室温磁制冷主动式回热器传热特性实验研究

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室温磁制冷以其环保、节能、高效的优势成为国际制冷技术的研发热点,引入主动式回热器技术的旋转式室温磁制冷是该领域的前沿技术,强化回热器传热特性,是增加系统制冷量,提高系统效率的关键。本课题实验研究主动式回热器工质盘传热特性,理论分析强化传热的机理,为系统优化设计提供依据。   课题中主要包含工作:一、利用评价室温磁制冷的传热效率指标的参数:热容率(TCR),结合实验数据分析,提出TCR和制冷功率之间的公式;二、换热循环流体采用乙醇水溶液代替水,分析不同性质的换热流体对室温磁制冷系统传热特性的影响;三、分析相变蓄热在室温磁制冷中应用的可能性,提出新式的相变蓄冷换热器工作方案。   结合实验数据对热容率(TCR)分析,可得:在冷端退磁区域中,换热流体因向工质放热而产生温降,温降数值随着参与换热的循环水流量增大而缓慢增大,与之对应,磁工质温升数值随换热循环水流量增大而增长明显。当磁工质温度未达到居里温度点时,随着换热流体流量增大,磁工质温度增长变快,系统制冷功率变大,此时换热流体流量的增大有利于促进系统制冷功率变大;当磁工质温度超过居里温度点时,随着换热流体流量继续增大,磁工质温升加剧,工质盘过热,而系统制冷功率变小,则换热流体流量的继续增大会使得工质盘的换热条件恶化。   论文中提出TCR和制冷功率之间的关系公式,意义在于:系统外部实验条件一定时,可根据公式中制冷功率最大时TCR所处的数值,以及系统中使用作为磁工质的物质物性,选取合适的换热流体流量,以实现样机的最大制冷功率。   为了考察不同物性的换热流体对工质盘传热特性的影响,实验中使用乙醇水溶液取代水作为换热流体。结合实验数据分析,可得:使用乙醇水溶液取代水时,由于乙醇水溶液的粘度相较水为大,有利于增大多孔介质的渗透率,提高系统的换热效率。使用乙醇水溶液作为换热流体不但可以使工质盘温度降低,过程中积累的热量尽快地散发出去,而且可以使冷端获得较大的温度梯度,系统得到更大的制冷量。更进一步,使用乙醇浓度较高的乙醇水溶液作为换热流体,系统制冷量可以更加优化。由此表明,使用乙醇水溶液代替水作为工质盘中的换热循环流体,对于改善系统的传热来说具有可行性。
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