这篇文档属于类型a，是一篇关于利用热补偿电阻层析成像技术（TCERT）可视化LiCl-KCl熔盐凝固过程中固相体积分数时空分布的原创新研究。以下是针对该研究的学术报告：
作者及发表信息
本研究由So Segawa（日本千叶大学机械工程系）、Prima Asmara Sejati（印度尼西亚加查马达大学电气工程与信息学院）、Yosephus Ardean Kurnianto Prayitno（通讯作者，加查马达大学机械工程系）、Noritaka Saito（日本九州大学材料工程系）和Masahiro Takei（千叶大学机械工程系）合作完成，发表于期刊Advanced Powder Technology第35卷（2024年），文章编号104723。
学术背景
研究领域：本研究属于高温熔盐相变材料的多物理场可视化领域，聚焦于熔盐凝固过程中的固液相变动力学。
研究动机：LiCl-KCl熔盐作为潜热储能材料，其凝固质量直接影响热传递效率。传统方法（如X射线衍射、磁共振成像）仅能提供静态或时间分辨率的测量，无法捕捉凝固过程中非均匀和非稳态的时空分布现象（如晶体生长界面波动、溶质扩散）。
研究目标：
1. 开发一种新型热补偿电阻层析成像技术（TCERT），实现高温（700°C）下熔盐凝固的实时三维可视化；
2. 通过固-液电导率模型（SLCM）量化固相体积分数；
3. 分析凝固过程中的空间不均匀性和时间波动性。
研究流程与方法
1. TCERT技术框架
TCERT包含三个核心步骤：
- 步骤1：电导率插值（CID）
- 对象：LiCl-KCl熔盐（85 mol% LiCl–15 mol% KCl），初始温度700°C，冷却速率4.44°C/min。
- 方法：基于电导率插值图（CID, Conductivity Interpolation Diagram），根据KCl摩尔分数（x）和温度（T）插值液态电导率（σ_l）。CID通过7组参考电导率数据（表1）构建，覆盖温度范围380–930°C。
- 创新点：首次将熔盐的物理化学性质（电导率-温度-成分关系）集成到层析成像算法中。
步骤2：电导率重建（ERT）
- 设备：高温电阻层析成像系统，含铂丝电极（Pt-wire）、多路复用器、LCR表（Hioki IM3570）。
- 实验设计：采用四端对测量法抑制电磁干扰，在500 Hz频率下注入25 mA交流电，获取40组电压模式数据。
- 算法：基于高斯-牛顿法的绝对电导率重建，网格单元数9932，迭代次数≤9次（表5）。
步骤3：相分数转换（SLCM）
- 模型：基于Hanai方程的固-液电导率模型（SLCM），将重建的固-液混合电导率（σsl）转换为固相体积分数（φ）。公式：
$$φ = 1 - \left(\frac{σ{sl} - σ_s}{σ_l - σ_s}\right)^{3⁄2}$$
其中σ_s为固态LiCl电导率（表2）。
2. 实验验证
- 样品处理：103.0 g LiCl-KCl粉末在氧化铝坩埚（直径64 mm）中熔化，铂丝电极浸入熔盐10 mm。
- 温度控制：通过PID控温炉（Yamato KDF 300 Plus）实现线性冷却，热电偶监测熔盐中心温度。
主要结果
时空分布可视化
- 凝固起始于542°C（液相线温度），在352°C（共晶温度）完成。固相从坩埚壁向中心推进，形成同心圆非均匀分布（图7）。
- 径向均值φ®显示，20–25 mm区域凝固速率最快，中心区域（r≈0 mm）延迟显著（图7b），归因于热对流不均匀性（公式17）。
与物化计算对比
- TCERT的φ与物化计算值（基于杠杆定律和密度插值图DID）对比，最大相对误差0.763（图11）。
- 误差峰值出现在542°C附近，源于非平衡态凝固（快速冷却导致温度梯度偏离平衡假设）。
非均匀性与波动性
- 径向标准差σ_r(φ)峰值为0.088，方位角标准差σ_h(φ)为0.010（图13），表明凝固过程以径向不均匀为主导。
- 微观机制：枝晶生长（相场模型）和热-溶质扩散耦合导致界面不稳定（引用文献41）。
结论与价值
科学价值：
- 首次实现高温熔盐凝固的全时空分辨率可视化，揭示了非平衡态下的相变动力学机制。
- 提出的TCERT框架为多相流、电池浆料混合等领域的实时监测提供了新方法。
应用价值：
- 优化潜热储能系统的设计，通过调控冷却速率改善凝固均匀性。
- 高温工业过程（如核废料处理、冶金）的在线监测成为可能。
研究亮点
技术创新：
- 集成CID和SLCM的TCERT算法，解决了高温下电导率动态变化的测量难题。
- 铂丝电极和四端对测量法保障了高温腐蚀环境中的信号稳定性。
发现创新：
- 凝固前沿的延迟 nucleation现象（中心区域）为经典成核理论（公式20）提供了实验证据。
- 空间非均匀性与冷却速率的定量关系（公式17）为工艺优化提供指导。
其他价值
- 研究数据（电导率插值参数、重建算法代码）已公开，可作为熔盐物性数据库的补充。
- 方法可扩展至其他二元熔盐体系（如NaCl-KCl），需调整CID中的物性参数。
（报告完）
注：术语翻译示例：电导率（conductivity）、固相体积分数（solid volume fraction）、液相线温度（liquidus temperature）。