超低溫制冷以及超高溫熔煉技術(shù)
空調(diào)大家知道嗎?一個(gè)空間,如果將這個(gè)空間內(nèi)的部分空間跟外界空間隔jue,降低兩個(gè)空間的熱傳導(dǎo)性能,甚**隔jue熱傳導(dǎo)。之后使用空調(diào)制冷,就可以讓隔jue空間內(nèi)的溫度,低于外界溫度。
這其中的核心原理,看起來(lái)很復(fù)雜,好像是用什么氟利昂之類。大家知道為什么要用氟利昂之類的做制冷劑嗎?由于氟利昂化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有不燃、無(wú)毒、介電常數(shù)低、臨界溫度高、易液化等特性,因而廣泛用作冷凍設(shè)備和空氣調(diào)節(jié)裝置的制冷劑。
而其他的常規(guī)氣體就不太行了。往往難于液化,即便是高壓狀態(tài)下,也難于液化。
但是,并非采用其他氣體或者液體,就不可以制冷。只是效果沒(méi)有它好而已。
事實(shí)上,采用其他氣體同樣也可以制冷。這就要從制冷技術(shù)的核心工作原理說(shuō)起了。
制冷技術(shù)的核心原理,就是分子的熱運(yùn)動(dòng)。特別是氣體分子。當(dāng)氣體擴(kuò)張時(shí),氣體對(duì)外界做功。內(nèi)能減少。內(nèi)能轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功的機(jī)械能。溫度降低。
制冷技術(shù),就是采用了這個(gè)原理進(jìn)行制冷的。
反之,當(dāng)外界對(duì)氣體做功,氣體壓縮。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。氣體的溫度就會(huì)升高。
比方說(shuō),在某密閉空間內(nèi)加上一點(diǎn)脫脂棉,之后壓縮這個(gè)空間的空氣,之后棉花會(huì)因?yàn)榭臻g溫度升高而自燃。
同時(shí),液體和氣體在不同壓強(qiáng)下,其氣化溫度,沸點(diǎn),液化溫度也是不一樣的。
例如氟利昂,當(dāng)壓縮加壓時(shí),在高壓下,其液化點(diǎn)升高,即使高溫,也可以液化。
但是一旦體積擴(kuò)張,空間壓強(qiáng)變小,其氣化溫度也會(huì)隨壓強(qiáng)變低而變低,即使溫度不太高,也會(huì)氣化。
空調(diào)的基本原理
空調(diào)基本上可看作是不帶隔熱箱的冰箱,它利用氟里昂等制冷劑的蒸發(fā)來(lái)制冷。冰箱和空調(diào)中氟里昂的蒸發(fā)循環(huán)機(jī)制是相同的。根據(jù)韋伯斯特在線詞典,“氟里昂”一詞“統(tǒng)指作為制冷劑和氣霧推進(jìn)劑的任何不可燃碳氟化合物”。
空調(diào)中的蒸發(fā)循環(huán)過(guò)程如下:
1.壓縮機(jī)壓縮吸收了室內(nèi)熱量的氟里昂氣體,使之變成高壓高溫氟里昂氣體(圖中紅色部分)。
2.高溫氣體流經(jīng)一組盤(pán)管,將熱量帶到室外散發(fā),散熱后凝結(jié)成液體。
3.液態(tài)氟里昂流過(guò)一個(gè)膨脹閥,壓力變小,體積擴(kuò)張,在此過(guò)程中蒸發(fā)為低壓低溫氟里昂氣體(圖中淡藍(lán)色部分)。
4.低溫氣體流經(jīng)一組盤(pán)管,在此過(guò)程中吸收熱量,從而使室內(nèi)溫度降低。
氟里昂中混有微量用來(lái)潤(rùn)滑壓縮機(jī)的油脂。
風(fēng)扇將空氣吹過(guò)盤(pán)管,以此來(lái)提高盤(pán)管的室外散熱和室內(nèi)制冷能力。
上面的過(guò)程,實(shí)質(zhì)就是氣體做功的過(guò)程。
當(dāng)制冷劑從膨脹閥流出時(shí),因?yàn)槿肟诒容^大。壓強(qiáng)變小,液態(tài)制冷劑擴(kuò)張膨脹,對(duì)外做功。成為低溫氣體,導(dǎo)致溫度下降,低于空間溫度。
當(dāng)?shù)蜏貧怏w流過(guò)蒸發(fā)器時(shí),接受室內(nèi)的溫度。低溫制冷劑溫度升高。逐步接近室內(nèi)的空間溫度。
之后這些氣體,進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮。接近室溫的制冷劑氣體被壓縮后,溫度進(jìn)一步升高。溫度高于室內(nèi)和室外溫度,超過(guò)空間溫度。
這些高溫氣態(tài)制冷劑,經(jīng)過(guò)空間外管線,在空氣散熱的方式下,將熱量帶出了室外。逐步變回液態(tài),**終達(dá)到了,將空間內(nèi)熱量帶到空間外,對(duì)內(nèi)空間降溫制冷的目的。
事實(shí)上,這個(gè)過(guò)程中,不光有制冷的過(guò)程,也含有制熱的過(guò)程。
制冷的過(guò)程,就是經(jīng)過(guò)膨脹閥時(shí),氣體擴(kuò)張,導(dǎo)致溫度下降,達(dá)到了制冷的效果。
但是制熱的過(guò)程也是有的。氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī),氣體被壓縮,導(dǎo)致溫度升高。這就個(gè)是制熱的過(guò)程。
所以說(shuō),空調(diào)制冷,雖然**主要目的是制冷。但是,制冷和制熱是同時(shí)存在的。只不過(guò),由于作用方向的不同。導(dǎo)致的效果不同而已。
如果把,空間的蒸發(fā)器和散熱器反過(guò)來(lái)裝。讓散熱器裝在空間內(nèi)。蒸發(fā)器裝在空間外。效果就不一樣了。**終的效果,是對(duì)空間內(nèi)溫度制熱的效果。導(dǎo)致空間內(nèi)溫度升高。
利用這一原理,我們可以進(jìn)行無(wú)限制冷。
比方說(shuō),將一個(gè)無(wú)限大的空間A,分隔成相互jue緣沒(méi)有熱傳導(dǎo)的空間A和B。之后,進(jìn)行熱量的傳導(dǎo)制冷。采用制冷劑,是A空間的氣體。
之后。當(dāng)某個(gè)空間比如說(shuō)B空間制冷到足夠冷后。繼續(xù)將B空間分割成B,C兩個(gè)相互隔jue,沒(méi)有熱傳導(dǎo)的空間,采用制冷劑就是B空間的氣體。對(duì)C空間,進(jìn)一步制冷。
如此無(wú)限分隔空間。利用已經(jīng)降溫的空間氣體作為制冷劑,就可以無(wú)限的降溫下去。
甚**讓某個(gè)空間溫度達(dá)到極低的低溫。
當(dāng)然,如果反過(guò)來(lái)的,就是無(wú)限加溫。可以讓某個(gè)空間的溫度達(dá)到極大的高溫。
現(xiàn)代科學(xué)家們是怎么制造超低以及超高溫度的呢?
制造超低溫度,有兩種技術(shù)手段,先建立保溫jue熱空間,然后用液態(tài)氮做冷卻劑,這就和你們家的冰箱差不多,只不過(guò)冷卻劑不是氟利昂,134A什么的而是液態(tài)氮,壓縮機(jī)的功率也大得多,氮經(jīng)過(guò)高壓經(jīng)過(guò)高壓,在濃縮為液態(tài)時(shí)會(huì)釋放掉巨大的熱量,而減壓氣化的時(shí)候或吸收大量的熱,可以制造零下一百多度,將近二百度的低溫。如果還需要更低的溫度,就要加上另一個(gè)制冷手段——激光制冷,物體的熱能是有分子振動(dòng)導(dǎo)致的。而激光制冷,就是用激光產(chǎn)生的波動(dòng)反省抵消分子運(yùn)動(dòng)。
激光制冷,是用三束激光,X,Z,Y軸,用光子,限制物體原子的運(yùn)動(dòng)。本來(lái)這個(gè)方法是為了用來(lái)測(cè)量精準(zhǔn)的原子光譜的。但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn),居然可以讓物體制冷。
物體原子運(yùn)動(dòng)的速度通常在約每秒500米左右。長(zhǎng)期以來(lái),科學(xué)家一直在尋找使原子相對(duì)靜止的方法。朱棣文采用三束相互垂直的激光,從各個(gè)方面對(duì)原子進(jìn)行照射,使原子陷于光子海洋中,運(yùn)動(dòng)不斷受到阻礙而減速。激光的這種作用被形象地稱為“光學(xué)粘膠”。在試驗(yàn)中,被“粘”住的原子可以降到幾乎接近**零度的低溫。
現(xiàn)代科學(xué)家,就希望采用激光制冷技術(shù)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行制冷。甚**制造出更加穩(wěn)定的原子鐘,以方便增加精準(zhǔn)度。
超高溫,加熱技術(shù)。
主要是利用感應(yīng)電流渦流,坩堝加熱,電弧的超高溫加熱。以及現(xiàn)在開(kāi)始研究應(yīng)用的微波加熱。甚**還有利用幾百束激光,同時(shí)攻擊某一點(diǎn)位,進(jìn)行的超高溫的激光加熱。溫度可以比太陽(yáng)還熱。你看,激光不光能制冷,還能制熱。
傳統(tǒng)的熔煉技術(shù)主要是利用高熱值的焦炭燃料,以及裂解石油氣產(chǎn)生高溫。
而輸入熔煉爐內(nèi)的高熱燃料氣體,其實(shí)是利用火焰自身的高溫,進(jìn)行加熱。
**于蓄熱球,蓄熱磚技術(shù)。只是讓這些磚球的溫度,貼近于焦炭火焰自身的溫度。通過(guò)增加熱空氣的接觸面和加熱時(shí)間,使得熱空氣盡量接近火焰溫度。
熱空氣自身的溫度,是無(wú)法提高甚**超過(guò)火焰溫度的。
如果我們將制熱技術(shù),運(yùn)用到高爐煉鐵的生產(chǎn)中。對(duì)已經(jīng)預(yù)熱的,跟火焰溫度很接近的熱氣進(jìn)行壓縮。利用制熱原理,就可以產(chǎn)生超過(guò)火焰溫度的超高溫度。
甚**可以無(wú)限提高,之后利用這些超高溫度,就可以制造出,溫度超高的熱燃?xì)狻_@些氣體進(jìn)入熔煉爐內(nèi),就可以更加方便的促進(jìn)熔煉反應(yīng)的發(fā)生。以空間換效能,在不采用特殊燃料的前提下,提高熔煉溫度。達(dá)到節(jié)能降耗,提高熔煉品質(zhì)和熔煉能力的目的。
這其中的核心原理,看起來(lái)很復(fù)雜,好像是用什么氟利昂之類。大家知道為什么要用氟利昂之類的做制冷劑嗎?由于氟利昂化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有不燃、無(wú)毒、介電常數(shù)低、臨界溫度高、易液化等特性,因而廣泛用作冷凍設(shè)備和空氣調(diào)節(jié)裝置的制冷劑。
而其他的常規(guī)氣體就不太行了。往往難于液化,即便是高壓狀態(tài)下,也難于液化。
但是,并非采用其他氣體或者液體,就不可以制冷。只是效果沒(méi)有它好而已。
事實(shí)上,采用其他氣體同樣也可以制冷。這就要從制冷技術(shù)的核心工作原理說(shuō)起了。
制冷技術(shù)的核心原理,就是分子的熱運(yùn)動(dòng)。特別是氣體分子。當(dāng)氣體擴(kuò)張時(shí),氣體對(duì)外界做功。內(nèi)能減少。內(nèi)能轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功的機(jī)械能。溫度降低。
制冷技術(shù),就是采用了這個(gè)原理進(jìn)行制冷的。
反之,當(dāng)外界對(duì)氣體做功,氣體壓縮。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。氣體的溫度就會(huì)升高。
比方說(shuō),在某密閉空間內(nèi)加上一點(diǎn)脫脂棉,之后壓縮這個(gè)空間的空氣,之后棉花會(huì)因?yàn)榭臻g溫度升高而自燃。
同時(shí),液體和氣體在不同壓強(qiáng)下,其氣化溫度,沸點(diǎn),液化溫度也是不一樣的。
例如氟利昂,當(dāng)壓縮加壓時(shí),在高壓下,其液化點(diǎn)升高,即使高溫,也可以液化。
但是一旦體積擴(kuò)張,空間壓強(qiáng)變小,其氣化溫度也會(huì)隨壓強(qiáng)變低而變低,即使溫度不太高,也會(huì)氣化。
空調(diào)的基本原理
空調(diào)基本上可看作是不帶隔熱箱的冰箱,它利用氟里昂等制冷劑的蒸發(fā)來(lái)制冷。冰箱和空調(diào)中氟里昂的蒸發(fā)循環(huán)機(jī)制是相同的。根據(jù)韋伯斯特在線詞典,“氟里昂”一詞“統(tǒng)指作為制冷劑和氣霧推進(jìn)劑的任何不可燃碳氟化合物”。
典型空調(diào)結(jié)構(gòu) |
1.壓縮機(jī)壓縮吸收了室內(nèi)熱量的氟里昂氣體,使之變成高壓高溫氟里昂氣體(圖中紅色部分)。
2.高溫氣體流經(jīng)一組盤(pán)管,將熱量帶到室外散發(fā),散熱后凝結(jié)成液體。
3.液態(tài)氟里昂流過(guò)一個(gè)膨脹閥,壓力變小,體積擴(kuò)張,在此過(guò)程中蒸發(fā)為低壓低溫氟里昂氣體(圖中淡藍(lán)色部分)。
4.低溫氣體流經(jīng)一組盤(pán)管,在此過(guò)程中吸收熱量,從而使室內(nèi)溫度降低。
氟里昂中混有微量用來(lái)潤(rùn)滑壓縮機(jī)的油脂。
風(fēng)扇將空氣吹過(guò)盤(pán)管,以此來(lái)提高盤(pán)管的室外散熱和室內(nèi)制冷能力。
上面的過(guò)程,實(shí)質(zhì)就是氣體做功的過(guò)程。
當(dāng)制冷劑從膨脹閥流出時(shí),因?yàn)槿肟诒容^大。壓強(qiáng)變小,液態(tài)制冷劑擴(kuò)張膨脹,對(duì)外做功。成為低溫氣體,導(dǎo)致溫度下降,低于空間溫度。
當(dāng)?shù)蜏貧怏w流過(guò)蒸發(fā)器時(shí),接受室內(nèi)的溫度。低溫制冷劑溫度升高。逐步接近室內(nèi)的空間溫度。
之后這些氣體,進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮。接近室溫的制冷劑氣體被壓縮后,溫度進(jìn)一步升高。溫度高于室內(nèi)和室外溫度,超過(guò)空間溫度。
這些高溫氣態(tài)制冷劑,經(jīng)過(guò)空間外管線,在空氣散熱的方式下,將熱量帶出了室外。逐步變回液態(tài),**終達(dá)到了,將空間內(nèi)熱量帶到空間外,對(duì)內(nèi)空間降溫制冷的目的。
事實(shí)上,這個(gè)過(guò)程中,不光有制冷的過(guò)程,也含有制熱的過(guò)程。
制冷的過(guò)程,就是經(jīng)過(guò)膨脹閥時(shí),氣體擴(kuò)張,導(dǎo)致溫度下降,達(dá)到了制冷的效果。
但是制熱的過(guò)程也是有的。氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī),氣體被壓縮,導(dǎo)致溫度升高。這就個(gè)是制熱的過(guò)程。
所以說(shuō),空調(diào)制冷,雖然**主要目的是制冷。但是,制冷和制熱是同時(shí)存在的。只不過(guò),由于作用方向的不同。導(dǎo)致的效果不同而已。
如果把,空間的蒸發(fā)器和散熱器反過(guò)來(lái)裝。讓散熱器裝在空間內(nèi)。蒸發(fā)器裝在空間外。效果就不一樣了。**終的效果,是對(duì)空間內(nèi)溫度制熱的效果。導(dǎo)致空間內(nèi)溫度升高。
利用這一原理,我們可以進(jìn)行無(wú)限制冷。
比方說(shuō),將一個(gè)無(wú)限大的空間A,分隔成相互jue緣沒(méi)有熱傳導(dǎo)的空間A和B。之后,進(jìn)行熱量的傳導(dǎo)制冷。采用制冷劑,是A空間的氣體。
之后。當(dāng)某個(gè)空間比如說(shuō)B空間制冷到足夠冷后。繼續(xù)將B空間分割成B,C兩個(gè)相互隔jue,沒(méi)有熱傳導(dǎo)的空間,采用制冷劑就是B空間的氣體。對(duì)C空間,進(jìn)一步制冷。
如此無(wú)限分隔空間。利用已經(jīng)降溫的空間氣體作為制冷劑,就可以無(wú)限的降溫下去。
甚**讓某個(gè)空間溫度達(dá)到極低的低溫。
當(dāng)然,如果反過(guò)來(lái)的,就是無(wú)限加溫。可以讓某個(gè)空間的溫度達(dá)到極大的高溫。
現(xiàn)代科學(xué)家們是怎么制造超低以及超高溫度的呢?
制造超低溫度,有兩種技術(shù)手段,先建立保溫jue熱空間,然后用液態(tài)氮做冷卻劑,這就和你們家的冰箱差不多,只不過(guò)冷卻劑不是氟利昂,134A什么的而是液態(tài)氮,壓縮機(jī)的功率也大得多,氮經(jīng)過(guò)高壓經(jīng)過(guò)高壓,在濃縮為液態(tài)時(shí)會(huì)釋放掉巨大的熱量,而減壓氣化的時(shí)候或吸收大量的熱,可以制造零下一百多度,將近二百度的低溫。如果還需要更低的溫度,就要加上另一個(gè)制冷手段——激光制冷,物體的熱能是有分子振動(dòng)導(dǎo)致的。而激光制冷,就是用激光產(chǎn)生的波動(dòng)反省抵消分子運(yùn)動(dòng)。
激光制冷,是用三束激光,X,Z,Y軸,用光子,限制物體原子的運(yùn)動(dòng)。本來(lái)這個(gè)方法是為了用來(lái)測(cè)量精準(zhǔn)的原子光譜的。但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn),居然可以讓物體制冷。
物體原子運(yùn)動(dòng)的速度通常在約每秒500米左右。長(zhǎng)期以來(lái),科學(xué)家一直在尋找使原子相對(duì)靜止的方法。朱棣文采用三束相互垂直的激光,從各個(gè)方面對(duì)原子進(jìn)行照射,使原子陷于光子海洋中,運(yùn)動(dòng)不斷受到阻礙而減速。激光的這種作用被形象地稱為“光學(xué)粘膠”。在試驗(yàn)中,被“粘”住的原子可以降到幾乎接近**零度的低溫。
現(xiàn)代科學(xué)家,就希望采用激光制冷技術(shù)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行制冷。甚**制造出更加穩(wěn)定的原子鐘,以方便增加精準(zhǔn)度。
超高溫,加熱技術(shù)。
主要是利用感應(yīng)電流渦流,坩堝加熱,電弧的超高溫加熱。以及現(xiàn)在開(kāi)始研究應(yīng)用的微波加熱。甚**還有利用幾百束激光,同時(shí)攻擊某一點(diǎn)位,進(jìn)行的超高溫的激光加熱。溫度可以比太陽(yáng)還熱。你看,激光不光能制冷,還能制熱。
傳統(tǒng)的熔煉技術(shù)主要是利用高熱值的焦炭燃料,以及裂解石油氣產(chǎn)生高溫。
而輸入熔煉爐內(nèi)的高熱燃料氣體,其實(shí)是利用火焰自身的高溫,進(jìn)行加熱。
**于蓄熱球,蓄熱磚技術(shù)。只是讓這些磚球的溫度,貼近于焦炭火焰自身的溫度。通過(guò)增加熱空氣的接觸面和加熱時(shí)間,使得熱空氣盡量接近火焰溫度。
熱空氣自身的溫度,是無(wú)法提高甚**超過(guò)火焰溫度的。
如果我們將制熱技術(shù),運(yùn)用到高爐煉鐵的生產(chǎn)中。對(duì)已經(jīng)預(yù)熱的,跟火焰溫度很接近的熱氣進(jìn)行壓縮。利用制熱原理,就可以產(chǎn)生超過(guò)火焰溫度的超高溫度。
甚**可以無(wú)限提高,之后利用這些超高溫度,就可以制造出,溫度超高的熱燃?xì)狻_@些氣體進(jìn)入熔煉爐內(nèi),就可以更加方便的促進(jìn)熔煉反應(yīng)的發(fā)生。以空間換效能,在不采用特殊燃料的前提下,提高熔煉溫度。達(dá)到節(jié)能降耗,提高熔煉品質(zhì)和熔煉能力的目的。
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