Tõhusam, energiasäästlikum, keskkonnasäästlikum ja kaasaskantav jahutusmeetod on inimeste lakkamatu uurimise suund.Hiljuti avaldati ajakirjas Science avaldatud veebiartikkel uuest paindlikust jahutusstrateegiast, mille avastas Hiina ja Ameerika teadlaste ühine uurimisrühm – "torsioonkuumusjahutus".Uurimisrühm leidis, et kiudude sees oleva keerdumise muutmine võib saavutada jahutamise.Tänu kõrgemale jahutusefektiivsusele, väiksemale suurusele ja erinevatele tavamaterjalidele rakendatavusele on paljulubavaks muutunud ka sellel tehnoloogial valmistatud “keerdsoojuskülmik”.
See saavutus tuleneb Professor Liu Zunfengi meeskonna, farmaatsiakooli riikliku meditsiinikeemia bioloogia võtmelabori ja Nankai ülikooli haridusministeeriumi funktsionaalse polümeeri võtmelabori ning Ray H. Baugmani meeskonna koostööst. , Texase osariigi ülikooli Dallase filiaali professor ja Nankai ülikooli dotsent Yang Shixian.
Lihtsalt alandage temperatuuri ja keerake seda
Rahvusvahelise külmutusuuringute instituudi andmetel moodustab kliimaseadmete ja külmikute elektritarbimine maailmas praegu umbes 20% globaalsest elektritarbimisest.Tänapäeval laialdaselt kasutatava kompressioonjahutuse põhimõttel on Carnot’ efektiivsus tavaliselt alla 60% ning traditsiooniliste jahutusprotsesside käigus eralduvad gaasid süvendavad globaalset soojenemist.Kuna inimeste nõudlus külmutusseadmete järele kasvab, on uute jahutusteooriate ja lahenduste uurimine jahutuse tõhususe edasiseks parandamiseks, kulude vähendamiseks ja külmutusseadmete suuruse vähendamiseks muutunud kiireloomuliseks ülesandeks.
Looduslik kautšuk tekitab venitamisel soojust, kuid pärast tagasitõmbamist temperatuur langeb.Seda nähtust nimetatakse "elastseks termiliseks jahutuseks", mis avastati juba 19. sajandi alguses.Hea jahutusefekti saavutamiseks tuleb kummi aga eelnevalt venitada 6-7 korda oma pikkuseni ja seejärel tagasi tõmmata.See tähendab, et jahutamiseks on vaja suurt mahtu.Veelgi enam, praegune "termilise jahutuse" Carnot' efektiivsus on suhteliselt madal, tavaliselt ainult umbes 32%.
Väändjahutuse tehnoloogia abil venitasid teadlased kiudkummist elastomeeri kaks korda (100% pinge), seejärel kinnitasid mõlemad otsad ja keerasid selle ühest otsast kokku, et moodustada Superhelix struktuur.Seejärel toimus kiire lahtikeerdumine ja kummikiudude temperatuur langes 15,5 kraadi Celsiuse järgi.
See tulemus on kõrgem kui elastse termilise jahutustehnoloogia jahutusefekt: 7 korda pikemaks venitatud kumm tõmbub kokku ja jahtub temperatuurini 12,2 kraadi Celsiuse järgi.Kui aga kummi väänata ja pikendada ning seejärel samal ajal vabastada, võib nn väändetermokülmutus jahtuda temperatuurini 16,4 kraadi Celsiuse järgi.Liu Zunfeng ütles, et sama jahutusefekti korral moodustab väändesoojusjahutuse kummi maht ainult kaks kolmandikku elastse termilise jahutuse kummi mahust ja selle Carnot' efektiivsus võib ulatuda 67% -ni, mis on palju parem kui õhu põhimõte. kompressioonjahutus.
Õngenööri ja tekstiilnööri saab ka jahutada
Teadlased on tutvustanud, et kummil kui torsioonsoojusjahutusmaterjalil on veel palju arenguruumi.Näiteks kummil on pehme tekstuur ja see nõuab märkimisväärse jahutuse saavutamiseks palju pöördeid.Selle soojusülekande kiirus on aeglane ja arvesse tuleb võtta selliseid probleeme nagu materjali korduv kasutamine ja vastupidavus.Seetõttu on muude "torsioonkülmutamise" materjalide uurimine muutunud uurimisrühma jaoks oluliseks läbimurdesuunaks.
Huvitaval kombel oleme leidnud, et nn väändesoojusjahutuse skeem on rakendatav ka kalapüügi- ja tekstiilliinide puhul.Varem ei teadnud inimesed, et neid tavalisi materjale saab jahutamiseks kasutada, "ütles Liu Zunfeng.
Teadlased keerasid kõigepealt need jäigad polümeerkiud ja moodustasid spiraalse struktuuri.Heeliksi venitamine võib temperatuuri tõsta, kuid pärast spiraali tagasitõmbamist temperatuur langeb.
Katse käigus leiti, et kasutades nn väändesoojusjahutuse tehnoloogiat, võib polüetüleenist põimitud traat tekitada temperatuurilanguse 5,1 kraadi Celsiuse järgi, samas kui materjali venitatakse ja vabastatakse otse ilma temperatuurimuutusteta.Seda tüüpi polüetüleenkiudude nn väändesoojusjahutuse põhimõte seisneb selles, et venitava kokkutõmbumisprotsessi ajal väheneb spiraali sisemine keerdumine, mis põhjustab energia muutusi.Liu Zunfeng ütles, et need suhteliselt kõvad materjalid on vastupidavamad kui kummikiud ja jahutuskiirus ületab kummi oma isegi väga lühikeseks venitades.
Teadlased leidsid ka, et nn väändesoojusjahutuse tehnoloogia rakendamine suurema tugevuse ja kiirema soojusülekandega nikkel-titaani kujuga mälusulamitele annab parema jahutusvõime ning suurema jahutusefekti saavutamiseks on vaja ainult väiksemat keerdumist.
Näiteks nelja nikli-titaanisulamist traati kokku keerates võib maksimaalne temperatuurilang pärast lahtikeeramist ulatuda 20,8 kraadini ning üldine keskmine temperatuurilangus samuti 18,2 kraadini Celsiuse järgi.See on veidi kõrgem kui 17,0 kraadi Celsiuse järgi jahutus, mis saavutatakse termilise jahutustehnoloogia abil.Üks külmutustsükkel võtab aega vaid umbes 30 sekundit,“ ütles Liu Zunfeng.
Uut tehnoloogiat saab tulevikus kasutada külmikutes
Väändesoojusjahutuse tehnoloogia põhjal on teadlased loonud külmiku mudeli, mis suudab voolavat vett jahutada.Nad kasutasid jahutusmaterjalina kolme nikli-titaanisulamist traati, mis pöörlesid 0,87 pööret sentimeetri kohta, et saavutada jahutus 7,7 kraadi Celsiuse järgi.
Selle avastusega on veel pikk tee käia enne keerdküttega külmikute turustamist, pakkudes nii võimalusi kui ka väljakutseid,“ ütles Ray Bowman.Liu Zunfeng usub, et selles uuringus avastatud uus külmutustehnoloogia on laiendanud jahutusvaldkonnas uut sektorit.See annab uue võimaluse vähendada energiatarbimist jahutusvaldkonnas.
Teine eriline nähtus "torsioonsoojusjahutuses" on see, et kiu erinevatel osadel on erinev temperatuur, mis on tingitud kiu keerdumisel tekkiva spiraali perioodilisest jaotusest piki kiu pikkuse suunda.Teadlased katsid nikli-titaanisulamist traati pinna Thermochromism-kattega, et muuta "torsioonjahutusega" värvi muutev kiud.Keerdumis- ja lahtikeeramise käigus toimuvad kiud pöörduvad värvimuutused.Seda saab kasutada uut tüüpi andurelemendina kiu keerdumise optiliseks kaugmõõtmiseks.Näiteks palja silmaga värvimuutusi jälgides saab teada, mitu pööret on materjal kauguses teinud, mis on väga lihtne andur."Liu Zunfeng ütles, et väändesoojusjahutuse põhimõttel saab mõnda kiudu kasutada ka intelligentsete värvimuutvate kangaste jaoks.
Postitusaeg: juuli-13-2023