室温磁制冷技术的研究进展

室温磁制冷具有绿色环保、内禀高效、低噪音与低振动等优点,有望成为室温制冷领域中的一种重要选择.本文首先简述了磁热效应等基本概念,阐述了磁制冷热力学循环,重点介绍由基本循环构成的复合式磁制冷循环、主动磁制冷循环以及耦合气体回热式制冷的主动磁制冷循环等.随后描述了室温磁制冷系统的不同维度数值模型的特点,介绍了模型中磁热效应、多层主动磁回热器、退磁效应等重要项的表述方式及其他因子对系统性能的影响.根据室温系统运动部件和运动方式的不同,将室温磁制冷样机细化为四类系统,包括往复磁体式、往复回热器式、旋转磁体式和旋转回热器式.结合样机的近期实验进展,分析了不同类别室温系统的结构、运行和性能等特性.最后,总结了室温磁制冷技术的未来发展趋势.     

热滞对以LaFe_(11.6)Si_(1.4)为工质的回热Ericsson制冷循环性能的影响

一级相变材料LaFe_(11.6)Si_(1.4)是磁制冷应用中的重要磁热材料,其固有的磁滞和热滞对实际制冷循环性能有较大影响,然而现有文献对此尚未研究。本文基于考虑热滞影响的材料LaFe_(11.6)Si_(1.4)的等场热容实验数据,建立考虑热滞效应的回热Ericsson制冷循环,揭示热滞、非平衡回热和冷热源温度等对制冷循环主要热力学性能参量的影响,应用数值计算方法,比较了考虑热滞与否时制冷循环的净制冷量、性能系数等性能参量。研究结果能为磁制冷机循环的优化参数设计提供有益的参考。     

热漏、热阻及回热特性对磁Ericsson制冷循环最优性能的影响

建立了同时考虑热漏、热阻及回热等主要不可逆因素的顺磁质 Ericsson制冷循环的模型。针对回热平衡与回热不平衡的情况 ,应用有限时间热力学理论 ,导出了制冷率与制冷系数间的基本优化关系 ,给出了制冷率、制冷系数的优化值域 ,结果反映了回热式制冷机的主要观测特征。讨论了基本优化关系的应用 ,分析了热漏、热阻及回热损失对制冷循环性能影响的本质差异     

不可逆费米奥托制冷循环性能分析

基于回热式不可逆奥托制冷循环和理想费米气体的状态方程,导出以费米气体为工质的奥托制冷循环的输入功、制冷量、制冷系数等重要性能参数的表达式,以此讨论费米气体的量子简并性、回热及内不可逆性对循环性能的影响,给出以理想费米气体为工质的回热式不可逆奥托制冷循环的性能特征。所得结果有助于进一步了解经典气体奥托制冷循环与量子气体奥托制冷循环的区别和联系。     

新型MnFe基复合磁热材料及其在回热制冷循环中的性能特性

基于三种MnFe基磁热材料的热容及等温磁熵变随温度变化的实验数据,本文应用热力学理论设计一种新型MnFe基复合磁热材料,获得三种组分磁热材料与复合材料的优化摩尔质量比,进一步以该复合磁热材料为工质构建回热式Ericsson和Brayton制冷循环,基于热力学分析和数值计算,比较这两种制冷循环的非平衡回热量、净制冷量及性能系数等重要热力学参量,同时将复合材料的相关结果与单组分磁热材料的加以对比,结果表明:复合材料的大磁熵变温区要比任何一种组分材料的宽得多,而以复合材料为工质的制冷循环的净制冷量在近15 K温区内都较大,所得结果能为室温磁制冷机的参数优化设计提供有益的参考。     

铁磁回热Ericsson制冷循环性能特性优化

应用Langevin函数的近似解、最优控制论及热力学分析方法对以铁磁材料为工质的回热Ericsson制冷循环性能参数进行优化分析,揭示有限速率热传导、不平衡回热、回热器效率及热源间热漏等多种不可逆因素对制冷循环性能的影响,所得结论可为室温磁制冷机的优化设计提供理论参考.     

量子简并性对气体斯特林制冷循环性能的影响

基于理想量子气体的状态方程，分析了量子气体斯特林制冷循环中的回热特征，推导出循环的制冷系数一般表达式.获得了在强简并和弱简并条件下循环的制冷系数，对全面理解气体斯特林制冷机的性能有所帮助. 关键词： 量子简并性 斯特林制冷循环     

量子斯特林制冷循环性能研究

建立了以无数个无限深势阱中的粒子为工质的不可逆量子斯特林制冷循环模型。势阱中粒子在能级上的分布由吉布斯分布函数决定。该制冷循环由两个等能量过程与两个等势阱壁宽度过程组成,具有高低温热源间的热漏和不完全回热因素。导出了性能系数、致冷率、熵产率和生态学目标函数性能解析式,制冷率与生态学函数的关系曲线是回原点的扭叶型。分析了热漏系数与不完全回热因子对性能系数、制冷率和生态学函数的影响。     

铁磁质斯特林制冷循环的优化分析

铁磁质斯特林制冷循环的优化分析林国星，严子浚（厦门大学物理系厦门３６１００５）关键词：铁磁质，制冷循环，优化分析一、引言磁制冷机在制冷效率和可靠性方面都优于传统的气体制冷机，且可减少环境污染，得到了世界各国普遍重视。而磁斯特林制冷循环是磁制冷机研制中...     

耦合高压斯特林制冷效应的复合磁制冷循环的数值模拟

本文借助计算流体力学软件, 对复合磁制冷机进行整机数值模拟分析. 以复合磁制冷机为建模原形, 分别计算了主动式磁制冷循环以及复合磁制冷循环. 利用模型计算分析了利用系数, 工作频率对主动式磁制冷的制冷效果影响, 同时模拟计算了不同相位角、不同频率下的复合磁制冷机的制冷效果, 计算得到适合复合磁制冷循环的最佳匹配相位角. 模拟计算结果对后续实验台的设计搭建有很好的指导作用.     

低温空气制冷速冻系统性能的实验研究

对使用空气动压轴承的升压式空气制冷速冻系统进行了实验研究,分析了压气机进口压力、散热器冷边风量及回热器对系统性能的影响。实验结果表明:增大压气机进口压力和散热器冷边空气流量均可降低涡轮出口温度,提高系统制冷量;系统COP随着压气机进口压力的升高而增大,但是增大幅度逐渐减少;系统增加回热器后,涡轮出口温度最多可降低约67%,系统制冷量和COP最多约可增加45.5%,其中涡轮出口温度最低约可降至-50℃,系统COP最大可达0.7左右。     

Ecological optimization for an irreversible magnetic Ericsson refrigeration cycle

An irreversible Ericsson refrigeration cycle model is established, in which multi-irreversibilities such as finite-rate heat transfer, regenerative loss, heat leakage, and the efficiency of the regenerator are taken into account. Expressions for several important performance parameters, such as the cooling rate, coefficient of performance （COP）, power input, exergy output rate, entropy generation rate, and ecological function are derived. The influences of the heat leakage and the time of the regenerative processes on the ecological performance of the refrigerator are analyzed. The optimal regions of the ecological function, cooling rate, and COP are determined and evaluated. Furthermore, some important parameter relations of the refrigerator are revealed and discussed in detail. The results obtained here have general significance and will be helpful in gaining a deep understanding of the magnetic Ericsson refrigeration cycle.     

磁制冷研究现状

在能源紧缺、全球气温上升、环境影响日趋严重的背景下,磁制冷作为一项高新绿色制冷技术,其发展前景为各国所看好。文中简要介绍了有关磁制冷样机的研究现状、磁制冷原理、磁制冷循环、磁制冷的关键技术,以及磁制冷的应用,并对磁制冷的趋势作出展望。     

Performance characteristic of a Stirling refrigeration cycle in micro/nano scale

The aim of the paper is to present the performance characteristics of a Stirling refrigeration cycle in micro/nano scale, in which the working substance of cycle is an ideal Maxwellian gas. Due to the quantum boundary effect on the gas particles confined in the finite domain, the cycle no longer possesses the condition of perfect regeneration. The inherent regenerative losses, the refrigeration heat and coefficient of performance (COP) of the cycle are derived. It is found that, for the micro/nano scaled Stirling refrigeration cycle devices, the refrigeration heat and COP of cycle all depend on the surface area of the system (boundary of cycle) besides the temperature of the heat reservoirs, the volume of system and other parameters, while for the macro scaled refrigeration cycle devices, the refrigeration heat and COP of cycle are independent of the surface area of the system. Variations of the refrigeration heat ratio r_R and the COP ratio r_ε with the temperature ratio τ and volume ratio r_V for the different surface area ratio r_A are examined, which reveals the influence of the boundary of cycle on the performance of a micro/nano scaled Stirling refrigeration cycle. The results are useful for designing of a micro/nano scaled Stirling cycle device and may conduce to confirming experimentally the quantum boundary effect in the micro/nano scaled devices.     

太阳能两级喷射式制冷系统性能的模拟及其分析

讨论了一种新型的太阳能制冷系统——带回热器的太阳能两级喷射式制冷系统。该系统最大的特点是将两个喷射器串联在一起,以提高整个太阳能制冷系统的性能系数。分别采用R134a、R152a、R245ca和R227ea为制冷工质下系统性能系数COP随两级间总压比分配度不同的变化关系。这四种制冷剂的两级压缩比的变化对总喷射系数的影响各有不同,并提出了气体喷射器的总压缩比1.2—2.8之间两级压缩比的不均匀分配原则。     

On the maximum efficiency of the ideal regenerative stirling cycle

It is shown that the efficiency of a regenerative Stirling cycle can principally not reach that of a Carnot cycle operating in the same temperature range. A relation is obtained between the degree of regeneration and the characteristics of regenerator. The maximum efficiency of an ideal regenerative Stirling engine is obtained.     

采用非单一吸附式制冷方式的研究现状与展望

固体吸附式制冷是一种可直接利用余热作为驱动热源和使用天然制冷剂的制冷方式,它对环境保护与节约能源具有重要意义,吸附式制冷技术目前已成为国际上普遍关注的一个学术方向。其中,采用其他以热能为动力的制冷循环方式与固体吸附式联合制冷在制冷领域已成为一个重要方向。首先介绍非单一吸附式制冷方式的总体研究进展,随后对其未来研究和应用发展方向作了展望。