述温度传感器为热电偶。
本发明通过基于多路温度巡检仪搭建升/降温曲线测试仪，同时结合扫描差式量热仪，并利用水作为参比物，通过相对法对工作温度范围内各温度点的相变储能材料的热导率实现了测定，其避免了现有技术中一般热导率测试方法所需的对特定规格的待测样品的制备，确保了实验结果的稳定性和可靠性；该测试方法尤其适用于测定相变储能材料在相变温度下的热导率。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的升/降温曲线测试仪的结构示意图；
图2是根据本发明的升/降温曲线测试仪的局部结构示意图；
图3是根据本发明的实施例1的待测样品和水在降温过程中以及实施例2的待测样品和水在升温过程中的热流测试结果；
图4是根据本发明的实施例1的待测样品和水的降温曲线以及实施例2的待测样品和水的升温曲线；
图5是根据本发明的实施例3的水在升温过程中的热流测试结果；
图6是根据本发明的实施例3的待测样品在升温过程中的热流测试结果；
图7是根据本发明的实施例3的待测样品和水的升温曲线及指数拟合结果；
图8是根据本发明的实施例4的水在降温过程中的热流测试结果；
图9是根据本发明的实施例4的待测样品在降温过程中的热流测试结果；
图10是根据本发明的实施例4的待测样品和水的降温曲线及指数拟合结果；
图11是根据本发明的实施例5的待测样品在升温过程中的热流测试结果；
图12是根据本发明的实施例5的待测样品和水的升温曲线及指数拟合结果；
图13是根据本发明的实施例6的待测样品在升温过程中的热流测试结果；
图14是根据本发明的实施例6的待测样品和水的升温曲线及指数拟合结果。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
本发明针对现有技术中测试相变储能材料的热导率时所存在的对待测样品的形状有特殊要求，或对固态样品测试不准确的问题，提供了一种全新的测试相变储能材料的热导率的方法，该测试方法是基于热传导定律(傅里叶定律)进行的。
具体来讲，该相变储能材料的热导率的测试方法包括下述步骤：
在步骤S1中，采用扫描差式量热仪(以下简称DSC)分别测量在T1～T2温度区间内背景的热流P(Bla)、质量为m(H2O)的水的热流P(H2O)、以及质量为m(Sam)的待测样品的热流P(Sam)。
具体来讲，若待测温度为T0，则测定热流时，所选取的温度区间T1～T2应包含该待测温度T0。
优选地，为了获得更为精细的热流结果，一般控制T1～T2的升温速率或降温速率不超过10℃/min。
在步骤S2中，组装升/降温曲线测试仪并利用该升/降温曲线测试仪分别测试水和待测样品的升温曲线或降温曲线。
具体来讲，如图1和图2所示，该升/降温曲线测试仪包括盛装组件1、测试元件2以及液体浴3；其中，盛装组件1包括一端口被软塞12密封的测试管11，该测试管11用于盛装水或待测样品，同时软塞12上开设有使测试管11内外连通的测试孔121；测试元件2主要指多路温度巡检仪的温度传感器，而多路温度巡检仪的其他部件在图中未示出，测试元件2的端部通过探入水或待测样品的内部而实现对水或待测样品的升/降温曲线的测试；同时，盛装组件1还包括套设在测试元件2外的通气管13；而液体浴3主要用于为盛装有水或待测样品的盛装组件1提供预定的温度，由此，则控制液体浴3的温度不低于待测温度T0。
软塞12优选为橡胶塞；考虑测试管11应当主要通过侧壁来实现散热以及吸热过程，其需要较大的长径比，因此测试管11优选为试管；而温度传感器优选为热电偶。
由此，该升/降温曲线测试仪的搭建方法即为：首先，将通气管13套设在测试元件2外，并将二者插置于软塞12的测试孔121内；然后，待测试管11内盛装好用于测试的水或待测样品后，将上述组装好的软塞12塞封至测试管11的端口处，并使测试元件2的自由端探入水或待测样品的内部；最后，将该组装完成的测试管1置于液体浴3中，并保持液体浴3的液面不低于测试管11内水或待测样品的顶面；如此，即可通过搭建好的升/降温曲线测试仪对水或待测样品的升/降温曲线进行测试。
值得说明的是，在该测试方法中，一般需要在相同条件下测定水和待测样品的升/降温曲线，由此，为保证数据的准确性，尽量消除系统误差，可在同一液体浴3中同时放置至少两个测试管11，其中一个测试管11用于盛装水，而剩余测试管11则用于盛装待测样品；如此，还可同时测定多个待测样品的升/降温曲线。
更为具体地，采用上述升/降温曲线测试仪分别测试水和待测样品的升温曲线或降温曲线的具体方法为：
(1)若待测温度T0不等于待测样品的相变温度T(Sam)，则，
A、分别获取质量为m’(H2O)的水以及质量为m’(Sam)的待测样品在T0±2.5℃范围内的升温曲线、或分别获取上述二者(即质量为m’(H2O)的水以及质量为m’(Sam)的待测样品)在T0±2.5℃范围内的降温曲线。
B、通过指数函数拟合分别获得水的热量传导时间常数t0(H2O)和待测样品的热量传导时间常数t0(Sam)。
C、通过式1计算待测样品在非相变温度的待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure BDA0001670987640000071
在式1中，λ(H2O)为水在待测温度T0处的热导率，其属于一种已知数据，可通过化学领域工具书查阅。
(2)若待测温度T0等于待测样品的相变温度T(Sam)，分别测试质量为m’(H2O)的水以及质量为在m’(Sam)的待测样品在T0±ΔT范围内的升温曲线或降温曲线，则，
a1、分别获得水在降温曲线中于T0～T0-0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(H2O)和待测样品在降温曲线中于T0～T0-0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(Sam)；
b1、通过式2计算待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure BDA0001670987640000072
其中，A(Sam)为单位质量的水在T0～T0-0.5℃的变温范围中释放的热量，A(H2O)为单位质量的待测样品在T0～T0-0.5℃的变温范围中释放的热量；
或
a2、分别获得水在升温曲线中于T0±0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(H2O)和待测样品在升温曲线中于T0±0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(Sam)；
b2、通过式3计算待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure BDA0001670987640000081
其中，在上述式2和式3中，λ(H2O)与式1中均相同。
值得说明的是，在上述式2中，A(Sam)和A(H2O)分别为单位质量的水和单位质量的待测样品在T0～T0-0.5℃的降温过程中释放的热量，即A(Sam)为待测样品在冷却结晶时释放的相变潜热加上T0～T0-0.5℃的变温范围内释放的显热再减去过冷度造成的从较低温度(即降温曲线中初始结晶处的最低温)回升到相变平台所吸收的显热；而A(H2O)则为水在T0～T0-0.5℃的变温范围内降温所释放的显热∫(P(H2O)-P(Bla))dt；而在上述式3中，∫(P(Sam)-P(Bla))dt则表示了待测样品在升温熔融时吸收的相变潜热加上(T0-0.5℃)～(T0+0.5℃)的变温范围内吸收的显热。如此，即通过上述a1→b1测定了相变储能材料在冷却结晶过程中于相变温度T(Sam)处的热导率，或通过上述a2→b2测定了相变储能材料在升温熔融过程中于相变温度T(Sam)处的热导率。
进一步地，上述测试方法优选适用于测试室温相变储能材料，如CaCl2·6H2O等无机水合盐相变材料或石蜡等有机相变材料；为此，上述液体浴选择水浴即可，但显然本发明并不限于于此，上述液体浴选择水浴是基于测试室温相变储能材料的较低温度下的热导率更具有实际意义，但若想测试相变储能材料在超过100℃的较高温度下的热导率，则可对应将液体浴选择为油浴等。
同时，在上述(2)中测定升温曲线或降温曲线的过程中，一般ΔT可以为2.5℃、3℃、5℃或10℃，具体可根据待测样品来确定。
值得说明的是，当采用上述a1→b1来测定了相变储能材料在冷却结晶过程中于相变温度T(Sam)处的热导率时，由于过冷度现象的存在，优选可先将待测样品置于冰水浴中进行结晶，再将该待测样品置于液体浴中来测定其在T0±ΔT范围内的降温曲线。
以下将通过具体的实施例来说明上述相变储能材料的热导率的测试方法，但本发明并不限于下述实施例所示，下述实施例仅是本发明的上述测试方法的具体示例。
实施例1
本实施例的目的在于测定冷却结晶过程中CaCl2·6H2O在29.2℃(即待测温度T0)处的热导率。
具体来讲，采用下述步骤进行测定：
首先，采用DSC分别测试空样品盘(即以空白坩埚作为背景)、水(m(H2O)＝5.705mg)和CaCl2·6H2O(m(Sam)＝4.190mg)在30℃～25℃之间降温的热流P(Bla)、P(H2O)和P(Sam)，降温速率为10℃/min；热流测试结果如图3所示。
然后，将80mL的水(m’(H2O)＝80.02g)和CaCl2·6H2O(m’(Sam)＝119.05g)分别置于图2所示的测试管11中，先将测试管11置于冰水浴中，并震荡以使其在大于0℃的温度下(冰水浴)结晶，CaCl2·6H2O开始结晶后立即将其转移至25℃的图1所示的水浴中，并保持水浴的水位线与测试管中水及CaCl2·6H2O的表面持平，测得水和CaCl2·6H2O的降温曲线如图4所示。
从图3和图4中可以获知，单位质量的CaCl2·6H2O在冷却结晶时释放的相变潜热为171J/g，29.2℃～28.7℃的变温范围内释放的显热为0.9J/g，过冷度造成的从较低温度(即降温曲线中初始结晶处的最低温)回升到相变平台所吸收的显热为27.3J/g，即单位质量的CaCl2·6H2O在29.2℃～28.7℃的降温过程中释放的热量为144.6J/g；单位质量的水在29.2℃～28.7℃的变温范围内释放的显热为0.985J/g；并且，水和CaCl2·6H2O在冷却结晶时29.2℃～28.7℃的温度范围内的变温持续时间Δt(H2O)和Δt(Sam)分别为1.2334min和140.0000min。
通过查阅工具手册，可知水在29.2℃温度下的热导率为0.614W/(m·K)。
最后，采用上述式2计算可知本实施例的待测样品CaCl2·6H2O在待测温度T0为29.2℃处的热导率λ(Sam)为1.609W/(m·K)。
实施例2
本实施例的目的在于测定加热熔融过程中CaCl2·6H2O在28.9℃(即待测温度T0)处的热导率。
具体来讲，采用下述步骤进行测定：
首先，采用DSC分别测试空样品盘(即以空白坩埚作为背景)、水(m(H2O)＝5.705mg)和CaCl2·6H2O(m(Sam)＝4.190mg)在30℃～35℃之间升温的热流P(Bla)、P(H2O)和P(Sam)，升温速率为10℃/min；热流测试结果如图3所示。
然后，将80mL的水(m’(H2O)＝80.02g)和CaCl2·6H2O(m’(Sam)＝119.05g)分别置于图2所示的测试管11中，将测试管11置于35℃的图1所示的水浴中，并保持水浴的水位线与测试管中水及CaCl2·6H2O的表面持平，测得水和CaCl2·6H2O的升温曲线如图4所示。
从图4中首先可以看出，加热熔融时的相变平台开始于28.8℃，而结束于29.1℃，这是由于固相CaCl2·6H2O在加热熔融过程中，先行经过部分脱水至固相CaCl2·4H2O的阶段而后才会形成熔融态CaCl2·6H2O导致的。由此，可取28.8℃～29.1℃的中间值28.95℃作为其加热熔融过程中的相变温度。同时，值得说明的是，基于一般温度测量元件的精确度无法精确至0.05℃，因此本实施例中待测温度T0为28.9℃即认为等于待测样品CaCl2·6H2O的相变温度；也就是说，基于测试精确度的限制，一般待测样品的相变温度与待测温度之间存在±0.5℃均可认为二者是相等的。
值得说明的是，原则上来说一个固定组成的相变储能材料无论在加热熔融过程中还是在冷却结晶过程中，所体现出来的相变温度应当是一致的，但限于本实施例中无机水合盐相变材料在冷却结晶过程中所存在的过冷现象以及在加热熔融过程中所存在的部分脱水现象，在不同的变温过程中呈现出不一致的相变温度，但其相差不大，这都是属于本技术领域内的常规现象。
同时，从图3和图4中可以获知，单位质量的CaCl2·6H2O在加热熔融时吸收的相变潜热为193.8J/g，28.4℃～29.4℃的变温范围内吸收的显热为1.8J/g，即单位质量的CaCl2·6H2O在28.4℃～29.4℃的升温过程中吸收的热量为195.6J/g；单位质量的水在28.4℃～29.4℃的变温范围内吸收的显热为1.97J/g；并且，水和CaCl2·6H2O在加热熔融时28.4℃～29.4℃的温度范围内的变温持续时间Δt(H2O)和Δt(Sam)分别为1.1158min和87.5000min。
通过查阅工具手册，可知水在29.2℃温度下的热导率为0.614W/(m·K)。
最后，采用上述式3计算可知本实施例的待测样品CaCl2·6H2O在待测温度T0为28.9℃处的热导率λ(Sam)为1.575W/(m·K)；并且，其中∫(P(Sam)-P(Bla))dt表示待测样品CaCl2·6H2O在升温熔融时吸收的相变潜热加上28.4℃～29.4℃的变温范围内吸收的显热。
值得说明的是，在实施例1和实施例2中，由于实施例1测定的是CaCl2·6H2O在冷却结晶过程中于相变温度T(Sam)区间内的某温度下的热导率，而实施例2测定的是其对应在加热熔融中的热导率，由此因冷却结晶过程所存在的过冷度现象，而导致获得的相变温度点略有不同；但本领域技术人员所理解的是，在对升/降温曲线测定的过程中，应当关注相变平台是否平滑，而在相变平台处出现±0.1℃的略微波动均属正常实验波动范围。
实施例3
本实施例的目的在于测定升温过程中CaCl2·6H2O液体在32.3℃(即待测温度T0)处的热导率。
具体来讲，采用下述步骤进行测定：
首先，采用DSC分别测试空样品盘(即以空白坩埚作为背景)、水(m(H2O)＝5.705mg)和CaCl2·6H2O(m(Sam)＝7.590mg)在29.5℃～35.0℃之间升温的热流P(Bla)、P(H2O)和P(Sam)，升温速率为5℃/min；热流测试结果如图5和图6所示。从图5和图6中可以获知，P(H2O)-P(Bla)＝-1.863mW，P(Sam)-P(Bla)＝-1.411mW；且从实施例2可知CaCl2·6H2O在升温过程中的平均相变温度为28.95℃，由此，本实施例的待测温度T0与待测样品CaCl2·6H2O的相变温度T(Sam)不一致。
然后，将80mL的水(m’(H2O)＝80.02g)和CaCl2·6H2O(m’(Sam)＝120.35g)分别置于图2所示的测试管11中，将测试管11置于35℃的图1所示的水浴中，并保持水浴的水位线与测试管中水及CaCl2·6H2O的表面持平，测得水和CaCl2·6H2O的升温曲线如图7所示。
再次，通过指数函数拟合图7中水和CaCl2·6H2O的升温曲线，拟合结果同时列于图7中，即T(H2O)＝-5.245×exp(-t/6.699)+34.755，T(Sam)＝-4.760×exp(-t/6.397)+34.724；分别获得水的热量传导时间常数t0(H2O)为6.699min以及CaCl2·6H2O的热量传导时间常数t0(Sam)为6.397min。
通过查阅工具手册，可知水在32.3℃温度下的热导率为0.619W/(m·K)。
最后，采用上述式1计算可知本实施例的待测样品CaCl2·6H2O在待测温度为32.3℃(取29.5℃～35.0℃的平均值)处的热导率λ(Sam)为0.555W/(m·K)，这一测定值与文献“International Journal of Ambient Energy,1980,1(3):155-168”中的热导率0.540W/(m·K)基本吻合。
实施例4
本实施例的目的在于测定降温过程中CaCl2·6H2O液体在32.3℃(即待测温度T0)处的热导率。
具体来讲，采用下述步骤进行测定：
首先，采用DSC分别测试空样品盘(即以空白坩埚作为背景)、水(m(H2O)＝5.705mg)和CaCl2·6H2O(m(Sam)＝4.190mg)在29.5℃～35.0℃之间升温的热流P(Bla)、P(H2O)和P(Sam)，降温速率为5℃/min；热流测试结果如图8和图9所示。
从图8和图9中可以获知，P(H2O)-P(Bla)＝1.858mW，P(Sam)-P(Bla)＝1.481mW；且从实施例1可知CaCl2·6H2O在降温过程中的相变温度为29.2℃，由此，本实施例的待测温度T0与待测样品CaCl2·6H2O的相变温度T(Sam)不一致。
然后，将80mL的水(m’(H2O)＝80g)和CaCl2·6H2O(m’(Sam)＝120g)分别置于图2所示的测试管11中，将测试管11置于35℃的图1所示的水浴中，并保持水浴的水位线与测试管中水及CaCl2·6H2O的表面持平，测得水和CaCl2·6H2O的降温曲线如图10所示。
再次，通过指数函数拟合图10中水和CaCl2·6H2O的降温曲线，拟合结果同时列于图10中，即T(H2O)＝4.982×exp(-t/11.173)+29.806，T(Sam)＝5.312×exp(-t/11.160)+29.817；分别获得水的热量传导时间常数t0(H2O)为11.173min以及CaCl2·6H2O的热量传导时间常数t0(Sam)为11.160min。
通过查阅工具手册，可知水在32.3℃温度下的热导率为0.619W/(m·K)。
最后，采用上述式1计算可知本实施例的待测样品CaCl2·6H2O在待测温度为32.3℃(取35.0℃～29.5℃的平均值，位于相变温度T(Sam)区间之外)处的热导率λ(Sam)为0.557W/(m·K)，这一测定值与文献“International Journal of Ambient Energy,1980,1(3):155-168”中的热导率0.540W/(m·K)基本吻合。
实施例5
本实施例的目的在于测定升温过程中CaCl2·6H2O固体在24.9℃(即待测温度T0)处的热导率。
具体来讲，采用下述步骤进行测定：
首先，采用DSC分别测试空样品盘(即以空白坩埚作为背景)、水(m(H2O)＝5.705mg)和CaCl2·6H2O(m(Sam)＝7.590mg)在22.3℃～27.5℃之间升温的热流P(Bla)、P(H2O)和P(Sam)，升温速率为5℃/min；热流测试结果如图5和图11所示。
从图5和图11中可以获知，P(H2O)-P(Bla)＝-1.866mW，P(Sam)-P(Bla)＝-3.440mW；且从实施例2可知CaCl2·6H2O在升温过程中的平均相变温度为28.95℃，由此，本实施例的待测温度T0与待测样品CaCl2·6H2O的相变温度T(Sam)不一致。
然后，将80mL的水(m’(H2O)＝80.02g)和CaCl2·6H2O(m’(Sam)＝120.35g)分别置于图2所示的测试管11中，将测试管11置于35℃的图1所示的水浴中，并保持水浴的水位线与测试管中水及CaCl2·6H2O的表面持平，测得水和CaCl2·6H2O的升温曲线如图12所示。
再次，通过指数函数拟合图12中水和CaCl2·6H2O的升温曲线，拟合结果同时列于图12中，即T(H2O)＝-5.0111×exp(-t/7.348)+27.3726，T(Sam)＝-4.7861×exp(-t/8.12838)+27.3400；分别获得水的热量传导时间常数t0(H2O)为7.348min以及CaCl2·6H2O的热量传导时间常数t0(Sam)为8.128min。
通过查阅工具手册，可知水在24.9℃温度下的热导率为0.607W/(m·K)。
最后，采用上述式1计算可知本实施例的待测样品CaCl2·6H2O在待测温度为24.9℃(取22.3℃～27.5℃的平均值)处的热导率λ(Sam)为1.144W/(m·K)，这一测定值与文献“Progress in Materials Science,2014,65:67-123”中的热导率1.088W/(m·K)基本吻合。
实施例6
本实施例的目的在于测定升温过程中石蜡-58固体在24.9℃(即待测温度T0)处的热导率。
具体来讲，采用下述步骤进行测定：
首先，采用DSC分别测试空样品盘(即以空白坩埚作为背景)、水(m(H2O)＝5.705mg)和石蜡-58(m(Sam)＝6.975mg)在22.3℃～27.5℃之间升温的热流P(Bla)、P(H2O)和P(Sam)，升温速率为5℃/min；热流测试结果如图5和图13所示。从图5和图13中可以获知，P(H2O)-P(Bla)＝-1.866mW，P(Sam)-P(Bla)＝-1.189mW；且由其命名规则可知石蜡-58的相变温度约为58℃，由此，本实施例的待测温度T0与其相变温度T(Sam)不一致。
然后，将80mL的水(m’(H2O)＝80.02g)和石蜡-58(m’(Sam)＝70.32g)分别置于图2所示的测试管11中，将测试管11置于35℃的图1所示的水浴中，并保持水浴的水位线与测试管中水及石蜡-58的表面持平，测得水和石蜡-58的升温曲线如图14所示；
再次，通过指数函数拟合图14中水和石蜡-58的升温曲线，拟合结果同时列于图14中，即T(H2O)＝-5.011×exp(-t/7.348)+27.373，T(Sam)＝-5.506×exp(-t/9.555)+27.417；分别获得水的热量传导时间常数t0(H2O)为7.348min以及石蜡-58的热量传导时间常数t0(Sam)为9.555min。
通过查阅工具手册，可知水在24.9℃温度下的热导率为0.607W/(m·K)。
最后，采用上述式1计算可知本实施例的待测样品石蜡-58在待测温度为24.9℃(取22.3℃～27.5℃的平均值)处的热导率λ(Sam)为0.214W/(m·K)，这一测定值与文献“Applied Thermal Engineering,2003,23(3):251-283”中的热导率0.21W/(m·K)基本吻合。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种相变储能材料的热导率的测试方法，其特征在于，包括步骤：
采用扫描差式量热仪分别测量在T1～T2温度区间内背景的热流P(Bla)、质量为m(H2O)的水的热流P(H2O)、以及质量为m(Sam)的待测样品的热流P(Sam)；
组装升/降温曲线测试仪：提供一端口被软塞密封的测试管，所述测试管用于盛装水或待测样品，所述软塞具有使所述测试管内外连通的测试孔；将多路温度巡检仪的温度传感器套置通气管后插置于所述测试孔中，并且所述温度传感器的端部探入水或待测样品的内部；将所述测试管置于液体浴中，并且使所述液体浴的液面不低于所述测试管内水或待测样品的顶面，获得所述升/降温曲线测试仪；
采用所述升/降温曲线测试仪分别测试水和待测样品的升温曲线或降温曲线：若待测温度T0不等于所述待测样品的相变温度T(Sam)，则分别获取质量为m’(H2O)的水以及质量为m’(Sam)的待测样品在T0±2.5℃范围内的升温曲线、或分别获取质量为m’(H2O)的水以及质量为m’(Sam)的待测样品在T0±2.5℃范围内的降温曲线；通过指数函数拟合分别获得水的热量传导时间常数t0(H2O)和待测样品的热量传导时间常数t0(Sam)；通过式1计算所述待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure FDA0002462569670000011
若待测温度T0等于所述相变温度T(Sam)，则分别测试质量为m’(H2O)的水以及质量为m’(Sam)的待测样品在T0±ΔT范围内的升温曲线或降温曲线，分别获得水在降温曲线中于T0～T0-0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(H2O)和待测样品在降温曲线中于T0～T0-0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(Sam)；通过式2计算所述待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure FDA0002462569670000012
其中，A(Sam)为单位质量的待测样品在T0～T0-0.5℃的变温范围中释放的热量，A(H2O)为单位质量的水在T0～T0-0.5℃的变温范围中释放的热量；
或分别获得水在升温曲线中于T0±0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(H2O)和待测样品在升温曲线中于T0±0.5℃的变温范围内的变温持续时间Δt(Sam)；通过式3计算所述待测样品在待测温度T0处的热导率λ(Sam)：
Figure FDA0002462569670000021
其中，在所述式1～式3中，λ(H2O)为水在待测温度T0处的热导率。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述待测样品为室温相变储能材料。
3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述待测样品为CaCl2·6H2O或石蜡。
4.根据权利要求1-3任一所述的测试方法，其特征在于，ΔT为2.5℃、3℃、5℃或10℃。
5.根据权利要求2或3所述的测试方法，其特征在于，所述液体浴为水浴。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，当所述待测温度T0等于所述相变温度T(Sam)时，先将所述待测样品置于冰水浴中进行结晶，再将所述待测样品置于所述液体浴中，以测定所述待测样品在T0±ΔT范围内的降温曲线。
7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述待测温度T0位于T1～T2温度区间内。
8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，T1～T2的升温速率或降温速率不超过10℃/min。
9.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述液体浴的温度不低于所述待测温度T0。
10.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述软塞为橡胶塞，所述测试管为试管，所述温度传感器为热电偶。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111721435A (zh) * 2019-03-19 2020-09-29 苏州博雅聚创新能源科技有限公司 一种相变储能材料的温度测试装置及测试方法
CN111474204B (zh) * 2020-04-28 2023-04-28 西安工业大学 一种打孔法测试圆柱形样品导热系数的方法
CN111413366B (zh) * 2020-04-28 2023-04-14 西安工业大学 一种片状样品导热系数的测试方法
CN113433347B (zh) * 2021-06-24 2022-11-08 中国科学院青海盐湖研究所 一种用于水合盐相变储能材料的afm样品及其制备方法与应用
CN113433160B (zh) * 2021-06-25 2022-09-20 中国科学院青海盐湖研究所 共晶水合盐体系共晶点的确认方法及其应用
CN113484355B (zh) * 2021-06-30 2023-03-17 中国科学院青海盐湖研究所 一种水合盐体系相变储能材料循环性能的测试方法及应用
CN113355057B (zh) * 2021-06-30 2022-03-18 中国科学院青海盐湖研究所 一种提升工业级水合盐相变储热性能的方法
CN115372409B (zh) * 2022-08-22 2023-08-25 中南大学 同时测量相变材料固、液两相温变热导率的装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1514232A (zh) * 2002-12-31 2004-07-21 中国科学院理化技术研究所 测定生物样品冻结或融化过程中潜热的方法及装置
CN101308107A (zh) * 2007-05-16 2008-11-19 比亚迪股份有限公司 一种测定热传导率的方法
CN101763452A (zh) * 2010-01-07 2010-06-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种相变存储器的模拟方法
CN102305806A (zh) * 2011-05-24 2012-01-04 中南大学 相变储能材料熔点附近热导率的检测方法及检测装置
CN103998564A (zh) * 2011-11-11 2014-08-20 奥基亚公司 热能储存混合物及使用所述混合物储热和放热的装置
CN107238626A (zh) * 2017-05-26 2017-10-10 北京宇田相变储能科技有限公司 一种双向调温纺织品调温效果的测试方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140109895A1 (en) * 2012-10-22 2014-04-24 Massachusetts Institute Of Technology Metallic composite phase-change materials and methods of using the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1514232A (zh) * 2002-12-31 2004-07-21 中国科学院理化技术研究所 测定生物样品冻结或融化过程中潜热的方法及装置
CN101308107A (zh) * 2007-05-16 2008-11-19 比亚迪股份有限公司 一种测定热传导率的方法
CN101763452A (zh) * 2010-01-07 2010-06-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种相变存储器的模拟方法
CN102305806A (zh) * 2011-05-24 2012-01-04 中南大学 相变储能材料熔点附近热导率的检测方法及检测装置
CN103998564A (zh) * 2011-11-11 2014-08-20 奥基亚公司 热能储存混合物及使用所述混合物储热和放热的装置
CN107238626A (zh) * 2017-05-26 2017-10-10 北京宇田相变储能科技有限公司 一种双向调温纺织品调温效果的测试方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dependence of electrical and thermal conductivity on temperature;Cadirli,E;《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS》;20111130;第22卷(第11期);1709-1714 *
导热材料对某相变储热器性能的影响;李响;《金属功能材料》;20180430;第25卷(第2期);53-56 *

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