基于数值分析的复叠式主动磁回热器制热性能研究

余浩贤; 苑晓亮; 巫江虹

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250329001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于数值分析的复叠式主动磁回热器制热性能研究

更新时间：2025-11-07

- 基于数值分析的复叠式主动磁回热器制热性能研究
- Study on the Heating Performance of a Cascade Active Magnetic Regenerator Based on Numerical Simulation
- 制冷学报 2025年页码：1-8
- 作者机构：
  
  华南理工大学机械与汽车工程学院广州 510641
- 作者简介：
  
  巫江虹，女，教授，华南理工大学机械与汽车工程学院，13580467927，E-mail：pmjhwu@scut.edu.cn。研究方向：室温磁制冷，新能源汽车空调及热管理，热泵节能，人工智能在制冷系统的应用。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52276008)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250329001
  中图分类号： TB61⁺1;TB657.5
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20250329001
- 收稿：2025-03-29，
  
  修回：2025-04-27，
  
  录用：2025-05-13，
  
  网络出版：2025-11-07，
- 稿件说明：
移动端阅览
余浩贤,苑晓亮,巫江虹.基于数值分析的复叠式主动磁回热器制热性能研究[J].制冷学报,

Yu Haoxian Yuan Xiaoliang Wu Jianghong.Study on the Heating Performance of a Cascade Active Magnetic Regenerator Based on Numerical Simulation[J].Journal of Refrigeration,
余浩贤,苑晓亮,巫江虹.基于数值分析的复叠式主动磁回热器制热性能研究[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250329001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250329001.

Yu Haoxian Yuan Xiaoliang Wu Jianghong.Study on the Heating Performance of a Cascade Active Magnetic Regenerator Based on Numerical Simulation[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250329001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250329001.

摘要

为打破室温磁制冷与磁热泵系统在室温附近的应用瓶颈，建立了复叠式主动磁回热器一维数值模型，从制热性能的角度研究其关键影响参数。仿真结果表明：换热流体流量越大，热端温度越快达到稳态，且无负荷温跨随流量先增大后减小，制热量随流量的增大而增大。此外，缩短加退磁和流动时间可显著提升制热量及无负荷温跨，在1-1-1-1 s运行时序下，制热量及无负荷温跨最高分别可达55.2 W和29.9 K。当LaFeSiH居里温度间隔增大时，无负荷温跨先增大后减小，最大值在居里温度间隔为6 K时取得，为40.2 K。在4种填充长度比例中，制热性能最好的比例为2∶2∶2∶2∶7，其最大无负荷温跨为31.2 K，最大制热量可达64 W。

Abstract

To address the limitations of magnetic refrigeration and magnetic heat pump systems near room temperature， this study establishes a one-dimensional numerical model of a cascade active magnetic regenerator and examines the key parameters influencing heating performance. The simulation results indicate that a higher flow rate of the heat transfer fluid accelerates the attainment of a steady-state temperature at the hot end. Furthermore， as the flow rate increases， the no-load temperature span initially increases and then decreases， while the heating capacity increases. Reducing the （de）magnetization time and flow time can significantly enhance both the heating capacity and no-load temperature span， achieving values of up to 55.2 W and 29.9 K， respectively， under a 1-1-1-1 s operating sequence. When the Curie temperature interval of LaFeSiH increases， the no-load temperature span first increases and then decreases， reaching a maximum of 40.2 K at a Curie temperature interval of 6 K. Among the four filling length ratios， the optimal heating performance is achieved at a ratio of 2∶2∶2∶2∶7， resulting in a maximum no-load temperature span of 31.2 K and a maximum heating capacity of 64 W.

关键词

Keywords

references

曾星凯，邢嘉琦，韩凤武，等 . “双碳”背景下热泵技术发展现状与前景分析［J］. 科技与创新， 2025 （ 3 ）： 127 - 130 .

ZENG Xingkai ， XING Jiaqi ， HAN Fengwu ， et al . Development status and prospect analysis of heat pump technology under the background of “double carbon” ［J］. Science and Technology & Innovation ， 2025 （ 3 ）： 127 - 130 .

PINEDA QUIJANO D ， FONSECA LIMA B ， INFANTE FERREIRA C ， et al . Seasonal COP of a residential magnetocaloric heat pump based on MnFePSi ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2024 ， 164 ： 38 - 48 .

ARPAGAUS C ， BLESS F ， UHLMANN M ， et al . High temperature heat pumps： Market overview， state of the art， research status， refrigerants， and application potentials ［J］. Energy ， 2018 ， 152 ： 985 - 1010 .

ZHANG Yaokang ， WU Jianghong ， HE Jing ， et al . Solutions to obstacles in the commercialization of room-temperature magnetic refrigeration ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2021 ， 143 ： 110933 .

GRECO A ， APREA C ， MAIORINO A ， et al . A review of the state of the art of solid-state caloric cooling processes at room-temperature before 2019 ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2019 ， 106 ： 66 - 88 .

高磊，黄焦宏，张英德，等 . 稀土基室温磁工质的开发与磁制冷机的研究进展［J］. 稀土， 2023 ， 44 （ 4 ）： 91 - 107 .

GAO Lei ， HUANG Jiaohong ， ZHANG Yingde ， et al . Development of rare earth based room temperature magnetic refrigerants and progress in magnetic refrigerators ［J］. Chinese Rare Earths ， 2023 ， 44 （ 4 ）： 91 - 107 .

GAO Lei ， WANG Pengyu ， CHENG Juan ， et al . Magnetocaloric effect and applied refrigeration performance of La（Fe， Si）13-based compounds ［J］. Intermetallics ， 2024 ， 169 ： 108299 .

THANG N V ， MIAO X F ， VAN DIJK N H ， et al . Structural and magnetocaloric properties of （Mn，Fe）2（P，Si） materials with added nitrogen ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2016 ， 670 ： 123 - 127 .

AUGUSTO ROSA M ， BOECK P ， MARCIEL DÖRING A ， et al . Magnetocaloric La（Fe，Mn，Si）13Hz particles and their chemical stability in heat transfer fluids employed in magnetic refrigeration ［J］. Journal of Magnetism and Magnetic Materials ， 2022 ， 563 ： 169875 .

高磊，黄焦宏，张英德，等 . 室温磁工质与磁制冷机的研究和开发［J］. 制冷学报， 2022 ， 43 （ 4 ）： 77 - 87 .

GAO Lei ， HUANG Jiaohong ， ZHANG Yingde ， et al . Research and development of room-temperature magnetic refrigerant and magnetic refrigerator ［J］. Journal of Refrigeration ， 2022 ， 43 （ 4 ）： 77 - 87 .

于世霖，赵金良，李振兴，等 . 旋转式室温磁制冷系统的研制及实验研究［J］. 工程热物理学报， 2022 ， 43 （ 12 ）： 3204 - 3210 .

YU Shilin ， ZHAO Jinliang ， LI Zhenxing ， et al . Design and development of rotary room temperature magnetic refrigeration system ［J］. Journal of Engineering Thermophysics ， 2022 ， 43 （ 12 ）： 3204 - 3210 .

LIONTE S ， RISSER M ， MULLER C . A 15 kW magnetocaloric proof-of-concept unit： initial development and first experimental results ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2021 ， 122 ： 256 - 265 .

PEIXER G F ， SILVA M C R ， LORENZONI A ， et al . A magnetocaloric air-conditioning system prototype ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2023 ， 151 ： 1 - 13 .

HE Jing ， WU Jianghong ， LU Biwang ， et al . Comparative study on the series， parallel and cascade cycles of a multi-mode room temperature magnetic refrigeration system ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2020 ， 117 ： 94 - 103 .

ZHANG Yaokang ， WU Jianghong ， ZHANG Hangye . Performance analysis of a cascade room temperature magnetic refrigerator for improving temperature span ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2022 ， 143 ： 68 - 77 .

JOHRA H ， FILONENKO K ， HEISELBERG P ， et al . Integration of a magnetocaloric heat pump in an energy flexible residential building ［J］. Renewable Energy ， 2019 ， 136 ： 115 - 126 .

DALL'OLIO S ， MASCHE M ， LIANG J ， et al . Novel design of a high efficiency multi-bed active magnetic regenerator heat pump ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2021 ， 132 ： 243 - 254 .

LIANG J ， NIELSEN K K ， ENGELBRECHT K ， et al . Heat transfer figures of merit for mapping passive regenerator performance to active regenerator cooling power ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2020 ， 181 ： 115993 .

CHOI J ， LEE S ， KIM M S . Effect of gadolinium particle size on the performance of a magnetic refrigeration system ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2024 ， 256 ： 124016 .

VIEIRA B P ， BEZ H N ， KUEPFERLING M ， et al . Magnetocaloric properties of spheroidal La （Fe，Mn，Si） 13Hy granules and their performance in epoxy-bonded active magnetic regenerators ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2021 ， 183 ： 116185 .

浏览量

157

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

跨季节储热水体数值模型开发及验证

磁热泵循环与磁制冷循环的对比及展望

空气源热泵毛细管地板辐射供暖系统实验研究

空气源热泵多台室外机并联轮换除霜实验研究

准二级高温热泵循环的性能分析及实验研究