以鐵磁、釓基材料為工質的制冷循環(huán)熱經(jīng)濟和熱力學優(yōu)化性能研究.pdf

1、當今社會，能源緊缺和環(huán)境污染問題日益突出，探尋節(jié)能環(huán)保的新制冷技術正吸引著越來越多的注意力。具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、噪音小、結構緊湊的室溫磁制冷技術是一種很有潛力的新一代制冷技術的備選。目前，室溫磁制冷仍有幾大指標需要突破。一是提高制冷機的制冷功率，二是提高制冷機的制冷溫跨，三是提高制冷機的熱經(jīng)濟性能。當今室溫磁制冷發(fā)展的兩大方向:其一是探索具有高磁熱特性的室溫磁制冷材料，其二是研制制冷性能指標優(yōu)的室溫磁制冷機。本學位論文是要在提高室溫

2、磁制冷機循環(huán)的熱力學性能和熱經(jīng)濟性能方面作出新的有益貢獻，主要包括如下幾方面:
　　首先介紹磁制冷材料的基本理論及其熱力學關系式，綜述磁制冷循環(huán)的熱力學性能和熱經(jīng)濟性能發(fā)展狀況。
　　接著介紹室溫磁制冷材料的發(fā)展現(xiàn)狀，主要介紹幾類較有發(fā)展前途的室溫磁制冷材料，如Gd、Gd基合金、Gd Si基材料、MnFe基材料、La Fe基材料、Mn基鈣鈦礦等。
　　據(jù)統(tǒng)計力學中的朗之萬理論，第三章導出鐵磁材料的磁化強度和熵表式，進一

3、步構建以鐵磁材料為工質的不可逆回熱Ericsson制冷循環(huán)，定義制冷循環(huán)的熱經(jīng)濟函數(shù)，并以此為目標函數(shù)對循環(huán)工質在兩個等溫過程中的溫度進行優(yōu)化，再應用數(shù)值計算方法，定量計算高低溫熱源端換熱器有效因子、回熱器效率、低溫熱源熱容率，外磁場強度等參量對優(yōu)化熱經(jīng)濟函數(shù)及其相應的制冷率和性能系數(shù)等的影響。
　　據(jù)鐵磁材料的磁熵、晶格熵等表式，第四章求出磁制冷材料Gd1-xRx(R=Dy,Er)的熵、比熱、絕熱加磁和去磁溫變等，進一步以Gd，

4、Gd0.95Dy0.05，Gd0.95Er0.05為工質構建不可逆Brayton制冷循環(huán)，分析和優(yōu)化制冷循環(huán)的熱經(jīng)濟函數(shù)，揭示熱經(jīng)濟參數(shù)、絕熱不可逆性、回熱器效率和熱漏系數(shù)等對制冷循環(huán)熱經(jīng)濟和熱力學性能的影響。
　　基于分子場理論和德金因子模型，應用數(shù)值計算方法，在第五章我們計算了GdxHo1-x合金的磁熵變和居里溫度。當x=0.80，0.91和1時，三種材料Gd0.80Ho0.20，Gd0.91Ho0.09和Gd以一定摩爾分數(shù)組

5、合成復合材料，計算獲得優(yōu)化摩爾分數(shù)，并發(fā)現(xiàn)它與應用磁場相關。進一步地，我們建立了以上述復合材料為工質的回熱 Ericsson制冷循環(huán)，分析評估了制冷循環(huán)的凈制冷量、性能系數(shù)等重要熱力學參量，結果表明，以復合材料為工質的制冷循環(huán)不僅有大的溫跨，而且有大凈制冷量和大COP。此外，應用磁場強度對制冷循環(huán)熱力學性能的影響也被揭示。
　　本論文研究不可逆回熱式室溫磁Ericsson、磁Brayton制冷循環(huán)熱經(jīng)濟和熱力學優(yōu)化性能，所得結果能