【摘 要】
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弹热制冷因其高效的制冷效率被评为最有潜力的固态制冷技术,天然橡胶由于价格低廉、疲劳寿命长且弹性模量较小备受关注。本文结合天然橡胶的热力学性能和力学性能,研究天然橡胶在拉伸-加捻-解捻-回缩过程中的扭拉热效应和Mullins效应,探索了旋扭速度、应变程度、存放时间、形状结构和环境温度对天然橡胶扭拉热效应的影响,对利用空气自然对流与天然橡胶换热的制冷循环和冷却阶段以强制对流形式换热,加热阶段利用铜片与
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弹热制冷因其高效的制冷效率被评为最有潜力的固态制冷技术,天然橡胶由于价格低廉、疲劳寿命长且弹性模量较小备受关注。本文结合天然橡胶的热力学性能和力学性能,研究天然橡胶在拉伸-加捻-解捻-回缩过程中的扭拉热效应和Mullins效应,探索了旋扭速度、应变程度、存放时间、形状结构和环境温度对天然橡胶扭拉热效应的影响,对利用空气自然对流与天然橡胶换热的制冷循环和冷却阶段以强制对流形式换热,加热阶段利用铜片与天然橡胶接触换热的制冷系统进行研究。实验得到的主要结论如下:（1）对天然橡胶进行5次应变为500%的拉伸-回缩循环,再进行5次应变为250%,呈全螺旋结构的拉伸-加捻-解捻-回缩循环,Mullins效应消除,应在0℃以上的环境中消除Mullins效应;（2）对天然橡胶进行拉伸-加捻-解捻-回缩循环时的绝热旋扭速度大于等于600r/min;（3）拉伸-回缩循环中,天然橡胶应变大于250%时产生晶体结构,在进行拉伸-加捻-解捻-回缩循环时,晶体在加捻过程中发生二次成核现象,并且加捻过程中摩擦热增大,导致循环过程中加载温升大于卸载温降;（4）天然橡胶在拉伸-加捻-解捻-回缩循环过程中的扭拉热效应随应变和捻度的增加而增加;天然橡胶被加载至全螺旋结构的疲劳寿命比部分螺旋结构长,因此,选择变形程度时应同时考虑温度变化和疲劳寿命,应选择呈全螺旋结构的形变程度;（5）存放时间长的天然橡胶发生自然应力松弛现象,应力减小,相同应变,相同捻度的扭拉热效应减小;（6）天然橡胶在-20℃时产生低温结晶,因此在卸载过程中的温降最大,达到41.31℃。低于-20℃时,温降急速下降,高于-20℃时,温降先急速下降再缓慢下降;（7）天然橡胶在应变为250%,呈全螺旋结构的拉伸-加捻-解捻-回缩过程中,600次循环之内产生的扭拉热效应相对稳定;（8）圆柱状天然橡胶比扁状天然橡胶的扭拉热效应好;（9）12℃和-20℃时,利用空气自然对流与天然橡胶换热的制冷循环性能系数COP分别为5.51和14.07,充分证明天然橡胶在弹热制冷领域具有非常大的应用潜力;（10）天然橡胶弹热制冷原型机中的换热器可以选用导热系数高的铜片,天然橡胶卸载之后与铜接触换热,需要对天然橡胶预拉伸10%的应变消除天然橡胶的回弹时间对换热的影响。
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