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eyoungindustry.com 采用Modelica语言建模模拟分析研究 相变材料比热容动态热流计测试方法 采用Modelica语言建模模拟分析研究 相变材料比热容动态热流计测试方法 Using Modelica Language Modeling Simulation Analysis to Study Phase Change Material Dynamic Heat Flow Meter Specific Heat Capacity Test Method 上海依阳实业有限公司――www.eyoungindustry.com 第1页共

10 页 摘要:本文针对测试定形相变材料热性能的 ASTM C1784 动态热流计 法(DHFM) ,采用基于 Modelica 语言的 SimulationX 软件,建立测试热焓 和比热容的模拟仿真模型,对测试方法开展更深入的研究.通过对不锈钢 和沙子样品材料的测试模拟仿真,优化了试验参数,使得动态热流计法更 容易被理解、掌握和推广应用. 关键词:定形相变材料 热性能 动态热流计法 热焓 比热容 导热系数 1. 概述 随着建筑节能以及能量存储的需要,相变材料技术得到了飞速发展,出现了各 种新型的定形相变复合材料,而定形相变复合材料的热焓、比热和导热系数等是相 变材料设计、研制和生产过程中的重要物理性能参数.为了保证新型定形相变材料 的热物理性能测试的准确性,ASTM 在2013 年制定了一个新的测试标准:ASTM C1784-13 采用热流计装置测量相变材料及其产品储热特性的标准测试方法 ,并在2014 年颁布的修订版. ASTM C1784 方法是一种基于传统稳态热流计法隔热性能测试技术(HFM)的 动态测试方法,称之为动态热流计法(DHFM) ,是为了解决板状大尺寸相变材料热 性能测试的一种实验室级别测试方法,样品尺寸一般为边长 100~300 mm 之间的正 方形板材,这种尺寸易于从定形相变复合材料实际板材中取样测试,与DSC 测试 中毫克量级样品形式相比更具有材料的代表性. 本文针对测试定形相变材料热性能的 ASTM C1784 动态热流计法(DHFM) , 采用基于 Modelica 语言的 SimulationX 软件,建立测试热焓和比热容的模拟仿真模 型, 对测试方法开展更深入的研究. 通过对不锈钢和沙子样品材料的测试模拟仿真, 优化了试验参数,使得动态热流计法更容易被理解、掌握和推广应用. 上海依阳实业有限公司――www.eyoungindustry.com 第2页共

10 页2. 动态热流计法基本原理 动态热流计法(DHFM)是基于传统稳态热流计法(HFM)测量仪器上的一种 动态测试方法,在稳态时可测量样品的导热系数,在动态时可测量样品的热焓和比 热容.如图 2-1 所示,动态热流计法测试仪器结构与稳态热流计法测试仪器基本相 同,不同之处是在样品的上下两面都安装有热流传感器,而且上下加热板的温度变 化使用相同且同步. 图2-1 动态热流计法测量原理 按照 ASTM C1784 规定,两个热板为台阶式升降温方式,如图 2-1 所示,当样 品和上下热板在初始温度 T1 时达到稳态, 将上下两个热板台阶式升温到另一个温度 T2 并达到恒定.这个温度变化过程中的测量不再时稳态测量而是非稳态测量,但记 录了样品两侧的温度和热流密度随时间的变化,经过一定时间后两个均热板再次冷 却到初始温度 T1,这是一个典型的台阶式升降温测试过程.在此温度变化ΔT 范围 内,样品吸收的总热焓Δh 可以通过对热流密度进行时间积分计算得到,而热容 Cp 则等于Δh/ΔT. 3. 测试仿真模型和参数 为了建立仿真模型进行瞬态分析计算,使用了 SimulationX 软件.SimulationX 是基于 Modelica 语言模型的一维仿真软件之一,而Modelica 是基于模型设计的基 上海依阳实业有限公司――www.eyoungindustry.com 第3页共