Efektīvāka, enerģiju taupošāka, videi draudzīgāka un pārnēsājama dzesēšanas metode ir cilvēka nerimstošās izpētes virziens.Nesen tiešsaistes raksts žurnālā Science ziņoja par jaunu elastīgu saldēšanas stratēģiju, ko atklājusi kopīga Ķīnas un Amerikas zinātnieku pētnieku grupa - "vērpes siltuma dzesēšana".Pētnieku komanda atklāja, ka, mainot vērpšanu šķiedru iekšpusē, var panākt dzesēšanu.Pateicoties augstākai saldēšanas efektivitātei, mazākam izmēram un pielietojamībai dažādiem parastajiem materiāliem, perspektīvs ir kļuvis arī pēc šīs tehnoloģijas izgatavotais “twisted heat ledusskapis”.
Šis sasniegums iegūts, pateicoties profesora Liu Zunfenga komandas no Farmācijas skolas Valsts galvenās Medicīniskās ķīmijas bioloģijas laboratorijas un Nankai Universitātes Izglītības ministrijas Funkcionālo polimēru galvenās laboratorijas un Reja H. Baugmena komandas kopīgajam pētījumam. , Teksasas štata universitātes Dalasas filiāles profesors un Nankai universitātes docents Jans Šisjans.
Vienkārši samaziniet temperatūru un pagrieziet to
Saskaņā ar Starptautiskā saldēšanas pētniecības institūta datiem, gaisa kondicionētāju un ledusskapju elektroenerģijas patēriņš pasaulē šobrīd veido aptuveni 20% no globālā elektroenerģijas patēriņa.Mūsdienās plaši izmantotajam gaisa kompresijas dzesēšanas principam Carnot efektivitāte parasti ir mazāka par 60%, un tradicionālajos saldēšanas procesos izdalītās gāzes pastiprina globālo sasilšanu.Pieaugot cilvēku pieprasījumam pēc dzesēšanas, jaunu saldēšanas teoriju un risinājumu izpēte, lai vēl vairāk uzlabotu saldēšanas efektivitāti, samazinātu izmaksas un samazinātu saldēšanas iekārtu izmēru, ir kļuvis par steidzamu uzdevumu.
Dabīgais kaučuks izstiepjot radīs siltumu, bet pēc ievilkšanas temperatūra pazemināsies.Šo parādību sauc par “elastīgo termisko dzesēšanu”, kas tika atklāta jau 19. gadsimta sākumā.Tomēr, lai panāktu labu dzesēšanas efektu, gumija ir iepriekš jāizstiepj līdz 6–7 reizēm garākai par savu garumu un pēc tam jāievelk.Tas nozīmē, ka saldēšanai nepieciešams liels tilpums.Turklāt pašreizējā Carnot “termiskās dzesēšanas” efektivitāte ir salīdzinoši zema, parasti tikai aptuveni 32%.
Izmantojot “griezes dzesēšanas” tehnoloģiju, pētnieki divreiz izstiepa šķiedru gumijas elastomēru (100% deformācija), pēc tam nofiksēja abus galus un pagrieza to no viena gala, veidojot Superhelix struktūru.Pēc tam notika strauja atvēršanās, un gumijas šķiedru temperatūra pazeminājās par 15,5 grādiem pēc Celsija.
Šis rezultāts ir augstāks nekā dzesēšanas efekts, izmantojot “elastīgās termiskās dzesēšanas” tehnoloģiju: 7 reizes ilgāk izstieptā gumija saraujas un atdziest līdz 12,2 grādiem pēc Celsija.Tomēr, ja gumija tiek savīta un izstiepta un pēc tam vienlaikus atbrīvota, "vērpes termiskā dzesēšana" var atdzist līdz 16,4 grādiem pēc Celsija.Liu Zunfengs teica, ka ar tādu pašu dzesēšanas efektu gumijas tilpums “vērpes termiskās dzesēšanas” gumijas tilpumā ir tikai divas trešdaļas no “elastīgās termiskās dzesēšanas” gumijas tilpuma, un tā Carnot efektivitāte var sasniegt 67%, kas ir daudz labāka par gaisa principu. kompresijas dzesēšana.
Makšķerēšanas auklu un tekstila auklu var arī atdzesēt
Pētnieki ir atklājuši, ka joprojām ir daudz iespēju uzlabot gumiju kā “griezes siltuma dzesēšanas” materiālu.Piemēram, gumijai ir mīksta tekstūra, un, lai panāktu ievērojamu dzesēšanu, ir nepieciešams daudz pagriezienu.Tā siltuma pārneses ātrums ir lēns, un ir jāņem vērā tādas problēmas kā atkārtota izmantošana un materiāla izturība.Tāpēc citu “vērpes dzesēšanas” materiālu izpēte ir kļuvusi par nozīmīgu izrāviena virzienu pētnieku komandai.
Interesanti, ka mēs esam noskaidrojuši, ka “griezes siltuma dzesēšanas” shēma ir piemērojama arī zvejas un tekstila auklām.Iepriekš cilvēki neapzinājās, ka šos parastos materiālus var izmantot dzesēšanai, ”sacīja Liu Zunfengs.
Pētnieki vispirms savija šīs stingrās polimēru šķiedras un izveidoja spirālveida struktūru.Spirāles izstiepšana var paaugstināt temperatūru, bet pēc spirāles ievilkšanas temperatūra pazeminās.
Eksperimentā tika atklāts, ka, izmantojot "vērpes siltuma dzesēšanas" tehnoloģiju, polietilēna pīts stieple var radīt temperatūras kritumu par 5,1 grādu pēc Celsija, savukārt materiāls tiek tieši izstiepts un atbrīvots, gandrīz bez temperatūras izmaiņām.Šāda veida polietilēna šķiedru vērpes siltuma dzesēšanas princips ir tāds, ka stiepšanās kontrakcijas procesā samazinās spirāles iekšējais pagrieziens, izraisot enerģijas izmaiņas.Liu Zunfeng teica, ka šie salīdzinoši cietie materiāli ir izturīgāki nekā gumijas šķiedras, un dzesēšanas ātrums pārsniedz gumijas ātrumu pat tad, ja tie ir ļoti īsi izstiepti.
Pētnieki arī atklāja, ka “vērpes siltuma dzesēšanas” tehnoloģijas izmantošana niķeļa titāna formas atmiņas sakausējumiem ar lielāku izturību un ātrāku siltuma pārnesi nodrošina labāku dzesēšanas veiktspēju, un, lai panāktu lielāku dzesēšanas efektu, ir nepieciešams tikai mazāks pagrieziens.
Piemēram, sagriežot kopā četras niķeļa titāna sakausējuma stieples, maksimālais temperatūras kritums pēc atvīšanas var sasniegt 20,8 grādus pēc Celsija, un kopējais vidējais temperatūras kritums var sasniegt arī 18,2 grādus pēc Celsija.Tas ir nedaudz augstāks nekā dzesēšana par 17,0 grādiem pēc Celsija, kas panākta, izmantojot “termiskās saldēšanas” tehnoloģiju.Viens saldēšanas cikls aizņem tikai aptuveni 30 sekundes, "teica Liu Zunfeng.
Nākotnē ledusskapjos varēs izmantot jaunas tehnoloģijas
Pamatojoties uz "vērpes siltuma dzesēšanas" tehnoloģiju, pētnieki ir izveidojuši ledusskapja modeli, kas var atdzesēt plūstošu ūdeni.Viņi izmantoja trīs niķeļa titāna sakausējuma stieples kā dzesēšanas materiālus, griežot 0,87 apgriezienus uz centimetru, lai panāktu dzesēšanu par 7,7 grādiem pēc Celsija.
Šim atklājumam vēl ir tāls ceļš ejams līdz “savīti karstuma ledusskapju” komercializācijai ar iespējām un izaicinājumiem,” sacīja Rejs Boumens.Liu Zunfeng uzskata, ka šajā pētījumā atklātā jaunā saldēšanas tehnoloģija ir paplašinājusi jaunu sektoru saldēšanas jomā.Tas nodrošinās jaunu veidu, kā samazināt enerģijas patēriņu saldēšanas jomā.
Vēl viena īpaša parādība “vērpes siltuma dzesēšanā” ir tāda, ka dažādām šķiedras daļām ir atšķirīga temperatūra, ko izraisa periodisks spirāles sadalījums, kas rodas, šķiedrām pagriežot šķiedras garuma virzienā.Pētnieki pārklāja niķeļa titāna sakausējuma stieples virsmu ar Thermochromism pārklājumu, lai izveidotu "vērpes dzesēšanas" krāsu mainošu šķiedru.Vīšanas un atvīšanas procesā šķiedras tiek pakļautas atgriezeniskas krāsas maiņas.To var izmantot kā jauna veida sensora elementu šķiedru vīšanas attālai optiskai mērīšanai.Piemēram, novērojot krāsu izmaiņas ar neapbruņotu aci, var zināt, cik apgriezienus tālumā veicis materiāls, kas ir ļoti vienkāršs sensors."Liu Zunfeng teica, ka, pamatojoties uz "griezes siltuma dzesēšanas" principu, dažas šķiedras var izmantot arī viediem krāsu mainīšanas audumiem.
Izlikšanas laiks: 13. jūlijs 2023