[发明专利]一种复合相变材料热导率动态变化的测量方法

权利要求书

1.一种复合相变材料热导率动态变化的测量方法，其特征在于：矩形复合相变材料中间设置电加热片，在矩形复合相变材料轴向中心线上距离电加热片h₃位置上设置测温点；采集得到在热干扰信号作用下的被测试样内、中心轴线上的测温点的实时温度变化数据；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，直角坐标系中复合相变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；上为相变材料的潜热，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为以加热片为零点样品厚度方向坐标轴；h₃为测温点距离电加热片的轴向距离，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：

通过差式扫描量热法DSC测量相变材料在熔化过程的热流与温度的曲线，再利用液相率的定义求得液相率与温度的关系，之后利用全隐控制容积有限差分格式离散方法得到了矩形复合相变材料内的温度变化的时域数值解T(x,t)；

(3)计算步骤(1)中待估参数的灵敏度系数，通过步骤(2)获得温度变化的时域数值解后，将此数值解分别对参数a、b、c、d求一阶偏导进行灵敏度分析；

(4)实时采集测温点的温度瞬态响应数据；

(5)基于最小二乘法，对四个相关参数设定初值，设定的初值根据经验选取，利用修正的高斯牛顿算法对四个待估参数进行迭代修正，直到误差和满足收敛性条件，确定矩形复合相变材料热导率与液相率的相关参数a、b、c、d。

2.根据权利要求1所述的复合相变材料热导率动态变化的测量方法，其特征在于：所述矩形复合相变材料高度为0.12～0.75m，长度为0.1～0.75m，宽度为0.1～0.75m。

3.根据权利要求1所述的复合相变材料热导率动态变化的测量方法，其特征在于：所述传热模型相变过程中复合相变材料内无对流现象，不存在过冷和滞后。

4.根据权利要求1所述的复合相变材料热导率动态变化的测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中具体为：

DSC测试得到热流与温度曲线后，再通过热流对时间积分再除以相变材料质量得到相变材料在相变过程中的焓值，根据液相率的定义：

式中，H为相变材料焓值，J/kg；

H_S为相变材料开始相变时的焓值，J/kg；

H_L为相变材料结束相变时的焓值，J/kg；

然后利用Origin软件拟合得到液相率与温度的关系式，对其求导得到液相率与温度导数的关系。

5.根据权利要求1所述的复合相变材料热导率动态变化的测量方法，其特征在于：所述步骤(3)中待估参数灵敏度系数计算如下：

其中，X为灵敏度系数，β为待估参数，包括a、b、c、d，T为绝对温度，i为整个测试时间范围内的第i个采样时刻，j为第j个待估参数，取Δβ_j＝0.0001β_j。

6.根据权利要求1所述的复合相变材料热导率动态变化的测量方法，其特征在于：所述步骤(5)中具体为：

通过将实时采集的瞬态温度响应数据代入编写好的参数估计程序中，此程序是根据修正的高斯牛顿算法进行编写的，根据经验假设a、b、c、d的初值后，将瞬态温度数据与假设的a、b、c、d初值计算得出的温度场的误差和作为目标函数，利用修正的高斯牛顿算法对假设的四个参数进行寻优，使目标函数达到收敛性条件，从而得到矩形复合相变材料热导率与液相率的相关参数a、b、c、d。