一种光热储能相变材料的稳定性测试装置和方法

本技术涉及相变材料测试，具体涉及一种光热储能相变材料的稳定性测试装置和方法。

背景技术：

1、光热储能相变材料在多次充放热循环过程中的热稳定性（尤其是相变潜热是否保持稳定），是评估材料性能的重要指标。目前，参比温度法（t-history）因技术成熟、测试量大而被广泛应用于热稳定性测试。该方法主要通过将待测相变材料与参比材料加热至相同温度后在同一冷环境下降温，利用两者的t-history降温曲线进行分段积分比对，从而计算出相变潜热等热物性参数。

2、然而，在实际测试中，许多相变材料（如无机盐水合物）在降温时极易发生过冷现象，即温度降至凝固点以下仍不结晶，随后因突然成核释放潜热导致温度急剧回升（再辉），使得降温曲线上出现明显的凹陷与回升段。传统的相变起始点选取算法，往往会受到再辉段斜率突变的干扰，导致选取的相变起始点偏离真实的物理相变起点；

3、其次，由于相变材料样品的内部温度梯度以及过冷释放潜热对后续相变过程的加速作用，相变平台段的实际持续时间会发生不可预期的改变，且相变末期过渡到固相显热降温的曲线拐点极为平滑模糊。传统的一阶导数拐点法极易将相变结束点误判在相变平台段的前期或再辉段，导致相变结束点被过早截断。

4、因此，现有方法无法准确界定受过冷现象干扰的相变始末点，导致用于计算潜热的时间积分区间与实际物理阶段严重错位，进而造成相变潜热计算误差大，最终导致无法准确、可靠地评估相变材料的热循环稳定性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术的目的在于提供一种光热储能相变材料的稳定性测试装置和方法，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本技术实施例提供了一种光热储能相变材料的稳定性测试方法，该方法包括以下步骤：

3、获取多次热循环测试下待测相变材料与参比材料的t-history降温曲线；

4、基于降温曲线数据中由理论相变温度和实际过冷极小值点确定的温差积分，以及由再辉阶段极值点确定的温度回升速率，计算待测相变材料的综合过冷程度指标；

5、分析降温曲线中再辉阶段之后的温度变化速率特征，提取用于限定相变结束点的时间约束区间；

6、根据预先建立的映射关系将所述综合过冷程度指标转化为温度补偿量，修正相变起始时刻；并基于所述综合过冷程度指标对应的瞬时固化比例，在所述时间约束区间内对初始相变结束时刻进行推迟补偿，获取修正后的相变结束时刻；

7、根据修正后的相变起始时刻和相变结束时刻，同步划分待测相变材料与参比材料的对应冷却时间段，并基于各时间段内的温差积分计算单次测试的相变潜热；

8、基于多次热循环测试下所述相变潜热的波动特征与衰减情况，评估待测相变材料的热稳定性。

9、在其中一种实施例中，所述由理论相变温度和实际过冷极小值点确定的温差积分为所述理论相变温度点至所述实际过冷极小值点所在时间段内，理论相变温度与实际温度之差的积分。

10、在其中一种实施例中，所述温度回升速率的确定包括：

11、计算所述实际过冷极小值点与其后相邻的再辉极大值点之间的温度变化斜率，并利用预设的基准绝对温差对所述实际过冷极小值点与所述再辉极大值点之间的绝对温差进行归一化处理；

12、将归一化处理后的绝对温差与所述温度变化斜率相乘，作为所述温度回升速率。

13、在其中一种实施例中，所述提取用于限定相变结束点的时间约束区间，包括：

14、截取降温曲线中再辉阶段结束后的数据段，将该数据段内温度下降速率极小值与极大值所对应的时刻，作为限定相变结束点的时间约束区间的端点。

15、在其中一种实施例中，所述温度补偿量为预先标定的特征映射系数与所述综合过冷程度指标的乘积；

16、将待测相变材料的理论相变温度与所述温度补偿量作差，将所获得的差值作为修正后的相变起始温度，在降温曲线中获取修正后温度对应的时刻作为修正后的相变起始时刻。

17、在其中一种实施例中，所述预先标定的特征映射系数的获取过程包括：

18、获取标准相变材料在基准测试下的基准相变起始温度，以及标准相变材料在多次降温测试下的综合过冷程度指标；

19、基于理论相变温度与所述基准相变起始温度的温度差值，以及对应测试下的综合过冷程度指标之间的比值关系，计算单次测试的映射系数，将多次测试获得的映射系数的统计均值，确定为所述预先标定的特征映射系数。

20、在其中一种实施例中，所述获取修正后的相变结束时刻，包括：

21、基于能量守恒原理，计算待测相变材料在再辉阶段由温度回升吸收的单位质量显热热量与标准相变潜热参考值的比值，作为瞬时固化比例；

22、计算初始相变结束时刻与再辉阶段温度最高点对应时刻之间的时间段长度，将其乘以所述瞬时固化比例，确定推迟补偿时长；

23、将初始相变结束时刻延后所述推迟补偿时长，得到候选相变结束时刻；将候选相变结束时刻与所述时间约束区间的截止时刻进行对比，确定修正后的相变结束时刻。

24、在其中一种实施例中，所述单次测试的相变潜热的计算过程包括：

25、基于修正后的相变起始时刻和相变结束时刻，将降温过程依序划分为相变前的液相冷却分段、相变进行分段以及相变后的固相冷却分段；

26、同步获取待测相变材料与参比材料在各个对应的冷却分段内与环境温度之间的温差积分值；

27、依据待测相变材料在相变进行分段内的温差积分值，与参比材料在液相冷却分段内的温差积分值构成的比值关系，结合待测相变材料的液相降温幅度、参比材料及样品容器的热容参数，计算得出单次测试的相变潜热。

28、在其中一种实施例中，所述评估待测相变材料的热稳定性，包括：

29、基于多次热循环测试所得的相变潜热数据集合，提取表征潜热整体分布离散程度的波动特征；

30、基于相变潜热数据集合在全周期循环跨度下的潜热退化幅度，提取表征材料长期性能下降的衰减特征；

31、将所述波动特征与预设的波动容限阈值进行匹配，并将所述衰减特征与预设的衰减容限阈值进行匹配；

32、在所述波动特征与所述衰减特征均满足各自对应的容限条件时，判定待测相变材料的热稳定性达标。

33、第二方面，本技术实施例还提供了一种光热储能相变材料的稳定性测试装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。

34、本技术至少具有如下有益效果：

35、现有技术在处理相变材料的t-history降温曲线时，极易受过冷再辉段斜率突变的干扰而误判起始点。本技术通过融合“理论相变点与极小值点的温差积分”和“再辉阶段温度回升速率”，构建了同时反映过冷深度、持续时间及潜热释放强度的综合过冷程度指标，并利用预先建立的映射关系将其转化为具体的温度补偿量。该机制从热力学底层逻辑出发，准确还原了被再辉现象掩盖的真实相变起始时刻，有效避免了积分区间的错位偏移，精准量化并消除了过冷现象对相变起始点的物理干扰；

36、此外，本技术引入了“时间约束区间”与“瞬时固化比例”双重校验机制：首先利用相变后期的降温速率特征锁定合法的物理时间窗口，屏蔽局部伪拐点；随后基于能量守恒推导出的瞬时固化比例，按物理规律将提前截断的初始结束时刻进行推迟补偿，成功还原了被压缩的相变尾期过程，确保相变散热阶段被完整计入，有效克服了相变平台段缩短导致的结束点误判问题；

37、本技术通过输出精准修正后的相变起始时刻和结束时刻，提供了确切的时间边界，使得待测相变材料与参比材料的液相冷却、相变进行和固相冷却三个阶段在时间维度上实现绝对同步，从根本上消除了能量核算误差，确保了单次循环相变潜热计算的准确性；最后，本技术构建了多维度的热稳定性评估逻辑，既能拦截相分离引起的随机剧烈跳变，又能精准捕捉材料化学分解或泄漏引起的不可逆退化，极大提升了相变材料热循环稳定性筛选的可靠性与工业应用价值。