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为了解决制冷工质CFCs对空气的污染及对大气臭氧层的破坏问题，各国学者大力研究开发替代制冷剂与新的替代制冷技术。磁制冷作为一项高新绿色制冷技术，与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势：无环境污染，消除了因使用氟利昂、氨以及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的缺陷；节能优势显著：由于磁性材料是固体，其熵密度远远大于气体的熵密度，因而易于做到小型化；稳定可靠，由于磁场只需要用超导体、电磁体以及永磁体提供，无需压缩机，运动部件少，可大幅降低振动与噪声，可靠性高，寿命长，便于维修。因此，磁制冷作为传统压缩制冷的诸多替代技术之一，值得关注和探讨。
然而，当前对磁制冷的相关研究主要局限于磁性材料及磁场，对磁制冷机本身的数值分析及实验研究还相对较少。本文在对以前研究工作总结和回顾的基础上，针对室温磁制冷机进行了数值分析及实验研究工作，具体包括以下几部分：
1.主动式磁回热器(.AMR)数值模拟分析及双永磁体室温磁制冷样机系统运行分析
对AMR的热力学理论研究进展进行了概括，然后进行了初步的AMR数值计算。针对AMR循环中换热流体通流时问的改变、换热流体流速的改变来分析参量的改变对于AMR的影响。通流时间的改变并没有对AMR的温度分布产生影响，系统的制冷量、高温端散热量均随着换热流体的流速增大而增加，但制冷系数却未发生大的变化。
从气缸活塞行程、系统压差、磁回热器与气缸活塞之间的运动相位差、循环过程中换热流体和在磁场内的磁性材料质量变化等几个方面对双永磁体室温磁制冷机系统进行分析。最终确定当磁性材料远离低温端换热器装填时，传动半径为r=110mm，磁回热器与活塞的运动有一个36°角的相位差。
2.双永磁体室温磁制冷样机实验研究
搭建了一台双永磁体主动式室温磁制冷样机的实验装置，该样机以钆为磁制冷工质，选用氦气作为换热流体，利用平均1.5T磁感应强度的永磁体提供磁场。在初步实验研究中，系统高低温端无负荷温差最大仅达10.7K，然后结合实验中出现的一些问题，对实验装置进行了改进，并对改进后的装置进行了系统的实验研究，改进后的装置运行后在低温端获得了-2.79℃的最低无负荷温度，最大无负荷高低温端温差达到了42.28K，高低温端温差为18.16K时系统获得了51.3W的制冷量；另外，通过具体的数据记录得到了循环频率、气体压力以及高低温端运行温区对系统性能影响的规律，尤其是提高系统循环频率、控制高低温端运行温区的影响。
3.单永磁体室温磁制冷样机设计及数值模拟
在双磁体室温磁制冷样机实验装置的基础上，完成了小型化的单永磁体室温磁制冷样机的设计。
结合新的设计，利用CFD软件从循环频率、气体压力、高温端温度、气缸活塞行程、磁回热器与气缸活塞之间相位差、有漏热存在等几个方面对磁制冷机进行了模拟分析，其中磁性材料为钆。结果发现：在现有往复运行模式下的单永磁体室温磁制冷机中，存在着最优的利用系数φ，当利用系数φ增加到一定程度后，系统性能不会提高反而会下降；高温端温度以及气缸活塞与磁回热器之间相位差的改变对低温端温度影响很小，系统性能随着高温端温度的升高会有所提高，但随着气缸活塞与磁回热器之间相位差的改变基本没有变化；与绝热条件下的低温端温度进行对比，有漏热存在时的低温端温度明显比绝热条件下的高，因此在未来的实验研究工作中，必须要做好系统装置的隔热保温。
除利用钆以外，对居里温度点为317K的La(Fe0.819Co0.081Al0.1)13的性能进行了模拟分析。在320K的高温端温度下，利用La(Fe0.819Co0.081Al0.1)13系统稳定时的低温端温度为318.02K，高低温端温差仅为1.98K。
另外，对加热冷却过程中磁熵变曲线未重合的Ni53.6Mn23.2Ga23.2及Ni54.7Mn20.2Ga25.1等几种磁性材料进行了数值分析。结果发现，加热、冷却过程中的Ni53.6Mn23.2Ga23.2及Ni54.7Mn20.2Ga25.1的磁熵变曲线峰值所在的温度点存在较大差异，变相得增加了磁熵变的峰值阈值，因此它们的制冷效果比较明显。
4.单永磁体室温磁制冷样机实验研究
对单永磁体室温磁制冷样机进行了不同磁性材料的实验研究。首先选用铁磁材料钆进行了实验研究，每个磁回热器中钆填充质量为207.4g，仍选用氦气作为换热流体，装置运行后高低温端无负荷温差最大达到11.98K，并发现在现有的实验条件下，增加充气压力或者增加运行频率对系统性能没有促进作用。另外，选用了居里温度点为317K的La(Fe0.819Co0.081Al0.1)13进行了实验研究，装置运行后获得了24.76K的最大高低温端无负荷温差，在6.92K高低温端温差下得到了4.2W的制冷量。
本文对室温磁制冷机针对性的设计、分析及实验工作，对于将来室温磁制冷机的应用发展具有一定的指导意义。