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常温磁制冷蓄热分析 摘要 利用计算机模拟常温磁制冷试验并分析实验的结果。呈现出材料在磁暂态磁再生 过程等四个连续过程的详细变化情况，用短暂的方法来确定稳定运行中的温度分布。 磁热床的热端和冷端之间保持5°C的温度差异是确保再牛进行的条件。由传热学和四 个连续过程的流体力学开发出来的模型在蓄热结合磁热效应的热波段得到应用。基本 公式可以经过模拟磁制冷系统的设计参数中导出。 关键词：磁制冷;再生;循环;建模;传热 1.概述 相比于传统的蒸汽压缩循环系统，磁制冷是最近发现的将会是一个高效环保的技 术小习。磁性材料中由于增加和减少磁场会产牛相应的温度变化，其热泵循环中作为 一个固体制冷剂。磁性材料曾经用于气体液化系统中⑶，低温应用⑷在工业和商业制 冷及空调工序中得到广泛应用⑸。对磁性材料应用到常温磁制冷的研究已经开展血7〕, 磁制冷的应用项目已经w运用到各个不同的项S中。 本文的目的在于描述用于磁再牛制冷的制冷试验台以及用模型的操作条件来定 性的描述基于磁性材料磁制冷的现象。根据模型的试验结果，利用流体力学及磁热力 学的知识进行分析，虽然磁制冷的温度分布已经在稳态工作过程中得到l，2-，5J，但是没 有专业的模型可以用于基于该系统性能评估过程的瞬态响应。磁再生的制冷系统中的 再生现象由于具有瞬时性而显得复杂。在气体制冷剂和材料的加热和冷却过程中，短 暂的过程又是这种制冷系统的最重要的过程。它是在确定的时间内获得定量的温度所 需的加在制冷床两端的温度跨度的大小，另外，改变设计参数也会对实验结果有很大 的影响，因为环境温度针对的只是暂态过程。为了更好的分析和设计最佳的磁制冷再 生系统，需要考虑每个参数的瞬态阶段的影响。瞬态过程还影响试验台两端温度变化 的幅值大小。 本研究的结果可以提供许多有关的信息，实际效率由磁再生制冷系统控制，需要 克服的技术障碍是显示领域的技术，它限制了系统的开发和利用。对这些可以传热的 磁性材料的选择，二次换热回路的设计，选择和设计与磁铁相关的温度分布并整合材 料。 在第二节中，我们将着重讨论磁热再生，在第三节中说明实验装置的设置，实验 进行测量的数据，描述温度分布的数学模型的发展。在第四节中讨论磁性蓄热体，被 开发的模型被分为两部分：首先进行磁化或退磁的过程，第二个是从再生磁床的各方 面的解方案中得到的数据分析。第五节讲述了实验的结果和模型的分析结果，最后， 第六节总结这项研究的成果。 Nomend 每单位体积的表面积 高温容量 I T 比体积 a r 在恒定的比热 V 位置 V cu 三维实体粒径 X V 归一化距离 D 磁场强度 7 因次长度 H 长的位置 Z 规范化期 i 修止贝塞尔函数 希腊字母 4 热传导率 Greek leti 自由空间磁导率 K 再生长度 孔隙填充床的 L 磁化 ￡ 1 间隙流速 M 质量 V T 非维时间 m n次位置 V X 无量纲数 n 努赛尔数 P 密度 Nu 普妙特数 Pr 燜 Subscript 标 s 温度 g 克气 T 时间 s 固态 t 新雷诺数 go 初始气体 Re 平均通过时间 So ? 初固 h T 无量纲温度 in 在入口 2.磁热再生 磁制冷是基于磁制热效应（MCE）,其中在铁磁材料的情况下是通过磁场的作用 将气候变暖作为原子的磁矩，以及去除磁场对应的冷却时I⑹，两大困难出现在磁设计 制冷系统中，首先，产生磁热效应的是系数相当小的常温磁热材料，例如，在轧（G d ）的5吨磁材料的应用中将产生最大绝热变温度1 1 KC17\第二，由于制冷剂是 I古I体，因此，不容易通过换热器后抽出。热传递和温度跨度的问题可以通过引入传热 流体的再生和使用被克服，再生可以通过往复式吹动流体来实现。通过磁热材料制成 的多空床，即交替磁化和退磁。可用于常温磁制冷的材料是轧，GdSiGe1181合金，具 有多边结构的材料I⑼和钙钛矿如的材料。我们从理论上得到的结论创是基于制冷剂 容量的计算以】,纳米复合材料簇可能会在较大的温度范围内产牛较大的MCE,对磁制 冷系统来说，与其他的制冷剂相比，有儿个显著的优点，包描密切注视在增加温度变 化的高温低磁场中的工作能力〔⑼，该活性蓄冷器（AMR）是种特定的再生磁制冷剂, 在其中磁性材料即充当制冷介质和作为再生的热介质，又在多孔的基体里工作作为传 热媒介。主动磁回热的基本装置1约类似于一个普通的再生器，不同之处在于该材料的 物理性质是随磁场的增加和去除而变化。一个ARM周期包括以下几个部分，试验台 磁化时，磁材料升温，流体流经试验台；冷却流过试验台流体，热量传递至热量交换 器；床去磁时，冷却流体和磁材料；由热到冷的流体流过磁化床，热量传递至热量交 换器。图一向我们展示了在瞬态过程开始的过程，用于制冷机床两端的温度与时间的 曲线图。在第一个周期可