A Elastocaloric Shape Memory Cooling Demonstrator Unit - Design & Fabrication; Modeling; Material Optimization

弹热形状记忆冷却演示装置 - 设计

基本信息

项目摘要

The main objective of this proposal is the development of acontinuously operating air cooling demonstrator unit based on NiTishape memory alloys. In continuation of the collaboration alreadyestablished during the first SPP1599 funding period (C1, C2 and C3),this task will be addressed by joint efforts of MechatronicsEngineering at Saarland University (Seelecke, Schütze) and MaterialsScience at Ruhr University Bochum (Eggeler, Frenzel). While in thefirst phase the focus was primarily on the basic understanding of theunderlying principles of an elastocaloric cooling process, the focusduring the second phase will be on the transformation of thisunderstanding into a working cooling unit. As in the previous phase this will require an interdisciplinary approach from Material Science and Mechatronics Engineering (Schütze, Seelecke: Design and fabrication of cooling unit), (Seelecke: Model development) and(Eggeler, Frenzel: Materials optimization). The unit will operate with elastocalorically optimized NiTi-based wires and will enable a first assessment of the cooling effect under realistic conditions. It is also intended to be used as a means for cross-platform comparison with other ferroic cooling methods and a conventional vapor-compressionbased process. We will address the project in a systematic way by implementing the following approach: 1) We will extend our current scientific demonstrator platform for single-wire operation to include air cooling effects, allowing for a detailed study of the interplay between material properties and process parameters. 2) We will design and fabricate a continuously operating, rotatory multi-wire air-coolingdemonstrator system based on the process insights gained in 1). 3) Different elastocalorically optimized wire materials in various sizes willbe integrated into the above demonstrator system, and their coolingperformance will subsequently be characterized under processconditions. 4) Modeling efforts will be validated against single-wire scientific platform data for various elastocalorically optimized alloys. They will subsequently be used to support the design of the multi-wire engine through device-level simulations and to develop a prediction tool for its cooling performance.
该提案的主要目的是开发基于Nitishape存储合金的连续运行的空气冷却示范器。在继续在第一个SPP1599资金期(C1,C2和C3)建立的合作中,这项任务将通过Saarland University(Seelecke,Schütze)和Ruhr University Bochum(Eggeler,Frenzel,Frenzel)的Saarland University(Seelecke,Schütze)和材料的联合努力来解决这项任务。虽然在第一阶段,重点主要是对弹性冷却过程的基本原理的基本理解,但重点第二阶段将是将这种理解转换为工作冷却单元的转化。与上一阶段一样,这将需要材料科学和机电一体化工程(Schütze,Seelecke:冷却单元的设计和制造),(Schütze:模型开发)和(Eggeler,Frenzel:Frenzel:材料优化)的跨学科方法。该装置将使用基于NITI的弹性优化的电线进行操作,并将在现实条件下首次评估冷却效果。它还旨在将其用作与其他铁色冷却方法和常规蒸气压缩过程进行跨平台比较的手段。我们将通过实施以下方法来以系统的方式解决该项目:1)我们将扩展当前的科学演示器平台以进行单线操作,以包括空气冷却效果,从而详细研究了材料属性和过程参数之间的相互作用。 2)我们将根据1在1中获得的过程洞察力设计和制造一个连续的操作,旋转多线空气冷却剂系统。 3)各种大小的不同弹性优化的电线材料将集成到上述演示器系统中,随后将在过程条件下表征它们的冷却性能。 4)建模工作将针对各种弹性优化合金的单网科科学平台数据进行验证。随后,它们将通过设备级模拟来支持多线引擎的设计,并为其冷却性能开发预测工具。

项目成果

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