室温磁制冷机的设计和研究

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所谓磁制冷就是基于磁制冷工质的磁热效应(Magnetocaloric Effect,MCE),它是指磁制冷工质在绝热退磁时从外界吸收热量,绝热励磁时向外界放出热量的现象。相对于传统气体压缩制冷,磁制冷具有高效、节能及对环境友好等优点,符合当今社会提倡的低碳经济发展要求,已经成为制冷领域的研究热点之一。室温磁制冷技术有广泛的应用范围,如家电、汽车空调、食品工业、卫生等领域,因此室温磁制冷技术具有非常广泛的应用前景。本论文主要工作包括:组装了一台往复式室温磁制冷机,并对其制冷性能进行了测试,为后面的设计与改进提供了实验数据;运用ANSYS有限元模拟软件对磁场进行模拟计算,设计了一具有独特结构的双层空气隙永磁磁化场;提出了一种全新运动模式的室温磁制冷机——摆动式室温磁制冷机;运用Fluent流体计算模拟软件,模拟了主动式蓄冷器内部流速场分布情况,并对模拟结果进行了分析讨论。主要研究结果如下:⒈在课题组前期工作的基础上,组装、调试一台往复式室温磁制冷机。对往复式室温磁制冷机进行性能测试,测试结果表明,在换热流速为0.30m/s时获得最大的温降1.8K,达到初步制冷效果。制冷效果不佳原因为:制造、装配技术以及往复式运动本身限制运行频率太低;实测磁化场强度较低(~0.7T);绝热不良,磁化床漏热较大,换热技术不完善。⒉根据室温磁制冷机对永磁磁化场的要求与目前磁化场问题,在永磁材料性能一定的情况下进行有限元模拟分析,设计出一种具有双层空气隙结构的永磁磁体。该磁体具有以下特点:磁场强度较大(达到1.2T),磁场均匀性好;双空气隙工作空间大,可以装载更多磁工质(工质为Gd时理论上可达3.1kg);结构对称,极大地减小了轴向力。⒊提出了一种全新运动模式的室温磁制冷机——摆动式室温磁制冷机。这种运动模式的室温磁制冷机,由于其特殊的摆动式运动,使其既具有往复式的结构简单的优点,又具有旋转式运行频率高、制冷效率高的优点。⒋建立了主动式蓄冷器模型,运用Fluent流体计算模拟软件模拟出了不同进出口配置的主动式蓄冷器内部流速场分布情况,通过对各个模型流速场结果分析比较,得出采用同侧开口的主动式蓄冷器有利于获得较高的制冷温跨。
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