周期性热源作用下室温磁制冷回热器多孔介质能量传输

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51176050
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
巫江虹
依托单位：
华南理工大学
学科分类：
E0601.工程热力学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
唐永柏；侯普秀；王惜慧；陈湘；欧阳光；李程；
关键词：
周期性热源强化传热旋转式室温磁制冷机多孔介质主动式磁回热器（AMR）

项目摘要

室温磁制冷高效率和无环境污染，在国际上被公认为是下一代有竞争力的新型制冷技术。国际制冷杂志2006年室温磁制冷专辑（2006,29）序言中指出：不久的将来，在相当广泛的领域室温磁制冷将替代现有的蒸汽压缩制冷机而成为制冷市场的新型技术。主动式回热器（AMR）强化换热是室温磁制冷机的关键技术，课题针对主动式回热器循环最优周期、去磁过程和加磁过程时间匹配及热量平衡问题，期望明晰在周期性热源作用下回热器内发热多孔介质磁热工质与外部流体的能量传输强度和时间二维传输机制。研究采用AMR加磁过程低沸点传热流体在多孔介质中相变蒸发、去磁过程传热流体单相换热的方法，提高AMR的传热系数，在回热器工质轮中形成稳定的温度梯度和高效传热能力，以适应高转速AMR工况，获得大功率制冷量的输出，使磁热效应产生的制冷能力得到充分地展现。

结项摘要

项目针对AMR强化换热技术进行深入细致的研究，在磁热材料、周期性磁场与磁热性工质周期性热源的对应关系、周期性热源作用下单相/沸腾强化换热机理、室温磁制冷样机测试标准等方面取得一系列实验和理论研究成果，为室温磁制冷机理研究和应用开发奠定了基础。.在磁热性材料的制备工艺的研究中，采用烧结法、粘结法制备LaFeSi基合金，克服LaFeSi合金机械加工性差的缺点。实验结果表明，烧结后的材料仍具有巨磁热效应。而采用粘结法成型后材料的磁热性能基本不变，但粘结剂的选取对复合工质的热导有较大影响。以泡沫铜为骨架的laFeSi基薄片机械强度和韧性可以满足磁制冷样机工作要求。.在周期性磁场与磁热性工质周期性热源的对应关系研究方面取得如下进展：磁热工质产生磁熵变和温变的时间尺度与换热时间尺度相比极短，在外磁场变化瞬间，磁热工质的温变是初始、最终磁场强度及自身温度的三元函数。对磁热性工质磁熵变模型求解，可得到外磁场变化量与磁热工质热量变化量的对应关系。.针对周期性热源作用下换热流体在AMR当中单相冷却强化换热的研究包括：AMR内部温度场规律和纳米流体强化换热机制分析两个方面。AMR内部温度场规律是强化换热的基础，研究发现：增大工质盘转速和增大换热流体流量都会减少单元格内残留换热流体对样机性能的影响。而高导热系数、高密度的液态金属流体能提高磁制冷机的性能。片状AMR表现出最佳的换热效能。在制冷系数方面，系统存在一个最佳的流体利用率（φ=0.3），系统获得最大的制冷系数。对于纳米流体强化换热机制分析方面，纳米流体随着纳米粒子的尺寸降低，液层和纳米粒子尺寸效应对强化热导的贡献愈加明显。质量分数为10% 纳米SiC颗粒可以使水的换热系数提高21%，为强化AMR中的固-液换热提供了一种新途径。.周期性热源作用下低沸点工质在磁场作用下沸腾传热研究进展：对磁处理后的换热流体物化性质和磁场内沸腾现象进行研究，水经过1.5T匀强磁场磁处理后，分子重新规律排列，有序化的结构使得粘度宏观上呈现降低的趋势，表面张力上升。磁场对于水沸腾的影响总体呈现出促进换热、促进气泡成核。而R134a在强磁场作用下，沸腾却体现出削弱的趋势：增大了壁面过热度，降低了换热系数。.对磁制冷机制冷量和制冷温度的统一测试方法进行研究，在现有评价方法的基础上提出了新的室温磁制冷样机能效指标-㶲效率，从而实现样机在同一能量品位下进行能效评价。