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德国:据科学家称,使用形状记忆材料的制冷可能是未来节能、无制冷剂的冷却方式。

萨尔大学的 Stefan Seelecke 和 Andreas Schütze 教授与波鸿鲁尔大学的材料科学家 Gunther Eggeler 和 Jan Frenzel 合作,正在开发一种新的冷却方法,其中使用由镍钛制成的“肌肉”传递热量和冷量合金。

广泛的测试产生的结果现在被用于开发原型冷却回路,该回路将用于进一步提高过程的效率。过去三年一直在资助该项目的德国研究基金会 (DFG) 已同意再投资 500,000 欧元。该项目总共吸引了约 950,000 欧元的资金。

他们正在开发的冷却过程不需要制冷剂,预计比传统冷却技术消耗更少的能源。

“在我们的系统中,形状记忆合金 (SMA) 用于散热,”Stefan Seelecke 解释说。“形状记忆是指由镍钛合金制成的线材或板材具有一定的记忆力,能够记住它们的原始形状。如果它们发生变形,它们将恢复到原来的形状。所以他们能够像肌肉一样紧张和弯曲。他们吸收和释放热量的事实是我们用来实现冷却的东西,”他解释说。

如果镍钛线或片材在张力下变形或拉动,晶格结构会发生变化,从而在材料内产生应变。这种晶体结构的变化,称为相变,会导致形状记忆合金变得更热。如果在与环境温度均衡后让受压样品松弛,它会经历大量冷却至低于环境温度约 20º 的温度。

在迄今为止进行的实验和建模研究中,萨尔大学和位于萨尔布吕肯的机电一体化和自动化技术中心 (ZeMA) 的研究人员声称已经证明这种类型的冷却有效并且可以在实践中使用。他们使用一个模型系统来确定如何优化冷却过程的效率,检查诸如材料必须被拉长或弯曲的强度以达到一定的冷却性能等因素,或者该过程在执行时是否更有效缓慢或更迅速。部署了一台热成像相机来精确分析加热和冷却阶段的进行过程。

“我们目前正在使用这些结果来构建空气冷却系统的优化原型。我们正在创建一个冷却循环,其中热空气通过旋转的形状记忆线束的一侧。使用多根电线以增强冷却能力。束在旋转时在一侧受到机械应力,从而加热 SMA 线,当它进一步旋转时,SMA 松弛和冷却。要冷却的空气被引导经过冷线束,从而冷却相邻的空间,”Schütze 教授说。

工程师团队目前正在微调流程以优化其效率。冷却过程的进一步优化将涉及对所有组件阶段进行建模,然后通过将预测与实验结果进行比较来改进这些模型。

“来自建模和实验工作的数据应该使我们能够确定旋转线束的理想形状记忆线数量以及最佳旋转速度,”Schütze 解释说。

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