复合式永磁室温磁制冷机制冷性能研究

发布时间：2017-06-01 16:04

  本文关键词：复合式永磁室温磁制冷机制冷性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：室温磁制冷是一种新型的制冷技术，与传统蒸汽压缩制冷技术相比，室温磁制冷技术不会引起温室效应，不破坏臭氧层，对环境无危害，热力学循环效率高。本文介绍了一种新型的复合式永磁室温磁制冷机。主要部件是磁场系统和磁热效应材料填充的多孔主动磁蓄冷器。两套磁场平行排列通过齿轮啮合使两个磁场的相位差始终保持180度。这样既提高频率也能快速在蓄冷器内形成温跨。磁场强度变化差值1.5T左右。通过内外筒的相对转动就可以为磁性材料提供所需的磁场完成Brayton热力学循环。 为了实现在100升左右的冷端箱体中制冷，研究了室温磁制冷机采用不同材料、制冷循环周期、磁蓄冷床和磁场系统结构对制冷温跨、冷端最低温、降温速度和制冷功率等制冷性能的影响。 本文首先以Gd基球形颗粒磁性材料为标准，粒径0.3—0.5mm左右，孔隙率36%左右。研究了换热流体循环体积对制冷性能的影响，目的是确定出换热流体的最佳单次循环体积，在其他条件不变情况下，使室温磁制冷机达到最佳制冷效果。 其次，为了确定不同居里温度磁制冷材料的制冷性能，对不同室温下制冷温跨与制冷功率做了研究。确定了室温对磁蓄冷床的影响和合适的制冷功率公式。三种Gd基合金，117升制冷空间2小时左右可以将冰箱温跨降低15.9K左右，制冷功率达到186W左右。研究了四种磁蓄冷床在适合温区的降温情况和降温速度。其中第一台磁制冷机累计运行时间超过236小时，运行稳定。 再者，比较了两种不同磁场强度的室温磁制冷机的制冷性能。考虑降低成本，设计的小磁场强度室温磁制冷机，减少永磁体用量，增加磁制冷材料情况下的制冷性能优异。在65升制冷空间中，采用Gd和三种GdEr合金可以达到最大冷热端温跨26.4K，最大制冷温跨达到21K，冷端最低温度达到269.4K(-3.6℃)，冷室温度突破272K(-1℃)。 最后，研究小磁场强度室温磁制冷机和四种居里温度的LaFeCoSi合金做成四段制冷工质磁蓄冷床的制冷效果。分别分析了周期和等磁场过程换热角度对该结构的室温磁制冷机制冷性能的影响，，在换热流体循环量不变情况下，周期越小制冷效果越好。等磁场过程换热角度越小，制冷效果都越好。绝热过程所需时间越短也越符合热力学循环的绝热退磁理论。
【关键词】：磁制冷 Brayton 制冷工质 温跨 利用率
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB651
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-20
• 1.1 室温磁制冷与国内外磁制冷机的发展现状10-13
• 1.1.1 国外室温磁制冷机的发展现状12-13
• 1.1.2 国内室温磁制冷机的研究现状13
• 1.2 室温磁制冷机的工作原理13-15
• 1.2.1 主动磁蓄冷技术13-14
• 1.2.2 磁热效应14-15
• 1.3 磁制冷机的热力学循环与磁场选择15-16
• 1.3.1 磁制冷机工作的热力学循环15-16
• 1.3.2 磁场中的磁体与磁性材料的选择16
• 1.4 室温磁制冷的研究意义16-17
• 1.5 室温磁制冷机的分类方法17
• 1.6 室温磁制冷存在的问题与发展趋势17-18
• 1.6.1 存在的问题17
• 1.6.2 磁热效应材料的制备及对换热的影响17-18
• 1.7 本文的研究内容18-20
• 2 室温磁制冷机的组成20-29
• 2.1 磁蓄冷床20-23
• 2.1.1 主动磁蓄冷床与其结构20-21
• 2.1.2 磁蓄冷床的孔隙率21-23
• 2.2 磁场23-26
• 2.3 热交换流体的循环系统26-27
• 2.4 冷端箱体及其结构27-28
• 2.5 实验数据测量与采集28-29
• 3 对自主研制的室温磁制冷机的初步研究29-41
• 3.1 确定换热流体的最佳循环量29-30
• 3.2 研究磁制冷机的冷热端温跨30-32
• 3.3 室温对室温磁制冷机制冷性能影响32-33
• 3.4 制冷功率和制冷能力的分析研究33-36
• 3.4.1 采用直流电源加热法计算磁制冷机功率34
• 3.4.2 根据热交换温差计算磁制冷机功率34-35
• 3.4.3 磁制冷机的制冷系数 COP 与实际制冷功率35-36
• 3.5 研究多种 AMR 的对比试验36-40
• 3.6 本章小结40-41
• 4 研究磁场结构和运行参数对室温磁制冷机的影响41-52
• 4.1 研究磁场结构和 MCM 对制冷性能的影响41-47
• 4.1.1 前言41-42
• 4.1.2 研究一种 MCM 在两种磁场下的制冷性能42-43
• 4.1.3 研究四种等量 Gd 合金基球形颗粒 MCM 在两种磁场下的制冷性能43-45
• 4.1.4 四段镧铁钴硅的制冷效果45-46
• 4.1.5 室温磁制冷机的利用率46-47
• 4.2 研究不同换热角度和不同周期对制冷性能的影响47-51
• 4.2.1 研究等磁场过程的换热角度对制冷性能的影响47-49
• 4.2.2 研究周期制冷性能的影响49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-58
• 在学研究成果58-59
• 致谢59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：412941