CN110849932A - 一种测量复合相变材料蓄热性能的装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量复合相变材料蓄热性能的装置及其测量方法，属于相变材料技术领域，该装置通过在封装盒内设置支架，并在支架的下部设置多个热电偶，在封装盒外部设有与热电偶电性连接的测温仪，以及用于提供热源的散热源，使用时，散热源与封装盒底部接触，封装盒内部的复合相变材料吸热后融化，安装在支架上的热电偶感知到封装盒内相变材料的温度变化后，将温度值传递到测温仪，该装置可测量封装在封装盒中的复合相变材料蓄热过程中的温度场分布，从而得出复合材料的相变情况。结构简单，节能环保，可有效测量复合相变材料蓄热过程中的温度分布。

Description

一种测量复合相变材料蓄热性能的装置及其测量方法
技术领域
本发明属于相变材料技术领域，涉及一种测量复合相变材料蓄热性能的装置及其测量方法。
背景技术
复合材料的相变换热属于多种物理场交互耦合，以及固-液两相流动、传热和传质的复杂过程。目前，诸多学者实验和理论研究了相变复合材料的蓄热过程。他们指出单纯石腊相变换热以自然对流为主，内部瞬态温度变化率差别较大，聚乙烯的添加可有效提高复合相变材料的致密性和均匀度，添加泡沫铝和泡沫铜对相变温度场和响应时间有重要影响，它会提高相变过程温度保持恒定的特征，孔隙率的增大会延长相变材料完全融化的时间，减小复合材料的导热系数。也有学者仅考虑石蜡和泡沫铜间的非平衡效应。他们还发展了多孔介质模型和焓-多孔度技术来模拟相变材料的熔化过程，通过建立方形锂电池生热的瞬态导热模型，来分析相变材料对锂电池散热效果的影响。
然而，以上对相变换热的实验和数值模拟多为定性讨论，缺乏对相变换热过程中无量纲参数的定量分析，有必要提供一种实验装置来实验研究复合相变材料蓄热过程中温度分布变化情况。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种检测复合相变材料蓄热性能的装置及其检测方法该装置结构设计合理，能够有效测量复合相变材料在蓄热过程中的温度分布参数。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开的一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，包括封装盒和支架，待测量的复合相变材料封装于封装盒内部，支架置于封装盒中，在支架下部设置若干热电偶，支架上部伸出封装盒顶部，在封装盒外部安装有与热电偶电性连接的测温仪；还包括用于提供热源的散热源，使用时，散热源与封装盒底部接触。
优选地，在所述支架上，沿支架圆周布置两层热电偶，每层上的若干热电偶均匀环绕布置。
进一步优选地，使用时将散热源置于若干热电偶环绕形成的圆心位置。
优选地，封装盒顶部的盖板上开设有接口，接口上螺纹连接有套管，所述支架的顶端通过套管伸出封装盒。
进一步优选地，热电偶与测温仪采用导线相连，导线缠绕在支架上，并通过棉线固定；若干根导线集结后通过套管伸出封装盒，并通过卡套固定，套管上端胶装密封。
优选地，在支架底部设有用于支撑其的支承。
进一步优选地，所述支架底部为三角形分叉，每个分叉上设置2根支承，6根支承焊接于封装盒的底部。
优选地，支架是采用聚氯乙烯制备而成的杆，杆的直径为2-3mm。
本发明还公开了采用上述的测量复合相变材料蓄热性能的装置进行测量的方法，包括：
将封装盒底部与散热源接触，置于封装盒内部的复合相变材料吸热后融化，安装在支架上的热电偶感知温度变化，将温度值传递到测温仪上，检测到复合相变材料的散热状况，通过将温度值与复合相变材料的熔点相比较，确定复合相变材料的相变状况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明涉及一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，该装置通过在封装盒内设置支架，并在支架的下部设置多个热电偶，在封装盒外部设有与热电偶电性连接的测温仪，以及用于提供热源的散热源，使用时，散热源与封装盒底部接触，封装盒内部的复合相变材料吸热后融化，安装在支架上的热电偶感知到封装盒内相变材料的温度变化后，将温度值传递到测温仪，该装置可测量封装在封装盒中的复合相变材料蓄热过程中的温度场分布，从而得出复合材料的相变情况。结构简单，节能环保，可有效测量复合相变材料蓄热过程中的温度分布。
进一步地，将热电偶的导线缠绕在支架上，并用棉线绑好，绑有热电偶的支架穿过接口，并穿过套管，套管和接口采用螺纹连接，支架下部端头上的多个热电偶的导线集结在一起从套管的上端口伸出，用卡套固定在套管上，套管的上端口用胶封装，能够保证封装盒内部封闭，同时，如果热电偶发生损坏，可以将盖板开启，支架顶端的胶剥离，松开卡套，将套管和接口拧开，支架从接口和套管中取出后即可更换坏掉的热电阻。
进一步地，支架底部为三角形分叉支架，每个分叉上设置2根支承，6根支承焊接于封装盒的底部，能够保证支架的稳定性。
进一步地，支架是采用聚氯乙烯制备而成的一种杆，避免采用金属制作影响复合相变材料的相变换热状况，杆的直径为2-3mm，避免直径太大而干扰相变复合材料的温度场。
本发明公开的测量复合相变材料蓄热性能的方法，基于上述装置完成，测试过程操作简单：将封装盒底部与散热源接触，封装盒内部的复合相变材料吸热后融化，安装在支架上的热电偶感知温度变化，将温度值传递到测温仪上，就可以检测到复合相变材料的散热状况，通过将温度值与复合相变材料的熔点相比较，也可以确定复合相变材料的相变状况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：1-盖板；2-封装盒；3-接口；4-套管；5-卡套；6-测温仪；7-热电偶；8-支架；9-棉线；10-胶；11-复合相变材料；12-支承。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，包括支架8和封装复合相变材料11的封装盒2，支架8置于封装盒2中，在支架8下部设置若干热电偶7，支架8上部伸出封装盒2顶部，在封装盒2外部安装有与热电偶7电性连接的测温仪6；还包括用于提供热源的散热源，使用时，散热源与封装盒2底部接触。
进一步地，封装盒2顶部的盖板1上设置有接口3，接口3上螺纹连接有套管4，支架8的顶端能够通过套管4伸出封装盒2并在封装盒2外部与测温仪6相连。热电偶7与测温仪6采用导线相连，导线缠绕在支架8上，并通过棉线9固定；若干根导线集结后通过套管4伸出封装盒2，并通过卡套5固定，套管4上端胶装密封。
进一步地，所述封装盒2底部连接有用于支撑支架8的支承12，支架8底部为三角形分叉，每个分叉上设置2根支承12，6根支承12焊接于封装盒2的底部。
进一步地，所述热电偶7的导线缠绕在支架8上，并用棉线9进行固定以防止热电偶7掉落；支架8是利用聚氯乙烯制备而成的杆，杆的直径为2-3mm；复合相变材料11为金属或石蜡；热电偶7的布置以散热源为中心呈环状布置，以此来确定热源的热量扩散状况。
优选地，热电阻7可以选择Pt100铂铑合金热电阻，探头可选择0.5mm。
优选地，复合相变材料11可以选择金属/石蜡，金属可以是铜粉、镁粉、铝粉等。
支架8可以采用PVC制作，避免采用金属制作影响复合相变材料11的相变换热状况。支架8的杆尽量细些，可以选择2-3mm，避免干扰复合相变材料11的温度场。
棉线9可以选用0.5mm左右的缝纫线。
测温仪6可以选用是德科技的Agilent34970A。
接口3可以选用金属材质，焊接在封装盒2上。
本发明上述的测量复合相变材料蓄热性能的装置在使用时：
将封装盒2底部与散热源接触，封装盒2内部的复合相变材料11吸热后融化，安装在支架8上的热电偶7感知温度变化，将温度值传递到测温仪6上，就可以检测到复合相变材料11的散热状况；通过将温度值与复合相变材料的熔点相比较，也可以确定复合相变材料11的相变状况；如果热电阻7发生损坏，可将盖板1开启，将支架8顶端的胶10剥离，松开卡套5，将套管4同接口3拧开，将支架8从接口3和套管4中取出，将坏掉的热电阻7更换。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，其特征在于：包括封装盒(2)和支架(8)，待测量的复合相变材料封装于封装盒(2)内部，支架(8)置于封装盒(2)中，在支架(8)下部设置若干热电偶(7)，支架(8)上部伸出封装盒(2)顶部，在封装盒(2)外部安装有与热电偶(7)电性连接的测温仪(6)；还包括用于提供热源的散热源，使用时，散热源与封装盒(2)底部接触。
2.根据权利要求1所述的测量复合相变材料蓄热性能的装置，其特征在于：在所述支架(8)上，沿支架(8)圆周布置两层热电偶(7)，每层上的若干热电偶(7)均匀环绕布置。
3.如权利要求2所述的一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，其特征在于：使用时将散热源置于若干热电偶(7)环绕形成的圆心位置。
4.如权利要求1所述的一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，其特征在于：封装盒(2)顶部的盖板(1)上开设有接口(3)，接口(3)上螺纹连接有套管(4)，所述支架(8)的顶端通过套管(4)伸出封装盒(2)。
5.如权利要求4所述的一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，其特征在于：热电偶(7)与测温仪(6)采用导线相连，导线缠绕在支架(8)上，并通过棉线(9)固定；若干根导线集结后通过套管(4)伸出封装盒(2)，并通过卡套(5)固定，套管(4)上端胶装密封。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，其特征在于：在支架(8)底部设有用于支撑其的支承(12)。
7.如权利要求6所述的一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，其特征在于：所述支架(8)底部为三角形分叉，每个分叉上设置2根支承(12)，6根支承(12)焊接于封装盒(2)的底部。
8.如权利要求1所述的一种测量复合相变材料蓄热性能的装置，其特征在于：支架(8)是采用聚氯乙烯制备而成的杆，杆的直径为2-3mm。
9.采用权利要求1～5、7～8中任意一项所述的测量复合相变材料蓄热性能的装置进行测量的方法，其特征在于，包括：将封装盒(2)底部与散热源接触，置于封装盒(2)内部的复合相变材料吸热后融化，安装在支架(8)上的热电偶(7)感知温度变化，将温度值传递到测温仪(6)上，检测到复合相变材料的散热状况，通过将温度值与复合相变材料的熔点相比较，确定复合相变材料的相变状况。
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