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相变储能材料热物性的三种主流实验方法
时间:2022-10-13 17:20 点击次数:187

  撮要:本文介绍了国内外相变储能原料热物性的三种主流试验设施,比较领会了差示扫描量热法(DSC)、参比温度曲线法(T-History)和动态热流计法(DHFM)三种主流相变材料热物性实验设施的特质,简述了各方法在相变资料热清晰测试时的把稳事宜,为相变储能材料商榷、出产和运用中选择合适的热物性试验步骤供应了参考。

  相变储能资料是哄骗相变经由中摄取或释放的热量来实行潜热储能的物质,其磋议和斥地经历了历久的通过。与显热储能资料相比,相变资料具有储能密度大、服从高以及相同恒定温度下吸热与放热等优点,于是可以行使于许多范畴,如太阳能愚弄、废热接纳、智能空调修筑物、调温调湿、工程保温原料、保养保健、纺织行业(保温衣服)、平时生活、航天与卫星等严谨仪器的恒温等方面。

  相变储能资料的热物性是权衡其事项机能的次序,也是其操纵体例安排及本能评估的依据。相变储能资料的热物性搜集相变温度、相变潜热、热导率、比热、循环热太平性、膨鼓系数、储热系数等,而相变温度、潜热及热导率是量度相变储能原料职能最枢纽的几个参数,因而对相变储能资料的热物性尝试寻常都环抱这几个参数实行。

  相变储能原料热物性测验设施浩大,但常用的吃紧有三种设施,本文将介绍这三种测试步骤及其操纵。

  差示扫描量热法是在顺序局限温度下勘测输入到物质(试样)和参比物的功率差与温度的关系的一种工夫,严重应用于测量物质加热或冷却经历中的各类特征参数:玻璃化转折温度、熔融温度、结晶温度、比热容及热焓等。恪守测量措施的不同又分为两种典范:功率积蓄型和热流型,两种表率的考试仪器结构如图2-1所示。

  功率抵偿型DSC:通过功率积蓄使试样和参比物悠久维持一样的温度,勘探为惬心此条目样品和参比物两端所需的能量差。

  热流型DSC:在给定样品和参比物相同的功率下,测量样品和参比物两端的温差,遵循热流方程将温差换算成热量差举动旗号输出。

  差示扫描量热仪是比照成熟的布置,其利用温度限定广,分辩才调和灵敏度高,数据采撷和管理集中,能够始末电脑直接博得DSC曲线。

  (1)熟练条款:征求升温速率的大小对试样内部温度分布匀称性的感染,检测室气体地位和压力对试样蓄放热的感化,天平的勘察精度对试样选用量的劝化等。

  (2)试样特性:样品量务必与忽然释放大量能量的潜力相好像,故应尽或者应用小数量的原料,常日为1~50mg,样品在几多样式、粒度大小和纯度等方面应具有代表性。

  (3)参考物质:参考物质在考核温度束缚内不能发生任何热转变。典型的参考物质搜罗煅烧氧化铝、玻璃珠、硅油或空容器。

  (1)试样的接纳:由于DSC考试需要的样品量很少,在几毫克到几十毫克,因此,试样的接纳合乎本色运用中大块资料的热物性,应只管选取粒度和纯度具有代表性的试样。为减小天平测质料时发作的相对偏差,应即使多的取样。

  (2)温度更动疾率的限制:升温速率不宜过高,过高的升温速率会导致试样内里温度散布不匀称,易爆发过热场关。

  参比温度法是一种不妨测定多组相变原料凝聚点、比热、潜热、热导率和热扩散系数的举措,其基础真理是将相变材料样品和参考物质诀别放在雷同规格的试管内,并同时置于某一设定温度的恒温容器内举行加热,直至统统原料的温度都抵达这一设定温度。而后将它们蓦然闪现在某一较低设定温度景况中进行冷却,则获得样品和参考原料的温降曲线,经历两者的降温曲线修树热力学方程获得材料的热物性。

  在各式热物性测验方法中,平时地步的是试验安装越简陋所对应的测试数学模型就越搀和,须要探讨的鸿沟条款和假设就越多。参比温度法中所进行的假定为:

  (2)在固液相分界面上液相相变资料始末对宣传给固相相变材料的热量怠忽不计。

  参比温度法是一种近十几年来希望起来的热了然技巧,考试仪器要远比差示扫描量热仪粗略,独揽更精练,无需差示扫描量热仪那样的混杂培训和操纵。寻常采取用大凡玻璃或石英试管装样品,应用方便且相变经过易被渴念到,并能同时举办各式品的同时测量,样品个数取决于恒温容器的大小和数据采撷系统的通路数。

  (1)参比温度法中样品的用量为5~50g,为使样品在恒温容器内升温时受热均匀,需将样品粉碎,这危害材料自己的组织,不能的确反应材料自己的热物性,所以会发生肯定误差。

  (2)加热试管时,由于试管内材料散布不均等缘故会导致试样内部温度不匀称,对操演底细的确切性会有劝化。升和缓降温过程的速慢劝化试样的蓄放热,对试验究竟产生必定的教化。

  (1)测试条目:恳求比奥数<0.1时,合用集总热容法创立热力学方程,故在试验之前应当对试验条款是否惬意哀求进行估算。

  (2)温度的取舍:为了赢得出色的降温曲线,加热温度要高于相变温度,冷却温度要低于相变温度。

  消息热流计法是一种接收热流计考试安设来对试样热流进行径态勘探的瞬态测验办法,最先测量安设中的两块加热板处于一个相通的、低于或高于样品相变温度的安稳温度,而后局限两块加热板步进升温或降温到一系列相通温度点并恒定,并实时测定每个步进温度变化通过中热流密度改换,服从热流密度转变测得每个温度点下的的热焓。

  消息热流计法是近来几年希望起来的新举措,此方法迥殊顺应用于勘探各类固态相变复闭资料和制品、结合相变资料的夹杂资料以及相变材料颗粒在整体相变经由中的热物性考试评价。消息热流计法测验仪器布局如图4-1所示。

  通过对相变资料热物性方今三种主流测验方法的知道,追求了各个试验步骤的实用性和优弱点。针对相变储能原料热物性考核评价,对若何选择合理的实验设施所需体贴的内容举行了详尽。

  (1)三种尝试设施各有长处和不敷。DSC办法工夫成熟度高,勘探精度高,勘察底细确凿,但所用试样量偏少,导致样品热物性无法完美响应骨子应用的大块材料的热物性。参比温度法的练习装配和支配始末都比照粗糙,考查经过易于景仰,样品用量也较大,但样品布局不周备,受热畏惧不平均。消息热流计法技艺成熟度高,可直接对大块相变资料热物性实行勘测,但试验周期较长。所以在实际行使中或许串通三种步骤的应用,比照测验究竟,以取得关理的测试结论。

  (2)应付粒度匀称,布局和组成单一,少量试样能够代表总体样品性质的资料宜采取测量精度高的DSC设施勘察。应付分开材料,DSC实验取样无法具有代表性时,不妨采用参比温度法勘探其热物性。对付有周备性和代表性央求以及必要领悟热导率性能的相变材料,可以选用动态热流计法。

  (3)这三种测试举措原委了接续的工程运用和实施,照旧成为今朝国际上的主流试验举措,过程这三种实验步骤完善遮掩了从微量级样品到大尺寸产等级的相变储能材料热物性实验评价。这三种尝试举措辩解是相变储能原料破例分娩阶段内的次序性尝试举措,在完全利用中可从命实际情形举行合理的取舍。

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