【摘要】：作為一項有望替代蒸汽壓縮式制冷的新興技術(shù),在近十多年中人們對室溫磁制冷開展了廣泛而深入的研究。磁制冷原理是基于磁熱效應(yīng)。磁熱效應(yīng)可以概括為施加或去除磁場時磁性材料產(chǎn)生溫度變化的物理效應(yīng)。因為可以使用的永磁體一般能產(chǎn)生1.5Tesla左右的磁場,而大部分的磁性材料的絕熱溫變一般最多不超過3K/Tesla,故磁制冷機(jī)中制冷工質(zhì)的磁熱效應(yīng)溫變都難以超過5K每單次。般說來,實際制冷系統(tǒng)需要的溫跨至少為20K以上,故蓄冷技術(shù)就成為室溫磁制冷不可或缺的技術(shù)手段,而主動蓄冷(AMR)在各蓄冷方式中最為流行,我們的研究正是圍繞AMR展開。當(dāng)流體流過已經(jīng)建立起溫度梯度的AMR工質(zhì)床時,蓄冷器中的每一個部分將經(jīng)歷當(dāng)?shù)販囟认碌淖友h(huán)。這一系列的子循環(huán)串聯(lián)起來構(gòu)成了運用AMR所得到的大溫跨。然而這些子循環(huán)的高溫端和低溫端溫度都隨著流體的流動而不斷變化,其串聯(lián)耦合時相互影響,所以制冷量的計算工作難以用解析的方法實現(xiàn)。近年來有很多模擬和計算室溫磁制冷機(jī)制冷量的工作,但大部分的工作是通過數(shù)值計算進(jìn)行的,并沒有揭示出主動式磁制冷機(jī)的參數(shù)與性能之間的關(guān)系。因此對于主動式磁制冷機(jī)制冷量的解析計算對于磁制冷機(jī)的設(shè)計就顯得很有必要。在本碩士論文中,作者提出和建立了一種解析計算方法來處理AMR式的制冷機(jī)制冷能力問題。從數(shù)值計算的研究結(jié)果看,AMR工質(zhì)床的溫度分布存在平臺區(qū)域,為了研究存在平臺區(qū)域的情況下制冷機(jī)的制冷量,先從AMR工質(zhì)床溫度呈連接低溫端、高溫端的線性分布入手,即研究無平臺時的制冷量；然后研究存在一定長度的平臺時的制冷量。兩部分研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下：1.對AMR工質(zhì)床中的溫度場做了線性的假設(shè),并假設(shè)低溫端、高溫端流入溫度線性分布的流體,計算得出該情況下的制冷量和磁熱效應(yīng)絕熱溫變的平方成正比,這意味著磁場在提高主動蓄冷式制冷機(jī)制冷量上有很重要的作用,盡管磁熱效應(yīng)并不完全和磁場強(qiáng)度呈正比；其次,磁制冷工質(zhì)的孔隙率、熱容量將影響制冷量的大��；最后,制冷量和整個制冷機(jī)冷、熱端的溫跨大小成反比。2.對AMR工質(zhì)床的溫度場由具有一定長度的平臺區(qū)域和線性區(qū)域共同組成的假設(shè),運用研究線性溫度場情況下流量的計算公式計算其制冷量,發(fā)現(xiàn)制冷量與冷、熱端的溫跨成反比,并且與磁熱效應(yīng)的絕熱溫變和材料工作區(qū)溫度跨度有關(guān)；進(jìn)一步得出了無平臺和有平臺兩種情況下的制冷量計算通式。3.不管有無平臺,制冷量都可表達(dá)為液體的流量與磁熱效應(yīng)絕熱溫變的乘積,故大的流量有利于增加制冷功率,但流量與AMR兩端溫差成反比,故制冷功率的增加是有條件的。
【圖文】：

性材料的一種固有屬性，是由于外加磁場的變化引起材料磁媳發(fā)生變化，，同時伴逡逑隨著材料吸熱放熱的過程。由磁矩原子或磁性離子組成的磁性材料具有一定的熱逡逑運動，當(dāng)無磁場時，磁性材料的內(nèi)磁矩隨機(jī)取向，因而具有較大的煙。如圖２－１逡逑所示ＩＷ，當(dāng)施加磁場時，磁矩將和磁化方向取向一致，在等溫條件下，磁化過逡逑程使磁工質(zhì)的煽減少，磁矩有序度增加，向外界等溫放熱；同理，當(dāng)去除磁場時，逡逑由于磁性原子或離子的熱運動，磁性材料的磁矩又將趁于無序狀態(tài)，在等溫條件逡逑下，磁工質(zhì)從外界吸取熱量，從而達(dá)到制冷的目的。逡逑ｉｎ＃W奇逡逑ａ）尤外巧時Ｈ＝０邋ｂ）巧化村Ｈ＞０邐ｃ）退巧安！邋Ｈ＊0巧逡逑圖２－１磁制冷機(jī)工作原理逡逑從熱力學(xué)的角度考慮磁熱效應(yīng)是通過一個外部磁場，使磁滴發(fā)逡逑生改變，從而得到溫度的變化。磁性材料的焰由晶格體系的煽、自由電子體系的逡逑４逡逑

性材料的一種固有屬性，是由于外加磁場的變化引起材料磁媳發(fā)生變化，同時伴逡逑隨著材料吸熱放熱的過程。由磁矩原子或磁性離子組成的磁性材料具有一定的熱逡逑運動，當(dāng)無磁場時，磁性材料的內(nèi)磁矩隨機(jī)取向，因而具有較大的煙。如圖２－１逡逑所示ＩＷ，當(dāng)施加磁場時，磁矩將和磁化方向取向一致，在等溫條件下，磁化過逡逑程使磁工質(zhì)的煽減少，磁矩有序度增加，向外界等溫放熱；同理，當(dāng)去除磁場時，逡逑由于磁性原子或離子的熱運動，磁性材料的磁矩又將趁于無序狀態(tài)，在等溫條件逡逑下，磁工質(zhì)從外界吸取熱量，從而達(dá)到制冷的目的。逡逑ｉｎ＃W奇逡逑ａ）尤外巧時Ｈ＝０邋ｂ）巧化村Ｈ＞０邐ｃ）退巧安！邋Ｈ＊0巧逡逑圖２－１磁制冷機(jī)工作原理逡逑從熱力學(xué)的角度考慮磁熱效應(yīng)是通過一個外部磁場，使磁滴發(fā)逡逑生改變，從而得到溫度的變化。磁性材料的焰由晶格體系的煽、自由電子體系的逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB651

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本文編號：2562944