本發(fā)明涉及合金儲氫，具體是一種儲氫材料動態(tài)熱物性測試方法及測試裝置。

背景技術：

1、金屬氫化物在吸氫過程會釋放熱量，放氫過程會吸收熱量，如果不能及時移除與供給這部分能量，則會嚴重影響金屬氫化物吸/放氫性能，甚至會導致金屬氫化物的燒結。因此，實現(xiàn)金屬氫化物高效儲氫的關鍵在于金屬氫化物儲氫裝置的熱管理，故而，在制造金屬氫化物儲氫裝置前，需要針對吸/放氫需求，對儲氫裝置進行數(shù)值模擬與設計優(yōu)化，這就涉及對金屬氰化物熱物性參數(shù)的準確測試。

2、如中國專利公開號為cn117054475a的名稱為一種固態(tài)儲氫材料導熱系數(shù)和比熱容同時測量方法及系統(tǒng)的文本中記載的，通過數(shù)值重構的方式同時測量兩種熱物性參數(shù)，抗誤差干擾能力強，解決多個熱物性參數(shù)同時準確測量問題。

3、由于傳統(tǒng)的克級與百克級儲氫裝置對換熱結構的要求并不高，該導熱系數(shù)的誤差對于換熱結構的設計影響不大。但隨著現(xiàn)有技術中儲氫裝置單罐體積越來越大，尤其是當儲氫裝置進入千克級，需要完美設計換熱結構來控制合金在吸放氫過程中的焓變，一方面是為了吸氫過程會放熱，放氫吸熱的安全性，另一方面是為了控制其反應動力學速度。而如引證專利記載的測量方法，得到的僅僅是合金材料在常溫常壓環(huán)境下，以及合金材料吸氫前的熱物性。由于儲氫材料多為粉末狀，孔隙率高，在空氣環(huán)境中測量時，常溫常壓下空氣的熱導率遠遠小于氫氣；此外，金屬氫化物儲氫反應器內(nèi)部的壓力大多高于常壓狀態(tài)，在反應器內(nèi)部的加壓狀態(tài)下，氫氣的導熱系數(shù)也會遠高于常溫常壓下的氫氣的導熱系數(shù)。故而，在粉末和孔隙中氫氣的復合作用下，氫氣環(huán)境中實際的導熱系數(shù)會遠高于空氣環(huán)境中測量的，使得在常溫常壓下測量儲氫合金粉末的導熱系數(shù)并不精準。此外，又由于合金處于氫氣環(huán)境中會發(fā)生吸氫反應，普通的將合金置于氫氣環(huán)境中顯然無法完美控制合金的吸氫百分比，導致對合金材料在特定吸氫量下的導熱系數(shù)的測試依舊存在準確性不足的問題，因此亟待解決。

技術實現(xiàn)思路

1、為了避免和克服現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明提供了一種儲氫材料動態(tài)熱物性測試方法及測試裝置，能準確測試合金材料在真實的儲氫裝置環(huán)境中的特定吸氫量下的導熱系數(shù)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種儲氫材料動態(tài)熱物性測試方法，包括以下步驟：

4、s1、獲取測試溫度值下的儲氫合金在設定氫百分比含量下的儲氫裝置的壓力值；

5、s2、將待測儲氣合金置于密封腔內(nèi)，并對密封腔進行測試處理，以使得密封腔內(nèi)的壓力和溫度分別穩(wěn)定在儲氫裝置的壓力值和設定溫度值；

6、s3、獲取待測儲氫合金的實際溫度增值；

7、s4、將實際溫度增值輸入導熱系數(shù)求解模型，求得實際的導熱系數(shù)。

8、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟s1中，獲取測試溫度值下的儲氫合金在設定氫百分比含量下的儲氫裝置的壓力值的過程具體為：

9、s11、在測試溫度條件下，通過高壓儲氫吸附儀測試多組儲氫裝置的壓力值和儲氫合金的氫含量百分比之間的一一對應映射關系，并建立樣本數(shù)據(jù)集；

10、s22、根據(jù)樣本數(shù)據(jù)集擬合形成非線性的pct曲線，并求得非線性的pct曲線的壓力-含量-溫度表達式；

11、s22、將儲氫合金的設定氫百分比含量值輸入壓力-含量-溫度表達式中，計算求得該儲氫合金的設定氫百分比含量下的儲氫裝置的壓力值。

12、作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟s2中，對密封腔進行測試處理的過程具體為：

13、s21、通過分子動力學工具計算模型求得儲氫合金的近似導熱系數(shù)；

14、s22、根據(jù)近似導熱系數(shù)選取特定的熱物性測試探頭并安裝于檢測腔內(nèi)；

15、s23、依次對密封腔進行抽真空、密封檢測、氮氣洗氣和氫氣洗氣；

16、s24、將儲熱腔中的壓力調(diào)整至儲氫裝置的壓力值，并將儲熱腔內(nèi)的溫度加熱至設定溫度值；

17、s25、等待儲氫合金的吸放氫反應，并在吸放氫反應過程中持續(xù)調(diào)節(jié)儲熱罐內(nèi)的壓力和溫度，以使得儲熱腔內(nèi)的壓力和溫度分別保持在儲氫裝置的壓力值和設定溫度值，直至儲熱腔內(nèi)的壓力和溫度保持穩(wěn)定。

18、作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟s21中，分子動力學工具計算模型具體為：

19、

20、其中，λ近為儲氫合金的近似導熱系數(shù)，單位w/(m·k)；

21、kb為玻爾茲曼常數(shù)，單位j/k；

22、t為設定溫度值，單位k；

23、v為系統(tǒng)體積，單位m3；

24、c(τ)為自相關函數(shù)，它描述了在時間延遲τ下，熱流在不同時間的關聯(lián)程度；

25、

26、其中，vi為第i個原子的速度，單位m/s；

27、fi為第i個原子的力，單位n；；

28、τ為時間延遲，單位s；

29、vj為第j個原子的速度，單位m/s；

30、fj為第j個原子的力，單位n；

31、<·>表示系綜平均。

32、作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟s3中，獲取待測儲氫合金的實際溫度增值的過程具體為：

33、s31、通過熱物性測試探頭按照下式獲取測量溫度增值：

34、

35、其中，△t(t)為測量溫度增值，單位k；

36、r0為熱物性測試探頭初始電阻值，單位ω；

37、b為熱物性測試探頭電阻率的溫度系數(shù)，單位1/k；

38、i0為瞬態(tài)加熱初始時通過熱物性測試探頭的電流，單位a；

39、rs為串聯(lián)電阻器電阻值，單位ω；

40、rl為熱物性測試探頭引線電阻值，單位ω；

41、△u(t)為電位在測試時間t的變化量，單位v；

42、t為測試時間，單位s；

43、s32、按照下式獲取儲氫合金放氫反應焓變吸熱的隱藏溫度變化值：

44、

45、其中，δt1(t)為隱藏溫度變化值，單位k；

46、c(p0,t0)為溫度t0，壓力p0下的儲氫密度，單位wt％；

47、c(p0,t1)為溫度t0，壓力p1下的儲氫密度，單位wt％；

48、t為測試時間，單位s；

49、m為氫氣的摩爾質(zhì)量，單位kg/mol；

50、δh為儲氫合金的反應焓變，單位kj/mol；

51、為儲氫合金的比熱容，單位kj/(kg·k)；

52、s33、按照下式獲取實際溫度增值：

53、δt0(t)＝δt(t)+δt1(t)

54、其中，δt0(t)為實際溫度增值，單位k；

55、δt1(t)為隱藏溫度變化值，單位k；

56、△t(t)為測量溫度增值，單位k。

57、作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟s4中，導熱系數(shù)求解模型具體為：

58、

59、其中，λ為樣品的實際導熱系數(shù)，單位w/(m·k)；

60、△t0(τ)為t取τ時的實際溫度增值，單位k；

61、pw為探頭的輸出功率，單位w；

62、r為探頭雙螺旋結構最外層半徑，單位mm；

63、τ為時間延遲，且其中的，

64、t為測試時間，單位s；

65、tc為校正時間，單位s；

66、a為樣品的熱擴散系數(shù)，單位mm/s；

67、d(τ)為無量綱的特征時間函數(shù)，且其中的，m為探頭雙螺旋結構的總環(huán)數(shù)，無單位；

68、σ為無量綱的特征時間函數(shù)的積分變量，無單位；

69、l1、l2均為不大于雙螺旋結構總環(huán)數(shù)的求和變量，無單位；

70、j0為零階修正貝塞爾函數(shù)，無單位。

71、測試裝置，該測試裝置應用所述的一種儲氫材料動態(tài)熱物性測試方法，包括裝置外殼，裝置外殼的頂部通過密封蓋密封，以使得裝置外殼的內(nèi)腔形成可供拿放儲氫合金樣品的密封腔；密封腔的腔底安裝有調(diào)溫組件，裝置外殼上安裝有調(diào)節(jié)密封腔內(nèi)腔壓力的調(diào)壓管道；裝置外殼上安裝有檢測端延伸至密封腔內(nèi)的熱物性測試探頭。

72、作為本發(fā)明再進一步的方案：所述調(diào)溫組件包括加熱模塊和水冷模塊。

73、作為本發(fā)明再進一步的方案：調(diào)壓管道包括均延伸至密封腔內(nèi)的入口管和出口管，入口管和出口管上分別安裝有入口減壓閥和出口閥。

74、作為本發(fā)明再進一步的方案：所述裝置外殼上還安裝有檢測端均延伸至密封腔內(nèi)高精度熱電偶和壓力表。

75、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

76、1、通過先獲取測試溫度下的設定氫含量百分比下的對應的儲氫裝置的壓力值，并在測試過程中，通過將測試腔中的溫度和壓力穩(wěn)定調(diào)整在測試溫度值和儲氫裝置的壓力值，從而實現(xiàn)儲氫合金的氫含量的精準控制；也模擬了設定氫含量百分百下的儲氫合金的在儲氫裝置中真實的溫度和壓強環(huán)境。此時，獲取待測儲氫合金的實際溫度增值，即可求得在設定氫含量百分百下的儲氫合金在儲氫裝置的實際吸放氫反應過程中的實際的導熱系數(shù)，為后續(xù)的儲氫裝置的換熱結構的設計提供了技術支持。

77、2、采用擬合儲氫合金非線性的pct曲線，并求得非線性的pct曲線的壓力-含量-溫度表達式，只需將儲氫合金的設定氫百分比含量值輸入壓力-含量-溫度表達式，即可快速地獲取設定氫百分比含量值下的儲氫裝置的壓力值，為高效的測得不同氫百分比含量值下的儲氫合金的導熱系數(shù)提供技術支持。

78、3、在測試之前，使用分子動力學工具計算模型對儲氫合金的近似導熱系數(shù)進行求導，不僅可以作為最終的實際導熱系數(shù)的參考值比對，還可根據(jù)該近似導熱系數(shù)，選擇合適的熱物性測試探頭，不僅確保了最終檢測結果的準確性，還減少了對熱物性測試探頭的調(diào)試步驟。

79、4、由于熱物性測試探頭加熱檢測儲氫合金會導致儲氫合金溫度升高，且放氫反應焓變吸熱，以產(chǎn)生隱藏溫度變化值。本發(fā)明中，通過對儲氫合金放氫反應焓變吸熱的隱藏溫度變化值進行求導，并利用儲氫合金放氫反應焓變吸熱的隱藏溫度變化值對探頭測得的測量溫度增值進行修正，由此獲得實際的溫度增值，進一步提升了導熱系數(shù)的測試的準確性。

80、5、本發(fā)明中的測試裝置結構簡單且使用方便，并能很好地契合熱物性測試方法，使得利用該測試裝置進行熱物性測試時，能實現(xiàn)良好的測試效果。