Métodos experimentales para procesos de enfriamiento Elastocaloric Investigación de memoria de forma basada y validación del modelo

Summary

Se presentan métodos experimentales para la investigación de procesos de enfriamiento en estado sólido y la caracterización de las propiedades del material elastocalórico de las aleaciones con memoria de forma (SMA). Se ha diseñado un banco de pruebas hecho a medida para el control y la supervisión exhaustiva de los procesos de enfriamiento elastocalórico. Además, proporciona una plataforma de validación para enfoques de modelado acoplados termomecánicamente.

Abstract

Aleaciones con memoria de forma (SMA) mediante procesos de enfriamiento elastocaloric tienen el potencial de ser una alternativa ecológica al proceso de enfriamiento por compresión de vapor convencional. sistemas de aleación de níquel-titanio (Ni-Ti), basado, sobre todo, muestran grandes efectos elastocaloric. Por otra parte, exhiben grandes calores latentes, que es una propiedad del material necesario para el desarrollo de un proceso de enfriamiento basado en estado sólido eficiente. Un banco de pruebas científicas ha sido diseñado para investigar estos procesos y los efectos elastocaloric en SMA. El banco de pruebas realizado permite el control independiente de los ciclos de carga y descarga mecánicas de una SMA, así como la transferencia de calor por conducción entre los elementos de refrigeración de SMA y una fuente de calor / sumidero. El banco de pruebas está equipado con un sistema de control integral capaz de mediciones sincronizadas de parámetros mecánicos y térmicos. Además de determinar el trabajo mecánico proceso dependiente, el sistema también permite MEDICIÓNt de aspectos calóricas térmicas del efecto de enfriamiento elastocaloric a través del uso de una cámara de infrarrojos de alto rendimiento. Esta combinación es de particular interés, ya que permite a las ilustraciones de la localización y del tipo de efectos - tanto importantes para la eficiente transferencia de calor desde el medio a enfriar.

El trabajo que se presenta describe un método experimental para identificar las propiedades del material elastocaloric en diferentes materiales y geometrías de muestra. Además, la instalación de prueba se utiliza para investigar diferentes variaciones del proceso de enfriamiento. Los métodos de análisis introducidas permiten una consideración diferenciada de material, proceso y relacionados condición de contorno influye en la eficiencia del proceso. La comparación de los datos experimentales con los resultados de la simulación (de un modelo de elementos finitos termomecánica acoplada) permite una mejor comprensión de la física subyacente del efecto elastocaloric. Además, los resultados experimentales, así como los hallazgos based en los resultados de la simulación, se utilizan para mejorar las propiedades del material.

Introduction

procesos de enfriamiento de estado sólido basados ​​en materiales ferroic tienen potencial para ser alternativas ambientalmente amigables para el proceso de compresión de vapor a base convencional. Materiales Ferroic pueden exhibir efectos magnetocalóricos, electrocalórico y elastocaloric ^{1, 2,} así como combinaciones de estos efectos, que se describen como el comportamiento del material multicaloric ^3. Los diferentes efectos calóricos en materiales ferroic están siendo investigados actualmente como parte del programa Prioridad Fundación Alemana de Ciencias (DFG) SPP 1599 "Efectos caloríficos en Materiales Ferroic: Nuevos conceptos par....

Protocol

1. Preparación de muestras

1. Medir la cinta SMA con pinzas y determinar la sección transversal de la muestra.
2. Preparar la muestra para las mediciones de IR mediante el recubrimiento de la cinta con una capa fina de alta emisividad (ε = 0,96) de pintura.
   Precaución: La pintura se clasifica como irritante. Guantes, gafas de seguridad y protección de la boca deben ser usados ​​durante el procesamiento de la pintura.

2. Estabilización de Materiales (Formación)

Nota: ciclismo mecánica inicial conduce a una estabilización de material mecánico y térmico. La investigación del efecto ....

Results

La estabilización de materiales (Formación):

La figura 9 muestra un diagrama de tensión / deformación de 50 ciclos de formación. La muestra investigada es una cinta de Ni-Ti con una sección transversal de A = 1,45 mm ^2. La velocidad de deformación aplicada de 1 x 10 ^-3 sec ^-1 conduce a un aumento de la temperatura media de Delta T = 12,2 K. El aumento de temper.......

Discussion

El banco de pruebas científicas presentadas permite la investigación exhaustiva de los materiales y procesos de enfriamiento elastocaloric mediante la realización de los experimentos descritos en la sección de protocolo. La alineación precisa de la muestra antes de sujeción es crucial para todos los experimentos. Mala alineación puede potencialmente llevar a la falla del material inicial. Además, la máxima aplicada cepa tiene influencia significativa en el tiempo de vida material, mientras que la cepa requerida para alc.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Accionamientos directos lineales	ESR-Pollmeier	ML 1418-U5-W1	SMA carga/descarga; transferencia de calor
Cilindro neumático	Festo	ADNGF-40 574031	Contacto entre la fuente de calor/disipador y el
sistema de medición de posición inductivo SMA	AMO	LMKA-1101.1NN-1.0-0
Célula de carga de tracción y compresión	Futek	LCF451; FSH02241	Célula de carga de compresión de fuerza
	SMA Futek	LTH300; FSH00297	Cámara IR de fuerza de contacto
	Infra Tec	Image IR 9360; M91129	1.280 x 1.024 píxeles; Velocidad máxima de fotogramas 3.200 Hz
Controlador en tiempo real	National Instruments	NI CompactRIO-9074 Sistema de	control y adquisición de datos
Barniz de cámara	Tetenal	105202