高温相变材料实时密度动态检测装置及检测方法与流程

本申请涉及储热材料性能检测的，特别是涉及一种高温相变材料实时密度动态检测装置及检测方法。

背景技术：

1、储热材料是热储能过程中的重要组成部分，特别是相变储热材料，因其较大的相变比焓成为近年来的研究热点。相变储热材料在温度变化与相变过程中密度会发生改变，影响到储热容器、介质输送设备、换热设备等的选型，并且材料的密度还是其他流动与传热参数如雷诺数、格拉晓夫数、瑞利数等计算过程中常用的指标之一，因此，准确测量相变储热材料密度在不同温度下的变化规律，尤其是在高温和相变过程中的密度变化十分重要。

2、相关技术中，密度的测量方法主要有密度瓶法、密度计法、韦氏天平法、放射性密度计等。密度瓶法需要测试相同体积的水和试样的质量，从而计算试样的密度，每次测量时需要保证水的体积与试样体积保持一致。密度计法用来测试液体密度，将密度计放入待测液体中，处于漂浮状态，测量密度计排开液体的体积，即可求出液体密度。韦式天平法是将物体放入液体中分别测量物体受到的浮力，即可求出固体或液体的密度。另外还有放射性密度计，利用测量接受放射物质的位置，测量液面高度，从而计算液体密度。

3、然而，这些传统的针对相变储热材料的密度测量方法均只能单一测量固体或液体的密度，无法测量温度升高过程中的相变密度改变，更不能实时观测密度的动态变化，存在很大的应用局限性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对无法实现密度实时测量，无法连续观测高温相变材料的密度随温度的变化过程的问题，提供一种高温相变材料实时密度动态检测装置及检测方法。

2、本申请的第一方面，提供一种高温相变材料实时密度动态检测装置，其包括：

3、检测箱，所述检测箱的内部形成有试验腔，所述检测箱的侧壁还开设有与所述试验腔连通的观测窗；

4、夹具，所述夹具装设于所述检测箱并用于安装固定检测容器，所述检测容器的内部用于盛装待测试的高温相变材料；

5、调温器，所述调温器设置于所述检测箱并用于调节所述试验腔的温度；以及，

6、观测设备，所述观测设备设置于所述检测箱的外部并与所述观测窗相对，所述观测设备用于透过所述观测窗拍摄所述检测容器的实时图像，并基于实时图像计算获得高温相变材料在任意温度环境下的密度值。

7、采用本方案的高温相变材料实时密度动态检测装置工作室，首先称取设定重量的高温相变材料装入检测容器内；之后将检测容器通过夹具固定于试验腔中；紧接着开启调温器，按检测需要调节试验腔内的温度（如升高或降低温度均可）并输出当前温度值t；开启观测设备，设置图像拍摄频率，对拍摄到的图像进行去噪点和提高分辨率处理，然后进行图像数据到体积分数的转化，计算得到不同时间对应不同温度t下高温相变材料的密度值；因此相较于现有技术而言，本方案的检测装置可在非接触条件下实现对高温相变材料的密度的实时测量，且能连续观测高温相变材料的密度跟随温度变化的变化过程，从而便于对高温相变材料的密度的动态变化进行评估，对改善和提高高温相变材料的使用性能具有积极意义。

8、下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

9、在其中一个实施例中，所述检测箱包括箱体和箱盖，所述箱盖可活动地设置于所述箱体的上端开口处，并能打开或关闭所述上端开口。

10、在其中一个实施例中，所述箱体和所述箱盖的表面均安装有保温材料。

11、在其中一个实施例中，所述夹具包括活动夹具体、固定夹具体、导杆和用于输出伸缩直线动力的驱动器，所述固定夹具体设置于所述试验腔的内壁上，所述导杆的一端与所述活动夹具体连接，所述导杆的另一端穿出所述检测箱并与外置于所述检测箱的所述驱动器连接，所述检测容器被夹持固定在所述活动夹具体与所述固定夹具体之间。

12、在其中一个实施例中，所述活动夹具体用于夹持所述检测容器的第一夹持面上设置有第一软质件，所述固定夹具体用于夹持所述检测容器的第二夹持面上设置有第二软质件。

13、在其中一个实施例中，所述调温器包括多个加热件和加热电路，多个所述加热件相间隔地设置于所述试验腔的侧壁上并围设于所述检测容器的外周，各个所述加热件分别通过电线电连接至所述加热电路，所述加热电路与所述观测设备电连接。

14、在其中一个实施例中，所述调温器还包括温度传感器和变送器，所述温度传感器插置在所述检测箱的侧壁上，且所述温度传感器的温度探头伸入所述试验腔并与所述检测容器接触，所述温度传感器通过所述变送器与所述观测设备电连接。

15、在其中一个实施例中，所述观测设备包括摄像机和计算机，所述摄像机的摄像头正对所述观测窗设置，所述摄像机还通过数据线与所述计算机电连接；

16、所述观测设备还包括补光灯，所述补光灯设置于所述试验腔内并与所述计算机电连接。

17、本申请的第二方面，还提供一种基于上述的高温相变材料实时密度动态检测装置的检测方法，其包括如下步骤：

18、称取设定重量的高温相变材料装入检测容器内；

19、将检测容器通过夹具固定于试验腔中；

20、开启调温器，按检测需要调节试验腔内的温度并输出当前温度值t；

21、开启观测设备，设置图像拍摄频率，对拍摄到的图像进行去噪点和提高分辨率处理，然后进行图像数据到体积分数的转化，计算得到不同时间对应不同温度t下高温相变材料的密度值。

22、在其中一个实施例中，在所述进行图像数据到体积分数的转化，计算得到不同时间对应不同温度t下高温相变材料的密度值的步骤中，具体方法为：

23、先将图片在x和y方向按一定间隔和划分为个网格，并新建一个大小的二维数组p[i][j]，i为x方向节点序号，0≤i≤m-1，j为y方向节点序号，0≤j≤n-1；

24、然后扫描图片，读取并计算每个网格中的平均灰度值，赋值给p[i][j]，灰度值在0~255范围内，纯白色为255，纯黑色为0；先识别出固液相区域和气相区域的灰度值区间，令p[i][j]中最大值为l，则当p[i][j]≥0.9l时，认为是气相区；令p[i][j]中最小值为s，则当p[i][j]≤1.1s时，认为是固相或液相区；因为在相界面的区域，网格的灰度值在y方向会发生突变，当1.1s≤p[i][j]≤0.9l，且满足p[j][j]-p[i][j-1]≥，或p[i][j+1]-p[i][j]≥, 可取5000~10000，认为网格p[i][j]处于固相或液相与气相的相界面区域；

25、再新建一个二维数组v[i][j]，代表当前网格中试样占的体积分数，令位于相界面区上方的网格v[i][j]=0，即处于气相区，体积分数为0，位于分界区下方的网格v[i][j]=1，即处于固液相区；相界面区内的网格的体积分数在0~1之间；

26、最后计算试剂占有的总体积，,l为玻璃容器内部空间的长度，密度，即可求出每个时刻的对应温度t下高温相变材料的密度值。

技术特征：

1.一种高温相变材料实时密度动态检测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高温相变材料实时密度动态检测装置，其特征在于，所述检测箱包括箱体和箱盖，所述箱盖可活动地设置于所述箱体的上端开口处，并能打开或关闭所述上端开口。

3.根据权利要求2所述的高温相变材料实时密度动态检测装置，其特征在于，所述箱体和所述箱盖的表面均安装有保温材料。

4.根据权利要求1所述的高温相变材料实时密度动态检测装置，其特征在于，所述夹具包括活动夹具体、固定夹具体、导杆和用于输出伸缩直线动力的驱动器，所述固定夹具体设置于所述试验腔的内壁上，所述导杆的一端与所述活动夹具体连接，所述导杆的另一端穿出所述检测箱并与外置于所述检测箱的所述驱动器连接，所述检测容器被夹持固定在所述活动夹具体与所述固定夹具体之间。

5.根据权利要求4所述的高温相变材料实时密度动态检测装置，其特征在于，所述活动夹具体用于夹持所述检测容器的第一夹持面上设置有第一软质件，所述固定夹具体用于夹持所述检测容器的第二夹持面上设置有第二软质件。

6.根据权利要求1所述的高温相变材料实时密度动态检测装置，其特征在于，所述调温器包括多个加热件和加热电路，多个所述加热件相间隔地设置于所述试验腔的侧壁上并围设于所述检测容器的外周，各个所述加热件分别通过电线电连接至所述加热电路，所述加热电路与所述观测设备电连接。

7.根据权利要求6所述的高温相变材料实时密度动态检测装置，其特征在于，所述调温器还包括温度传感器和变送器，所述温度传感器插置在所述检测箱的侧壁上，且所述温度传感器的温度探头伸入所述试验腔并与所述检测容器接触，所述温度传感器通过所述变送器与所述观测设备电连接。

8.根据权利要求1所述的高温相变材料实时密度动态检测装置，其特征在于，所述观测设备包括摄像机和计算机，所述摄像机的摄像头正对所述观测窗设置，所述摄像机还通过数据线与所述计算机电连接；

9.一种基于权利要求1至9所述的高温相变材料实时密度动态检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的高温相变材料实时密度动态检测装置的检测方法，其特征在于，在所述进行图像数据到体积分数的转化，计算得到不同时间对应不同温度t下高温相变材料的密度值的步骤中，具体方法为：

技术总结本申请涉及一种高温相变材料实时密度动态检测装置及检测方法。高温相变材料实时密度动态检测装置包括检测箱，所述检测箱的内部形成有试验腔，所述检测箱的侧壁还开设有与所述试验腔连通的观测窗；夹具，所述夹具装设于所述检测箱并用于安装固定检测容器，所述检测容器的内部用于盛装待测试的高温相变材料；调温器，所述调温器设置于所述检测箱并用于调节所述试验腔的温度；以及观测设备，所述观测设备设置于所述检测箱的外部并与所述观测窗相对，所述观测设备用于透过所述观测窗拍摄所述检测容器的实时图像，并基于实时图像计算获得高温相变材料在任意温度环境下的密度值。技术研发人员：吴蔚,刘石,杨毅,黄正,徐军涛,杨瑾诚受保护的技术使用者：广东新型储能国家研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10