[发明专利]一种测定相变动力系统体积变化率的装置及方法

权利要求书

1.一种测定相变动力系统体积变化率的装置，其特征在于，包括相变动力系统(3)、相变补液系统(7)和变温、变压调控系统，所述相变动力系统(3)由绝热顶盖(3-1)、导热管(3-2)、相变材料(3-3)、绝热补液柱(3-4)、绝热底盖(3-5)和第一连接管(8)组成；所述相变补液系统(7)由激光位移传感器(7-1)、补液管绝热顶盖(7-2)、补液管(7-3)、反光片(7-4)、浮柱(7-5)和液体(14)组成；所述变温、变压调控系统由恒温水槽(1)、第一冷热交换机(2)、第二冷热交换机(12)、温度传感器(4)、补液恒温水槽(5)、第二连接管(9)、压力传感器(10)和气泵(11)组成；

所述相变动力系统(3)的导热管(3-2)放置于恒温水槽(1)内，导热管(3-2)的上端由绝热顶盖(3-1)密封，底端由绝热底盖(3-5)密封，相变材料(3-3)灌装于相变动力系统(3)内部，所述绝热补液柱(3-4)固定于相变动力系统(3)中部，绝热顶盖(3-1)下方固定有所述温度传感器(4)，第一冷热交换机(2)的水管放置于恒温水槽(1)内部，所述绝热补液柱(3-4)为中空圆柱结构并沿轴线分布有直径为1mm的补液孔；

所述相变补液系统(7)的补液管(7-3)放置于补液恒温水槽(5)内，补液管(7-3)内设有相变材料，顶部由补液管绝热顶盖(7-1)密封，所述浮柱(7-5)放置于补液管(7-3)的内部，浮柱(7-5)上部固定反光片(7-4)，激光位移传感器(7-1)固定于补液管绝热顶盖(7-2)下部，所述压力传感器(10)固定于补液管绝热顶盖(7-2)并与补液管(7-3)相连通，第二冷热交换机(12)水管放置于补液恒温水槽(5)内部；所述浮柱(7-5)中心有通孔，第一连接管(8)能够通过通孔穿过浮柱(7-5)并到达补液管(7-3)底部，第一连接管(8)将补液管(7-3)内的相变材料引入相变动力系统(3)；

所述恒温水槽(1)与导热管(3-2)之间、补液管(7-3)与补液恒温水槽(5)之间均填充有水(6)；

所述补液系统(7)与相变动力系统(3)之间通过第一连接管(8)相连通，第二连接管(9)的一端通过补液管绝热顶盖(7-2)与补液管(7-3)相连通，另一端连接气泵(11)，补液系统(7)、第一连接管(8)、相变动力系统(3)、第二连接管(9)和气泵(11)之间形成密闭空间，由压力传感器(10)监测补液系统(7)内压力，通过气泵(11)调节补液系统(7)内压力，实现相变过程压力保持恒定。

2.根据权利要求1所述一种测定相变动力系统体积变化率的装置，其特征在于，相变动力系统(3)的导热管为圆柱桶式结构。

3.根据权利要求1所述一种测定相变动力系统体积变化率的装置，其特征在于，所述激光位移传感器(7-2)发射光线与反光片(7-4)垂直。

4.根据权利要求1所述一种测定相变动力系统体积变化率的装置，其特征在于，所述绝热补液柱(3-4)由绝热塑料制成。

5.根据权利要求1所述一种测定相变动力系统体积变化率的装置，其特征在于，浮柱(7-5)与补液管(7-3)的内腔相对应的均设置为阶梯圆柱结构，浮柱(7-5)材料密度小于相变材料密度，浮柱(7-5)可漂浮在补液管(7-3)内腔中，随相变材料的液面升降改变位置。

6.根据权利要求1所述一种测定相变动力系统体积变化率的装置，其特征在于，相变材料为磷酸盐、氯化钠、石蜡、脂肪酸、脂或醇中的任意一种。

7.一种测定相变动力系统体积变化率的方法，基于权利要求1所述测定相变动力系统体积变化率的装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对装入导热管(3-2)的相变材料体积V₀、补液管(7-3)的管径d₀进行标定；

S2：通过第一冷热交换机(2)调节恒温水槽(1)的温度为t₁，t₁高于相变材料的凝固温度，通过第二冷热交换机(12)调节补液恒温水槽(5)的温度为t₁；

S3：打开气泵(11)，将补液管(7-3)内压力调整至p₁，使相变材料在p₁压力下相变；

S4：将导热管(3-2)放入恒温水槽(1)中，对相变材料进行加热，相变材料通过第一连接管(8)导入补液管(7-3)内,浮柱(7-5)随补液管(7-3)内相变材料液面移动；

S5：激光位移传感器(7-1)记录浮柱(7-5)的初始位置为h₀，激光位移传感器(7-1)采集相变过程中浮柱(7-5)高度变化量Δh；

S6：结合补液管(7-3)管径d₀、相变材料体积V₀及浮柱(7-5)高度变化量Δh，测定出相变材料在温度t₁、压力p₁下的体积变化率