שיטות ניסיוניות לחקירות זיכרון צורה Elastocaloric בהתבסס תהליכי קירור ותיקוף דגם

Summary

מוצגות שיטות ניסיוניות לחקירת תהליכי קירור במצב מוצק ואפיון תכונות החומר האלסטוקלורי של סגסוגות זיכרון צורה (SMA). מתקן בדיקה שנבנה בהתאמה אישית תוכנן לבקרה וניטור מקיף של תהליכי קירור אלסטוקלוריים. יתר על כן, הוא מספק פלטפורמת אימות לגישות מידול בשילוב תרמו-מכני.

Abstract

סגסוגות זיכרון (SMA) באמצעות תהליכי קירור elastocaloric יש פוטנציאל להיות חלופה ידידותית לסביבה לתהליך הקירור המבוסס דחיסת אדים הקונבנציונלי. ניקל-טיטניום (Ni-Ti) מערכות מבוססות סגסוגת, במיוחד, להראות השפעות elastocaloric גדולות. יתר על כן, התערוכה חום כמוס גדול המהווה נכס מהותי הנדרש לפיתוח תהליך קירור מבוסס יעיל של מצב מוצק. אסדת בדיקה מדעית תוכננה כדי לחקור תהליכים אלה ולהשפעה elastocaloric ב SMAs. אסדת הבדיקה הבינה מאפשרת שליטה עצמאית של המחזורים פריקים והטעינה המכאניות של SMA, כמו גם העברת חום מוליך בין אלמנטי קירור SMA ומקור חום / כיור. אסדת המבחן מצוידת במערכת ניטור מקיפה מסוגלים מדידות מסונכרנות של פרמטרים מכאניים ותרמית. בנוסף לקביעת העבודה המכאנית תלוי התהליך, המערכת גם מאפשרת measurement היבטים הקלורי התרמיים של אפקט קירור elastocaloric דרך שימוש במצלמה אינפרא אדום בעל ביצועים גבוהים. שילוב זה הוא בעל עניין מיוחד, משום שהיא מאפשרת איורים של תופעות לוקליזציה וקצב - שניהם חשובים להעברת חום יעילה מהמדיום להיות מקוררות.

העבודה הציגה תאר שיטה ניסיונית לזהות תכונות חומר elastocaloric בחומרים שונים גיאומטריות מדגמות. יתר על כן, את מעטה הבדיקה משמשת לחקור וריאציות תהליך קירור שונות. שיטות הניתוח הציגו לאפשר שיקול בדיל של חומר, תהליך והשפעות מצב בגבול הקשורים על יעילות התהליך. ההשוואה של נתוני ניסוי עם תוצאות הסימולציה (של מודל אלמנטים סופי מצמיד thermomechanically) מאפשרת הבנה טובה יותר של הפיזיקה הבסיסית של אפקט elastocaloric. בנוסף, תוצאות הניסוי, כמו גם את הממצאים based על תוצאות הסימולציה, משמשים כדי לשפר את תכונות החומר.

Introduction

תהליכי קירור מצב מוצקים המבוססים על חומרי ferroic יש פוטנציאל להיות חלופות ידידותיות לסביבה לתהליך המבוסס דחיסת אדים הקונבנציונלי. חומרים Ferroic עשוי להפגין magnetocaloric, electrocaloric ואפקטים elastocaloric ^{1, 2,} כמו גם שילובים של השפעות אלו, אשר מתוארים כהתנהגות חומר multicaloric ^3. ההשפעות הקלורי השונות בחומרי ferroic כרגע נבדקות במסגרת הקרן הלאומית למדע הגרמני (DFG) התכנית העדיפה SPP 1599 "אפקטי קלורי ב Ferroic חומרים: מושגים חדשים עבור קירור" ^4. זיכרון צורה סגסוגות (SMA) אשר מתבררים בתוך תכנית זו להראות השפעות elastocaloric גדולות, בסגסוגות Ni-Ti המבוסס בפרט עקב החום הכמוס הגד....

Protocol

לדוגמא הכנה 1.

1. מדוד את סרט SMA עם מחוגה ולקבוע את החתך של המדגם.
2. הכן את המדגם עבור מדידות IR על ידי ציפוי הסרט עם שכבה דקה של emissivity הגבוהה (ε = 0.96) צבע.
   זהירות: הצבע מוגדר כאזור מגרה. כפפות, משקפי מגן וגינת פה חייבות להיות משוחקים במהלך העיבוד של הצבע.

ייצוב חומר 2. (הדרכה)

הערה: רכיבה מכאנית....

Results

ייצוב חומר (הדרכה):

איור 9 מציג דיאגרמה מתח / זן של 50 מחזורי אימון. המדגם הנחקר הוא סרט Ni-Ti עם חתך של A = 1.45 מ"מ ^2. שיעור המאמץ ליישם של 1 x 10 ^-3 שניות ^-1 מוביל לעלייה בטמפרטורה ממוצעת של ΔT = 12.2 ק גידול הטמפרטורה יש השפעה משמעותית על אפקט הייצוב ^{12 14;}.......

Discussion

אסדת המבחן המדעית הציגה מאפשרת חקירה מקיפה של חומרי elastocaloric ותהליכי קירור על ידי ביצוע הניסויים כמתוארים בסעיף בפרוטוקול. יישור מדויק של המדגם לפני ההידוק הוא קריטי עבור כל הניסויים. יישור רע פוטנציאלי יכול להוביל לכישלון החומר המוקדם. יתר על כן, לכל היותר להחיל יש זן השפעה מהותית על החיים החומריים שעת הזן הנדרש להגיע טרנספורמציה שלב שלמה תלויה בקביעת ההרכב של הסגסוגת. זן טרנספורמציה של הסגסוגת NiTiCuV נחקר (ראה איור 10) הוא נמוך משמעותית מאשר זן טרנספורמציה.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
דוחפים ישירים ליניאריים	ESR-Pollmeier	ML 1418-U5-W1	SMA טעינה/פריקה SMA; העברת חום
צילינדר פנאומטי	Festo	ADNGF-40 574031	מגע בין מקור/כיור חום למערכת
מדידת מיקום אינדוקטיבי SMA	AMO	LMKA-1101.1NN-1.0-0
תא עומס מתח ודחיסה	Futek	LCF451; FSH02241	תא
עומס דחיסה	Futek	LTH300; FSH00297	אדום כוח מגע
	Infra Tec	תמונה IR 9360; M91129	1,280 x 1,024 פיקסלים; בקר זמן אמת מקסימלי של 3,200 הרץ
	National Instruments	NI CompactRIO-9074	מערכת בקרה ורכישת נתונים
לכה למצלמה	Tetenal	105202