مدلسازی عددی مولد تبرید مغناطیسی

مدلسازی عددی مولد تبرید مغناطیسی  – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  مکانیک

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.

مدلسازی عددی مولد تبرید مغناطیسی فعال رفت و برگشتی در دمای اتاق

چکیده

برای مولد تبرید مغناطیسی فعال رفت و برگشتی (AMR) یک مدل رسانه متخلخل دو بعدی ایجاد شد. این مدل دو بعدی با استفاده از یک گسسته سازی ضمنی کامل ( در زمان و فضا ) معادلات دو بعدی ناویر- استوکس و معادلات حاکم بر انرژی حل شد. با در نظر گرفتن یک عبارت مبدا برای جامد مغناطیسی در معادله انرژی اثر مگنتو- کالریک (MCE) نیز محسوب شده است. ماده جامد مغناطیسی و سیال مولد به طور جداگانه مدل سازی شده اند. از تغییر دمای آدیاباتیک گادولینیوم برای مدلسازی میدان میانگین استفاده شده است. نتایج نوعی بر اساس شرایط تجربی AMR ارائه شدند.

مدلسازی عددی مولد تبرید مغناطیسی

مقدمه

یخچال های مغناطیسی از اثر MCE مگنتو-کالریک (MEC) استفاده می کنند و اکثر مواد مغناطیسی این اثر را دارند و بنابراین کاربردهای سرمایشی متعددی بر اساس اثر MCE مورد بررسی قرار گرفته اند. یکی از مزایای یخچال های مغناطیسی  این است که می توان اختلاف دما را با تغییر در میدان مغناطیسی آدیاباتیک تغییر داد. یخچال های مغناطیسی از دهه ۱۹۳۰ به بعد در تبرید برودتی به کار رفته اند. اخیراً با افزایش توجهات به تکنیک های سرمایشی جدید و دسترسی به مواد MCE فراوان و مواد مغناطیسی دائمی عملکرد این یخچالها در نزدیک به دمای اتاق امکان پذیر شده است. امروزه یکی از رایج ترین طرحهای یخچال مغناطیسی AMR است که در محدوده گسترده ای از دما و با راندمان و توان برودتی بالا عمل می کند.

AMR همچنین در مقایسه با یخچالهای کمپرسوری بخار از لحاظ محیط زیست بعنوان یک گزینه جذاب بشمار می آید چرا که از سیال عامل فلوروکربن استفاده نمی کند و نیز این قابلیت را دارد که راندمان بیشتری داشته باشد. بعلاوه یخچال های مغناطیسی به خاطر چگالی  انتروپی بالاتر ماده مغناطیسی در مقایسه با گاز تبرید می توانند فشرده تر باشند.

برای درک کامل پدیده فیزیکی و پیش بینی عملکرد AMR به یک مدل عددی موثق احتیاج داریم. تاکنون محققان بسیاری از جمله آلاب و همکارانش(Allab et.al) از مدلهای عددی یک بعدی استفاده کرده اند که بر اساس اندازه گیری ضریب انتقال حرارت همرفتی بین سیال و جامد و ضریب اصطکاک برای تعیین افت فشار سیال، که ناشی از ویسکوزیته است، عمل می کنند. هرچند نتایج بدست آمده از مدل یک بعدی با ارزش است اما با داده های تجربی تفاوت دارد، اما این تفاوتها عمدتاً به خاطر استفاده از رابطه انتقال حرارت می باشد.

مدلسازی عددی مولد تبرید مغناطیسی

چرخه AMR

چرخه AMR باید یک چرخه سرمایشی پیوسته باشد. چرخه مغناطیسی برایتون اساسی ترین چرخه ای است که در چرخه AMR به کار می رود، این چرخه شامل دو پروسه آدیاباتیک و دو پروسه میدان مغناطیس ثابت می باشد. چهار مرحله این چرخه را به صورت زیر توصیف می کنیم:

۱– مغناطیسی کردن آدیاباتیک: ماده مغناطیسی در یک حالت آدیاباتیک قرار گرفته و سیال ناقل حرارت جاری نمیشود. بعد از مغناطیسی کردن دما به خاطر اثر MCE تا  بالا میرود.

۲– جریان سرد به گرم در : سیال از انتهای سرد به انتهای گرم میرود و حرارت را به منبع گرما بر میگرداند. سپس دمای ماده مغناطیسی به T بر میگردد.

۳- مغناطیس زدایی آدیاباتیک: ماده مغناطیسی در یک حالت آدیاباتیک دیگر قرار می گیرد و میدان مغناطیسی از  به  تغییر میکند و سیال جاری نمی شود. بعد از مغناطیس زدایی دما تا   پائین می آید.

۴– جریان گرم به سرد در : سیال از انتهای گرم به انتهای سرد بر می گردد و با جذب حرارت از منبع سرما دما را به T بر می گرداند.

مدلسازی عددی مولد تبرید مغناطیسی

روش عددی مدل دوبعدی رسانه متخلخل

معادلات حاکم

معادلات دوبعدی تراکم ناپذیر ناویر- استوکس بر اساس فرض آرام بودن جریان می باشد.

ناحیه سیال:

معادله پیوستگی:

روش عددی

در این تحقیق از روش اجزای حجمی محدود (FVM) استفاده شده و ناحیه جامد و سیال به ترتیب با مش های مثلثی بدون ساختار مشخص شده اند (شکل ۱ و جدول ۱). در ناحیه سیال، حلگر جداسازی متغیر در نظر گرفته شد که با استفاده از روش SIMPLEC (معادله فشار نیمه ضمنی) فشار از سرعت جدا می کند. ابتدا معادلات مومنتوم را در شبکه سلولی حل کرده و سپس با استفاده از معادلات فشار که از معادلات پیوستگی گرفته شده میدان فشار را تصحیح نموده و با استفاده از مقادیر تصحیح شده فشار اجزای سرعت تصحیح می شود و بعد از آن معادله انرژی حل شده تا دما به دست آید.

در ناحیه جامد معادله رسانایی حرارتی حل می شود و هنگامی که میدان مفناطیسی فعال باشد عبارت مبدا فعال می شود:

مدلسازی عددی مولد تبرید مغناطیسی

نتایج و  تحلیل مباحث

به منظور بهینه کردن AMR شرایطی مشابه آنچه دستگاههای AMR در آزمایشگاه دارند را در نظر گرفتیم و ورودیهای مدل، سرعت و فرکانس را تغییر دادیم؛ تأثیر سرعت بر نرخ انتقال حرارت در حالت عملی و سیال و افت فشار را مدلسازی نمودیم.

شکل ۲ میدان دما برای انتقال حرارت تحت سرعتهای ورودی مختلف را نشان می دهد. بعد از مغناطیسی کردن سیال از انتهای سرد به انتهای گرم جریان می یابد (در شکل از چپ به راست)، دریافتیم که انتقال حرارت در سرعتهای ورودی بالا ( ) بعد از ۰٫۳ ثانیه در یک حالت پایدار قرار می گیرد، در حالیکه انتقال حرارت در سرعتهای ورودی پائین () هنوز در حالت ناپایدار است. این موضوع مشخص می کند که سرعت بالا می تواند انتقال حرارت را افزایش می دهد.

مدلسازی عددی مولد تبرید مغناطیسی

نتیجه گیری

یک مدل دو بعدی رسانه متخلخل گذرا از یک AMR رفت و برگشتی ساخته و به صورت عددی حل شد. تأثیر میدانهای دما و سرعت نیز در نظر گرفته شد. با در نظر گرفتن عبارت مبدا در معادله انرژی برای جامد مغناطیسی اثر مگنتو- کالریک نیز در محاسبات محسوب شد. جریان سیال درون کانالهای درون شبکه ای که توسط ذرات مغناطیسی شکل می گیرد با معادلات تراکم  ناپذیر دو بعدی ناویر- استوکس با فرض آرام بودن جریان مدلسازی شد.

در کل، نتایج دقیق مدل در خصوص انتقال حرارت و افت فشار نشان می دهد که با سرعت بهینه می توان به راندمان بالای انرژی دست یافت. تأثیر تغییر فرکانس کارکرد چرخه نشان می دهد که برای یک  داده شده یک COP ماکزیمم وجود دارد. برای دستیابی به یک ظرفیت سرمایشی بالا به فرکانس کارکرد بالا نیاز داریم.

این مدل دو بعدی برای پیش بینی عملکرد یک AMR لایه ای با راندمان بالای بستر بازیاب لایه ای توسعه خواهد یافت. بعلاوه، می توان اعتبار این مدل دو بعدی را از طریق مقایسه با AMR های تجربی مورد سنجش قرار داد.