食品相變材料(PCM)的導熱性

瞬態熱絲液體導熱率儀(THW-L1)是一種精密分析儀器,用於直接測量 10 至 200 °C 液體和低黏度膏體的導熱率。

Thermtest THW-L1 Liquid Thermal Conductivity Instrument
圖1. Thermtest THW-L1液體導熱係數儀

Thermtest 瞬態熱線(THW-L1) 液體導熱率計是一種先進的測量系統,用於根據ASTM D7896-19(引擎冷卻液和相關液體的導熱率標準測試方法)直接測定液體和導熱膏的導熱率瞬態熱絲液體導熱法。

THW-L1 儀表的設計考慮了速度和操作簡單性。 單次測量持續時間為 1 秒,可以準確、精確地測量少量液體和低黏度膏體的導熱率、熱擴散率和比熱。 THW-L1 儀表採用非平穩測量方法和快速測試時間,限制了各種黏度(0.1 至 10,000,000 mPas)樣品的對流效應。

測量配件

對於相變材料 (PCM) 的測量,使用了易於負載的獨家樣品置具。 獨特的彈簧設計允許樣品膨脹和收縮,同時確保樣品在測量過程中始終與 THW 感測線維持良好接觸。 樣品置具底部的彈簧允許流體熱膨脹高達 15% 的溫度範圍內進行熱導率測量。

椰子油的導熱率

椰子油(圖2)在常溫下為固體或半固體,成分為月桂酸、肉荳蔻酸、辛酸、棕櫚酸、油酸、癸酸、硬脂酸和亞麻油酸等脂肪酸的混合物。

對於 10 至 80 °C 的熱導率測量,使用了有機初榨椰子油樣品。 將測試單元和感測器加熱至70℃; 然後將融化的椰子油倒入測試池內。 旋緊彈簧底部,開始測量。

Coconut Oil at solid-state
圖 2. 固態椰子油樣品

圖 1 給出了使用 THW-L1 設備進行的所有測量。 即使在 15 至 20 °C 的相變溫度範圍內,測量的重複性也優於 1%。

圖2僅顯示了一次凝固和一次熔化過程,可以看出,即使相變區的導熱率受到放熱和吸熱過程的影響,吸熱熔化過程中的影響也更高。

Thermal Conductivity measurements of the Coconut oil sample

Thermal Conductivity measurements of the Coconut oil

巧克力片的導熱率

此應用表中使用的另一種食品相變材料是巧克力片(圖 3)。 具有彈簧加載底部和擰緊 THW-L1 感測器的測試單元在 THW-L1 設備中預熱至 80 °C。 巧克力片緩慢融化以避免燃燒,然後倒入溫暖的測試室內。

Sample of the Chocolate chips
圖 3. 用於 PCM 測量的巧克力片樣品

從 80 °C 到 10 °C,然後從 10 到 80 °C 的多次溫度測量可以記錄巧克力片凝固和融化過程中的導熱率。 圖 3 顯示了使用 THW-L1 感測器進行的所有測量。 可以看出,在整個測量時間和溫度範圍內,測量結果的重複性非常好。

15~25℃的溫度範圍是相變區。 熱導率測量值不是真實值,因為它們受到樣品在這些溫度下的吸熱和放熱過程的影響。

圖 4 顯示了樣品在凝固和熔化過程中的不同行為。 可以觀察到,與巧克力融化過程中的反向吸熱過程相比,巧克力凝固過程中的放熱過程對熱傳導率的影響較小

Thermal Conductivity measurements of the Chocolate chips
圖 3. 巧克力片在反覆凝固和熔化步驟中的熱導率測量
Thermal Conductivity measurements of the Chocolate chips
圖 4. 在單次凝固和熔化步驟中巧克力片的熱導率測量