Магнитокалорический, магнитообъемный эффекты в сплавах La(Fe,Si)13 и циклы магнитного охлаждения на основе данных материалов

• Автор: Карпенков, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ

МАГНИТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

§ 1.1. Магнитокалорический эффект

1.1.1. Термодинамика магнитокалорического эффекта

1.1.2. Численные характеристики оценки

магнитокалорических материалов

§1.2. Магнитокалорические материалы

1.2.1. Классификация магнитокалорических материалов

1.2.2. Магнитные и магнитокалорические свойства соединений ЬаЕепц

§ 1.3. Технология магнитного охлаждения
1.3.1. Основные положения холодильных машин
1.3.2. Б-Т диаграмма холодильного цикла
1.3.3. Магнитное охлаждение
1.3.3.1. Цикл магнитного охлаждения Карно
1.3.3.2. Цикл магнитного охлаждения Эриксона
1.3.3.3. Цикл магнитного охлаждения Брайтона
1.3.3.4. Цикл активного магнитного регенератора
1.3.3.5. Циклы магнитного охлаждения вблизи фазового перехода первого рода
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ОБЗОРУ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 2. МЕТОДИК А ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
§ 2.1. Синтез и аттестация образцов
§ 2.2. Измерение теплоемкости
§ 2.3. Измерение кривых намагничивания
§ 2.4. Прямые измерения магнитокалорического эффекта
§ 2.5. Измерение магнитострикции и терморасширения
§ 2.6. Измерение теплопроводности
§ 2.7. Измерение модуля Юнга

ГЛАВА 3. МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ И МАГНИТООБЪЕМНЫЙ ЭФФЕКТЫ В СОЕДИНЕНИЯХ БаБевц (х=1,2; 1,4; 1,8)
§3.1. Исследование намагниченности и изотермического изменения
энтропии соединений БаЕев-х81х (х—1,2; 1,4; 1,8)
§3.2. Измерения теплоемкости соединений БаБевЦ (х=1,2; 1,4)
§3.3. Прямые измерения адиабатического изменения температуры
соединений ЕаБевх (х= 1,2; 1,4; 1,8)
§3.4. Исследования магнитных фазовых переходов первого рода в соединениях БаБевх методами оптической
микроскопии
§3.5. Измерение магнитообъемного эффекта в соединениях
БаБенх (х=Т,2; 1,4; 1,8)
3.5.1. Магнитообъемный эффект в соединениях Ба(Бе,81)в с магнитным фазовым переходом второго рода
3.5.2. Магнитообъемный эффект в соединениях БаД'еДЦв с магнитным фазовым переходом первого рода
§3.6. Измерения теплопроводности и модуля Юнга материалов на
основе сплавов Еа(Бе,81)в
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛОВ МАГНИТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
§4.1. Численная модель для расчетов циклов магнитного
охлаждения
4.1.1. Численные характеристики магнитокалорических материалов и экспериментальные данные, необходимые для численного моделирования
4.1.2. Обратимые циклы Карно, Брайтона и Эриксона
4.1.3. Циклы магнитного охлаждения Брайтона и Эриксона с регенератором
4.1.4. Каскадные циклы магнитного охлаждения с двумя рабочими телами
§ 4.2. Моделирование циклов магнитного охлаждения с
материалами на основе сплавов Еа(Бе,81)в в качестве
рабочего тела
4.2.1. Моделирование простых циклов Карно, Брайтона и Эриксона с соединением БаБецДЗц в качестве рабочего тела

4.2.2. Моделирование каскадных и регенеративных циклов магнитного охлаждения Брайтона и Эриксона с соединением ЬаБепБц в качестве рабочего тела
4.2.3. Моделирование простых циклов Карно, Брайтона и Эриксона с соединением БаБепц в качестве рабочего тела
4.2.4. Моделирование каскадных и регенеративных циклов магнитного охлаждения Брайтона с соединением БаБец,б811>4 в качестве рабочего тела
4.2.5. Моделирование каскадных циклов магнитного охлаждения, в которых в качестве рабочих тел используются материалы с различными температурами Кюри
§ 4.3. Сравнение парокомпрессионных циклов охлаждения и циклов
магнитного охлаждения
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ограничено отрезком AG. Энтропия кристаллической решетки твердых тел сильно возрастает выше 20 К, что приводит к уменьшению области ограничивающую работу цикла Карно (прямоугольник abed на рисунке 10). По причине этого работа холодильников, работающих по циклу Карно, ограничена температурным диапазоном ниже 20 К.
Магнитные холодильники, работающие при высоких температурах, должны использовать другие термодинамические циклы, включающие процессы при постоянном поле. Эти циклы позволяют более эффективно использовать область между кривыми энтропии S(T, Н=0) и S(T,H40) на S-T диаграмме. Прямоугольники AFCE и AGCH иллюстрируют циклы Эриксона и Брайтона, соответственно. Данные циклы различаются по способу изменения поля: изотермически — для цикла Эриксона и адиабатически - для цикла Брайтона.
1.3.3.2. Цикл магнитного охлаждения Эриксона
Рисунок 11 иллюстрирует идеальный цикл Эриксона, в котором магнитное поле меняется изотермически. Передача тепла от и к магнитному материалу в поле и без поля должна быть сбалансирована, чтобы удовлетворить закону сохранения энергии. Из этого требования вытекает равенство областей StABS( и S2ABS'2, которые соответствуют теплу QR поглощаемому и возвращаемому регенератором, соответственно. Еще одно следствие, следующее из требования сохранения энергии: изменение энтропии (расстояние между кривыми S(T) для ju(iH = 0 и jUoH 4 0) в цикле должны быть постоянными S2 - 5, = S'2 -S[ = -ДSM = const и кривые S(T,H=0) и S(T,H40) должны быть параллельны. В этом случае цикл работает с максимальной эффективностью Карно. В реальных магнитных материалах ДБМ имеет максимальное значение вблизи температуры магнитного фазового перехода и уменьшается в области температур выше и ниже температуры перехода.
Кросс и др. (1987) [46] рассматривал влияние ASm(T) зависимость такой формы на эффективность цикла магнитного охлаждения Эриксона. В работе показано, что такая неидеальная зависимость ASm(T) приводит к производству дополнительной работы, необходимой для выполнения цикла, и сокращению в холодильной мощности по сравнению с идеальным случаем ASuconst.