PCM 模拟案例......
相变材料的能量存储基于材料在固 - 液两相之间可逆相变时吸收或释放的热量,也称为潜热存储系统。
相变材料是一种储热材料,在特定的关键温度下会发生相变,典型的相变温度范围从 -15°C 到 190°C 不等,市面上有多种相变温度范围的相变材料可供选择。
公式中第一项表示潜热,第二项表示熔点以下的显热,第三项表示熔点以上的显热 其中:
[*] = 吸收的热量(kJ)
[*] = 相变材料质量(kg)
[*] = 熔化分数
[*] = 熔化热(潜热)(kJ/kg)
[*] = 初始温度(K)
[*] = 最终温度(K)
[*] = 比热容(kJ/kgK)
需注意,相变材料本身导热率较差,所以经常会将它们填充到金属散热器中。案例介绍如下图所示,底部为一个加热源,Heat sink 与加热源相贴,Heat sink 的 fin 之间填充 PCM。分析在加热过程中温度变化情况。关键设置PCM 材料结果导出各监控点的时间温度值,绘制结果如下可以看到:
[*]在接近 80C 时,PCM 温度上升变缓,说明 PCM 开始融化吸热;
[*]到 90C 左右各温度点继续线性上升,PCM 完全融化。
PCM 材料信息PCM 模拟中的一个重要输入信息是PCM的热参数。可以利用 Differential Scanning Calorimetry (差示扫描量热法,DSC)测量数据,提取相变材料的属性数据。对于理想的PCM,储热过程发生在三个不同的热事件中。当固态PCM被加热时,其温度从系统起始温度均匀升高,直到达到相变点。在此期间,热量以显热形式储存。进一步加热材料会导致固液相变,热量以潜热形式储存,在此期间温度保持不变。相变完成后,PCM变为液相,进一步加热材料会导致温度升高,热量再次以显热形式储存,储存速率与PCM的比热成正比。
[*]A、D 点:分别代表相变起始点和结束点,对应温度是材料开始和结束相变的温度。事实上,A,D 点通常是由测试人员手动确定的。
[*]C 点:曲线最低点对应的温度值为C,是热流变化的极值点,此处对应的值功率值。
[*]F段:曲线下降段,代表材料在吸收热量进行相变,热流值降低。
[*]面积 H 代表相变过程中吸收的总热量,也就是阴影区域的面积,可以通过对该区域积分计算得到。
但是根据使用者的测试经验,这个测试一致性不是很好,受影响的因素很多,所以测试结果提供一个大概的参考,可以根据具体应用的仿真结果,再做些参数调整。
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