[发明专利]一种复合相变材料热导率动态变化的测量方法

说明书

本发明提供一种复合相变材料热导率动态变化的测量方法，属于材料热物性测量技术领域。该方法首先建立直角坐标系中特定形式热干扰作用下被测样品的一维传热模型；采用显热容法、全隐式有限差分离散格式离散方程法和追赶法获得复合相变材料内的温度变化在时域中的数值解；通过灵敏度计算，分析热导率随液相率变化的相关参数a、b、c、d的灵敏度系数的线性相关性以及参数对温度变化的影响；建立实验测量系统，实时采集温度的瞬态响应数据；采用开发的多参数同时估计方法，同时确定被测复合相变材料热导率随液相率变化的相关参数a、b、c、d。本发明实施方便、步骤简单、测量快速，能够通过一次测量获得复合相变材料的热导率随液相率变化关系。

技术领域

本发明涉及材料热物性测量技术领域，特别是指一种复合相变材料热导率动态变化的测量方法。

背景技术

随着社会的飞速发展，全世界的能源短缺问题日益严重，储能材料在克服能源危机方面起到了重要作用，成为当前的研究热点。相变材料由于其储热密度高，潜热储存容量大，成本低，化学稳定性好等诸多优点，并且在相变过程中温度几乎保持恒定，已经广泛的应用于建筑节能、电动调峰、太阳能系统等等。复合相变材料热物性参数的高效准确测量，是材料性能评价可靠性分析的基础，对提高相变复合材料的设计与制造水平、满足现代工业生产以及国民生活的各方面都具有非常重要的意义。

目前，用于测量复合相变材料热导率的测试方法仅仅局限于测量复合相变材料处于完全固态和液态时的热导率。对于传统的测量方法，不论是各向同性还是各向异性材料，其测量原理中使用的控制方程都没有附加右侧的潜热项，且被测样品的热导率默认为定值，若是用来测量相变材料，就没有考虑引入的相变潜热项，对求解结果造成很大误差，所以对相变材料进行热测试就需要建立新的控制方程。

鉴于已有测量模型的使用局限性，开发出一种测量复合相变材料在相变过程中热导率变化的测量模型显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复合相变材料热导率动态变化的测量方法，通过测量被测样品中一个点的温度变化来确定复合相变材料在相变过程中热导率随液相率的变化关系。

该方法对矩形复合相变材料建立特定形式热干扰作用下的一维传热模型，通过测量测温点的温度变化确定复合相变材料的热导率随液相率变化关系，具体包括步骤如下：

(1)建立在常功率热流的干扰作用下，直角坐标系中相变复合材料的一维传热模型的控制方程：

其中，初始条件和边界条件如下：

T(x,0)＝T₀

设定热导率与液相率的关系如下：

λ＝a+b*φ+c*φ²+d*φ³

其中：ρ为复合相变材料的密度，kg·m^-3；ρ_p为相变材料的密度，kg·m^-3；c_p为复合相变材料的比热，J·kg^-1·K；L为相变材料的潜热，J·kg^-1；z为相变材料在复合相变材料中的体积比；φ为相变材料的液相率；q为热源片输出热流密度的一半，Wm^-2；T₀为初始温度，℃；T为温度，℃；t为时间，s；x为坐标轴；h₃为样品厚度，m；a、b、c、d为待估参数；

(2)利用显热容法对控制方程中的潜热项变形，即：

并移到方程左边构成新的有效比热项，变形后的新方程为：