Métodos experimentais para processos de resfriamento Elastocaloric Investigação de Memória de Forma baseada e Validação de Modelo

Summary

Métodos experimentais para investigação de processos de resfriamento em estado sólido e caracterização das propriedades do material elastocalórico de Ligas com Memória de Forma (SMA) são apresentados. Um equipamento de teste personalizado foi projetado para controlar e monitorar detalhadamente os processos de resfriamento elastocalórico. Além disso, fornece uma plataforma de validação para abordagens de modelagem termomecanicamente acopladas.

Abstract

Forma Memória Alloys (SMA), utilizando processos de resfriamento elastocaloric têm o potencial para ser uma alternativa ambientalmente amigável para o processo de resfriamento com base de compressão de vapor convencional. sistemas de liga de níquel-titânio (Ni-Ti) com base, principalmente, mostram grandes efeitos elastocaloric. Além disso, apresentam grandes calores latentes que é uma propriedade do material necessário para o desenvolvimento de um processo de arrefecimento à base de estado sólido eficiente. Um equipamento de teste científico foi concebido para investigar esses processos e os efeitos elastocaloric em SMAs. O dispositivo de ensaio realizado permite o controle independente dos ciclos de carga e descarga mecânicas de um SMA, bem como transferência de calor entre elementos de refrigeração SMA e uma fonte de calor / pia. O dispositivo de ensaio é equipado com um sistema de monitoramento abrangente capaz de medições sincronizadas de parâmetros mecânicos e térmicos. Além de determinar a trabalho mecânico dependente do processo, o sistema também permite measurement de aspectos calóricas térmicas do efeito de arrefecimento elastocaloric através da utilização de uma câmara de infravermelhos de alta performance. Esta combinação é de interesse particular, pois permite ilustrações dos efeitos de localização e de taxa de - ambos importantes para a transferência de calor eficiente a partir do meio a ser arrefecido.

O trabalho apresentado descreve um método experimental para identificar as propriedades do material elastocaloric em diferentes materiais e geometrias de amostra. Além disso, o dispositivo de ensaio é usado para investigar diferentes variações do processo de arrefecimento. Os métodos de análise introduzidas permitir uma consideração diferenciada do material, processo e influências condição de fronteira relacionados com a eficiência do processo. A comparação dos dados experimentais com os resultados da simulação (de um modelo de elementos finitos termomecanica- acoplados) permite uma melhor compreensão da física subjacente do efeito elastocaloric. Além disso, os resultados experimentais, como bem como os resultados de based sobre os resultados de simulação, são usados ​​para melhorar as propriedades do material.

Introduction

processos de refrigeração de estado sólido com base em materiais ferroic tem potencial para ser alternativas ambientalmente amigáveis ​​para o processo com base de compressão de vapor convencional. Ferroic materiais podem exibir efeitos magnetocalóricos, electrocaloric elastocaloric e ^{1, 2,} assim como combinações destes efeitos, os quais são descritos como comportamento do material multicaloric ^3. Os efeitos calóricos diferentes em materiais ferroic estão actualmente a ser investigados como parte do German Science Foundation (DFG) programa Priority SPP 1599 "Efeitos calórica em Materiais Ferroic: Novos Conceitos para arrefecimento"

Protocol

Preparação 1. Amostra

1. Medir a fita SMA com compassos de calibre, e determinar a secção transversal da amostra.
2. Preparar a amostra para medições de IR por revestimento da fita com uma camada fina de alta emissividade (ε = 0,96) da pintura.
   Cuidado: A tinta é classificado como um irritante. Luvas, óculos de segurança e protecção da boca deve ser usado durante o processamento da pintura.

2. Estabilização do material (Formação)

Nota: ciclagem mecânica inicial leva a uma estabilização material mecânico e térmico. A investigação do efeito de estabilização, bem como o processo de ....

Results

Estabilização de material (Formação):

A Figura 9 mostra um diagrama de tensão / deformação de 50 ciclos de formação. A amostra da investigação é uma fita Ni-Ti, com uma secção transversal de A = 1,45 ^mm2. A taxa de deformação aplicada de 1 x 10 ^-3 s ^-1 conduz a um aumento significativo da temperatura AT = 12,2 K. O aumento da temperatura tem uma influência sign.......

Discussion

O dispositivo de ensaio científico apresentado permite investigação abrangente de materiais elastocaloric e processos de refrigeração, executando as experiências descritas na seção de protocolo. O alinhamento preciso da amostra antes do pinçamento é crucial para todos os experimentos. Bad alinhamento pode potencialmente levar a falha do material inicial. Além disso, a máxima aplicada estirpe tem uma influência significativa no tempo de vida de material, ao passo que a estirpe necessária para alcançar uma transformação d.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acionamentos diretos lineares	ESR-Pollmeier	ML 1418-U5-W1	SMA carga/descarga; transferência de calor
Cilindro pneumático	Festo	ADNGF-40 574031	Contato entre a fonte de calor/dissipador e
o sistema de medição de posição indutiva SMA	AMO	LMKA-1101.1NN-1.0-0
Célula de carga de tensão e compressão	Futek	LCF451; FSH02241	compressão de força SMA
	Futek	LTH300; FSH00297	com força de contato
	Infra Tec	Image IR 9360; M91129	1.280 x 1.024 pixels; Taxa máxima de quadros 3.200 Hz
Controlador em tempo real	National Instruments	NI CompactRIO-9074	Sistema de controle e aquisição de dados
Verniz de câmera	Tetenal	105202