Veiksmingesnis, energiją taupantis, ekologiškas ir nešiojamas aušinimo metodas yra nenutrūkstamo žmogaus tyrinėjimo kryptis. Neseniai žurnalo „Science“ internetiniame straipsnyje buvo pranešta apie naują lanksčią šaldymo strategiją, kurią atrado jungtinė Kinijos ir Amerikos mokslininkų grupė – „sukimo šilumos šaldymas“. Tyrėjų komanda nustatė, kad pakeitus pluošto posūkį galima pasiekti aušinimo. Dėl didesnio šaldymo efektyvumo, mažesnio dydžio, pritaikymo įvairioms įprastoms medžiagoms, perspektyvus tapo ir pagal šią technologiją pagamintas „suktos šilumos šaldytuvas“.
Šis pasiekimas pasiektas bendradarbiaujant profesoriaus Liu Zunfengo komandai iš Farmacijos mokyklos Valstybinės pagrindinės medicininės chemijos biologijos laboratorijos ir Nankų universiteto Švietimo ministerijos Pagrindinės funkcinių polimerų laboratorijos bei Ray H. Baugman komandos. , Teksaso valstijos universiteto Dalaso filialo profesorius ir Nankai universiteto docentas Yang Shixian.
Tiesiog sumažinkite temperatūrą ir pasukite
Tarptautinio šaldymo tyrimų instituto duomenimis, oro kondicionierių ir šaldytuvų elektros sąnaudos pasaulyje šiuo metu sudaro apie 20% viso pasaulio elektros suvartojimo. Šiais laikais plačiai naudojamas oro kompresinio šaldymo principas paprastai pasižymi mažesniu nei 60 % Carnot efektyvumu, o tradicinių šaldymo procesų metu išsiskiriančios dujos didina visuotinį atšilimą. Didėjant žmonių šaldymo poreikiui, naujų šaldymo teorijų ir sprendimų, kaip toliau gerinti šaldymo efektyvumą, sumažinti išlaidas ir sumažinti šaldymo įrangos dydį, tyrimas tapo neatidėliotina užduotimi.
Ištemptas natūralus kaučiukas generuos šilumą, tačiau atitraukus temperatūra sumažės. Šis reiškinys vadinamas „elastingu terminiu šaldymu“, kuris buvo atrastas dar XIX amžiaus pradžioje. Tačiau norint pasiekti gerą vėsinimo efektą, gumą reikia iš anksto ištempti iki 6–7 kartų ilgesnio nei jos ilgio, o tada atitraukti. Tai reiškia, kad šaldymui reikia didelio tūrio. Be to, dabartinis Carnot „terminio šaldymo“ efektyvumas yra palyginti mažas, paprastai tik apie 32%.
Naudodami „torsioninio aušinimo“ technologiją, tyrėjai du kartus ištempė pluoštinį gumos elastomerą (100 % įtempimas), tada pritvirtino abu galus ir susuko iš vieno galo, kad susidarytų Superhelix struktūra. Vėliau įvyko greitas išsisukimas, o gumos pluoštų temperatūra sumažėjo 15,5 laipsnių Celsijaus.
Šis rezultatas yra didesnis nei vėsinimo efektas naudojant „elastingo terminio šaldymo“ technologiją: 7 kartus ilgiau ištempta guma susitraukia ir atšąla iki 12,2 laipsnių Celsijaus. Tačiau jei guma susukama ir ištempiama, o po to tuo pačiu metu atleidžiama, „sukimo terminis šaldymas“ gali atvėsti iki 16,4 laipsnių Celsijaus. Liu Zunfeng teigė, kad esant tokiam pačiam aušinimo efektui, „sukimo šiluminio šaldymo“ gumos tūris yra tik du trečdaliai „elastingo terminio šaldymo“ gumos, o jo Carnot efektyvumas gali siekti 67%, gerokai pranašesnis už oro principą. kompresinis šaldymas.
Valas ir tekstilinis valas taip pat gali būti vėsinami
Tyrėjai pristatė, kad dar yra daug galimybių tobulinti gumą, kaip „sukimo šilumos šaldymo“ medžiagą. Pavyzdžiui, guma yra minkštos tekstūros ir reikalauja daug posūkių, kad būtų pasiektas didelis aušinimas. Jo šilumos perdavimo greitis yra lėtas, todėl reikia atsižvelgti į tokius klausimus kaip pakartotinis naudojimas ir medžiagos patvarumas. Todėl kitų „sukimo šaldymo“ medžiagų tyrinėjimas tapo svarbia tyrėjų komandos proveržio kryptimi.
Įdomu tai, kad mes nustatėme, kad „sukimo šiluminio aušinimo“ schema taip pat taikoma žvejybos ir tekstilės valams. Anksčiau žmonės nesuvokė, kad šios paprastos medžiagos gali būti naudojamos aušinimui“, – sakė Liu Zunfengas.
Tyrėjai pirmiausia susuko šiuos standžius polimerinius pluoštus ir suformavo spiralinę struktūrą. Ištempus spiralę temperatūra gali pakilti, tačiau atitraukus spiralę temperatūra sumažėja.
Eksperimento metu buvo nustatyta, kad naudojant „sukimo šiluminio aušinimo“ technologiją, iš polietileno pintos vielos temperatūra gali nukristi 5,1 laipsnio Celsijaus, o medžiaga yra tiesiogiai ištempiama ir išleidžiama beveik nepastebėjus temperatūros pokyčių. Šio tipo polietileno pluošto „sukimo šiluminio aušinimo“ principas yra tas, kad tempimo susitraukimo proceso metu sumažėja vidinis spiralės posūkis, todėl keičiasi energija. Liu Zunfeng teigė, kad šios gana kietos medžiagos yra patvaresnės nei gumos pluoštai, o aušinimo greitis viršija gumą net ir labai trumpai ištempus.
Tyrėjai taip pat nustatė, kad taikant „sukimo šiluminio aušinimo“ technologiją didesnio stiprumo ir greitesnio šilumos perdavimo nikelio titano formos atminties lydiniams, pasiekiamas geresnis aušinimo efektyvumas, o norint pasiekti didesnį aušinimo efektą, reikia tik mažesnio sukimo.
Pavyzdžiui, susukus keturis nikelio titano lydinio laidus, didžiausias temperatūros kritimas po atsukimo gali siekti 20,8 laipsnio Celsijaus, o bendras vidutinis temperatūros kritimas taip pat gali siekti 18,2 laipsnio Celsijaus. Tai šiek tiek didesnis nei 17,0 laipsnių Celsijaus aušinimas, pasiektas naudojant „terminio šaldymo“ technologiją. Vienas šaldymo ciklas trunka tik apie 30 sekundžių“, – sakė Liu Zunfeng.
Ateityje šaldytuvuose gali būti naudojamos naujos technologijos
Remdamiesi „sukimo šilumos šaldymo“ technologija, mokslininkai sukūrė šaldytuvo modelį, galintį atvėsinti tekantį vandenį. Jie kaip aušinimo medžiagas naudojo tris nikelio titano lydinio laidus, kurie sukasi 0,87 apsisukimų per centimetrą, kad pasiektų 7,7 laipsnių Celsijaus aušinimą.
Šis atradimas dar turi nuveikti ilgą kelią iki „susuktų karščio šaldytuvų“ komercializavimo, turinčio ir galimybių, ir iššūkių“, – sakė Ray Bowman. Liu Zunfeng mano, kad šiame tyrime atrasta nauja šaldymo technologija išplėtė naują šaldymo srities sektorių. Tai suteiks naują būdą sumažinti energijos suvartojimą šaldymo srityje.
Kitas ypatingas „sukimo šilumos šaldymo“ reiškinys yra tas, kad skirtingos pluošto dalys turi skirtingą temperatūrą, kurią sukelia periodiškas spiralės pasiskirstymas, susidarantis sukant pluoštą pluošto ilgio kryptimi. Tyrėjai padengė nikelio titano lydinio vielos paviršių Thermochromism danga, kad „sukimo aušinimo“ pluoštas pakeistų spalvą. Sukimo ir atsukimo proceso metu pluoštas patiria grįžtamuosius spalvos pokyčius. Jis gali būti naudojamas kaip naujo tipo jutimo elementas nuotoliniam optiniam pluošto sukimo matavimui. Pavyzdžiui, plika akimi stebint spalvų pokyčius, galima sužinoti, kiek apsisukimų padarė medžiaga per atstumą, o tai yra labai paprastas jutiklis. „Liu Zunfeng sakė, kad remiantis „sukimo šiluminio aušinimo“ principu, kai kurie pluoštai taip pat gali būti naudojami protingiems spalvą keičiantiems audiniams.
Paskelbimo laikas: 2023-07-13