一种用于相变材料传热的实验装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于相变材料传热的实验装置及测试方法，实验装置包括外玻璃罩、绝热材料、内玻璃罩、加热铜板，外玻璃罩为两块长方体有机玻璃板，外玻璃罩的四角有对称的通孔；内玻璃罩安装在外玻璃罩之间，加热铜板黏贴在内玻璃罩形成的内腔的侧壁上,用于加热内腔中的相变材料；外玻璃罩与内玻璃罩间填充有绝热材料；通过螺栓紧固挤压外玻璃罩给予绝热材料外压力，绝热材料通过挤压内玻璃罩保证内腔中的相变材料不会溢出，进行不同角度的相变材料传热实验。实验装置能使用数据采集仪外接测温热电偶测量装置中的温度，也能使用光学摄影或红外成像呈现出相变材料外表，尤其是相变层的变化，使研究成像过程简单，测量数据精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传热学
，具体地说，涉及一种用于相变材料传热的实验装置及测试方法。
技术介绍
随着相变材料的普及，很多相变材料被应用在建筑、锅炉或制冷系统中。传热能力作为相变材料的主要属性之一，受到人们越来越多的重视程度。虽然目前对纯相变材料的传热属性、相变层变化及内流场情况已有一些研究与发现(WojcikTM.Expthermfluidsci,2009,33:397-404.)，但为了更高地改变导热能力，研究人员指出可以将相变材料填充在有孔隙的金属泡沫中，利用金属优良的热传导性进一步提高相变材料的传热速度。现有公开的技术文献(SomasundaramK,BirgerssonE,MujumdarAS.JPowerSources,2012,203:84–96.)中对相变材料换热进行了详细的实验研究，在其文中提出的金属泡沫相变材料结合换热研究的主要问题包括:(1)未有研究针对加热功率和真空度对金属泡沫有效导热系数影响进行研究；(2)金属泡沫内部传热机理和影响换热的因素尚不明确；(3)金属泡沫内部相变换热研究尚属空白。
技术实现思路
为避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种用于相变材料传热的实验装置及测试方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:用于相变材料传热的实验装置，其特征在于包括外玻璃罩、螺栓、绝热材料、内玻璃罩、加热铜板,所述外玻璃罩为两块长方体有机玻璃板，外玻璃罩的四角有对称的通孔，所述内玻璃罩位于外玻璃罩之间,加热铜板黏贴在内玻璃罩形成的内腔的侧壁上,用于加热内腔中的相变材料；外玻璃罩与内玻璃罩间填充有聚氨酯泡沫或隔热海绵材质的绝热材料；通过螺栓紧固挤压外玻璃罩给予绝热材料外压力，绝热材料通过挤压内玻璃罩保证内腔中的相变材料不会溢出，进行不同角度的相变材料传热实验。一种采用所述用于相变材料传热的实验装置进行金属泡沫内相变材料传热的测试方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.标定测试所用的热电偶；测量热电偶标定曲线，根据实验要求选择标定选用的热电偶；步骤2.对相变材料进行热物性测试；应用DSC曲线测试，得到相变材料相变温度、相变潜热、显热容、动力黏性系数、热扩散系数、密度和导热系数多系列参数；步骤3.金属泡沫加工；对孔隙率、孔密度、孔径参数运用控制变量法，选用实验所需泡沫尺寸规格；步骤4.填充相变材料；将所选相变材料加热熔化，再将熔化后的液态相变材料灌注入金属泡沫，固定并使之凝固；步骤5.在装置内玻璃壁面上采用铝箔胶带黏贴测温热电偶，并将测温热电偶与数据采集仪连接，调试仪器；步骤6.采集所需数据；选用准备好的填充相变材料的金属泡沫采集内壁温度，改变金属泡沫的孔隙率、孔密度后，重复上述步骤。有益效果本专利技术提出的用于相变材料传热的实验装置及测试方法，实验装置包括外玻璃罩、绝热材料、内玻璃罩、加热铜板；外玻璃罩为两块长方体有机玻璃板，外玻璃罩的四角有对称的通孔；内玻璃罩安装在外玻璃罩之间，加热铜板黏贴在内玻璃罩形成的内腔的侧壁上,用于加热内腔中的相变材料；外玻璃罩与内玻璃罩间填充有绝热材料；通过螺栓紧固挤压外玻璃罩给予绝热材料外压力，绝热材料通过挤压内玻璃罩保证内腔中的相变材料不会溢出，进行不同角度的相变材料传热实验。本专利技术用于相变材料传热的实验装置及测试方法，与现有技术相比，其特点在于:(1)搭建金属泡沫内相变材料传热实验的实验装置；通过实验研究壁面温度和内部温度随时间的变化规律。(2)通过改变金属泡沫几何参数，研究泡沫孔隙率和孔密度对温度变化的影响。同时，实验过程中还对熔化过程进行可视化研究。(3)根据物理模型和边界条件，建立了金属泡沫内固液相变的数学模型。该模型统一了石蜡在固态和液态的动量方程，并考虑到非达西效应影响。(4)通过计算，研究不同孔隙率的泡沫在同一时刻的速度场、同一时刻石蜡温度场和泡沫温度场的差异、不同的表面换热系数对内部温度的影响；以及在熔化过程中相界面随时间的变化规律。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术一种用于相变材料传热的实验装置及测试方法作进一步详细说明。图1为本专利技术相变材料传热的实验装置结构示意图。图2为热电偶标定曲线。图3为石蜡DSC测试曲线。图4为金属泡沫填充石蜡相变材料前后对比图。图5为不同孔隙率金属泡沫的壁温-时间曲线。图6为不同孔隙率金属泡沫的内部温度-时间曲线。图7为不同孔密度金属泡沫的壁温-时间曲线。图8为不同孔密度金属泡沫的内部温度-时间曲线。图中:1.外玻璃罩2.螺栓3.绝热材料4.内玻璃罩5.加热铜板6.内腔具体实施方式本实施例是一种用于相变材料传热的实验装置及测试方法。参阅图1～图8，本实施例相变材料传热的实验装置，由外玻璃罩1，螺栓2，绝热材料3，内玻璃罩4，加热铜板5及内腔6组成。外玻璃罩1为两块长方体有机玻璃板。在外玻璃罩1的四角加工有对称的通孔，通过螺栓2安装以固定实验装置，螺栓2应特殊加工以满足装个实验装置固定要求的力学要求及几何尺寸。螺栓2固定好后，通过挤压外玻璃罩1给予绝热材料3一定的外压力，绝热材料3通过挤压内玻璃罩4保证内腔6中的相变材料不会溢出，从而进行不同角度的相变材料传热实验。外玻璃罩1与内玻璃罩4之间填充有聚氨酯泡沫或隔热海绵材质的绝热材料3，用来阻碍通过热传导方式的热量损失。当使用聚氨酯泡沫作为绝热材料3时，会有较好的力学性能及隔热性能。当使用隔热海绵作为绝热材料3时，由于隔热海绵具有一定的柔软性，可随时揭开海绵，对内部相变材料变化进行观察或摄像，一般每间隔固定的时间观察一次，会为实验研究中随时拍摄相变材料相变层分界线提供极大的方便。内玻璃罩4具体由玻璃盖板和不封口玻璃盒构成，当使用铜板黏贴加热膜进行加热时，将加热铜板5固定于内玻璃罩4的玻璃盖板上，来加热内腔6中的相变材料。加热铜板5上的加热膜使用直流稳压电源提供电能，也可使用其它电压或功率的直流稳压电源，取决于实验中的具体情况和实验要求。内腔6中的相变材料可使用纯相变材料、纯相变微胶囊材料、相变微胶囊悬浊液或充斥有相变材料的金属泡沫，以完成不同真空度及孔隙率的实验，具体悬浊液的原材料选择及配比取决于实验中的具体情况和实验要求。也可不使用金属泡沫作为填充物，进行纯相变材料的实验。内玻璃罩4的内外玻璃壁面上及绝热材料3的外部可安装多个测温热电偶，配合数据采集仪测量不同部位处的温度，进而计算出玻璃及绝热材料的导热损失，观察影响热量散失的因素以及保温的效果。本实施例用于相变材料传热的实验装置结构参数:外玻璃罩长度为210mm、宽度为210mm、厚度为15mm；螺栓长度为200mm；内玻璃罩长度为75mm、宽度为75mm、厚度为40mm；加热铜板长度为70mm、宽度为70mm、厚度为3mm；内腔长度为60mm、宽度为60mm、高度为30mm；加热膜功率50V50W；热电偶选用欧米茄牌0.5mm直径T型热电偶；聚氨酯泡沫绝热材料长度为130mm、宽度为130mm、厚度为40mm；橡塑海绵绝热材料长度为130mm、宽度为120mm、厚度为10mm；金属泡沫孔隙率选用0.9和0.95，孔密度选用10PPI和20PPI。进行金属泡沫内相变材料传热的测试方法基于上述相变材料传热的实验装置，本实施例还提出一种进行金属泡沫内相变材料传热的测试方法，按以下步骤进行:(1)标定0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相变材料传热的实验装置，其特征在于:包括外玻璃罩、螺栓、绝热材料、内玻璃罩、加热铜板,所述外玻璃罩为两块长方体有机玻璃板，外玻璃罩的四角有对称的通孔，所述内玻璃罩位于外玻璃罩之间,加热铜板黏贴在内玻璃罩形成的内腔的侧壁上,用于加热内腔中的相变材料；外玻璃罩与内玻璃罩间填充有聚氨酯泡沫或隔热海绵材质的绝热材料；通过螺栓紧固挤压外玻璃罩给予绝热材料外压力，绝热材料通过挤压内玻璃罩保证内腔中的相变材料不会溢出，进行不同角度的相变材料传热实验。

【技术特征摘要】
1.一种用于相变材料传热的实验装置，其特征在于:包括外玻璃罩、螺栓、绝热材料、内玻璃罩、加热铜板,所述外玻璃罩为两块长方体有机玻璃板，外玻璃罩的四角有对称的通孔，所述内玻璃罩位于外玻璃罩之间,加热铜板黏贴在内玻璃罩形成的内腔的侧壁上,用于加热内腔中的相变材料；外玻璃罩与内玻璃罩间填充有聚氨酯泡沫或隔热海绵材质的绝热材料；通过螺栓紧固挤压外玻璃罩给予绝热材料外压力，绝热材料通过挤压内玻璃罩保证内腔中的相变材料不会溢出，进行不同角度的相变材料传热实验。2.一种采用权利要求1所述的用于相变材料传热的实验装置进行金属泡沫内相变材料传热的测试方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.标定测试所用的热电偶；测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文强，侯瑞峰，高明宇，付瑜亮，薛兆瑞，孟浩，万昊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61