שיטות ניסיוניות לחקירות זיכרון צורה Elastocaloric בהתבסס תהליכי קירור ותיקוף דגם

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא לחקור חומרים אלסטוקלוריים ותהליכי קירור אלסטוקלוריים. לשם כך, פותחה אסדת בדיקה מדעית לביצוע אפיון חומרים בסיסיים ובקרות תהליכים אלסטוקלוריות מתקדמות. השיטה שלנו מתארת את השפעת תכונות החומר ובקרת התהליך על עוצמת הקירור והיעילות של תהליך הקירור.

הממצאים מאפשרים פיתוח תהליכי קירור אלסטוקלורי אופטימליים, המהווים בסיס לתכנון התקני קירור יעילים. במהלך טעינה אדיאבטית מהירה, החום הסמוי של סגסוגת זיכרון הצורה מוביל לעליית טמפרטורה במהלך הטעינה, ולירידת טמפרטורה במהלך הפריקה שלאחר מכן. חקר תהליך הקירור האלסטוקלורי הוא שיתוף פעולה בין קבוצת מדעי החומרים באוניברסיטת רוהר בבוכום, ושתי קבוצות מהנדסת מכטרוניקה באוניברסיטת סארלנד, זארברוקן, גרמניה.

זה כרוך באופטימיזציה של החומרים כמו גם התהליכים, וגם בפיתוח כלי סימולציה. מתקן הבדיקה המדעי שפותח מאפשר לחקור את האפקט האלסטוקלורי להעברת חום במצב מוצק בין סגסוגת זיכרון הצורה למקור חום וסגסוגת זיכרון הצורה וגוף קירור. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא לחקירה עצמאית של ההשפעה של כל פרמטר בקרה על ערכי תהליך כמו עבודה וחום.

יתר על כן, מערכת זו מצוידת במערכת מקיפה למדידת כמויות מכניות וסופיות בכל שלב בתהליך. כדי להתחיל, השתמש במחוגה כדי למדוד את סרט סגסוגת הזיכרון של הצורה, ולקבוע את חתך הרוחב של הדגימה. לאחר מכן, מצפים את הדגימה בשכבה דקה של צלחת פליטה גבוהה.

לאחר מכן, הגדר את מיקום היעד בתוכנית בקר המנוע לאפס מיקרומטר, ולחץ על כפתור מופעל הפעולה. במצב זה, המרחק בין המהדקים הוא 90 מילימטרים. הנח את הדגימה בין clamps של מערך הניסוי, והשתמש בכלי יישור מעוצב מיוחד כדי ליישר את הדגימה.

לאחר מכן, השתמש בעזר הרכבה כדי להדק את המהדקים, ובמפתח מומנט כדי להדק את הברגים לכוח של 20 ניוטון-מטר. ההרכב של הסמפר הוא מאוד קריטי. הגלגלת על סמפר תיכשל לאחר מספר מחזורים בלבד.

הפעל את תוכנת מצלמת האינפרא-אדום וטען את הכיול לעדשת 50 מילימטר בשילוב עם עדשת תקריב. בחר גודל תמונה של 1, 280 על 100 פיקסלים וטווח טמפרטורות של מינוס 20 עד 50 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן השתמש ביחידת המיקוד של המנוע כדי למקם את המצלמה. פתח את תוכנית הבקרה להדרכה ואפיון חומרים.

לאחר מכן, הגדר את עמדת ההתחלה לאפס מיקרומטר ובחר מיקום יעד של 4, 500 מיקרומטר, כך שהחומר יעבור טרנספורמציה פאזה מלאה. הגדר את מהירות ההנעה הישירה הליניארית ל-45 מיקרון לשנייה, המקבילה לקצב מתח של חמש פעמים 10 לשלילי ארבע לשנייה. לאחר מכן, הגדר את זמן ההחזקה לאפס שניות, את מספר המחזורים לאחד, את קצב רכישת מצלמת ה-IR ל-50 אלפיות השנייה למסגרת, ולאחר מכן לחץ על כפתור ההתחלה כדי לטעון את ההגדרות.

כעת, פתח את תוכנת מצלמת ה-IR, בחר שם קובץ והקצה 5,000 פריימים. עבור ממקור טריגר פנימי לחיצוני, והתחל את מצב רכישת הנתונים. לאחר מכן, פתח את תוכנית הבקרה ולחץ על כפתור התחל ניסוי כדי להפעיל את הניסוי.

כדי להתחיל לאפיין את החומר, פתח את תוכנית הבקרה להדרכה וחומר. לאחר מכן, הגדר את מיקום ההתחלה כך שהדגימה תהיה תחת עומס אפס מלכתחילה, והגדר את מיקום היעד השווה למיקום היעד של האימון, שהיה 4, 500 מיקרומטר. לאחר מכן, הגדר את קצב המתח כרצונך, ובחר מהירות הנעה ישירה ליניארית של 9,000 מיקרומטר לשנייה, מה שמוביל לטרנספורמציה של פאזה אדיאבטית עבור דגימות עם שטח חתך רוחב של 0.75 מילימטר על 1.4 מילימטר ומעלה.

הגדר את זמן ההחזקה ל-180 שניות כדי לאפשר מספיק זמן לדגימה להגיע לטמפרטורה ההתחלתית הרצויה לפני הניסוי. לאחר מכן, הגדר את מספר המחזורים לאחד, את קצב רכישת מצלמת ה-IR ל-5 אלפיות השנייה למסגרת, ולחץ על כפתור ההתחלה כדי לטעון את ההגדרות. לאחר מכן, פתח את תוכנת מצלמת ה-IR, בחר שם קובץ והקצה 80,000 פריימים לניסוי.

עבור ממקור טריגר פנימי לחיצוני, והתחל את מצב רכישת הנתונים. בתוכנית הבקרה, לחץ על כפתור התחל ניסוי כדי להתחיל את הניסוי. על מנת לחקור שיאי טמפרטורה מקומיים, כבה תחילה את האור.

לאחר מכן, הסר את כל מקורות החום משדה הראייה של מצלמת ה-IR, והחלף את העדשה לעדשת מיקרוסקופ. לאחר מכן, שנה את הגדרות כיול המצלמה, טען עדשת מיקרוסקופ וכיול גודל תמונה של 500 על 250 פיקסלים בטווח של 20 עד 50 מעלות צלזיוס. השתמש ביחידת המיקוד המוטורי כדי למקד את הדגימה.

לאחר מכן, בצע בדיקת מתיחה סטנדרטית במהירות הנעה ישירה ליניארית של 900 מיקרון לשנייה, כפי שתואר קודם לכן. כשהדגימה עדיין במקומה, הפעל את תוכנת מצלמת ה-IR וטען את הכיול לעדשת ה-50 מילימטר עם עדשת תקריב. בחרו גודל תמונה של 1, 280 על 1, 024 פיקסלים וטווח טמפרטורות שלילי של 20 עד 50 מעלות צלזיוס.

פתח את תוכנית הבקרה והגדר את פרמטרי הבקרה. הגדר את מיקום ההתחלה של הכונן הישיר הליניארי עבור סגסוגות זיכרון הצורה כך שהדגימה תהיה תחת עומס אפס. כמו כן, הגדר את מיקום היעד המקביל למיקום היעד של האימון.

הגדר את מהירות הכונן הישיר הליניארי לטעינה ופריקה של סגסוגת זיכרון הצורה ל-9,000 מיקרומטר לשנייה. לאחר מכן, הגדר את מהירות ההנעה הישירה הליניארית ברמה התחתונה של ההתקנה ל-100 מילימטרים לשנייה. לאחר מכן, הגדר את זמן המגע לשש שניות.

בחר את איש הקשר לאחר מצב הטעינה והפריקה והגדר את מספר המחזורים ל-40. בחר קצב רכישת מצלמת IR של 20 אלפיות השנייה למסגרת, ולאחר מכן לחץ על כפתור ההתחלה כדי לטעון את ההגדרות. בתוכנת מצלמת ה-IR, בחר שם קובץ והקצה 50,000 פריימים לניסוי.

עבור ממקור טריגר פנימי לחיצוני והתחל את מצב רכישת הנתונים. לבסוף, פתח את תוכנית הבקרה ולחץ על כפתור התחל ניסוי. זה יתחיל את מחזור הקירור האלסטוקלורי.

בסרטון זה, סרט ניקל טיטניום נמתח במהלך האימון. המתיחה המבוקרת מובילה לעליית טמפרטורה ממוצעת של 12.2 מעלות קלווין. החומר עוקב אחר עקומת היסטרזיס טיפוסית ובסופו של דבר מתיישב לתגובה כמו זו המוצגת באדום.

מוצג כאן עם סרט ונדיום נחושת ניקל טיטניום, רוחב ההיסטרזיס גדל עם שיעורי מתח מוגברים. זו תוצאה של שינוי הטמפרטורה במהלך טרנספורמציית הפאזה. התרשים מראה כי לאחר נקודה מסוימת, אין עלייה נוספת בשינוי הטמפרטורה בתגובה לעלייה בקצב המתח.

סרטון אינפרא אדום זה מראה כי על ידי הגדלת מספר מחזורי הקירור, הפרשי הטמפרטורה בין גוף הקירור למקור החום גדלים, ומביא לשינוי טמפרטורה מינימלי ומקסימלי יורד של החומר. לאחר המחזור הראשון, נוצר פרופיל טמפרטורה לא הומוגני מכיוון שגוף הקירור ומקור החום אינם יוצרים קשר עם הסרט כולו. כאן תוכלו לראות את ההשוואה בין ניסוי לסימולציה של בדיקת מתיחה.

המודל הבסיסי של הסימולציה הוא שינוי של מודל מולר אכנבך סלק המצמד תרמומכנית. זה מראה שהמודל מסוגל לשחזר את ההתנהגות המכנית כמו גם התרמית של החומר. אז בזמן ניסיון ההליך, חשוב לזכור שדרישות התכנון הן ניטור כל שלבי הקירור, וגם בקרה ישירה קדימה על פרמטרי הווריאציה.

אנקפסולציה תרמית תגביר את יעילות התהליך, אולם יכולת הצפייה תפחת מאוד. לפיתוח מכשיר אמיתי לאחר מכן, כמובן שתיקח זאת בחשבון. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע וריאציות תהליך אחרות מלבד בקרת התהליך האדיאבטי, כמו תהליכים משולבים אדיאבטיים לא אדיאבטיים על מנת לענות על שאלות נוספות כמו השפעת שלב המגע ועל יעילות התהליך ועוצמת הקירור.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב את אפקט הקירור האלסטוקלורי, וכיצד אופטימיזציה של חומרים ובקרת תהליכים משפיעים על כוח הקירור והיעילות של התהליך.