[发明专利]一种相变材料热物性测量方法

说明书

本发明提供一种相变材料热物性测量方法，该方法包括：建立相变材料一维恒热流熔化过程理论分析模型，获取相变材料样品在恒定热流加热条件下的升温和熔化过程中的温度响应曲线，并利用理论分析模型计算得到相变材料的热物性质，热物性质包括：熔点、固相比热、液相比热、熔化潜热和热导率；本发明提供的测量方法具有装置简单、成本低的优点；测试速度快，一般10分钟左右即可完成测试；可以对宏观大样品进行测试，可以获得复合各向异性相变材料的宏观等效热物性；可以通过一次测量获得包括熔点、固相比热、液相比热、熔化潜热和热导率在内的多个重要热物性数据。

技术领域

本发明涉及材料热物性测量领域，尤其涉及一种相变材料热物性测量方法。

背景技术

相变材料是一类在特定温度发生固液相变并吸收(或释放)大量相变潜热的材料，广泛应用于热能储存领域，以解决能量的供应与使用在时间上的不匹配问题，提升能源利用效率。比如，在太阳能热利用方面，相变材料可以将瞬时波动的太阳辐照部分储存起来，并以稳定的输出功率供给后续的使用，如发电、制冷、供给热水、热空气等。用电负荷在昼夜交替和四季循环中也会存在较大的波动，这对电网调度和电站运行都造成了不利影响。利用夜间低谷电制冷或制热并利用相变材料将冷量或热量储存起来以供给白天使用，可以有效缓解电网负载波动。此外，相变材料还在温度控制方面有着巨大的应用价值，如芯片冷却、智能恒温服装、室内温度调节等。

获取相变材料的热物性是其得以应用的重要前提。相变材料热物性主要包括密度、熔点、比热、潜热、热导率、粘度、热膨胀系数等。目前，相变材料的主要相变物性(包括熔点、潜热和比热)的测量一般采用DSC差分扫描量热仪，而热导率的测量则一般使用HotDisk系列热导率分析仪。这些仪器均是从国外进口，其价格十分昂贵。比如，瑞典的HotDisk TPS3500售价为80万，德国的NETZSCH DSC 200F3售价为35万。

尽管这些商用的热物性测量仪器已经拥有成熟的测试方法和较高的测量精度，但是仍然存在一些问题。在DSC测试中，为保证测量精度，只能使用微量测试样品，一般在1-30mg。然而，在实际使用中，相变材料的用量从几克到几公斤甚至几吨都有，微量样品的热物性有时并不能反映大量材料的宏观物性，特别是当相变材料中添加有宏观颗粒、高导热泡沫骨架或与其它相变材料复合时。

在Hot Disk热导率分析中，要求相变材料的热导率具有各向同性，而对宏观各向异性复合材料则无法精确获得其热导率。此外，对于每一种相变材料，均需要在两种仪器上分别进行测试，时间成本、人力成本和测试费用较高，特别是需要对大量样品进行测试的时候。

因此，亟需一种快速、高效的相变材料热物性测量方法。

发明内容

本发明实施例提供一种相变材料热物性测量方法，用以解决现有技术中设备需要进口、测试成本高、测量时间长、需要多个设备进行测量的问题，提供一种低成本、快速、高效的相变材料热物性测量方法。

本发明实施例提供一种相变材料热物性测量方法，包括：

S1，获取相变材料样品熔化过程中的温度响应曲线，所述相变材料样品熔化过程中的热量由加热片提供，所述加热片通过隔板为所述相变材料样品加热；

S2，根据所述温度响应曲线中的第一拐点温度、所述加热片的加热功率、所述加热片的横截面积、所述隔板的厚度和所述隔板的热导率，获取所述相变材料样品的熔点，所述第一拐点温度表示所述相变材料样品开始熔化时对应的温度测点所测得的温度；

和/或，根据所述相变材料样品熔化前和熔化后两个阶段的能量守恒公式，获取所述相变材料样品的固相比热和液相比热；

和/或，根据所述相变材料样品熔化中的能量守恒公式，获取所述相变材料样品的潜热吸热功率，并根据所述潜热吸热功率和所述相变材料样品的熔化时间，获取所述相变材料样品的熔化潜热；