Экспериментальные методы исследования формы памяти на основе процессов Охлаждение Elastocaloric и проверки достоверности моделей

Summary

Представлены экспериментальные методы исследования процессов охлаждения твердого тела и характеристики упругокалорических свойств сплавов с памятью формы (SMA). Специально изготовленный испытательный стенд был разработан для управления и всестороннего мониторинга процессов упругокалорического охлаждения. Кроме того, он предоставляет платформу для валидации подходов к термомеханически связанному моделированию.

Abstract

Shape Memory Alloys (SMA) с использованием elastocaloric процессов охлаждения имеют потенциал, чтобы быть экологически чистой альтернативой обычным процессом охлаждения на основе сжатия пара. Никель-титановые (Ni-Ti), системы на основе сплава, в частности, показывают большие elastocaloric эффекты. Кроме того, проявляют большой скрытой теплоты, которая является необходимым свойством материала для развития эффективного процесса охлаждения на основе твердотельного. Научный испытательный стенд был разработан, чтобы исследовать эти процессы и эффекты elastocaloric в СМА. Реализованный испытательный стенд обеспечивает независимое управление механической погрузки и разгрузки циклов SMA в не давал, а также проводящий теплообмен между охлаждающими элементами SMA и источника тепла / раковина. Испытательный стенд оснащен комплексной системой мониторинга, способной синхронизированных измерений механических и тепловых параметров. В дополнение к определению процесса зависящих от механической работы, система позволяет также проводились измереният тепловых калорийных аспектов elastocaloric охлаждающего эффекта за счет использования высокоэффективной инфракрасной камерой. Такое сочетание представляет особый интерес, так как она позволяет иллюстрации локализации и скорости эффектов - как имеющие важное значение для эффективной передачи тепла от среды для охлаждения.

Работа, представленная описывает экспериментальный метод для выявления elastocaloric свойств материала в различных материалов и образцов геометрии. Кроме того, испытательный стенд используется для исследования различных вариантов процесса охлаждения. Введенные методы анализа позволяют дифференцированно рассмотрение материала, процесса и связанных с граничным условием влияния на эффективность процесса. Сравнение экспериментальных данных с результатами моделирования (одного термомеханической связанной модели конечных элементов) позволяет лучше понять, лежащих в основе физики elastocaloric эффекта. Кроме того, экспериментальные результаты, а также выводы баСЭД по результатам моделирования, используются для улучшения свойств материала.

Introduction

Твердые процессы государственного охлаждения на основе ferroic материалов имеют потенциал, чтобы быть экологически чистой альтернативы традиционным процессом на основе сжатия паров. Ferroic материалы могут проявлять Магнитокалорические, Электрокалорический и elastocaloric эффекты ^{1, 2,} а также комбинации этих эффектов, которые описаны как поведение multicaloric материала ^3. Различные эффекты калорийность в ferroic материалов в настоящее время изучаются в рамках приоритетной программы немецкий научный фонд (DFG) SPP 1599 "калорические эффекты в Ferroic Материалы: новые концепции для охлаждения" ^4. Shape Memory Alloys (SMA) ,....

Protocol

1. Подготовка образцов

1. Измеряют ленту SMA с суппортами и определить поперечное сечение образца.
2. Подготовка образца для ИК-измерений путем нанесения на ленту с тонким слоем высокой излучательной способностью (ε = 0,96) краски.
   Внимание: краска классифицируется как раздражитель. Перчатки, защитные очки и средства защиты рта следует носить во время обработки краски.

2. Материал по стабилизации (обучение)

Примечание: Первичная механическая езда на велосипеде приводит к механической и термической стабилизации материала. Исследование эффекта стабилизации, а сама процедура подгото....

Results

Стабилизация материала (обучение):

На рисунке 9 показана напряжения / деформации схема 50 тренировочных циклов. Исследуемый образец представляет собой Ni-Ti , лента с поперечным сечением A = 1,45 мм ^2. Применяемая скорость деформации 1 × 10 ^-3 с ^-1 приводит к увеличению средней температуры на DT = 12.2 K. Повышение температуры оказывает существенное влияние на .......

Discussion

Представленный научный испытательный стенд позволяет комплексное исследование elastocaloric материалов и процессов охлаждения при проведении экспериментов, описанных в разделе протокола. Точное выравнивание образца до зажима имеет решающее значение для всех экспериментов. Плохое выравнивание может потенциально привести к преждевременному выходу из строя материала. Кроме того, максимальное приложенное напряжение оказывает существенное влияние на срок службы материала, в то время как необходимая деформация для достижения .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Линейные прямые приводы	ESR-Pollmeier	ML 1418-U5-W1	SMA загрузки/разгрузки; теплопередача
Пневматический цилиндр	Festo	ADNGF-40 574031	Контакт между источником/радиатором и
индуктивной системой измерения положения SMA	АМО	ЛМКА-1101.1НН-1.0-0
Тензодатчик растяжения и сжатия	Futek	LCF451; FSH02241	Силовой
тензодатчик	SMA Futek	LTH300; FSH00297	Контактная
силовая ИК-камера	Infra Tec	Image IR 9360; M91129	1,280 x 1,024 пикселей; Максимальная частота кадров 3 200 Гц
Контроллер реального времени	National Instruments	NI CompactRIO-9074	Система сбора и управления данными
Лак для камер	Tetenal	105202