Model koncepcyjny chłodziarki magnetokalorycznej

• Autorzy: Pluszka Paweł
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Chłodziarka magnetokaloryczna to zamknięty system przepływowy składający się z dwóch zbiorników cieczy oraz porowatego regeneratora wypełnionego cząstkami materiału magnetokalorycznego. Na regenerator oddziałuje okresowo zewnętrzne jednorodne pole magnetyczne. Pod wpływem zmian pola magnetycznego w materiale wywoływany jest tzw. efekt magnetokaloryczny. W warunkach adiabatycznych (szybkiej zmiany pola magnetycznego) zjawisko to można zaobserwować i zmierzyć jako zmianę temperatury złoża oraz użytecznie wykorzystać w celach chłodniczych. W niniejszym rozdziale podjęto zagadnienie modelowania zjawisk cieplno-przepływowych występujących w magnetokalorycznym układzie chłodniczym. Uwaga skupiona została przede wszystkim na przedstawieniu koncepcji modelu, omówieniu dwuwymiarowej geometrii domeny obliczeniowej, implementacji efektu magnetokalorycznego w kodzie obliczeniowym połączonych z analizą przyjętych założeń i rozpatrzeniem ograniczeń obranej strategii modelowania. Na koniec zaprezentowano wybór najważniejszych wyników symulacji, które zostały wykonane w pakiecie obliczeniowym OpenFOAM v7.

Słowa kluczowe

PL

przekazywanie ciepła; złoże porowate; OpenFOAM

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Zeszyty Energetyczne
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 8
• Strony: 125--144
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pluszka Paweł

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Katedra Kriogeniki i Inżynierii Lotniczej

Bibliografia

• [1] Sandeman K., Magnetocaloric materials: the search for new systems, „Scripta Materialia” 2012, Vol. 67, No. 6, s. 566-571.
• [2] Smith A., Bahl C.R.H., Bjørk R., Engelbrecht K., Nielsen K.K., Pryds N., Materials challenges for high performance magnetocaloric refrigeration devices, „Advanced Energy Materials„ 2012, Vol. 11, No. 2, s. 1288-1318.
• [3] Fähler S., Caloric Effects in Ferroic Materials: New Concepts for Cooling, „Energy Technology” 2018, Vol. 6, No. 8, s. 1394-1396.
• [4] Oliveira N.A. de, Ranke P.J. von, Theoretical aspects of the magnetocaloric effect, „Physics Reports” 2010, Vol. 489, No. 4, s. 89-159.
• [5] Koshkid’ko Yu.S., Ćwik J., Ivanova V.I., Nikitin S.A., Miller M., Rogacki K., Magnetocaloric properties of Gd in fields up to 14T, „Journal of Magnetism and Magnetic Materials” 2017, Vol. 433, No. 1-3, s. 234-238.
• [6] Pecharsky V.K., Gschneidner Jr. K.A., Advanced magnetocaloric materials: what does the future hold?, „International Journal of Refrigeration” 2006, Vol. 29, s. 1239-1249.
• [7] Franco V., Blázquez J.S., Ipus J.J., Law J.Y., Moreno-Ramírez L.M., Conde A., Magnetocaloric effect: From materials research to refrigeration devices, „Progress in Materials Science” 2018, Vol. 93, s. 112-232.
• [8] Benford S.M., Brown G.V., T-S diagram for gadolinium near the Curie temperature, „Journal of Applied Physics” 1981, Vol. 52, s. 2110.
• [9] Ponomarev B.K., Magnetic properties of gadolinium in the region of paraprocess, „Journal of Magnetism and Magnetic Materials” 1986, Vol. 61, Nos. 1-2, s. 129-138.
• [10] Pecharsky V.K., Gschneidner Jr. K.A., Magnetocaloric effect from indirect measurements: Magnetization and heat capacity, „Journal of Applied Physics” 1999, Vol. 86, No. 1, s. 568.
• [11] Brown G.V., Magnetic heat pumping near room temperature, „Journal of Applied Physics” 1976, Vol. 47, s. 3673.
• [12] Bjørk R., Bahl C.R.H., Smith A., Christensen D.V., Pryds N., An optimized magnet for Magnetic refrigeration, „Journal of Magnetism and Magnetic Materials” 2010, Vol. 322, No. 21, s. 3324-3328.
• [13] Bjørk R., Bahl C.R.H., Smith A., Pryds N., Review and comparison of magnet designs for Magnetic refrigeration, „International Journal of Refrigeration” 2010, Vol. 33, No. 3, s. 437-448.
• [14] Engelbrecht K., Nielsen K.K., Pryds N., An experimental study of passive regenerator geometries, „International Journal of Refrigeration” 2011, Vol. 34, No. 8, s. 1817-1822.
• [15] Trevizoli P.V., Liu Y., Tura A., Rowe A., Barbosa Jr. J.R., Thermal-hydraulic evaluation of oscillating flow regenerators using water. Experimental analysis of packed beds of spheres, „Experimental Thermal and Fluid Science” 2014, Vol. 57, s. 324-334.
• [16] Trevizoli P.V., Lozano J.A., Peixer G.F., Barbosa Jr. J.R., Design of nested Halbach cylinder arrays for magnetic refrigeration applications, „Journal of Magnetism and Magnetic Materials” 2015, Vol. 395, s. 109-122.
• [17] Trevizoli P.V., Nakashima A.T., Peixer G.F., Barbosa Jr. J.R., Performance evaluation of an active magnetic regenerator for cooling applications - part I: Experimental analysis and thermodynamic performance, „International Journal of Refrigeration” 2016, Vol. 72, s. 192-205.
• [18] Yu B., Liu M., Egolf P.W., Kitanovski A., A review of magnetic refrigerator and heat pump prototypes built before the year 2010, „International Journal of Refrigeration” 2010, Vol. 72, s. 1029-1060.
• [19] Okamura Vol., Rachi R., Hirano N., Nagaya S., Improvement of 100 W class room temperature Magnetic refrigerator, Proceedings of the 2nd Conference on Magnetic Refrigeration at Room Temperature, 2007, Vol. 29, s. 377-382.
• [20] Engelbrecht K., Eriksen D., Bahl C.R.H., Bjørk R., Lozano J.A., Nielsen K.K., Geyti J., Saxild F., Smith A., Pryds N., Experimental results for a novel rotary active magnetic regenarator, „International Journal of Refrigeration” 2012, Vol. 35, s. 1498-1505.
• [21] Arnold D.S., Tura A., Ruebsatt-Trott A., Rowe A., Design improvements of a permanent magnet active magnetic refrigerator, „International Journal of Refrigeration” 2014, Vol. 37, s. 99-105.
• [22] Jacobs S., Auringer J., Boeder A., Komorowski L., Leonard J., Russek S., Chell J., Zimm C., The performance of a large-scale rotary magnetic refrigerator, „International Journal of Refrigeration” 2014, Vol. 37, s. 84-91.
• [23] Vuarnoz D., Kawanami V., Numerical analysis of a reciprocating active magnetic regenerator made of gadolinium wires, „Applied Thermal Engineering” 2012, Vol. 37, s. 388-395.
• [24] Lei V., Engelbrecht K., Nielsen K.K., Veje C.K., Study of geometries of active magnetic regenerators for room temperature magnetocaloric refrigeration, „Applied Thermal Engineering” 2017, Vol. 111, s. 1232-1243.
• [25] Kamran M.S., Sun J., Tang Y.B., Chen Y.G., Wu J.H., Wang H.S. Numerical investigation of room temperature magnetic refrigerator using microchannel regenerators, „Applied Thermal Engineering” 2016, Vol. 102, s. 1126-1140.
• [26] Nielsen K.K., Tusek J., Engelbrecht K., Schopfer S., Kitanovski A., Bahl C.R.H., Smith A., Pryds N., Poredos A., Review on numerical modeling of active magnetic regenerators for room temperature applications, „International Journal of Refrigeration” 2011, Vol. 34, s. 603-616.
• [27] Silva D.J., Ventura J., Araújo J.P., Review on numerical modeling of active magnetic regenerators for room temperature applications, „International Journal of Energy Research” 2021, s. 1-42.
• [28] Sarlah A., Kitanovski A., Poredos A., Egolf P.W., Gendre F., Besson C.J., Sari O., Static and rotating active magnetic regenerators with porous heat exchangers for magnetic cooling, „International Journal of Refrigeration” 2006, Vol. 29, s. 1332-1339.
• [29] You Y., Wu Z., Xiao S., Li H., Xu X., A comprehensive two-dimensional numerical study on unsteady conjugate heat transfer in magnetic refrigerator with Gd plates, „International Journal of Refrigeration” 2017, Vol. 79, s. 217-225.
• [30] Bouchard J., Nesreddine H., Galanis N., Model of a porous regenerator used for magnetic refrigeration at room temperature, „International Journal of Heat and Mass Transfer” 2009, Vol. 52, s. 1223-1229.
• [31] Mugica I., Poncet S., Bouchard J., An open source DNS solver for the simulation of Active Magnetocaloric Regenerative cycles, „Applied Thermal Engineering” 2018, Vol. 141, s. 600-616.
• [32] Płuszka P., Lewandowski D., Malecha Z.M., Simplified numerical model of magnetocaloric cooling device, „Journal of Power Technologies” 2019, Vol. 99, No. 2, s. 58-66.
• [33] Czernuszewicz A., Kaleta J., Kołosowski D., Lewandowski D., Experimental study of the effect of regenerator bed length on the performance of a magnetic cooling system, „International Journal of Refrigeration” 2019, Vol. 97, s. 49-55.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).