[发明专利]一种蜡质类相变材料一维热交换相变过程测试装置及方法

说明书

本发明公开一种蜡质类相变材料一维热交换相变过程测试装置及方法，装置包括液压系统、上水池、下水池、密封罐四部分。液压系统包括油箱、液位传感器、液压泵、驱动电机、单向阀、调压阀、截止手阀、压力传感器、橡胶皮囊；上水池包括上水槽、上冷热交换机、上温度传感器；下水池包括下水槽、下冷热交换机、下温度传感器；密封罐包括导热上盖、导热下盖、陶瓷管壁、螺栓、流体入口单向阀、流体出口单向阀、流体入口堵头、流体出口堵头。本发明装置具备在多种温度、压力条件下开展相变材料、相变材料与增强导热纳米粉末混合物的一维热交换相变过程测试及材料性能评估，具有测量精准、连续采集、自动化程度高、通用性强等优点。

技术领域

本发明属于相变驱动技术领域，具体涉及一种蜡质类相变材料一维热交换相变过程测试装置及方法。

背景技术

相变驱动是一种利用材料在固-液相变过程中产生的体积变化实现对外做功的驱动方式，其中，相变材料是实现相变驱动的关键，相变材料在相变温度点附近吸收足够热量后从固相转变为液相并实现体积膨胀，或释放足够热量后从液相转变为固相并实现体积缩小。相变驱动不需要额外电源或控制单元，仅依靠环境温度变化便可完成驱动过程，节约了电能并且具有输出驱动力大的特点，近年来，已受到航空航天、海洋、医疗等领域的关注，在深海潜器浮力调节系统、航天器微动机构、医疗微动针头等装置上得到初步应用。

相变材料根据其物理和化学性质大致可分为：蜡质类、醋酸类、水合盐类、熔融盐类、金属或合金等。在诸多相变材料中，蜡质类相变材料以其相变温度可选范围广、相变潜热高、无毒、无腐蚀性，具有较稳定的物化性能等优点，在航空航天、海洋、医疗领域是优先选用的相变材料。针对相变驱动，相变材料的体积变化率是首要性能评价指标，此外，通常采用在相变材料中添加增强导热纳米粉末的途径提升材料导热能力，因此对相变材料、相变材料与增强导热纳米粉末混合物开展体积变化率、导热能力测试十分必要，可为相变驱动装置设计提供数据参考。

现有相变材料测试装置大多采用阿基米德原理测量法、排开液体观察法、气体压力间接测量法等途径，上述方法仍有诸多不足，1.未考虑相变过程压力条件对相变体积变化率、导热能力的影响；2.人眼观察记录数据精度较低且无法实时、连续记录数据；3.热干扰因素多，相变材料无法实现理想一维热交换相变过程，影响了测试的准确性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种蜡质类相变材料一维热交换相变过程测试装置及方法，具备在多种温度、压力条件下开展相变材料、相变材料与增强导热纳米粉末混合物的一维热交换相变过程测试与材料性能评估。具有测量精准、连续采集、自动化程度高、通用性强等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种蜡质类相变材料一维热交换相变过程测试装置，包括液压系统、上水池、下水池、密封罐四部分，所述液压系统包括油箱、液位传感器、液压泵、驱动电机、单向阀、调压阀、截止手阀、压力传感器、橡胶皮囊；所述上水池包括上水槽、上冷热交换机、上温度传感器；所述下水池包括下水槽、下冷热交换机、下温度传感器；所述密封罐包括导热上盖、导热下盖、陶瓷管壁、螺栓、流体入口单向阀、流体出口单向阀、流体入口堵头、流体出口堵头；

所述液压系统的油箱与液压泵入口油路相连，液压泵出口油路与单向阀进口相连，单向阀出口分为两条支路，分别与调压阀进口、截止手阀进口相连，调压阀出口油路返回至油箱，截止手阀出口油路依次与压力传感器、橡胶皮囊相连；

所述上水池的上水槽内注有水，上温度传感器监测上水槽内水的温度，上冷热交换机依据上温度传感器获取的水温数据，实时进行水温补偿，保持上水槽内水温为设定目标温度值T₁；

所述下水池的下水槽内注有水，下温度传感器监测下水槽内水的温度，下冷热交换机依据下温度传感器获取的水温数据，实时进行水温补偿，保持下水槽内水温为设定目标温度值T₂；