以钆基化合物为工质的磁制冷循环性能特性的研究

室温磁制冷是绿色环保、高效的制冷新技术，目前该技术的发展尚处于研制、试验阶段。磁制冷材料是室温磁制冷技术的核心，目前已研制的室温磁制冷样机大多仅用钆作为循环工质。但下列几个问题是室温磁制冷商业化的瓶颈：纯钆只在其居里温度附近很小温区有大磁热效应，因而其相应的制冷功率及制冷温跨都不够大；价格昂贵。而钆基化合物却能弥补这些缺陷。本项目研究以钆基化合物为工质的室温磁制冷机循环性能特性，从若干钆基化合物的磁热及等磁场热容实验特性出发，通过计算机模拟，建立以钆和钆基化合物为循环工质和回热材料的室温磁Brayton、Ericsson制冷循环，研究有限温差传热、磁工质的内部耗散、磁材料的磁滞及外加磁场等对制冷机制冷功率、性能系数等的影响，进一步研究以两种不同居里温度的钆基材料为循环工质的串接磁制冷循环，获得有实用价值的磁制冷循环优化设计参数值，为提高室温磁制冷机的制冷功率及温跨等提供优化参数设计参考。

室温磁制冷是绿色环保、高效的制冷新技术，目前该技术的发展尚处于研制、试验阶段。磁制冷材料是室温磁制冷技术的核心，目前已研制的室温磁制冷样机大多仅用钆作为循环工质。但下列几个问题是室温磁制冷商业化的瓶颈：1)纯钆只在其居里温度附近很小温区有大磁热效应，因而其相应的制冷功率及制冷温跨都不够大；2)价格昂贵。而钆基化合物却能弥补这些缺陷。本项目研究以钆基化合物Gd1−xTbx，Gd1−x Dyx，Gd5(Si2Ge2)等为工质的室温磁制冷机循环性能特性，从这些钆基化合物的磁热及等磁场热容实验特性出发，通过计算机模拟，建立以钆和这些钆基化合物为循环工质和回热材料的室温磁Brayton、Ericsson制冷循环，揭示了有限温差传热、磁工质的内部耗散、磁材料的磁滞热滞及外加磁场等对制冷机制冷功率、性能系数等的影响，进一步研究了以三种不同居里温度的钆基材料为循环工质的复合回热磁制冷循环，这些复合制冷循环不仅有大的温跨，而且制冷量和COP都较大。项目获得了系列有实用价值的磁制冷循环优化设计参数值，能为提高室温磁制冷机的制冷功率及温跨等提供优化参数设计方面的重要实用信息。