Method Article

طرق تجريبية لElastocaloric عمليات التبريد التحقيق في ذاكرة الشكل وبناء ونموذج التحقق من صحة

DOI:

10.3791/53626

⸱

May 2nd, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Lab for Measurement Technology, Saarland University, 2Intelligent Material Systems Lab, Saarland University, 3Lab for Material Science, Ruhr Universität Bochum

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم تقديم طرق تجريبية للتحقيق في عمليات تبريد الحالة الصلبة وتوصيف خصائص المواد المرنة لسبائك ذاكرة الشكل (SMA). تم تصميم جهاز اختبار مصمم خصيصا للتحكم والمراقبة الشاملة لعمليات التبريد المرنة. علاوة على ذلك ، فإنه يوفر منصة تحقق من صحة مناهج النمذجة المقترنة ميكانيكيا حراريا.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

شكل الذاكرة سبائك (SMA) باستخدام عمليات التبريد elastocaloric لديها القدرة على أن يكون بديلا الصديقة للبيئة في عملية التبريد على أساس التقليدية ضغط بخار. أنظمة سبائك النيكل والتيتانيوم (ني تي) على أساس، وخاصة، تظهر آثار elastocaloric كبيرة. وعلاوة على ذلك، تظهر حرارة كامنة كبيرة وهو خاصية المواد اللازمة لتطوير عملية التبريد على أساس الكفاءة الحالة الصلبة. وقد تم تصميم منصة الاختبار العلمي للتحقيق في هذه العمليات والآثار elastocaloric في SMAS. جهاز الاختبار أدركت يتيح مراقبة مستقلة التحميل والتفريغ دورات الميكانيكية وSMA، وكذلك موصل نقل الحرارة بين عناصر التبريد SMA ومصدر الحرارة / المصارف. وقد تم تجهيز منصة الاختبار مع نظام مراقبة شامل قادر على قياسات متزامنة من المعلمات الميكانيكية والحرارية. بالإضافة إلى تحديد آلية عملها التي تعتمد على عملية، يتيح النظام أيضا measuremenطن من جوانب السعرات الحرارية الحرارية للتأثير التبريد elastocaloric من خلال استخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء عالية الأداء. هذه المجموعة غير ذات أهمية خاصة، لأنها تسمح الرسوم التوضيحية للتوطين ومعدل الآثار - على حد سواء مهمة لكفاءة نقل الحرارة من متوسطة إلى أن تبرد.

ويصف العمل المقدم طريقة تجريبية لتحديد خصائص المواد elastocaloric في مختلف المواد وهندستها عينة. وعلاوة على ذلك، يتم استخدام جهاز الاختبار للتحقيق في مختلف الاختلافات عملية التبريد. تمكن أساليب التحليل قدم نظر متباينة من المواد، وعملية وذات الصلة التأثيرات حالة الحدود على كفاءة عملية. المقارنة بين البيانات التجريبية مع نتائج المحاكاة (نموذج العنصر المحدود إلى جانب thermomechanically) تسمح لفهم أفضل للفيزياء الكامنة وراء التأثير elastocaloric. وبالإضافة إلى ذلك، فإن النتائج التجريبية، فضلا عن النتائج باالحوار الاقتصادي الاستراتيجي على نتائج المحاكاة، وتستخدم لتحسين خواص المواد.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عمليات التبريد الحالة الصلبة القائمة على المواد ferroic لديها القدرة على أن تكون بدائل صديقة للبيئة لعملية ضغط على أساس بخار التقليدية. المواد Ferroic قد يحمل على magnetocaloric، electrocaloric وelastocaloric آثار 1، 2، فضلا عن مجموعات من هذه الآثار، والتي توصف بأنها سلوك المواد multicaloric 3. ويجري حاليا التحقيق في الآثار من السعرات الحرارية المختلفة في المواد ferroic كجزء من برنامج الأولوية المؤسسة الألمانية للعلوم (DFG) SPP 1599 "آثار السعرات الحرارية في المواد Ferroic: مفاهيم جديدة لالتبريد" (4). شكل الذاكرة سبائك (SMA) التي يتم التحقيق في هذا البرنامج تظهر آثار elastocaloric كبي....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التحضير 1. عينة

  1. قياس الشريط SMA مع الفرجار وتحديد المقطع العرضي للعينة.
  2. تحضير العينة لقياس الأشعة تحت الحمراء بواسطة طلاء الشريط مع طبقة رقيقة من الابتعاثية عالية (ε = 0.96) الطلاء.
    تحذير: يتم تصنيف الطلاء كما مصدرا للإزعاج. قفازات، نظارات السلامة وحماية الفم يجب أن ترتديه أثناء معالجة الطلاء.

2. المواد لتحقيق الاستقرار (التدريب)

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

استقرار المواد (التدريب):

ويبين الشكل 9 رسم تخطيطي الإجهاد / سلالة من 50 دورة تدريبية. العينة التحقيق هو الشريط ني تي مع قطاع عريض من A = 1.45 مم 2. معدل سلالة تطبيقها من 1 × 10 -3 ثانية -1 يؤدي إلى زيادة متوسط ​​درجات الحرارة من ΔT = 12.2 ك وارتفاع درجة الحرارة له تأثير كبير على ال.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

اختبار تلاعب العلمي قدمت يتيح تحقيق شامل من المواد elastocaloric وعمليات التبريد عن طريق إجراء التجارب الموضحة في قسم البروتوكول. محاذاة دقيقة من العينة قبل لقط أمر بالغ الأهمية لجميع التجارب. محاذاة السيئة يمكن أن تؤدي إلى فشل المواد في وقت مبكر. وعلاوة على ذلك، تطبيق الحد الأقصى السلالة لها تأثير كبير على حياة مادية، في حين أن سلالة المطلوب للوصول إلى مرحلة التحول الكامل يعتمد على تكوين سبيكة. سلالة التحول من سبيكة NiTiCuV التحقيق (انظر الشكل 10) هو أقل بكثير من.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

فإن الكتاب أن نعترف بدعم من برنامج الأولوية DFG 1599 "الآثار السعرات الحراريه في المواد ferroic: مفاهيم جديدة لتبريد" (مشاريع: EG101 / 23-1، SCHU2217 / 2-1، SE704 / 2-1، EG101 / 29 -2، SCH2217 / 3-2، SE704 / 2-2).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
محركات الأقراص الخطية المباشرةESR-PollmeierML 1418-U5-W1SMA تحميل / تفريغ ؛ نقل الحرارة
اسطوانة هوائية   ؛FestoADNGF-40 574031الاتصال بين مصدر الحرارة / بالوعة ونظام
قياس الموضع الاستقرائي SMA   ؛AMOLMKA-1101.1NN-1.0-0
خلية تحميل التوتر والضغطFutekLCF451 ؛ FSH02241خلية تحميل ضغط قوة SMA
FutekLTH300 ؛ FSH00297الاتصال
كاميرا الأشعة تحت الحمراءInfra TecImage IR 9360 ؛ M911291,280 x 1,024 بكسل ؛ الحد الأقصى لمعدل الإطارات 3,200 هرتز
وحدة تحكم في الوقت الحقيقي  National InstrumentsNI CompactRIO-9074نظام اكتساب البيانات والتحكم
ورنيش الكاميراTetenal105202
قوة في

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fähler, S., Rößler, U. K., et al. Caloric effects in ferroic materials: New concepts for cooling. Adv. Eng. Mater. 14 (1-2), 10-19 (2012).
  2. Moya, X., Defay, E., Heine, V., Mathur, N. D. Too cool to work. Nat. Phys. 11 (3), 202-205 (2015).
  3. Starkov, I. A., Starkov, A. S.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Elastocaloric CoolingShape Memory AlloysNickel Titanium AlloysMechanical Loading ControlInfrared ThermographyFinite Element ModelingThermal Caloric MeasurementsProcess Efficiency AnalysisMaterial Property OptimizationExperimental Test Rig

Related Articles