本文關(guān)鍵詞：電場作用下極性電介質(zhì)材料的電熱效應(yīng)研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：極性電介質(zhì)材料在電場作用下產(chǎn)生溫度和熵的變化被稱為電熱效應(yīng)(Electrocaloric effects,ECE)。在長達(dá)幾十年的時間里,極性電介質(zhì)材料只被發(fā)現(xiàn)了相對較小的電熱效應(yīng),無法應(yīng)用于實際。最近,研究人員發(fā)現(xiàn)部分鐵電材料具有大電熱效應(yīng),因此使得利用電介質(zhì)的電熱效應(yīng)設(shè)計制冷器成為一個研究熱點。與傳統(tǒng)的制冷技術(shù)相比,這種制冷技術(shù)具有無污染、制冷效率高的優(yōu)點,因而在現(xiàn)代制冷行業(yè)有巨大的應(yīng)用前景。本文利用居里-外斯定律、朗道相變理論和麥克斯韋關(guān)系式等推導(dǎo)出了極性電介質(zhì)電熱效應(yīng)的計算公式,計算出了順電態(tài)下和鐵電相變態(tài)經(jīng)歷相變狀態(tài)下的電介質(zhì)溫度變化、熵變化,并對比了兩種狀態(tài)下的電熱效應(yīng)的大小。從而為分析材料的最大溫度變化、最大熵變以及做功能力等提供理論依據(jù)。同時本文建立了極性電介質(zhì)材料在順電態(tài)、鐵電相變態(tài)的電熱效應(yīng)的熱力學(xué)理論模型。該理論表明只要工作溫度足夠接近居里溫度,電熱效應(yīng)基本都比較大,而且比順電態(tài)要大很多�；谶@一點,在某一工作環(huán)境下,只要找到一種居里溫度非常接近這個工作溫度的電介質(zhì),就能實現(xiàn)較大的電熱效應(yīng)。典型熱力學(xué)循環(huán)的建立是研究電熱材料作為制冷器件進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化和做功能力的理論基礎(chǔ),為此經(jīng)過選取居里溫度與室溫相近的極性較大的電介質(zhì)作為制冷材料加之設(shè)計工藝上的提升,是利用順電態(tài)下極性電介質(zhì)的電熱效應(yīng)制作出有一定應(yīng)用前景制冷器的有力保障。本文還驗證了極性電介質(zhì)在低于并接近于鐵電-順電相變居里溫度時具有的較大電熱效應(yīng)潛能,這是因為相變能夠引起電介質(zhì)材料的極性發(fā)生改變,而極性的改變又能引起較大的熵變化。最后本文建立了具有大電熱效應(yīng)和大變形的極性彈性電介質(zhì)熱力學(xué)理論。該理論表征了極性電介質(zhì)在受到機械力,電場和熱場耦合作用下的平衡條件。并通過考慮極性彈性電介質(zhì)熱力學(xué)系統(tǒng)的超彈性、極化、電致伸縮和熱貢獻(xiàn)的耦合影響,對其機械性能和大變形進(jìn)行了分析。這為探尋一定工作溫度要求(比如室溫條件或其他有特殊要求的溫度)條件下的具有大電熱效應(yīng)的電介質(zhì)材料指明了方向;同時也能夠為基于極性電介質(zhì)電熱效應(yīng)的制冷器的設(shè)計制造提供理論參考。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM21

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱艷峰;劉鋒;黃小清;李麗娟;;橡膠材料的本構(gòu)模型[J];橡膠工業(yè);2006年02期

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本文編號：1310403