复合式永磁室温磁制冷机制冷性能研究

摘要

室温磁制冷是一种新型的制冷技术，与传统蒸汽压缩制冷技术相比，室温磁制冷技术不会引起温室效应，不破坏臭氧层，对环境无危害，热力学循环效率高。本文介绍了一种新型的复合式永磁室温磁制冷机。主要部件是磁场系统和磁热效应材料填充的多孔主动磁蓄冷器。两套磁场平行排列通过齿轮啮合使两个磁场的相位差始终保持180度。这样既提高频率也能快速在蓄冷器内形成温跨。磁场强度变化差值1.5 T左右。通过内外筒的相对转动就可以为磁性材料提供所需的磁场完成Brayton热力学循环。
　　为了实现在100升左右的冷端箱体中制冷，研究了室温磁制冷机采用不同材料、制冷循环周期、磁蓄冷床和磁场系统结构对制冷温跨、冷端最低温、降温速度和制冷功率等制冷性能的影响。
　　本文首先以Gd基球形颗粒磁性材料为标准，粒径0.3—0.5mm左右，孔隙率36％左右。研究了换热流体循环体积对制冷性能的影响，目的是确定出换热流体的最佳单次循环体积，在其他条件不变情况下，使室温磁制冷机达到最佳制冷效果。
　　其次，为了确定不同居里温度磁制冷材料的制冷性能，对不同室温下制冷温跨与制冷功率做了研究。确定了室温对磁蓄冷床的影响和合适的制冷功率公式。三种Gd基合金，117升制冷空间2小时左右可以将冰箱温跨降低15.9K左右，制冷功率达到186W左右。研究了四种磁蓄冷床在适合温区的降温情况和降温速度。其中第一台磁制冷机累计运行时间超过236小时，运行稳定。
　　再者，比较了两种不同磁场强度的室温磁制冷机的制冷性能。考虑降低成本，设计的小磁场强度室温磁制冷机，减少永磁体用量，增加磁制冷材料情况下的制冷性能优异。在65升制冷空间中，采用Gd和三种GdEr合金可以达到最大冷热端温跨26.4K，最大制冷温跨达到21K，冷端最低温度达到269.4K(-3.6℃)，冷室温度突破272K(-1℃)。
　　最后，研究小磁场强度室温磁制冷机和四种居里温度的LaFeCoSi合金做成四段制冷工质磁蓄冷床的制冷效果。分别分析了周期和等磁场过程换热角度对该结构的室温磁制冷机制冷性能的影响，在换热流体循环量不变情况下，周期越小制冷效果越好。等磁场过程换热角度越小，制冷效果都越好。绝热过程所需时间越短也越符合热力学循环的绝热退磁理论。

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引言

1文献综述

1.1室温磁制冷与国内外磁制冷机的发展现状

1.2室温磁制冷机的工作原理

1.3磁制冷机的热力学循环与磁场选择

1.4室温磁制冷的研究意义

1.5室温磁制冷机的分类方法

1.6室温磁制冷存在的问题与发展趋势

1.7本文的研究内容

2 室温磁制冷机的组成

2.1磁蓄冷床

2.2磁场

2.3热交换流体的循环系统

2.4冷端箱体及其结构

2.5实验数据测量与采集

3 对自主研制的室温磁制冷机的初步研究

3.1 确定换热流体的最佳循环量

3.2研究磁制冷机的冷热端温跨

3.3 室温对室温磁制冷机制冷性能影响

3.4 制冷功率和制冷能力的分析研究

3.5研究多种AMR的对比试验

3.6本章小结

4研究磁场结构和运行参数对室温磁制冷机的影响

4.1研究磁场结构和MCM对制冷性能的影响

4.2研究不同换热角度和不同周期对制冷性能的影响

4.3本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢