平板磁制冷和热电磁复合制冷微元循环数值研究

本文借助COMSOL多物理场耦合软件,构建了二维瞬态平板磁制冷微元模型和热电磁复合制冷微元模型,考察了热电臂厚度、电流、运行频率、外界对流换热系数对复合制冷性能的影响。模拟结果显示,在大多数工况下热电磁复合模型的比制冷功均大于磁制冷模型的比制冷功率;改变不同几何和运行参数对复合制冷性能有不同的影响。在研究工况范围内,改变热电臂厚度(0.05～0.5 mm)、电流(0.4～0.8 A)、运行频率(0.5～4 Hz)和对流换热系数(500～2000 W·m^-2·K^-1),热电磁复合制冷微元模型相比于平板磁制冷微元模型,制冷功率密度最大提高分别为2.05倍、2.12倍、2.68倍、1.87倍。本研究对后续开展热电磁复合制冷系统机理研究提供重要指导。     

磁制冷工质材料的研究进展

本文简要叙述了磁制冷的基本原理和历史发展,详细地总结了国内外不同温区的磁制冷工质材料的研究成果,并展望了磁制冷工质材料的研究前景。     

磁制冷工质材料的研究进展

本文简要叙述了磁制冷的基本原理和历史发展,详细地总结了国内外不同温区的磁制冷工质材料的研究成果,并展望了磁制冷工质材料的研究前景。     

新型磁制冷材料--含Fe的Gd-Si-Ge

磁制冷材料的性能 ,可以用有效制冷容量RC来衡量 ,RC =ΔS× (T高 -T低) ,其中ΔS是可用磁熵度 ,T高 和T低 分别是制冷机的热端和冷端温度 .1997年 ,美国艾姆斯实验室的Gschneidner等报告了他们所发现的室温巨磁热效应材料Gd5Si2 Ge2 .不幸 ,后来的详细测试表明 ,该材料在磁制冷循环中会产生大的磁滞损失 ,从而使其应用价值受到影响 .在 5T的外场下 ,Gd5Si2 Ge2 的RC理想值是 30 5J/kg ,由于每循环的磁滞损失高达 6 5J/kg ,致使有效RC仅仅为 2 4 0J/kg .最近 ,来自美国国家标准技术研究院的ShallRD小组 ,发展了一种新的替代材料…     

磁制冷和激光制冷技术

 制冷就是使某一空间内物体的温度低于周围环境温度并能维持这个低温的过程。制冷及低温技术有着十分重要的应用,关系到国计民生的多个重要领域,如食品储藏、航空航天、医疗卫生、科学试验等。根据制冷产生的低温环境的不同,制冷技术大体分为三类,120K以上至环境温度以下为普通制冷,20-120K为深度制冷,OK以上至20K为低温和超低温制冷。早期制冷主要采用气体膨胀的方式来获取越来越低的低温,到1932年,荷兰人克西姆采用降低液氦压力的方法获得了0.7K的最低温度。这几乎达到了气体膨胀制冷的极限。     

二级不可逆磁Brayton制冷循环性能分析及参数优化

建立受有限速率热传导和绝热过程不可逆性影响的二级磁Brayton制冷循环模型,导出循环的性能系数和制冷率表达式,分析等磁场过程的磁场比、绝热不可逆因子、等磁中冷过程等对二级不可逆磁Brayton制冷循环最大制冷率及相关参数的影响,所得结论能为提高磁制冷机的循环性能提供参数设计参考.     

在室温磁制冷中铁磁体作为工作物质的可能性

在室温磁制冷中铁磁体是合适的工作物质．铁磁体内部存在的交换相互作用，使我们能够以较低的外场达到排出磁熵的目的．同时，铁磁体磁热过程本身的可逆性，使我们有可能用它构成高效的磁制冷机．本文从铁磁体磁热效应的基本实验事实出发，讨论磁制冷机工作物质选择的判据，强调真实磁化过程在制冷应用中的意义，利用分子场近似给出对材料选取有用的公式，通过对比指出，Ｆｅ基合金具有很好的应用前景．     

一种耦合斯特林制冷效应的复合式磁制冷循环的数值模拟

介绍了一种斯特林回热式制冷效应和主动式磁制冷效应耦合的新型制冷循环。循环采用的回热填料钆既是磁制冷循环的磁热材料又是斯特林制冷的回热材料。通过斯特林回热式制冷循环和磁制冷效应的正面耦合叠加获得更优良的制冷效果。同时介绍了一种磁制冷回热器的数值计算模型,本模型是基于控制容积法计算的一维交变流动模型,并对常规回热器内填料能量控制方程进行了修正,考虑了磁性材料磁热效应的影响,添加内热源项。论文计算分析了系统相位角、压力和频率的变化对制冷性能的影响。文中给出的部分模拟结果对后续实验台的改造有一定的借鉴指导作用。     

新型MnFe基复合磁热材料及其在回热制冷循环中的性能特性

基于三种MnFe基磁热材料的热容及等温磁熵变随温度变化的实验数据,本文应用热力学理论设计一种新型MnFe基复合磁热材料,获得三种组分磁热材料与复合材料的优化摩尔质量比,进一步以该复合磁热材料为工质构建回热式Ericsson和Brayton制冷循环,基于热力学分析和数值计算,比较这两种制冷循环的非平衡回热量、净制冷量及性能系数等重要热力学参量,同时将复合材料的相关结果与单组分磁热材料的加以对比,结果表明:复合材料的大磁熵变温区要比任何一种组分材料的宽得多,而以复合材料为工质的制冷循环的净制冷量在近15 K温区内都较大,所得结果能为室温磁制冷机的参数优化设计提供有益的参考。     

An optimized magnet for magnetic refrigeration

A magnet designed for use in a magnetic refrigeration device is presented. The magnet is designed by applying two general schemes for improving a magnet design to a concentric Halbach cylinder magnet design and dimensioning and segmenting this design in an optimum way followed by the construction of the actual magnet. The final design generates a peak value of 1.24 T, an average flux density of 0.9 T in a volume of 2 L using only 7.3 L of magnet, and has an average low flux density of 0.08 T also in a 2 L volume. The working point of all the permanent magnet blocks in the design is very close to the maximum energy density. The final design is characterized in terms of a performance parameter, and it is shown that it is one of the best performing magnet designs published for magnetic refrigeration.     

Magnetocaloric effect and magnetic refrigeration

The phenomenon of the magnetocaloric effect along with recent progress and the future needs in both the characterization and exploration of new magnetic refrigerant materials with respect to their magnetocaloric properties are discussed. Also the recent progress in magnetic refrigerator design is reviewed.     

Porous manganese-based magnetocaloric material for magnetic refrigeration at room temperature

The powder metallurgy technique has been exploited as a means to prepare porous magnetocaloric materials. The alloy Mn_1.1Fe_0.9P_0.46As_0.54 was previously synthesized by mechanical alloying followed by a solid-state reaction for crystallization and homogenization. Subsequently, the alloy was comminuted and sintered at 1298 K. The obtained sintered product is aimed to be tested in a magnetic regenerator of a prototype machine.     

Einstein制冷循环气泡泵的性能研究

基于Einstein制冷循环设计了气泡泵实验装置,以氨水为工质,对给定工况下气泡泵的性能进行研究。对沉浸比和加热功率对气泡泵的提升性能的影响进行分析,并将实验值与理论模型进行比较。结果表明:气泡泵的液体输送特性与气泡泵提升管管径、沉浸比、加热功率有关;气泡泵的液体流量随着加热功率增大、沉浸比的增大而增大,提升管内径对液体流量的影响不明显。实验结果与理论模型分析结果相一致。     

四能级量子制冷循环

本文提出以两个qubit量子纠缠系统为工质的四能级制冷循环模型, 基于量子热力学第一定律和热纠缠概念, 分析了在循环中系统与外界交换的热量、输入功、制冷系数等热力学参数与量子纠缠之间的关系, 结果表明: 制冷系数等高线图是环状曲线, 随纠缠比r增加而非单调变化; 当相互作用常数J比较小时, 量子制冷机运行区间在c₁>c₂, 当增加J值时, 制冷机运行区间在c₁>c₂和 c₁<c₂两个区域; 最大制冷系数ε_max随J值增大而增加.     

Performance of an irreversible quantum refrigeration cycle

A new model of a quantum refrigeration cycle composed of two adiabatic and two isomagnetic field processes is established. The working substance in the cycle consists of many non-interacting spin-1/2 systems. The performance of the cycle is investigated, based on the quantum master equation and semi-group approach. The general expressions of several important performance parameters, such as the coefficient of performance, cooling rate, and power input, are given. It is found that the coefficient of performance of this cycle is in the closest analogy to that of the classical Carnot cycle. Furthermore, at high temperatures the optimal relations of the cooling rate and the maximum cooling rate are analysed in detail. Some performance characteristic curves of the cycle are plotted, such as the cooling rate versus the maximum ratio between high and low ``temperatures' of the working substances, the maximum cooling rate versus the ratio between high and low ``magnetic fields' and the ``temperature' ratio between high and low reservoirs. The obtained results are further generalized and discussed, so that they may be directly applied to describing the performance of the quantum refrigerator using spin-$J$ systems as the working substance. Finally, the optimum characteristics of the quantum Carnot and Ericsson refrigeration cycles are derived by analogy.     

量子简并性对气体斯特林制冷循环性能的影响

基于理想量子气体的状态方程，分析了量子气体斯特林制冷循环中的回热特征，推导出循环的制冷系数一般表达式.获得了在强简并和弱简并条件下循环的制冷系数，对全面理解气体斯特林制冷机的性能有所帮助. 关键词： 量子简并性 斯特林制冷循环     

耦合高压斯特林制冷效应的复合磁制冷循环的数值模拟

本文借助计算流体力学软件, 对复合磁制冷机进行整机数值模拟分析. 以复合磁制冷机为建模原形, 分别计算了主动式磁制冷循环以及复合磁制冷循环. 利用模型计算分析了利用系数, 工作频率对主动式磁制冷的制冷效果影响, 同时模拟计算了不同相位角、不同频率下的复合磁制冷机的制冷效果, 计算得到适合复合磁制冷循环的最佳匹配相位角. 模拟计算结果对后续实验台的设计搭建有很好的指导作用.     

一种三级自动复叠制冷系统的试验研究

本文提出一种三级自动复叠的制冷系统,搭建了相应的研究装置,采用R134 a/R23/R14混合制冷剂,对试验装置和混合制冷剂组分的优化试验。并对降温过程中制冷系统中混合制冷剂合流特性进行了分析。