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研究生:張曉航
研究生(外文):S.H.Chang
論文名稱:磁冷凍系統的磁路設計分析和磁熱效應研究
論文名稱(外文):Magnetic Circuit Design and Magneto Caloric Effect Studying of Magnetic Refrigeration
指導教授:梁國柱
指導教授(外文):K.Z. Liang
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:磁冷凍磁熱效應磁工質
外文關鍵詞:magnetic refrigerationmagneto caloric effectmagnetic refrigerant material
相關次數:
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隨著全球暖化加速、臭氧層破洞日益擴大,環保問題逐漸受到各方重視。往昔冷凍空調相關設備所使用之冷媒物質由於具有破壞環保生態之問題,面臨被禁用的趨勢,相關產業亦紛紛開發新型之環保替代冷媒材料或研發全新的冷凍技術。室溫磁冷凍技術是一新的冷凍方法,具有環保與節能的優勢,它是利用磁性材料的磁熱效應(Magneto caloric Effect,MCE)來達到冷凍的目的。本文使用永久性磁鐵來設計磁冷凍系統所需要的外部磁場,以數值模擬來分析試片進入磁場時的磁力分佈狀態,用以設計更有效率的磁力源裝置。文中並探討磁工質在不同幾何尺寸、環境溫度和磁場強度的狀態下的磁熱效應。
由實驗中得知磁場強度與試片的幾何形狀對於磁熱效應的反應有很大的影響,其中磁場強度越強,磁熱效應越明顯;而片狀試片在磁熱反應中所需要的反應時間較塊狀試片為短。而本研究所設計的疊層狀試片在磁冷凍循環中等溫退磁的過程,其反應值優於片狀試片。為了能夠有效的提升磁場源的磁力強度,因此在磁路設計上,以中空圓柱型來設計磁場源,並分析其磁場強度,得知其磁力強度超過單一磁體的最大值,且在工作區域中可輕易獲得1.4T以上的磁力強度。
The CFC and HCFC refrigerants used by conventional vapor compression refrigeration may deplete Ozone layer and enhance greenhouse effect. Moreover, the energy consumption has been more and more urgent with the usage of central air conditioning systems. Thus, in addition to finding alternative refrigerants, researchers are exploring new refrigerating technologies. Room temperature magnetic refrigeration is a new refrigeration method with great application potential. It has advantages such as environment-safe and high efficiency based on the phenomena of magnetocaloric effect. Although mature in low temperature field, magnetic refrigeration is still in the state of exploration in general. In our country, about the research of magnetic refrigeration is few and the relevant technology lags behind a lot of countries, such as the United States and Japan and China. Therefore, the purpose of this project is to develop a magnetic refrigeration system of room temperature, which has the low cost need, and the high efficiency. The research contents include the design of high field strength permanent magnetic circuit, geometry design of the magnetic refrigeration medium and its Magneto-Caloric effect analysis. From this study, results of the experiment indicate that the geometry size of magnetic refrigeration medium and the strength of magnetic field are the two important parameters to influence the magnetocaloric effect. And the results can help us to design a new magnetic refrigeration system with high efficiency.
摘 要 i
Abstract ii
誌 謝 iii
表目錄 vi
符號表 x
第一章 序論 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 磁冷凍技術 2
1.2.2 磁冷凍材料 2
1.2.3 磁冷凍機構 3
1.2.4 環境保護的相關法規 4
第二章 基礎理論 7
2.1 磁性材料的物理性質 7
2.2磁熱效應基本原理 9
2.3磁熱效應的熱力學關係式 11
2.4磁滯曲線的基本理論 12
2.5 磁冷凍循環系統介紹 14
第三章 實驗儀器介紹和實驗方法 19
3.1 實驗儀器設備介紹 19
3.1.1震動樣品磁力計Vibrating Sample Magnetometer(VSM) 19
3.1.2電子微探儀(Electron Probe X-ray Micro-Analysis, EPMA) 20
3.1.3能量散射光譜儀 21
3.1.4線切割放電加工機 22
3.2 實驗步驟 24
3.2.1實驗磁場的建構與分析 24
3.2.3 磁滯曲線的量測 24
3.2.4磁熱效應的量測 24
3.3實驗流程 27
第四章 磁路設計和分析模擬 28
4.1 電磁場理論基礎 28
4.2 ANSYS概述 31
4.2 ANSYS概述 31
4.3 ANSYS磁場分析原理 32
4.4 ANSYS的磁場分析對象 33
第五章 實驗結果與討論 35
5.1本實驗用的磁場源分析結果 35
5.2試片成分定量與定性分析 38
5.3試片的磁滯現象分析結果 42
5.4 磁熱效應量測結果 43
第六章 磁路設計和分析結果 49
第七章 結論與未來展望 64
7.1 結論 64
7.2 未來展望 65
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