周期性熱源作用下室溫磁製冷回熱器多孔介質能量傳輸

《周期性熱源作用下室溫磁製冷回熱器多孔介質能量傳輸》是依託華南理工大學，由巫江虹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：周期性熱源作用下室溫磁製冷回熱器多孔介質能量傳輸
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：巫江虹
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

室溫磁製冷高效率和無環境污染，在國際上被公認為是下一代有競爭力的新型製冷技術。國際製冷雜誌2006年室溫磁製冷專輯（2006,29）序言中指出：不久的將來，在相當廣泛的領域室溫磁製冷將替代現有的蒸汽壓縮制冷機而成為製冷市場的新型技術。主動式回熱器（AMR）強化換熱是室溫磁製冷機的關鍵技術，課題針對主動式回熱器循環最優周期、去磁過程和加磁過程時間匹配及熱量平衡問題，期望明晰在周期性熱源作用下回熱器內發熱多孔介質磁熱工質與外部流體的能量傳輸強度和時間二維傳輸機制。研究採用AMR加磁過程低沸點傳熱流體在多孔介質中相變蒸發、去磁過程傳熱流體單相換熱的方法，提高AMR的傳熱係數，在回熱器工質輪中形成穩定的溫度梯度和高效傳熱能力，以適應高轉速AMR工況，獲得大功率製冷量的輸出，使磁熱效應產生的製冷能力得到充分地展現。

結題摘要

項目針對AMR強化換熱技術進行深入細緻的研究，在磁熱材料、周期性磁場與磁熱性工質周期性熱源的對應關係、周期性熱源作用下單相/沸騰強化換熱機理、室溫磁製冷樣機測試標準等方面取得一系列實驗和理論研究成果，為室溫磁製冷機理研究和套用開發奠定了基礎。 在磁熱性材料的製備工藝的研究中，採用燒結法、粘結法製備LaFeSi基合金，克服LaFeSi合金機械加工性差的缺點。實驗結果表明，燒結後的材料仍具有巨磁熱效應。而採用粘結法成型後材料的磁熱性能基本不變，但粘結劑的選取對複合工質的熱導有較大影響。以泡沫銅為骨架的laFeSi基薄片機械強度和韌性可以滿足磁製冷樣機工作要求。 在周期性磁場與磁熱性工質周期性熱源的對應關係研究方面取得如下進展：磁熱工質產生磁熵變和溫變的時間尺度與換熱時間尺度相比極短，在外磁場變化瞬間，磁熱工質的溫變是初始、最終磁場強度及自身溫度的三元函式。對磁熱性工質磁熵變模型求解，可得到外磁場變化量與磁熱工質熱量變化量的對應關係。 針對周期性熱源作用下換熱流體在AMR當中單相冷卻強化換熱的研究包括：AMR內部溫度場規律和納米流體強化換熱機制分析兩個方面。AMR內部溫度場規律是強化換熱的基礎，研究發現：增大工質盤轉速和增大換熱流體流量都會減少單元格內殘留換熱流體對樣機性能的影響。而高導熱係數、高密度的液態金屬流體能提高磁製冷機的性能。片狀AMR表現出最佳的換熱效能。在製冷係數方面，系統存在一個最佳的流體利用率（φ=0.3），系統獲得最大的製冷係數。對於納米流體強化換熱機制分析方面，納米流體隨著納米粒子的尺寸降低，液層和納米粒子尺寸效應對強化熱導的貢獻愈加明顯。質量分數為10% 納米SiC顆粒可以使水的換熱係數提高21%，為強化AMR中的固-液換熱提供了一種新途徑。 周期性熱源作用下低沸點工質在磁場作用下沸騰傳熱研究進展：對磁處理後的換熱流體物化性質和磁場內沸騰現象進行研究，水經過1.5T勻強磁場磁處理後，分子重新規律排列，有序化的結構使得粘度巨觀上呈現降低的趨勢，表面張力上升。磁場對於水沸騰的影響總體呈現出促進換熱、促進氣泡成核。而R134a在強磁場作用下，沸騰卻體現出削弱的趨勢：增大了壁面過熱度，降低了換熱係數。 對磁製冷機製冷量和製冷溫度的統一測試方法進行研究，在現有評價方法的基礎上提出了新的室溫磁製冷樣機能效指標-㶲效率，從而實現樣機在同一能量品位下進行能效評價。