سرمایش گذرای فعال مواد مگنتوکالریک

سرمایش گذرای فعال مواد مگنتوکالریک – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فیزیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

سرمایش گذرای فعال با مواد مگنتوکالریک

چکیده

اثر مگنتوکالریک (MCE) برای سامانه­های مدیریت انرژی پربازده جدید، بطور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعه حاضر یک اثبات مفهومی در مورد چیدمان سرمایش مغناطیسی برای سرمایش فعال میله­های گرمایی یک مقاومت گرم شده را نشان می دهد. با استفاده از Gd بعنوان مواد MCE، دستگاه قادر به سرمایش فعال میله های گرمایی در یک دوره می باشد، چرا که دینامیک گذار فاز در Gd (مواد گذار فاز مغناطیسی مرتبه دوم) برای اثر گذاشتن روی پاسخ سریع MCE مناسب است. آهنگ سرمایش بهبود یافته برای مقاومت گرم شده تا تقریبا ۸۵%  برای سرمایش فعال بوسیله MCE، در مقایسه با سرمایش غیر فعال، به دست آمده است. مشخص شده که منحنی سرمایش مقاومت یک کاهش نمایی را نشان می دهد. نتایج نشان می دهند که سیستم های سرمایشی مغناطیسی می توانند یک راه حل خوب و موثر برای سرد کردن میله های گرمایی در سیستم های سرمایشی گذرای فعال باشند.

کلمات کلیدی: مواد مگنتوکالریک، مدیریت گرمایش، سرمایش فعال

سرمایش گذرای فعال مواد مگنتوکالریک

۱- مقدمه                                     

کاربردهای فراوانی برای روشهای مدیریت گرمایی همانند سرمایش و گرمایش ساختمانها [۳-۱]، استفاده در بخشهای الکترونیکی و فوتونیکی [۸-۴] چون سرد سازى / تبرید [۹،۱۰]  مد نظر می باشند. فناوریهای سرمایش در ساختمانها حدود ۴۰%  از انرژی جهانی را مصرف می­کنند. این فن آوریها در خصوص کاهش مسایل مرتبط با گرما در آن دسته از نواحی مختلفی که با معضل وضعیت آب و هوایی گرم و رطوبت بالا روبرو می باشند مهم هستند [۲، ۱۳-۱۱]. این مورد فوریت کاهش مصرف انرژی و استفاده از فناوریهای سرمایشی نوین، با قابلیت بازده مطلوب انرژی، بصورت فعال و غیر فعال را خاطر نشان می سازد. از آنجاییکه سرمایش غیر فعال شامل مدیریت گرمایی بار بدون استفاده از دستگاه مکانیکی مصرف کننده توان می شود، سرمایش فعال یک جانشین بسیار خوب در سرمایش ساختمان ها خواهد بود . علت مطرح شدن این مورد بواسطه ناکارامدیهای عملیاتی ناشی از نیازهای متفاوت انرژی در اقلیم ها یا مناطق متفاوت زمین می باشد. سیستم های مدیریت گرمایی فعال با بهره گیری از تغییر فاز مواد(PCM) راه حل امیدوار کننده ای را ارائه داده اند.

تکنیکهای مدیریت گرمایی برای سرد کردن دستگاه های الکترونیکی یا آسان کردن گذار محلی میله های گرمایی که از منطقه های گرم حاصل شده اند، استفاده می کنند. . تولید ناگزیر گرما در طول فعالیت معمولی دستگاه ها می تواند با پایین آوردن نسبت سیگنال به نویز به صورت چشمگیری عملکرد و بازده این دستگاه ها را کاهش دهد. پیشرفت و فناوری نیازمند بهبود عملکرد سامانه های الکترونیکی و گام برداری در مسیر بهبود سیستم های سرمایشی است. به همین دلیل برای سامانه های الکترونیکی توان بالا سیستم های جدید سرمایشی مورد نیاز هستند. میله های گرمایی که از مناطق گرم این دستگاه ها ایجاد می شوند به طور کامل توسط سیستم های معمولی سرمایش پایا تعدیل نمی شوند. میله های گرمایی زودگذر باید به صورت دمایی مدیریت شوند و دما با این روش، زیر یک دمای بیشینه معین نگه داشته می شود اما این عمل به آسانی با روشهای انتقال حرارت توسط فن های هوا یا شارش پیوسته مایعات امکان پذیر نمی باشد.

…

سرمایش گذرای فعال مواد مگنتوکالریک

۲- روش تجربی

در این بخش سیستم سرمایش مگنتوکالریک گذرا طراحی و سرهم بندی شد. یک نمودار شماتیکی از دستگاه و مقاومت سرد شده مگنتوکالریک در شکل ۲ ارائه شده است. یک آهنربای الکتریکی(EM) به عنوان منبع میدان مغناطیسی مورد استفاده قرار گرفته است. تغییر میدان مغناطیسی با تغییر جریان در آهنربای الکتریکی با حد پایین ۱۰ A s^-1 ایجاد می شود و باعث ایجاد میدان مغناطیسی بیشینه۱۶ kOe  می شود. ماده مگنتوکالریک (MCM) Gd (Alfa Aesar، ۹۹/۹۹%؛ mm  ۱۴´ ۱۱ ´۱۱؛ g 41/10) در تماس با ترموکوپل (نوع T سیم لخت، شماره مدل : TT-T-36؛ AWG 36، mm f = 13/0؛ عایق Neoflon-PFA)، مشخص شده بصورت tc3 در شکل ۲، و ترموکوپل دیگر با مشخصه یکسان (بصورتtc1) در مجاورت مقاومت صفحه ای لایه – ضخیم قرار گرفت (BPC10e100 J؛ W 10؛ با تلرانس استاندارد ؛ mm 45/2 ´ ۴/۲۵ ´ ۷/۲۷) و Gd. ترموکوپل دیگر (که با tc2 مشخص شده) تنها با یک مقاومت بصورت متصل قرار گرفت. مقاومت و tc1 به کنترل کننده دما متصل بوده و با هم به منبع آهنربای الکتریکی متصل هستند. برای بررسی داده ها یک منطبق کننده USB-serial-I/O برای مخابره دستورات نوشته شده در LabView 8.0 به کنترل کننده دما اضافه شد. نرم افزار مربوطه برای تبدیل ولتاژ ترموکوپل به دما مورد استفاده قرار می گیرد. ترموکوپل های دیگر، tc2 و tc3 که دمای مقاومت و Gd را ثبت می کنند به ثبات دما متصل شدند.

نتایج وابستگی زمانی دما، میدان مغناطیسی و اتلاف توان در شکل ۳ ارائه شده اند. میدان مغناطیسی (H) در ابتدا افزایش می یابد (شکل ۳ a:). افزایش در H باعث افزایش دما می شود (شکل ۳ b:) که با ترموکوپل متصل کننده ثبت می شود (  ). بهنگامی که  حاصل می شود H بسته شده که منجر به کاهش دما می شود که بوسیله tc2،  (منحنی آبی در شکل ۳c) اندازه می شود. نتایج ما نشان دهنده امکان استفاده از MCE در این چیدمان است. مقاومت بگونه ای برنامه ریزی شده است که در پی حصول  به مدت ۱۰ ثانیه تا توان حداکثر W ۱ برسد، (منحنی های قرمز در شکل b3 و c). خاموش کردن H باعث کاهش  و کاهش دمای مقاومت می شود.

سرمایش گذرای فعال مواد مگنتوکالریک

۳- نتایج و بحث

۳-۱٫ تغییر در افزایش نسبت میدان مغناطیسی

تغییر در میزان H فاکتور مهمی در کنترل تغییر دمای Gd در طول مغناطش و وامغناطش بر اثر MCE است. در طول مغناطش، گرمایش Gd بر اثر MCE مرتبط با Gd مشاهده شد، همانطور که از گرمایش سیم پیچ های آهنربای الکتریکی (EM) مشاهده می شود. اگر افزایش اولیه دما را مطلوب نباشد، نسبت مغناطش را می توان جهت کمینه کردن گرمایش ازEM  وMCE  بهینه ساخت. با آهنگ های افزایش اندک، گرمایش MCE را می توان کمینه نمود، اما این مورد به بهای گرمایش EM تمام خواهد شد. تعداد مراحل افزایش  با  مشخص می شود. که هر مرحله نیم ثانیه طول می کشد. تعداد ها از ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ متغیر هستند. تفاوت بین دمای آغازین (  ) و دمای مرحله    به میزان  مشخص می شود. آهنگ تغییر برای کاهش (H) (میزان وامغناطش) با تغییر تعداد مراحل و  همزمان  با کاهش میدان مغناطیسی ( )  بهینه  می شود.  از ۱۴ تا ۱۰۰ تغییر می کند. داده های تجربی برای آهنگ های مغناطش و وامغناطش در a 4 و b 4 به ترتیب نمایش داده شده اند. داده های تجربی برای مقادیر مختلف مغناظش و وامغناظش بترتیب در شکل a 4 و b 4 نشان داده شده اند. برای سادگی، نمودارهای تعداد مراحل برای افزایش H نسبت به  و دمای اندازه گیری شده در شکل c 4 و d 4 به ترتیب نشان داده شده اند. کمترین  برای ۱۰۰۰=  مشاهده شده است، که توافق دو عامل گرمایش را نشان می دهد. برای بهینه کردن آهنگ های مغناطش این مقدار  در آزمایش های بعدی استفاده شده است. مقادیر وامغناطش نیز همچنین بهینه شده اند.کاهش در  بر اثر MCE برای  کمتر از  است (شکل b 4). کمترین میزان  با سریعترین میزان وامغناطش بدست می­آید. این پایین ترین حد  برای چیدمان، بر اثر محدوده توان مصرفی EM است. از اینرو  بعنوان میزان وامغناطش مورد استفاده قرار می گیرد.

۳-۲٫ سرمایش فعال

رفتار پیکربندی های متفاوت با استفاده از شرایط زیر بررسی شده است (شکل ۵):

• گرمایش و سرمایش غیرفعال مقاومت به تنهایی

• تغییر دمای بلوک Gd در اثر ME

• تغییر دمای بلوک Gd در تماس با مقاومت در طول سرمایش در اثر MCE

• گرمایش و سرمایش غیر فعال مقاومت در تماس با بلوک Gd (MCE در نظر نیست)

• گرمایش و سرمایش MCE مقاومت در تماس با بلوک Gd

۳-۲-۱٫  سرمایش فعال مقاومت

برای مطالعه سرمایش فعال بر حسب اتلاف توان در مقاومت، تفاوت بین T_R(max) و T_R که با  مشخص شده، بر حسب زمان در شکل ۶  برای اتلاف های متفاوت گرمایشی مقاومت (W 5-1) رسم شده است. آهنگ / نرخ سرمایش فعال مقاومت باMCE  (منحنی های سبز) شیب های تندتری را نسبت به سرمایش های غیر فعال (منحنی های قرمز) نشان می دهند. برای W 1 گرمایش مقاومت، زمان سرد کردن مقاومت با سرمایش فعال   MCE85%~  کاهش یافته است (شکل۶a ). برای W 3 گرمایش، حدود s ۴۵~ و s ۹۵~ برای رسیدن به سرمایش مقاومت به اندازه  به ترتیب به صورت فعال باMCE  و غیر فعال زمان می برد (شکل b 6)، یعنی ۳۵%~ سرمایش سریعتر در هنگام سرمایش فعال. به علاوه رسیدن به سرمایش  در s ۹۵~ انجام می شود. برای گرمایش W 5 به صورت غیر فعال، مقاومت به اندازه  در مدت زمان s ۴۰۷~ سرد می شود (شکل c 6). برای همین مقدار  با زمان تقریبا ۶۵ ثانیه برای سرمایش MCE حاصل شده است، که تقریبا ۸۴% سریعتر بوده است. بعلاوه، سردسازی MCE منجر به حصول  مساوی با °C 25/4 در زمان تقریبا ۱۳۲ ثانیه شده است.

۳-۲-۲٫ مدل سازی

از پیکربندی  چیدمان  مقاومت و  Gd  با این فرض که این چیدمان دارای عایق مناسبی  باشد  می توان متوجه شد که گرما از مقاومت به Gd در یک جهت منتقل می شود (منطقه زرد رنگ در شکل ۲). شار گرما از مقاومت به Gd توسط قانون فوریه توصیف می شود.

 معادله (۳) نشان می دهد که آستانه TR به صورت نمایی تا دمای (T_f) افزایش می یابد. که به یک ثابت تجربی  وابسته است. این ثابت، ترکیبی از خصوصیات مواد (هدایت گرمایی، c_p و هندسه) و خصوصیات گرمایی مقاومت و Gd است.

سرمایش گذرای فعال مواد مگنتوکالریک

۴-  نتیجه گیری

یک بررسی چیدمان به صورت اثبات مفهومی برای سرمایش فعال با استفاده از اثر مگنتوکالریک Gd طراحی و اجرا شده است. سرمایش فعال میله های گرمایی یک مقاومت، در یک دوره با استفاده از Gd به عنوان یک ماده مگنتوکالریک بررسی شده است.

• برای توان گرمایش W 1، سرمایش با سرعت تقریبا ۸۵% بیشتر برای میله های گرمایی با مقاومت در سرمایش فعال توسط MCE به دست آمده است که قابل مقایسه با سرمایش غیر فعال است، برای توان اتلافی W 3، مقاومت به صورت فعال تقریبا ۵۳%سریعتر سرد می شود. در حالی که یک آهنگ ۸۴% سریعتر در حالت توان اتلافی W 5 به دست می آید.

• مشخص شده که آهنگ/ نرخ ثابت برای سرمایش غیر فعال کمتر از سرمایش فعال است که با تئوری در توافق است.

• نتایج ما نشان می دهد که سرمایش MCE یک راه حل مفید برای سرد کردن میله های گرمایی است.