Od elastokaloričnega učinka do učinkovitega termodinamičnega krožnega procesa
V sklopu ERC projekta SUPERCOOL smo analizirali različne elastokalorične termodinamične krožne procese in kot prvi aplicirali Carnot-ov elastokalorični krožni proces. Rezultati so objavljeni v reviji Journal of Physics: Energy.
Članek je prosto dostopen tukaj: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7655/ac92a5
Povzetek:
V zadnjih letih elastokalorična tehnologija hlajenja veljala za eno najbolj obetavnih alternativ parno-kompresijski tehnologiji. Glede na to, da je elastokalorična tehnologija šele v zgodnjih fazah razvoja, enotna metoda za vrednotenje elastokaloričnega učinka še ni vzpostavljena, prav tako pa termodinamika različnih elastokaloričnih krožnih procesov še ni podrobno raziskana. Glavni cilj tega dela je torej raziskati ti dve pomembni področji. Analizirali smo več različnih termodinamičnih krožnih procesov in se pri tem osredotočali na parametre zadrževalne dobe cikla, ki je bistvenega pomena za prenos toplote med elastokaloričnim materialom in virom/ponorom toplote. Pri tem smo uporabljali komercialno dostopne superelastične tankostenske NiTi cevi pod tlačno obremenitvijo in tanko NiTi žico pod natezno obremenitvijo. Eksperimentalno smo analizirali krožne procese s konstantno napetostjo tekom zadrževalne dobe cikla, s konstantno deformacijo tekom zadrževalne dobe cikla ter krožne procese brez zadrževalne dobe. Za boljše razumevanje in nadaljnje vrednotenje različnih termodinamičnih krožnih procesov je bil uporabljen tudi predhodno razvit fenomenološki model. Rezultati so pokazali, da termodinamični krožni proces pomembno vpliva na termomehanski odziv elastokaloričnega materiala in s tem na njegovo elastokalorično učinkovitost. Kot prvi smo pokazali, da je mogoče z uporabo krožnih procesov s konstantno napetostjo tekom zadrževalne dobe ter delnih transformacij ustvariti Carnot-ov krožni proces z izboljšano učinkovitostjo. Z uporabo krožnih procesov s konstantno napetostjo je bila izmerjena adiabatna sprememba temperature 30,2 K, kar je med največjimi neposredno izmerjenimi ponovljivimi adiabatnimi temperaturnim spremembami med vsemi kaloričnimi materiali do danes. Ta študija lahko služi kot podlaga za vzpostavitev enotne metode za analizo elastokaloričnega učinka v različnih materialih, ki bi omogočila zanesljivo in natančno primerjavo različnih elastokaloričnih materialov.