Теоретическое исследование процессов теплопереноса в магнитных микропроводах сплавов Гейслера

О.О. Павлухина, В.В. Соколовский, В.Д. Бучельников, М.А. Загребин показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 11 апреля 2019; Исправлена: 09 июля 2019; Принята: 21 июля 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: О.О. Павлухина, В.В. Соколовский, В.Д. Бучельников, М.А. Загребин. Теоретическое исследование процессов теплопереноса в магнитных микропроводах сплавов Гейслера. Письма о материалах. 2019. Т.9. №4. С.395-399
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-4-395-399

Аннотация

В данной работе теоретически исследованы два типа геометрии расположения микропроводов (C-1 и C-2) сплавов Гейслера Ni45Co5Mn37In13 в ячейки магнитного охлаждения.В данной работе теоретически исследованы два типа геометрии расположения микропроводов (C-1 и C-2) сплавов Гейслера Ni45Co5Mn37In13 в ячейки магнитного охлаждения. Исследовано влияние расположения микропроводов на протекание процессов теплопереноса. Диаметр микропроводов варьировался от 10 до 50 мкм, а длина микропроводов составила 1 мм. Расчеты проводились для двух ячеек с различно расположенными слоями микропроводов. Объем и параметры охлаждающей ячейки были одинаковыми для двух структур. Для моделирования процесса теплопереноса в охлаждающей трехмерной ячейке с микропроводами мы рассматривали математическую модель, включающую механизмы теплопроводности и конвекции, а также движение теплоносителя. При исследовании процессов теплопереноса методом конечных элементов решалась система дифференциальных уравнений, состоящая из уравнений: Навье-Стокса, непрерывности и уравнений теплопроводности. Показано, что время релаксации составляет около 2,4 мс и 2,2 мс для охлаждающих ячеек C-1 и C-2, которые содержат микропровода диаметром 50 мкм, и составляет около 0,9 мс и 0,8 мс для охлаждающих ячеек C-1 и C-2, которые содержат микропровода диаметром 10 мкм. Более низкое время релаксации указывает на то, что теплообмен может происходить быстрее в ячейке C-2 при выборе одной и той же скорости теплоносителя и одинаковой толщине проводов. Также установлено, что передача тепловой энергии происходит более эффективно и быстрее в ячейке C-2. Из представленных в ходе исследования данных видно, что расположение проводов в ячейке C-2 является оптимальным.

Ссылки (34)

1. А. Kitanovski, W. E. Peter. Int. J. Refrig. 29, 3 (2006). Crossref
2. K. A. Gschneidner, V. K. Pecharsky, A. O. Tsokol. Rep. Prog. Phys. 68, 1479 (2005). Crossref
3. J. Liu, T. Gottschall, K. Skokov, J. Moore, O. Gutfleisch. Nature Mater. 11, 620 (2012). Crossref
4. O. Pavlukhina, V. Buchelnikov, V. Sokolovskiy, M. Zagrebin. Solid State Phenomena. 190, 347 (2012). Crossref
5. R. Das, S. Sarma, A. Perumal, A. Srinivasan. J. Appl. Phys. 109, 07A901 (2011). Crossref
6. O. Pavlukhina, V. Buchelnikov, V. Sokolovskiy. Functional Materials. 19, 97 (2012).
7. O. Pavlukhina, V. Sokolovskiy, V. Buchelnikov. Solid State Phenomena. 233 - 234, 251 (2015). Crossref
8. D. Y. Cong, S. Roth, L. Schultz. Acta Mater. 60, 5335 (2012). Crossref
9. S. Fabbrici et al. Entropy. 16, 2204 (2014). Crossref
10. O. Pavlukhina, V. Buchelnikov, V. Sokolovskiy. Materials Science Forum. 845, 138 (2016). Crossref
11. O. Pavlukhina, V. Buchelnikov, V. Sokolovskiy. MATEC Web of Conferences. 33, 02002 (2015). Crossref
12. C. Felser, A. Hirohata. Heusler Alloys: Properties, Growth, Applications. Springer, Cham (2015) 486 p. Crossref
13. T. Gottschall, K. Skokov, B. Frincu, O. Gutfleisch. Appl. Phys. Lett. 106, 121901 (2015). Crossref
14. A. Tura, A. Rowe. Int. J. Refrig. 34, 628 (2011). Crossref
15. D. S. Arnold, A. Tura, A. Ruebsaat-Trott, A. Rowe. 5th International Conference on Magnetic Refrigeration at Room Temperature. Grenoble, France (2012) p. 309.
16. S. Jacobs, J. Auringer, A. Boeder, et al. 5th International Conference on Magnetic Refrigeration at Room Temperature. Grenoble, France (2012) p. 421.
17. M. Balli, O. Sari, C. Mahmed, et al. Appl. Energy. 98, 556 (2012). Crossref
18. C. R. H. Bahl, D. Velazquez, K. K. Nielsen, et al. Appl. Phys. Lett. 100, 121905 (2012). Crossref
19. P. V. Trevizoli, J. R. Barbosa Jr., R. T. S. Ferreira. Int. J. Refrig. 34, 1518 (2011). Crossref
20. V. V. Khovaylo, V. V. Rodionova, S. N. Shevyrtalov, V. Novosad. Phys. Status Solidi B. 251, 2104 (2014). Crossref
21. V. Zhukova, M. Ipatov, A. Granovsky, A. Zhukov. J. Appl. Phys. 115, 17A939 (2014). Crossref
22. A. Sarlah, J. Tusek, A. Poredos. J. Mech. Eng. 58, 16 (2012). Crossref
23. L. Kuhn, N. Pryds, C. Bahl, A. Smith. J. Phys: Conf. Ser. 303, 012082 (2011). Crossref
24. K. Nielsen et al. Int. J. Refrig. 34, 603 (2011). Crossref
25. K. K. Nielsen, C. R. H. Bahl, A. Smith, et al. Int. J. Refrig. 32, 1478 (2009). Crossref
26. K. Engelbrecht, J. Tusek, K. K. Nielsen, et al. J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 255002 (2013). Crossref
27. M. Vazquez, H. Chiriac, A. Zhukov, et al. Phys. Status Solidi A. 208, 493 (2011). Crossref
28. M. I. Ilyn, V. Zhukova, J. D. Santos, et al. Phys. Status Solidi A. 205, 1378 (2008). Crossref
29. A. Zhukov, V. Rodionova, M. Ilyn, et al. J. Alloys Compd. 575, 73 (2013). Crossref
30. V. Zhukova, A. M. Aliev, R. Varga, et al. J. Supercond. Nov. Magn. 26, 1415 (2013). Crossref
31. O. Pavlukhina, V. Sokolovskiy, V. Buchelnikov. 7th International Conference on Magnetic Refrigeration at Room Temperature (Thermag VII). Proceedings. Turin, Italy (2016) p 174. Crossref
32. O. Pavlukhina, V. Sokolovskiy, V. Buchelnikov. Phys. Status Solidi A. 213 (2), 390 (2016). Crossref
33. O. C. Zienkiewicz, K. Morgan. Finite Elements and Approximations. John Wiley & Sons, New York (1983) 328 p.
34. O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor. Fluid Dyn. 3, 347 (2000).

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Российский научный фонд - project no. 17‑72‑20022