基于镍钛片的弹热冰箱设计与仿真研究

摘要

弹热制冷通过单轴应力驱动弹热工质发生相变而产生制冷作用,由于其具有较高的理论制冷效率且温室效应为零,因此被认为是一种替代传统蒸气压缩式制冷的新型固态相变制冷技术。本研究团队从提升弹热原型机紧凑型角度出发,已研发了两代基于拉伸镍钛丝的弹热冰箱。为进一步提升弹热冰箱的制冷性能,本文使用镍钛片替换镍钛丝作为弹热工质,设计了第三代弹热冰箱,并构建系统仿真模型。通过仿真预测了第三代弹热冰箱的性能,结果表明:相较于前两代弹热冰箱,性能均有提升。在绝热工况下,第三代弹热冰箱将能够实现12℃的制冷温差,在热端散热工况下,弹热冰箱能实现11.4℃的冷端温降以及零温差下0.59 W/g的制冷功率。通过增加拉伸应变、更换潜热更大厚度更薄的弹热工质以及增大电机转速,弹热冰箱在32℃环温条件下能够维持10.7℃的冷藏温度。