2023年5月19日，Science發(fā)表了西安交通大學(xué)在固態(tài)制冷方向的最新成果——《高性能多模式彈熱制冷系統(tǒng)》(High-performance multimode elastocaloric cooling system)一文。本文為Science首次刊登的關(guān)于彈熱制冷機(jī)的論文。

　　西安交通大學(xué)為該論文的第一完成單位，西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院的錢(qián)蘇昕副教授為該論文的第一作者。美國(guó)馬里蘭大學(xué)竹內(nèi)一郎教授為該論文的通訊作者。本文的研究始于錢(qián)蘇昕在馬里蘭大學(xué)構(gòu)建的管束式彈熱制冷系統(tǒng)，他在西安交通大學(xué)提出了多模式彈熱制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并與馬里蘭大學(xué)Catalini博士合作在馬里蘭大學(xué)搭建了多模式彈熱制冷機(jī)，其中彈熱工質(zhì)的材料物性測(cè)量由北京航空航天大學(xué)侯慧龍副教授協(xié)助開(kāi)展。

　　研究表明，利用因子決定了管束工質(zhì)中彈熱效應(yīng)兩種釋放途徑的比例，其中一部分彈熱效應(yīng)可被傳熱流體帶走用于制冷，而另一部分彈熱效應(yīng)需要留在管束工質(zhì)內(nèi)部，用于維持工質(zhì)在傳熱流體流動(dòng)方向的溫度梯度，而最佳利用因子反映了兩者之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。主動(dòng)回?zé)嵫�環(huán)需要更多的彈熱效應(yīng)維持溫度梯度，最佳利用因子在0.6左右;單級(jí)循環(huán)可將大部分彈熱效應(yīng)用于制冷，最佳利用因子大于6。多模式彈熱制冷機(jī)可顯著拓展最佳利用因子的范圍，使其可在大范圍工況變化時(shí)保持高效率。在此基礎(chǔ)上，可以通過(guò)調(diào)節(jié)管狀彈熱工質(zhì)內(nèi)插組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)化管狀彈熱工質(zhì)內(nèi)固、液相的熱容比，有望實(shí)現(xiàn)40 K以上的制冷溫差和500 W的制冷量。本文的研究有望推進(jìn)彈熱制冷及其它固態(tài)相變制冷(caloric cooling)技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

　　該項(xiàng)研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程等項(xiàng)目資助。錢(qián)蘇昕副教授以制冷系統(tǒng)碳中和為目標(biāo)，長(zhǎng)期從事零GWP的固態(tài)制冷技術(shù)及使用低GWP工質(zhì)的制冷空調(diào)熱泵系統(tǒng)仿真與節(jié)能技術(shù)研究，構(gòu)建了熱驅(qū)動(dòng)彈熱制冷循環(huán)，創(chuàng)制了全球首臺(tái)壓縮式彈熱制冷機(jī)、首臺(tái)多模式彈熱制冷機(jī)、首臺(tái)彈熱制冷冰箱原型機(jī)，并建成了包含制冷系統(tǒng)關(guān)鍵部件和整機(jī)的多個(gè)仿真平臺(tái)，為頭部企業(yè)成功研發(fā)了多款基于碳?xì)渲评鋭┑男袠I(yè)全新產(chǎn)品。相關(guān)基礎(chǔ)研究成果發(fā)表于Nature Reviews Materials、Innovation等高水平期刊，應(yīng)用研究成果獲山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

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