常温磁制冷蓄热分析

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1、常温磁制冷蓄热分析摘要利用计算机模拟常温磁制冷试验并分析实验的结果。呈现岀材料在磁暂态磁再生过程等四个连续过程的详细变化情况，用短暂的方法来确定稳定运行屮的温度分布。磁热床的热端和冷端之间保持5°C的温度差异是确保再生进行的条件。由传热学和四个连续过程的流体力学开发出来的模型在蓄热结合磁热效应的热波段得到应用。基木公式可以经过模拟磁制冷系统的设计参数中导出。关键词：磁制冷;再生;循环;建模;传热1.概述相比于传统的蒸汽压缩循环系统，磁制冷是最近发现的将会是一个高效环保的技术磁性材料中由于增加和减少磁场会产牛相应的温度变化，其热泵循环中作为一个固体制冷剂。磁性材料曾经用于气

2、体液化系统中⑶，低温应用⑷在工业和商业制冷及空调工序中得到广泛应用®。对磁性材料应用到常温磁制冷的研究已经开展血％磁制冷的应用项目已经运用到各个不同的项目屮。本文的目的在于描述用于磁再生制冷的制冷试验台以及用模型的操作条件来定性的描述基于磁性材料磁制冷的现象。根据模型的试验结果，利用流体力学及磁热力学的知识进行分析，虽然磁制冷的温度分布己经在稳态工作过程中得到l，2-15J,但是没有专业的模型可以用于基于该系统性能评估过程的瞬态响应。磁再生的制冷系统中的再生现象由于具有瞬时性而显得复杂。在气体制冷剂和材料的加热和冷却过程中，短暂的过程又是这种制冷系统的最重要的过程。它是在

3、确定的时间内获得定量的温度所需的加在制冷床两端的温度跨度的大小，另外，改变设计参数也会对实验结果有很大的影响，因为环境温度针对的只是暂态过程。为了更好的分析和设计最佳的磁制冷再生系统，需要考虑每个参数的瞬态阶段的影响。瞬态过程还影响试验台两端温度变化的幅值大小。本研究的结果可以提供许多有关的信息，实际效率由磁再生制冷系统控制，需要克服的技术障碍是显示领域的技术，它限制了系统的开发和利用。对这些可以传热的磁性材料的选择，二次换热冋路的设计，选择和设计与磁铁相关的温度分布并整合材料。在第二节中，我们将着重讨论磁热再生，在第三节中说明实验装置的设置，实验进行测量的数据，描述温度

4、分布的数学模型的发展。在第四节中讨论磁性蓄热体，被开发的模型被分为两部分：首先进行磁化或退磁的过程，第二个是从再生磁床的各方面的解方案中得到的数据分析。第五节讲述了实验的结果和模型的分析结果，最后，第六节总结这项研究的成果。Noincnd每单位体积的表而积高温容最T比体积ar在恒定的比热V位置C三维实体粒径XV归一化距离D磁场强度yT因次长度H长的位置z规范化期■I修正贝塞尔函数希腊字母In热传导率Greekleh自由空间磁导率K再生长度必孔隙填充床的L磁化v间隙流速M质量VT非维时间mn次位置9A无量纲数n努赛尔数p密度Nu普朗特数PrSubscript.称s温度g克

5、气T时间s固态t新雷诺数go初始气体Re半均通过时间■初固r无戢纲温度in在入口2.磁热再生磁制冷是基于磁制热效应（MCE）,其中在铁磁材料的情况下是通过磁场的作用将气候变暖作为原子的磁矩，以及去除磁场对应的冷却时31,两大困难出现在磁设计制冷系统中，首先，产生磁热效应的是系数相当小的常温磁热材料，例如，在轧（Gd）的5吨磁材料的应用中将产生最大绝热变温度11K[17]o第二，由于制冷剂是I古I体，因此，不容易通过换热器后抽出。热传递和温度跨度的问题可以通过引入传热流体的再生和使用被克服，再生可以通过往复式吹动流体来实现。通过磁热材料制成的多空床，即交替磁化和退磁。可用于

6、常温磁制冷的材料是轧，GdSiGe[181合金，具有多边结构的材料I⑼和钙钛矿I?。】的材料。我们从理论上得到的结论⑵1是基于制冷剂容量的计算

7、2刀,纳米复合材料簇可能会在较大的温度范围内产牛较大的MCE,对磁制冷系统来说，与其他的制冷剂相比，有儿个显著的优点，包括密切注视在增加温度变化的高温低磁场中的工作能力㈡］,该活性蓄冷器（AMR）是种特定的再生磁制冷剂,在其屮磁性材料即充当制冷介质和作为再生的热介质，又在多孔的基体里工作作为传热媒介。主动磁冋热的基本装置类似于一个普通的再生器，不同之处在于该材料的物理性质是随磁场的增加和去除而变化。一个ARM周期包括以下几个部分，

8、试验台磁化时，磁材料升温，流体流经试验台；冷却流过试验台流体，热量传递至热量交换器；床去磁时，冷却流体和磁材料；由热到冷的流体流过磁化床，热量传递至热量交换器。图一向我们展示了在瞬态过程开始的过程，用于制冷机床两端的温度与时间的曲线图。在第一个周期可以与退磁过程一起开始及整个磁化床冷却到最低温度，在冷却的过程中，每一端床的温度在随时间的不同而有不同的变化。在以下的磁化过程中,磁化床的两端加热，最后，在周期的最后一个过程，床两端温度降低，但速率却是不一样的，这是放大后的，并在第一个周期结束后磁化床具有的温度分布。HolendCo