Eksperimentelle metoder til undersøgelse af Shape Memory Baseret Elastocaloric Køling Processer og Model Validation

1Lab for Measurement Technology, Saarland University, 2Intelligent Material Systems Lab, Saarland University, 3Lab for Material Science, Ruhr Universität Bochum
Published 5/02/2016
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

Schmidt, M., Ullrich, J., Wieczorek, A., Frenzel, J., Eggeler, G., Schütze, A., et al. Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation. J. Vis. Exp. (111), e53626, doi:10.3791/53626 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Formhukommelseslegeringer (SMA) under anvendelse elastocaloric køleprocesser har potentialet til at være et miljøvenligt alternativ til den konventionelle dampkompressionssystem køle- proces. Nikkel-Titanium (Ni-Ti) baseret legering systemer, især, viser store elastocaloric effekter. Desuden udviser store latente heats, som er en nødvendig materielle værdier for udviklingen af ​​et effektivt solid-state baseret køling proces. En videnskabelig test rig er designet til at undersøge disse processer og de elastocaloric effekter i SMAS. Den realiserede Afprøvningsapparatet muliggør uafhængig styring af en SMA mekaniske lastning og losning cyklusser, samt ledende varmeoverførsel mellem SMA køleelementer og en varmekilde / vask. Testen Riggen er udstyret med et omfattende overvågningssystem i stand til synkroniserede målinger af mekaniske og termiske parametre. Ud over at bestemme proces-afhængige mekanisk arbejde, at systemet giver også measurement af termiske kaloriebehov aspekter af elastocaloric køleeffekt ved anvendelse af et højtydende infrarødt kamera. Denne kombination er af særlig interesse, fordi det giver mulighed for illustrationer af lokalisering og sats effekter - både vigtige for effektiv varmeoverførsel fra mediet, der skal køles.

Arbejdet præsenteres beskriver en eksperimentel metode til at identificere elastocaloric materialeegenskaber i forskellige materialer og prøve geometrier. Endvidere er prøvestanden anvendt til at undersøge forskellige køling procesvariationer. De indførte analysemetoder muliggøre en differentieret behandling af materiale, proces og beslægtede randbetingelse påvirkninger på processen effektivitet. Sammenligningen af ​​de eksperimentelle data med simuleringen resultater (af en termomekanisk koblede finite element model) giver mulighed for en bedre forståelse af de underliggende fysik elastocaloric effekt. Derudover de eksperimentelle resultater, samt fund based på resultaterne af simulationen, anvendes til at forbedre materialeegenskaberne.

Introduction

Solid state køling processer baseret på ferroic materialer har potentiale til at blive miljøvenlige alternativer til den konventionelle dampkompressionssystem baseret proces. Ferroic materialer kan udvise magnetokaloriske, electrocaloric og elastocaloric effekter 1, 2, samt kombinationer af disse effekter, som er beskrevet som multicaloric materiale adfærd 3. De forskellige kaloriefattige effekter i ferroic materialer er i øjeblikket ved at blive undersøgt som en del af den tyske Science Foundation (DFG) Prioritet program SPP 1599 "kaloriefattige effekter i Ferroic Materialer: Nye koncepter for Køling" 4. Shape Memory Alloys (SMA), som undersøges under dette program viser store elastocaloric virkninger, navnlig Ni-Ti legeringer på grund af deres store latente heats 5. Stammen-inducerede fase transformation ved høje belastningsgrader medfører betydelige ændringer af SMA -temperatur som vist i figur 1. Denadiabatisk, eksoterm fase transformation fra austenit til martensit forøger SMA temperatur. Den endoterme transformation fra martensit til austenit fører til et betydeligt fald temperatur. Disse elastocaloric materialeegenskaber kan anvendes til solid state afkøling processer ved at anvende en passende mekanisk læsning og aflæsning cyklus. Figur 2 viser en typisk elastocaloric kølecyklus, efter Brayton cyklus. Overførslen af ​​varme mellem varmekilden og den kolde, losses SMA finde sted ved lave temperaturniveauer. I den næste fase, SMA er i en kontakt-fri stat og den hurtige, adiabatisk belastning fører til en betydelig temperaturstigning på SMA. Den efterfølgende varmeoverførsel mellem den varme SMA og kølelegemet finder sted ved konstant belastning af SMA. Ved afslutningen af ​​varmeoverførsel, hurtig, adiabatisk aflæsning fører til en betydelig temperaturfald i SMA under temperaturen af ​​varmekilden, hvorefter den næste afkøling cycle og varmeoverførslen med varmekilden kan starte. Effektiviteten af ​​elastocaloric køleproces afhænger af den krævede mekanisk arbejde og den absorberede varme.

Først blev eksperimenter overvågning feltet temperatur under trækprøvning udført af Shaw et al. 6, 7, med det formål at undersøge dannelsen af lokale temperaturspidser under trækprøvning af SMA strimler og ledninger ved forskellige hastigheder. Den anvendte eksperimentelle metode kombineret måling af de mekaniske parametre (stress, strain og stamme rate) med samtidig overtagelse af temperatur områder ved hjælp af termografiske målinger. Under lastning og losning af et Smal prøve med en trækprøvningsmaskine, en infrarød (IR) kamera blev anvendt til at erhverve IR-billeder af SMA prøven. Denne teknik muliggør undersøgelse af tøjningshastighed afhængige dannelse af temperaturtoppe. Målingen af ​​temperaturfordelingen påprøve er meget vigtigt for undersøgelsen af ​​de elastocaloric virkninger og bestemmelse af kølende egenskaber af materialet. En lokal temperaturmåling - ved at anvende en kontakt- temperaturmåling - er ikke tilstrækkeligt til at karakterisere de kølende egenskaber af materialet. En måling af feltet temperatur blev også brugt af Cui et al. 8 for studiet af elastocaloric virkninger i Ni-Ti ledninger. Desuden Ossmer et al. 9, 10 viste, at termografiske temperaturmålinger er også velegnet til undersøgelse af elastocaloric effekter i Ni-Ti baserede tynde film, som krævede høje frame rates af IR-kamera til undersøgelse af adiabatiske fasetransformationer ved høj belastning satser. Denne teknik giver mulighed for undersøgelse af elastocaloric mængder og homogeniteten af ​​temperatur profil, der har en betydelig indflydelse på solid state-baserede varmeoverførsel ogeffektivitet elastocaloric processer.

Køleeffekten af ​​materialet kan bestemmes ved at beregne den krævede arbejde baseret på spændings / belastningskurve målinger samt varme (som kan bestemmes under hensyntagen temperaturændringen og varmekapacitet af materialet). Men den eksperimentelle metode ikke muligt for undersøgelse af elastocaloric materiale under processen tilstand. Dette omfatter en varmeoverførsel mellem SMA og en varmekilde, som har en betydelig indflydelse på effektiviteten af ​​køleeffekten.

Materialet karakterisering af køleprocessen forhold og undersøgelse af elastocaloric køling processer kræver en prøvestand muliggør solid-state baseret varmeoverførsel, som ikke kan blive undersøgt af en eksisterende kommercielt system. Til dette formål har en ny test platform blevet udviklet. Testen Riggen er sat op i to niveauer, som vist i figur 3. Den upper niveau giver mulighed for grundlæggende elastocaloric materiale karakterisering og indledende procedurer uddannelse, svarer til den tidligere beskrevne metode (se figur 4). Opsætningen er udstyret med en lineær direkte drev i stand til lastning og losning af SMA til stamme på op til 1 sek -1 (se figur 5). Den lineære direkte drev muliggør undersøgelse af prøver med et tværsnit på op til 1,8 mm2, mens det typisk prøve længde er 90 mm. Fordelen ved en lineær direkte drev er den høje hastighed og den høje acceleration - i modsætning til kugleskruen drev, der typisk anvendes til trækprøvning. Desuden er en vejecelle, samt det integrerede position målesystem af den lineære drev, tilvejebringer data mekaniske måling. En høj opløsning IR kamera (1.280 x 1.024 pixels) anvendes til at måle temperaturen profil af SMA med op til 400 Hz (i det ønskede temperaturområde). Anvendelsen af ​​et mikroskop linse med en RESolution på 15 pm / pixel muliggør undersøgelse af lokale temperaturpåvirkninger. Det lavere niveau af afprøvningsapparatet indeholder en mekanisme, der giver mulighed for skiftevis ledende varmeoverførsel mellem SMA og varmekilden / kølelegeme (se figur 6 og 7). Den lineære direkte drev i det lavere niveau skifter mellem varmekilden til SMA og fra SMA til kølelegemet, mens en pneumatisk cylinder elevatorer og sænker varmekilden / vask (se figur 8). Hver aktuator kan styres uafhængigt tillader undersøgelse af forskellige køleprocessen variationer. Den omfattende målesystem muliggør målinger af mekaniske parametre: aktuator position, aktuator velocity, SMA kraften, kontaktkraft mellem SMA og varmekilde / vask under varmeoverførsel samt termiske parametre (dvs. temperaturer inde i varmekilden / vask, temperaturfordeling på overfladen af ​​SMA og varmekilden / sink). En mere detaljeret beskrivelse af den videnskabelige test platform er givet i Schmidt et al. 11.

Figur 5
Figur 5. Ordningen af det øverste niveau af prøvestand En lineær direkte drev til lastning og losning af SMA prøve med integreret position målesystem.; en vejecelle til måling af trækkræfter, samt en høj opløsning IR kamera (1.280 x 1.024 pixels) for køb temperatur profil.

Figur 7
Figur 7. Arrangement med det lavere niveau af afprøvningsapparatet En lineær direkte drev til at skifte mellem køleplade og varmekilde.; en pneumatisk cylinder for at gøre kontakten mellem SMA prøven og varmekilden / vask; temperaturfølere er blevet integreret i kølelegemet / souRCE at måle kernetemperaturen af ​​blokkene. En kompression vejecelle til måling af kontaktkraften mellem SMA og varmekilden / sink er integreret i varmeoverføringsmekanisme og ikke synlige i denne ordning.

Testen rig mulighed for undersøgelse af forskellige legering kompositioner og stikprøvestørrelser samt geometrier (bånd, ledninger). Desuden opsætningen muliggør omfattende undersøgelser af elastocaloric materialer og køling processer. De tidligere beskrevne eksperimenter kan udføres og anvendelsen vil blive beskrevet trin for trin i det afsnit i dette manuskript protokol.

Materiale stabilisering:

Stabilt materiale adfærd er vigtig for brugen af ​​elastocaloric materialer i kølesystemer. Til dette formål er en mekanisk stabilisering anvendte procedure. Under denne procedure materialet passerer mekaniske lastning og losning cykler og udfører en fasetransformation fra austenit til martensit. Materialet stabilisering viser en stærk sats afhængighed. Belastningen føre til en temperaturændring af det materiale, som er forårsaget af den latente fase transformation. Denne temperatur ændring har en lignende indflydelse på materialet stabilisering, som gør mekaniske uddannelse cyklusser ved forskellige temperaturer 12-15. Ud over den velkendte mekaniske 13 og kaloriefattige 16 stabilisering, kan en termisk materiale stabilisering iagttages med det designet opsætningen ved at anvende termografi 17.

Materiale karakterisering:

Efter en indledende procedure mekanisk uddannelse, materialet viser stabil mekanisk, termisk og kaloriefattige adfærd tillade elastocaloric materialeegenskaber skal karakteriseres. Derfor er mekanisk cykling med forskellige satser udført henviser til, at i modsætning til proceduren uddannelse, elastocaloric karakterisering omfatter en bedrift fase efter lastning og losning. For varigheden af ​​bedriften fase SMA-stammen holdes konstant indtil en omgivelsestemperatur er nået igen. Denne type forsøg er nødvendig for at bestemme den lavest opnåelige temperatur efter aflæsning, startende fra omgivelsestemperatur niveauer samt materialets effektivitet. kan observeres Rate afhængig dannelse af lokale temperatur toppe, med højere satser, der fører til en stadig mere homogen temperaturfordeling. Endvidere ved at øge tøjningshastighed temperaturændringen stiger ligeledes, indtil adiabatiske betingelser opnås. Materialet effektivitet kan bestemmes ved at beregne den nødvendige mekaniske arbejde, baseret på en kraft-forskydning diagram af en adiabatisk eksperiment, samt den absorberbare varme, baseret på gennemsnitsværdien temperaturændring af materialet under losning og varmekapacitet af prøven .

Elastocaloric køleproces:

Undersøgelsen af ​​den køleeffekt SMAS under procesbetingelser kræver varmeoverførslen mellem SMA kølemediet og en varmekilde, samt et varmedræn. Til dette formål SMA er i kontakt med en solid-state varmekilde (efter adiabatisk tømning) og et varmedræn (efter adiabatisk loading). Effektiviteten af ​​processen afhænger meget af processtyring og de termiske randbetingelser. Den omfattende undersøgelse af køleprocessen kræver en variation af kontrolparametrene for at bestemme den mest effektive processtyring. Den individuelle påvirkning af parametrene (kontakttid, SMA-stamme, SMA tøjningshastighed, kontakt fase (kontakt under lastning / losning fase eller efter) og kontaktkraft) på processen ydeevne skal undersøges. Endvidere indflydelse af de skiftende termiske randbetingelse ved at øge antallet af kølekredsløb skaltages i betragtning.

Model validering:

Udviklingen af ​​et termomekanisk koblet materiale model, kan reproducere den mekaniske og termiske materiale adfærd under afkøling cyklus, er afgørende for udviklingen af ​​en ny køleteknik. Modellen giver mulighed for materiale og procesoptimering ved reduceret eksperimentel og materiale udviklingsindsats. Valideringen kræver en indledende isoterm trækprøvning af en stabiliseret materiale til at frembringe de krævede inputdata mekanisk materiale (elasticitetsmodul austenit og martensitfasen er bredden af ​​den mekaniske hysterese samt omdannelsen stamme). Valideringen af ​​modellen sker på baggrund af trækprøvning på forskellige satser. De krævede kaloriefattige inputdata til modellen kan bestemmes ved differentialscanningskalometri (DSC) efter de mekaniske forsøg. DSC-målinger skal udføres AFter den mekaniske test for at måle de kaloriefattige materialeegenskaber en stabiliseret prøve.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Prøvefremstilling

  1. Mål SMA bånd med passere og bestemme tværsnittet af prøven.
  2. Forbered prøven til IR målinger ved coating båndet med et tyndt lag af høj emissivitet (ε = 0,96) maling.
    Forsigtig: Malingen er klassificeret som irriterende. Handsker, sikkerhedsbriller og beskyttelse mund skal bæres under behandlingen af ​​malingen.

2. Materiale Stabilization (Uddannelse)

Bemærk: Indledende mekanisk cykling fører til en mekanisk og termisk materiale stabilisering. Undersøgelsen af ​​stabiliserings- virkning, og proceduren træningen selv, kræver brug af aktuatoren og sensorerne er monteret i det øverste niveau af afprøvningsapparatet samt IR-kamera.

  1. Start motor controller program og kontrollere de indlæste indstillinger. Ret indstillingerne til position mode og kommando-mode. Kontroller motoren er i aktiv tilstand.
  2. Set målpositionen i motoren controller program til 0 um og klik på "operation aktivere" knap - på denne position er afstanden mellem klemmerne er 90 mm.
  3. Anbring prøven mellem klemmer af forsøgsopstillingen og bruge en speciel designet justering værktøj til at justere prøven.
  4. Spænd klemmerne ved hjælp et monterings støtte for at undgå at bøje belastning på vejecelle og prøve. Brug en momentnøgle til at stramme skruerne for at sikre en reproducerbar lukkekraft (tilspændingsmoment: 20 Nm).
  5. Tjek den aktuelle motor position og sørg for, at motoren er i startposition (0 um).
  6. Start IR kamera software og indlæse kalibreringen for en 50 mm linse kombineret med et close-up linse. Vælg en billedstørrelse på 1.280 x 100 pixels og et temperaturområde fra -20 ° C til 50 ° C. Anbring kameraet ved hjælp af motorfokus enhed og bekræft hele prøven er i synsfeltet af kameraet.
    Bemærk: IR-kamera, i kombination med den valgte linsesystem, har en brændvidde (f) på 50 mm, en blænde på f / 2 og en pixelstørrelse på 60 um minimum ved en arbejdsafstand på 200 mm.
  7. Åbn styreprogrammet til uddannelse og materiel karakterisering og indstille kontrolparametre (forskydning, hastighed, holdetid, maksimum og minimum kraft, antal cykler og kamera frame rate).
    1. Indstille startpositionen (0 um) og vælge den ønskede position (4.500 um), således at materialet undergår en fuldstændig fase transformation.
    2. Indstil den lineære direkte drev hastighed (hastighed lastning / losning) for at opfylde den ønskede stammen sats. Vælg en stamme på 5 x 10 -4 sek -1 (aktuator hastighed på 45 um / sek) for køleprocessen uddannelse.
      1. Bestemmes den lineære direkte drev hastighed (v) baseret på den valgte tøjningshastighed ( epsilon ) Og den oprindelige prøve længde (l 0) 90 mm ​​(v = <img alt = "epsilon" src = "/ files / ftp_upload / 53626 / epsilon.jpg" /> ∙ l 0)
    3. Indstil holdetid til 0 sek.
    4. Indstil antallet af cykler til en for den første cyklus med en ny prøve.
    5. Indstil prøve-specifikke minimum og maksimum kraft plan for at undgå trykbelastning og trækstyrke overbelastning (minimum belastning 1 MPa, maksimal belastning 800 MPa).
    6. Vælg en IR kamera erhvervelse på 50 ms / ramme (20 frames per sekund).
    7. Klik på start-knappen for at indlæse indstillingerne.
  8. Åbn IR kamera software, vælge et filnavn og tildele 5.000 frames.
    1. Skift fra intern til ekstern trigger kilde og start datafangst mode.
  9. Åbn kontrol program, og tryk på startknappen eksperimentet.
  10. datavisualisering
    1. Når eksperimentet er færdig, indlæse data i databehandling software og visualisere det i form af kraft / forskydning, stress / stamme, kraft / tid og position / tid diagrammer.
    2. Indlæs IR data i IR kamera software og evaluere den tid løst temperaturprofiler. Definer en måling område, der dækker overfladen af ​​SMA bånd og plotte den gennemsnitlige maksimale og minimale temperatur af prøven vs. tid.
  11. Gentag trin 2,6 og 2,9 indtil materialet viser stabil mekanisk adfærd og tilpasse startposition for at kompensere for resterende stammer.
    1. Efter de første 10 cykler, øge antallet af cyklusser per eksperiment til 10 og fortsætte med forsøgene indtil stabilt materiale adfærd er nået.

3. Materiale Karakterisering

Bemærk: Materialet karakterisering kræver brug af aktuatoren og sensorerne er monteret i det øverste niveau af afprøvningsapparatet samt IR-kamera. Under karakterisering proceduren prøven lastes og losses ved forskellige hastigheder, mens de udføreren bedrift periode efter lastning og losning.

  1. Hvis SMA båndet er blevet løsnet, og systemet kontrol af afprøvningsapparatet er slukket efter træningen, skal du gentage trin 2.1 til 2.6 og klemme prøven igen. Hvis dette ikke var tilfældet, gøres følgende.
  2. Åbn styreprogrammet til uddannelse og materiel karakterisering og indstille styringsparametre (forskydning, hastighed, holdetid, antal cykler og kamera frame rate).
    1. Indstil start position, således at prøven er under nul belastning og sat sig som mål position svarende til målet position uddannelse (4500 um).
    2. Indstil den lineære direkte drev hastighed (hastighed lastning / losning) for at opfylde den ønskede stammen sats. Vælg en stamme på 1 x 10 -1 sek-1 (aktuator hastighed på 9.000 um / sek), som fører til en adiabatisk faseomdannelse for prøver med et tværsnit på 0,75 mm x 1,4 mm eller større.
    3. Indstil holdetid til 180 seC, hvilket er tilstrækkeligt for prøven at nå det oprindelige temperaturniveau.
      Bemærk: holdetid skal verificeres efter forsøget ved at beregne en termisk ligevægt tidskonstant (τ) og en holdetid mindre end 4 x τ skal øges før den næste karakterisering eksperimentet starter.
    4. Indstil antallet af cyklusser til en.
    5. Indstil prøve-specifikke minimum og maksimum kraft plan for at undgå trykbelastning og trækstyrke overbelastning (minimum belastning 1 MPa, maksimal belastning 800 MPa).
    6. Vælg en IR kamera overtagelse på 5 ms / ramme (200 billeder i sekundet).
    7. Klik på start-knappen for at indlæse indstillingerne.
  3. Åbn IR kamera software, vælge et filnavn og tildele 80.000 frames.
    1. Skift fra intern til ekstern trigger kilde og start datafangst mode.
  4. Åbn kontrol program, og tryk på startknappen eksperimentet.
  5. Læg IR data iIR-kamera software. Plot betyder maksimum og minimum prøvetemperaturer vs. tid. Eksportere data og beregne den termiske ligevægt tidskonstant med databehandling software 10,11.
  6. Tilpas holdetid, hvis det er nødvendigt, er baseret på den beregnede termiske ligevægtstidspunktet konstant.
  7. Gentag trin 3.2 til 3,5 og varierer tøjningshastighed fra 5 x 10 -5 sek-1 til 1 x 10 -1 sek-1, såvel som stammen fra 2% til højst stamme af 5% (maksimal belastning er ækvivalent med den maksimale belastning under træning).
  8. Undersøgelse af lokale temperaturspidser:
    Bemærk: Materialet viser en sats-afhængig lokalisering virkning af elastocaloric virkning. Omhyggelig undersøgelse af disse virkninger kræver en høj særlig beslutning af SMA temperaturprofil. Til dette formål linsen i IR kamera skal erstattes af et mikroskop linse. Mikroskopet linse har en åbning på 3,0, en forstørrelse på 1X og en pixelstørrelse på 15um ved en arbejdsafstand på 195 mm.
    1. Sluk lyset, fjern alle varmekilder fra synsfeltet af IR kamera og ændre objektivet.
    2. Skift kalibrering kameraindstillinger og indlæse et mikroskop linse kalibrering inden for et temperaturområde på 20 ° C til 50 ° C og en billedstørrelse på 500 x 250 pixels. Brug motorfokus enhed til at fokusere prøven.
    3. Udfør en trækprøvning på en stamme på 1 x 10 -1 sek -1 (9000 um / sek), følge trinene beskrevet i afsnit 2: Materiale stabilisering.
  9. datavisualisering
    1. Læg de mekaniske data i databehandling software og visualisere det i form af kraft / forskydning, stress / belastning, kraft / tid og position / tid diagrammer.
    2. Indlæs IR data i IR kamera software og evaluere den tid løst temperaturprofiler. Definer en måling område, der dækker overfladen af ​​SMA bånd og plotte den gennemsnitlige maximum og minimumstemperaturen af ​​prøven som funktion af tid.

4. Elastocaloric køleprocessen

Bemærk: Undersøgelsen af ​​elastocaloric køleprocesser kræver brug af aktuatorer og sensorer i den øvre og nedre niveau af setup samt IR-kamera. Disse forsøg omfatter en variation af kontrolparametrene for at optimere processen ydeevne.

  1. Hvis SMA båndet er blevet løsnet, og prøvestanden er slukket efter at materialet karakterisering Gentag trin 2.1 til 2.5 og klemme prøven igen. Hvis dette ikke var tilfældet, gøres følgende.
  2. Start IR kamera software og indlæse kalibreringen for 50 mm objektiv med close-up linse. Vælg en billedstørrelse på 1.280 x 1.024 pixels og et temperaturområde fra -20 ° C til 50 ° C. Anbring kameraet ved hjælp af motoren fokus enhed, og sørg for, at hele prøven er i synsfeltet af kameraet.
    Bemærk: IR kamera i kombination med den valgte linsesystem har en brændvidde (f) på 50 mm, en åbning på f / 2 og en pixelstørrelse på 60 um minimum ved en arbejdsafstand på 200 mm.
  3. Åbn programmet for elastocaloric køling processer kontrol og indstille styringsparametre (forskydning af lineær direkte drev en (øverste niveau), hastighed lineær direkte drev et og to, kontakttid, maksimum og minimum kraft, kontakt fase, antal cykler og kamera frame rate).
    1. Indstil startpositionen for det lineære direkte drev til SMA lastning og losning, således at prøven er under nul belastning og sat sig som mål position svarende til målet position uddannelse (4500 um).
    2. Indstil hastighed (hastighed lastning / losning) af den lineære direkte drev til lastning og losning af SMA at møde en stamme på 1 x 10 -1 sek -1 (9000 um / sek). Indstil hastigheden af ​​den lineære direkte drev i det lavere niveau af opsætningen til 100mm / sek.
    3. Indstil kontakttid til 6 sek.
      Bemærk: Kontakttiden bestemmer varigheden af ​​varmeoverførsel og kan indstilles til enhver værdi over 10 msek.
    4. Vælg kontakten efter lastning / losning mode.
      Bemærk: De fase påvirkninger kontakt om lastning og losning er adiabatisk (kontakt efter lastning / losning) eller kombineret med en varmeoverførsel til kølelegeme / kilde (kontakt under lastning / losning).
    5. Indstil antallet af cyklusser til 40.
    6. Indstil prøve-specifikke minimum og maksimum kraft plan for at undgå trykbelastning og trækstyrke overbelastning (minimum belastning 1 MPa, maksimal belastning 800 MPa).
    7. Vælg en IR kamera erhvervelse på 20 ms / ramme (50 billeder pr sekund). Klik på start-knappen for at indlæse indstillingerne.
  4. Åbn IR kamera software, vælge et filnavn og tildele 50000 frames. Skift fra intern til ekstern trigger kilde og start datafangst mode.
  5. Åbn kontrol program og tryk på startknappen eksperimentet.
  6. datavisualisering
    1. Når eksperimentet er færdig belastning data i databehandling software og visualisere følgende data: kraft / forskydning, stress / belastning, temperatur / tid (temperatur kølelegemet / kilde), kraft / tid, kontaktkraft / tid og position af den lineære aktuatorer / tid.
    2. Indlæs IR data i IR kamera software og evaluere den tid løst temperaturprofiler. Definer tre måleområder, som dækker overfladen af ​​SMA prøven samt overfladen af ​​kølepladen og varmekilden. Eksporter tiden løst gennemsnitlige, maksimale og minimale temperatur data fra de definerede måleområder og indlæse dem i databehandling software.
    3. Visualisere IR data i en temperatur / tid-diagram.
  7. Gentag forsøget under variation af parametrene: stamme, kontakttid og kontakt fase.

5. Model Validation

  1. Udfør en isoterm trækprøvning på en stamme på 5 x 10 -5 sek -1 og en stamme af 5%, fortsæt ved at udføre de trin, der er beskrevet i afsnit 2.
  2. Når eksperimentet er færdig, indlæse data i databehandling software og visualisere stress / belastning måling. Beregn elasticitetsmodulet af austenit og martensitfasen, omdannelsen stamme samt bredden af ​​hysterese. Den førnævnte data fungerer som input data mekaniske for modellen 7.
  3. Udfør yderligere trækprøvning på stamme satser på 1 x 10 -4 sek -1, 5 x 10 -4 sek -1, 1 x 10 -3 sek -1, 5 x 10 -3 sek-1, 1 x 10 -2 sek-1, 5 x 10 -2 sek-1, 1 x 10 -1 sek-1 for at generere valideringsdata for modellen.
  4. Hvis forsøgene er afsluttet tage prøven ud af testsystemet og udføre en differentiel scanning kalorimetrisk måling (DSC) 18 for at bestemme de kaloriefattige materialeegenskaber (latente heats af faseomdannelse og specifik varmekapacitet af materialet) af det stabiliserede materiale.
    Bemærk: DSC målinger giver kaloriefattige inputdata til termo-mekanisk koblet model.
  5. Start simulering af trækprøvninger beskrevet i trin 5.3.
    1. Gennemføre brugerdefinerede model for formhukommelseslegeringer i kommercielt tilgængelig finite element software:
      1. Vælg Geometri node og vælge Interval henlede 1D wire geometri.
      2. Vælg Parametre node at definere model parametre identificeret fra mekaniske tests i stes 5.2.
      3. Højreklik Definitioner node og vælg Variabler til at skabe en variabler node. Vælg Variabler node og definere algoritme til bestemmelse af overgangssandsynligheder afledt af statistiske termodynamik 19.
      4. Vælg Tilføj Fysik og tilføje Koefficient Form PDE eller General Form PDE at definere sæt af endimensionale partielle differentialligninger, der beskriver opførslen af superelastiske formhukommelseslegering, der består af den stationære momentum balance, balancen i indre energimarked og kinetiske ligninger af fase transformation 20 .
    2. Vælg Indledende Værdier sub-node for at indstille den oprindelige temperatur af ledningen til miljøet temperatur.
      1. Vælg Dirichlet randbetingelse at ordinere mekaniske forhold grænse for anvendelse af en stamme efter den eksperimentelle procedure beskrevet i afsnit 2, for strain satser i step 5.3, begrænse forskydningen af ​​den ene ende af tråden og ordinering forskydningen af ​​den anden ende.
      2. Vælg Dirichlet randbetingelse at indstille termiske randbetingelser til konstant temperatur på grund af de massive klemmer i forhold til den tynde wire.
        Bemærk: Standard indstillinger af finite element software ikke fører til en konvergerende løsning.
      3. Vælg sub-knudepunkter Solver Configuration til at ændre standardindstillinger (f.eks absolutte og relative tolerancer og dæmpning koefficient på den ikke-lineære, iterativ Newton-Raphson solver) og klik på "Compute" for at køre solver.
  6. Dataanalyse
    1. Læg de eksperimentelle og simulation resultater ind i data analyse software og visualisere de mekaniske og termiske data.
    2. Sammenligne de eksperimentelle og simulation resultater, respektive mekanisk (stress / belastning respons) og termiske (særlig løst temperatur udviklingen afprøve) materialeopførsel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Stabilisering Materiale (Uddannelse):

Figur 9 viser en spændings / belastningskurve diagram af 50 erhvervsuddannelsesforløbene. Den undersøgte prøve er en Ni-Ti bånd med et tværsnit af A = 1,45 mm2. Den påførte stamme på 1 x 10 -3 sek-1 fører til en gennemsnitlig temperaturstigning på AT = 12,2 K. Temperaturstigningen har en betydelig indflydelse på stabilisering virkning 12- 14; ud over den mekaniske stabilisering, kan en termisk stabilisering iagttages også. Movie 1 viser temperaturfordelingen på prøven i løbet af de første tre erhvervsuddannelsesforløbene, billedhastigheden er fem gange højere end de tidstro måling. Forsøget blev standset efter hver cyklus og genstartes, så snart prøven nåede omgivende temperatur. En homogenisering af elastocaloric effektobserveres dog intensiteten af ​​temperaturen toppe falder med stigende antal cyklusser.

Figur 9

Figur 9. Mekanisk stabilisering af et binært Ni-Ti bånd under træning. Stress / stamme diagram af 50 erhvervsuddannelsesforløbene ved en belastning på 1 x 10 -3 sek-1.

Materiale karakterisering:

Resultaterne af en elastocaloric materiale karakterisering af en NiTiCuV bånd (A = 1,07 mm 2) er vist i figur 10. Stress / stamme diagram i figur 10 (a) viser, at stigende belastningsgrader føre til øget hysterese bredde 7, 12, 21 . Denne sammenhæng er et resultat of temperaturændringen i fasen transformation, hvilket også er vist i AT-tøjningshastighed diagram (figur 10 (b)). Endvidere diagram viser, at ved stamme satser højere end 5 x 10 -2 sek -1 er der ingen yderligere stigning af temperaturændringen. Stagnation af temperaturændringen indikerer, at den adiabatiske grænse er nået, hvilket også kan udledes af stagnation af temperaturen stress stigning (vist i stress-strain diagram). Endvidere lille afvigelse mellem ændring middelværdien og maksimal temperatur ved høje hastigheder viser, at materialet forvandler næsten homogent. Sammenligningen af IR videoer erhvervet under forsøgene udført ved en belastning på 1 x 10 -3 sek-1 (se Movie 2 (loading) og Movie 3 (aflæsning)) og ved en belastning på 1 x 10 -1 sek -1 (se Movie 4 (lastning, 10 gange langsommere) Og Movie 5 (losning 10 gange langsommere)) viser homogenisering af elastocaloric virkning ved at øge belastningsgrader.

Baseret på det materiale karakterisering, kan bestemmes effektiviteten af ​​materialet. Arbejdet i en adiabatisk lastning og losning cyklus ved en stamme på 1 x 10 -1 sek -1 svarer til de områder i kraft-deformationsdiagrammet i figur 11. Det røde område viser den ikke kan nyttiggøres arbejde hysterese, som der tages hensyn til ved fastsættelsen af ​​koefficienten for performance (COP) af materialet. Varmen er beregnet på grundlag af den gennemsnitlige negative temperaturændring på 20 K og varmekapacitet af prøven, mens varmekapaciteten kan bestemmes ved at tage ind på kontoen den specifikke varmekapacitet (cp = 0,46 J / (kg K)), tætheden (ρ = 7340 kg / cm3) og mængden af prøven. Den resulterende COP på 7 er den quotient af absorberet varme og mekanisk arbejde. En grafisk metode til bestemmelse af effektiviteten af elastocaloric køleprocesser baseret på den termodynamiske analyse af kølekredsløb er beskrevet i Schmidt et al. 22

Figur 1o

Figur 10. Materiale karakterisering. Rate-afhængige spændings / belastningskurve diagram (a), og AT / tøjningshastighed, der viser minimum, maksimum og betyder SMA temperaturændring (b) en NiTiCuV bånd. Stammen blev holdt konstant for 150 sek efter lastning og losning.

Figur 11
Figur 11. Arbejde. Kraft / deformationsdiagrammet af en NiTiCuV bånd (A = 1,07 mm 2) dnder en adiabatisk lastning og losning cyklus. Den afbøjning blev holdt konstant for 150 sek efter lastning og losning. Arbejdet svarer til de områder i diagrammet mens arbejdet under aflæsning potentielt kunne inddrives.

Køleprocessen:

Kraften deformationsdiagrammet i figur 12 (a) viser den mekaniske opførsel af tidligere karakteriserede NiTiCuV prøve under 40 afkølingscykler. Kontakttiden mellem SMA og varmekilden / sink blev sat til 6 sek og stammen blev sat til 1 x 10 -1 sek-1. Temperaturen-tid diagram i figur 12 (b) viser temperaturstigningen af kølepladen og temperaturfaldet af varmekilden i de 40 afkølingscykler, som ændrer de termiske randbetingelser af processen. Endvidere indflydelse af grænsen ckan observeres ETINGELSER til den mekaniske og termiske materialeopførsel. IR video (film 6) viser, at ved at forøge antallet af cyklusser ændringen af materialet minimum og maksimum temperaturen falder Dette afspejles også i faldet i hysterese bredde (se figur 12 (a)). Efter den første cyklus, opstår en inhomogen temperaturprofil fordi varmen vasken / kilde ikke kontakte hele SMA bånd (se Movie 6). Den betydelige forskellige temperaturprofil SMA efter den første cyklus fører til en lavere transformation stamme i den anden serie (se figur 12 (a)). COP af processen afhænger stærkt af temperaturen af kølepladen og varmekilden som vist i figur 13. Den stigende temperaturforskel mellem køleplade og varmekilden fører til en aftagende COP, som er relateret til den faldende temperaturforskel mellem varmekilde og the SMA. COP beregnes på grundlag af ikke kan nyttiggøres arbejde (se figur 10), og den absorberede varme under kontakt mellem SMA og varmekilden. Den absorberede varme bestemmes ved at tage hensyn varmekapacitet SMA og middeltemperaturen ændring af SMA under kontakt til varmekilden. Køleeffekten pr overfladeareal af processen viser en tilsvarende tendens (se figur 14). Køleeffekten pr arealenhed kan beregnes på grundlag af den absorberede varme per cyklus, cyklustiden på 13,1 sek og overfladearealet af prøven i kontakt med varmekilden (8,4 x 10 -6 m 2). Dette eksempel på en SMA køle- proces viser, at materialet viser en forskellig adfærd under procesbetingelserne i sammenligning med materiale karakterisering. Den varmeoverførsel og proceskontrol påvirke køleeffekten af ​​materialet og skal tages i betragtning ved validering af elastocaloric materialer.

Figur 12
Figur 12. køleprocessen. Kraft / deformationsdiagrammet (a) og temperatur / tid-diagram (b) af en 40 cyklus køleprocessen med en NiTiCuV prøve (A = 1,07 mm2) og en kontakttid på 6 sek.

Figur 13
Figur 13. COP af køleprocessen. Et stigende antal køling cyklusser fører til en faldende COP og et stigende temperaturforskellen mellem køleplade og varmekilde.

Figur 14
Figur 14. køleeffekt af processen. Et stigende antal kølekredsløb fører til et fald af cooLing effekt pr enhed overfladeareal og en stigende temperaturforskel mellem køleplade og varmekilden.

Model validering:

Figur 15 (se også Movie 7) viser sammenligningen mellem eksperiment og simulering af en trækprøve udføres ved en tøjningshastighed på 1 x 10 -3 sek-1. Den sammenlignende prøve var en Ni-Ti tråd med en diameter på 0,6 mm og en fastspænding længde på 90 mm. Den underliggende model af simuleringen er en ændring af den termomekanisk koblede Müller-Achenbach-Seelecke (MAS) model 23, 24, 19. Modellen blev udvidet for at muliggøre simulering af lokaliserede fase transformation og uhomogen fordeling temperatur. Sammenligningen mellem de eksperimentelle resultater (se Movie 7 (a)) og simulering (se Movie 7 (b)) Viser, at modellen er i stand til at reproducere den mekaniske såvel som den termiske materiale adfærd. De simulerede temperatur felter viser lokaliserede temperatur toppe og intensiteten af ​​toppene viser en god korrelation med eksperimentet. Endvidere timingen af ​​spidstemperatur dannelse og den resulterende stress fald viser god overensstemmelse. Den anvendte model fremgangsmåde er ikke kun begrænset til simulering af materialets adfærd ved trækbelastning, også en bøjningsbelastning kan simuleres 25. Den fysisk motiverede model giver mulighed for detaljeret analyse af de underliggende mekanismer og understøtter processen og materiale optimering ved at reducere eksperimentel og materielle udvikling indsats.

Figur 15
Figur 15. Sammenligning mellem forsøg (a) og simulering (b) resultater af en Ni-Ti tråd med en diameter på 0,6 mm (A = 0.2734 mm2). Valideringen eksperiment er en trækprøvning på en stamme på 1 x 10 -3 sek -1.

figur 1
Figur 1 (Film). Adiabatisk fase transformation af en SMA prøve. Den adiabatiske, eksoterm fase transformation fra austenit til martensit forøger SMA temperatur og den endoterme overgang fra martensit til austenit fører til et betydeligt fald temperatur. (Højreklik for at downloade denne film)

Figur 2
Figur 2 (Film). Elastocaloric kølecyklus. Varmeoverførslen mellem varmekilden og SMA finde sted ved lave temperaturniveauer. I den næste fase,SMA er i en kontakt-fri stat og hurtig (adiabatisk) læsning øger SMA temperatur. Den efterfølgende varmeoverførsel mellem den varme SMA og kølelegemet finder sted ved konstant belastning af SMA. Ved afslutningen af ​​varmeoverførsel, hurtig adiabatisk aflæsning fører til en signifikant temperaturfald i SMA. (Højreklik for at downloade denne film)

Figur 3
Figur 3 (Film). 3D samling animation. Animationen viser de vigtigste komponenter i det øverste niveau af afprøvningsapparatet. (Højreklik for at downloade denne film)

Figur 4
Figur 4 (Film). 3D animation af prøvestand. downloade denne film)

Figur 6
Figur 6 (Film). 3D samling animation. Animationen viser de vigtigste komponenter i det lavere niveau af prøvestand. (Højreklik for at downloade denne film)

Figur 8
Figur 8 (Film). 3D animation af prøvestand. Animationen viser en elastocaloric køling cyklus. (Højreklik for at downloade denne film)

Movie 1 Movie 1. IR filmen af de tre første træning cykler af en Ni-Ti bånd på en stamme på 1 x 10 -3 sek -1 (5x afspilning sats). IR Filmen viser en stigende homogenisering effekt af elastocaloric effekt ved at øge Træningsprogrammer cyklusser. (Højreklik for at downloade )

Movie 2
Movie 2. Mekanisk belastning af en NiTiCuV bånd på en stamme på 1 x 10 -3 sek -1 (IR-film, 1x afspilning sats). IR Filmen viser en inhomogen temperaturfordeling på SMA overflade. (Højreklik for at downloade )


Movie 3. Mekanisk aflæsning af en NiTiCuV bånd på en stamme på 1 x 10 -3 sek -1 (IR film, 1x afspilning sats). IR Filmen viser en inhomogen temperaturfordeling på SMA overflade. (Højreklik for at downloade )

Movie 4
Movie 4. Mekanisk belastning af en NiTiCuV bånd (A = 1,07 mm 2) i en stamme på 1 x 10 -1 sek -1 (IR filmen, 10x langsommere afspilning sats). IR Filmen viser en homogen temperaturfordeling på SMA overflade. (Højreklik for at downloade )

side = "1"> Movie 5
Movie 5. Mekanisk aflæsning af en NiTiCuV bånd på en stamme på 1 x 10 -1 sek -1 (IR filmen, 10x langsommere afspilning sats). IR Filmen viser en homogen temperaturfordeling på SMA overflade. (Højreklik for at downloade )

Movie 6
Movie 6. IR filmen af en 40 cyklus køling proces. Kontakten tid mellem NiTiCuV prøve og køleplade / kilde var sat til 6 sek. Filmen viser de cykler: 1, 2, 11, 12, 21, 22, 31, 32 og 40. (højreklik for at downloade )

g "/>
Movie 7. Sammenligning mellem eksperimentresultater og simulation resultater af en Ni-Ti tråd med en diameter på 0,6 mm (A = 0,2734 mm 2). Den valideringsforsøget er en trækprøve ved en belastning på 1 x 10 -3 sek-1. Modellen er i stand til at reproducere den mekaniske og termiske materialeopførsel og giver mulighed for en forudsigelse af temperatur fronter opført under mekanisk cykling. (Højreklik for at downloade )

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De præsenterede videnskabelige test rig muliggør omfattende undersøgelse af elastocaloric materialer og køling processer ved at udføre forsøgene beskrevet i protokollen sektion. Præcis justering af prøven før fastspænding er afgørende for alle eksperimenterne. Dårlig tilpasning kan potentielt føre til tidlig materiale fiasko. Endvidere er den maksimale anvendte stamme har betydelig indflydelse på materialet levetid, hvorimod den krævede belastning til at nå en fuldstændig fase transformation afhænger af legeringssammensætning. Transformationen stamme af den undersøgte NiTiCuV legering (se figur 10) er betydeligt lavere end omdannelsen stamme af Ni-Ti-legering vist i figur 9 og figur 13. Til dette formål til indledende tests identificere transformationen stamme må foretages for nye legeringer.

Behovet for test platform udvikling var uafhængig kontrol af processen ptning og overvågning af termiske og mekaniske opførsel af de interagerende proceskomponenter (SMA prøve, varmekilde og køleplade) under alle cyklus faser. Derfor blev kølepladen og varmekilden monteret ved siden af ​​hinanden muliggør samtidige, termografiske målinger af SMA prøven og varmekilden / vask under alle proces faser. Den inhomogene temperaturfordeling på SMA bånd, samt indflydelse temperaturen udviklingen af kølepladen og varmekilden på SMA adfærd (se figur 10 og Movie 6), illustrerer behovet for undersøgelse af termografisk proces. Temperaturen profil og uhomogen varmeveksling ikke kun påvirke effektiviteten af ​​processen; materialet levetid påvirkes også af temperaturen profil. Høje temperaturer under mekanisk cykling føre til en betydelig forøgelse af funktionel og strukturel træthed af materialet 12- 14 6 cyklusser. For at bestemme temperaturprofilen af ​​materialet ved hjælp af termografi viste præliminære eksperimenter, at en homogen, høj emissivitet koefficient af materialet er påkrævet. Materialet belægning (en høj emissivitet lak) giver en mere reproducerbar emissionsevne koefficient, uafhængig af legeringen sammensætning og den anvendte overfladebehandling af prøverne. Undersøgelsen af ​​temperaturfordelingen på en SMA bånd med en længde på 90 mm kræver en opløsning på ca. 80 um / pixel til at dække hele prøve længde med 1.280 pixels. Dette begrænser den mindste prøve bredden til 240 um for at sikre, at mindst én IR pixel er altid helt dækket af prøven. Mindre prøver kan undersøges med IR-kamera i kombination med mikroskopet linse, hvis målingen af ​​temperaturprofilenaf hele prøven er ikke påkrævet. Mikroskopet linse giver en opløsning på 15 um / pixel og muliggør undersøgelse af prøver med en bredde på 45 um.

Det designede videnskabelige test rig yderligere muliggør undersøgelse af avancerede elastocaloric køling cykler. Ikke-adiabatiske belastning af SMA i kontakt med kølelegemet kan reducere den maksimale SMA temperatur under processen, hvilket forøger effektiviteten ved at reducere hysterese bredde. Endvidere kunne lavere maksimale SMA temperaturer potentielt øge den materielle levetid.

De repræsentative resultater af videnskabelige test riggen viste, at test-platformen giver mulighed for undersøgelse af forskellige legeringer med forskellige dimensioner og formfaktorer. Den maksimale tværsnit af prøverne er begrænset til 1,8 mm2. Begrænsningen er baseret på det maksimale kontinuerlige kraft af den lineære direkte drev af 1200 N. prøve dimensioner inflindflydelse på processtyring, mens stamme satser, hvori prøverne forvandler adiabatisk primært påvirkes af overfladen for at tværsnittet ratio. Derudover kontakttiden mellem SMA og varmekilden / vask skal tilpasses til de prøvedimensioner for at optimere effektiviteten og / eller køleenergi. En stor overflade til tværsnit forholdet reducerer cyklustiden og den modsatte forhold fører til langsommere processer. Valget af prøvens størrelse, samt prøvegeometri, definerer operationelle frekvensen af ​​en fremtidig elastocaloric køleindretning og skal tilpasses til de anvendelseskrav.

Optimeringen af ​​elastocaloric køleprocesser kræves for at etablere en ny miljøvenlig køling teknologi, som kan være et konkurrencedygtigt alternativ til den konventionelle dampkompressionssystem baseret proces. Det designede videnskabelige test opsætning og udvikling af nye legeringer såsom NiTiCu 26 og NiTiCUV er første skridt i udviklingen af ​​en effektiv køling enhed. Til den bedste kendskab til de forfattere, denne videnskabelige opsætning er det første system, der tillader undersøgelse af elastocaloric egenskaber af et SMA under faststof-baserede køleprocesser ved at overvåge temperaturen af ​​SMA og varmekilden / sink under alle procestrin . En ligetil modifikation af varmekilden / vask og klemmerne muliggør undersøgelse af den ledende varmeoverførsel af SMA med andre formfaktorer såsom gitre og rør. Imidlertid har den videnskabelige prøvestand blevet udviklet fra et videnskabeligt point-of-view, og giver mulighed for omfattende materiale og proces undersøgelser for proces- og materielle optimeringer i stedet for høj systemydelse. er behov for yderligere skridt for at overføre resultaterne opnået med den videnskabelige forsøgsopstilling til udformningen af ​​en elastocaloric køling enhed. I denne forbindelse udviklede termomekanisk koblet model støtter udviklingsprocessen simulerer køleprocessen på enhedens niveau.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgements

Forfatterne vil gerne anerkende støtte fra prioritet DFG programmet 1599 "kaloriefattige effekter i ferroic materialer: Nye koncepter for køling" (Projekter: EG101 / 23-1, SCHU2217 / 2-1, SE704 / 2-1, EG101 / 29 -2, SCH2217 / 3-2, SE704 / 2-2).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Linear direct drives ESR-Pollmeier ML 1418-U5-W1 SMA loading/unloading; heat transfer
Pneumatic cylinder  Festo ADNGF-40 574031 Contact between heat source/sink and SMA
Inductive position measurement system  AMO LMKA-1101.1NN-1.0-0
Tension and compression load cell Futek LCF451; FSH02241 SMA force
Compression load cell Futek LTH300; FSH00297 Contact force
IR camera Infra Tec Image IR 9360; M91129 1,280 x 1,024 pixels; Maximum frame rate 3,200 Hz
Real-Time Controller  National Instruments NI CompactRIO-9074 Data acquisiton and control system
Camera varnish Tetenal 105202

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fähler, S., Rößler, U. K., et al. Caloric effects in ferroic materials: New concepts for cooling. Adv. Eng. Mater. 14, (1-2), 10-19 (2012).
  2. Moya, X., Defay, E., Heine, V., Mathur, N. D. Too cool to work. Nat. Phys. 11, (3), 202-205 (2015).
  3. Starkov, I. A., Starkov, A. S. On the thermodynamic foundations of solid-state cooler based on multiferroic materials. Int. J. Refrig. 37, 249-256 (2014).
  4. Caloric Effects in Ferroic Materials: New Concepts for Cooling. Available from: http://www.ferroiccooling.de/ (2012).
  5. Moya, X., Kar-Narayan, S., Mathur, N. D. Caloric materials near ferroic phase transitions. Nat. Mater. 13, (5), 439-450 (2014).
  6. Shaw, J. A., Kyriakides, S. On the nucleation and propagation of phase transformation fronts in a NiTi alloy. Acta Mater. 45, (2), 683-700 (1997).
  7. Chang, B. -C., Ja Shaw,, Iadicola, M. A. Thermodynamics of Shape Memory Alloy Wire: Modeling Experiments, and Application. Contin. Mech. Thermodyn. 18, (1-2), 83-118 (2006).
  8. Cui, J., Wu, Y. M., et al. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large Delta T using NiTi wires. Appl. Phys. Lett. 101, (7), 073904 (2012).
  9. Ossmer, H., Lambrecht, F., Gültig, M., Chluba, C., Quandt, E., Kohl, M. Evolution of temperature profiles in TiNi films for elastocaloric cooling. Acta Mater. 81, 9-20 (2014).
  10. Ossmer, H., Chluba, C., Krevet, B., Quandt, E., Rohde, M., Kohl, M. Elastocaloric cooling using shape memory alloy films. J. Phys. Conf. Ser. 476, (1), 012138 (2013).
  11. Schmidt, M., Schütze, A., Seelecke, S. Scientific test setup for investigation of shape memory alloy based elastocaloric cooling processes. Int. J. Refrig. 54, 88-97 (2015).
  12. Tobushi, H., Shimeno, Y., Hachisuka, T., Tanaka, K. Influence of strain rate on superelastic properties of TiNi shape memory alloy. Mech. Mater. 30, (2), 141-150 (1998).
  13. Miyazaki, S., Mizukoshi, K., Ueki, T., Sakuma, T., Liu, Y. Fatigue life of Ti-50 at.% Ni and Ti-40Ni-10Cu (at.%) shape memory alloy. Mater. Sci. Eng. A. 273-275, 658-663 (1999).
  14. Olbricht, J., Yawny, A., Condò, A. M., Lovey, F. C., Eggeler, G. The influence of temperature on the evolution of functional properties during pseudoelastic cycling of ultra fine grained NiTi. Mater. Sci. Eng. A. 481-482, 142-145 (2008).
  15. Tušek, J., Engelbrecht, K., Mikkelsen, L. P., Pryds, N. Elastocaloric effect of Ni-Ti wire for application in a cooling device. J. Appl. Phys. 117, (12), 124901 (2015).
  16. Zarnetta, R., Takahashi, R., et al. Identification of Quaternary Shape Memory Alloys with Near-Zero Thermal Hysteresis and Unprecedented Functional Stability. Adv. Funct. Mater. 20, (12), 1917-1923 (2010).
  17. Schmidt, M., Ullrich, J., et al. Thermal Stabilization of NiTiCuV Shape Memory Alloys: Observations During Elastocaloric Training. Shape Mem. Superelasticity. (2015).
  18. Höhne, G., Hemminger, W., Flammersheim, H. -J. Differential Scanning Calorimetry. Berlin Heidelberg Springer-Verlag. (2003).
  19. Heintze, O., Seelecke, S. A coupled thermomechanical model for shape memory alloys-From single crystal to polycrystal. Mater. Sci. Eng. A. 481-482, 389-394 (2008).
  20. Furst, S. J., Crews, J. H., Seelecke, S. Numerical and experimental analysis of inhomogeneities in SMA wires induced by thermal boundary conditions. Contin. Mech. Thermodyn. 24, (4-6), 485-504 (2012).
  21. Shaw, J., Kyriakides, S. Thermomechanical aspects of NiTi. J. Mech. Phys. Solids. 43, (8), 1243-1281 (1995).
  22. Cooling Efficiencies of a NiTi-Based Cooling Process. Schmidt, M., Schütze, A., Seelecke, S. ASME 2013 Conf. Smart Mater. Adapt. Struct. Intell. Syst. Dev. Charact. Multifunct. Mater. Model. Simul. Control Adapt. Syst. Integr. Syst. Des. Implement, (2013).
  23. Achenbach, M., Müller, I. A MODEL FOR SHAPE MEMORY. . Le J. Phys. Colloq. 43, (C4), 163-167 (1982).
  24. Müller, I., Seelecke, S. Thermodynamic aspects of shape memory alloys. Math. Comput. Model. 34, (12-13), 1307-1355 (2001).
  25. Experimental Investigation and Numerical Simulation of the Mechanical and Thermal Behavior of a Superelastic Shape Memory Alloy Beam During Bending. Ullrich, J., Schmidt, M., et al. ASME 2014 Conf. Smart Mater. Adapt. Struct. Intell. Syst. Mech. Behav. Act. Mater. Integr. Syst. Des. Implementation; Bioinspired Smart Mater. Syst. Energy Harvest, (2014).
  26. Bechtold, C., Chluba, C., Lima de Miranda, R., Quandt, E. High cyclic stability of the elastocaloric effect in sputtered TiNiCu shape memory films. Appl. Phys. Lett. 101, (9), 091903 (2012).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats