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磁制冷中高效磁热转换机理及调控技术
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  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TB66
  • 关键词:
  • 成果简介:
    磁制冷是利用磁热效应实现制冷的变革性技术,具有绿色环保、高效节能、稳定可靠等优点,已成为制冷领域的前沿热点。但由于磁制冷涉及材料学、磁学、工程热力学、制冷工程等多学科交叉,多场作用下的磁热转换机理和调控技术是长期困扰国际学术界的根本性难题。 该项目在国家自然科学基金、科技部863计划等项目的持续支持下,经过多年攻关研究,从制冷工质、核心部件、系统模型三个层面,揭示了磁制冷中磁热转换机理,发现了优化和提高磁热转换效率的规律和方法。主要科学发现如下: 1.揭示了滞后损失对磁热转换的影响机理,阐明了磁工质滞后损失对制冷能力的影响规律,从不可逆损失角度完善了高效磁工质的评价体系。在室温区,发现了具有低场大磁熵变、低磁滞损耗和高制冷能力的LaFeSi基磁制冷工质;在低温区,发现了相变温度最低(2.4K)的新型铁磁磁工质。 2.提出了规整流道型多层主动式磁回热器的原理和调控方法,发明了采用了不同相变温度点磁工质的多层主动式结构磁回热器,制冷温跨增大一倍,解决了单层磁回热器制冷温跨小、制冷能力不足的问题。采用高分子聚合物热压技术,解决了LaFeSi基磁工质易粉化的难题,构建了基于LaFeSi基材料的新型规整流道磁回热器,提高了制冷效率。 3.构建了新型复合式磁制冷系统,建立了磁-热-流多场耦合作用的磁制冷数理模型和数值模拟,从微元循环角度,阐明了磁制冷热力学循环机理。提出了气体回热式制冷与磁制冷复合制冷新方法,构建了新型高效复合式制冷系统,其中,室温区复合系统制冷量,调控后提高了30%,低温区复合系统达到了液氦温度(3.8K)。 上述工作得到了国际同行的高度认可,其中,国际权威磁制冷专家、美国工程院院士K.A. Gschneidner教授利用该项目提供的LaFeSi基磁回热器获得的制冷能力超过Gd的2.7倍(far exceeds the performance of Gd)。法国国家科研中心著名磁制冷专家Bourgault教授,在多篇论文中均引用了项目第一完成人的论文,认为该项目研制的LaPrFeCoSi体系是最佳的磁热效应体系(the best MC system)。加拿大维多利亚大学著名磁制冷专家A. Rowe教授认为,该项目提出的复合式磁制冷循环为磁制冷技术发展提供了新方法。 该项目发表SCI论文129篇,SCI他引899次,其中10篇代表性论文SCI他引317次,单篇最高他引129次。项目主要完成人中获基金委杰青、优青和中国制冷学会科学技术奖各一人,院士一人,第一完成人被评为2017年科技北京百名领军人才。
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