Skilvirkari, orkusparandi, grænni og flytjanlegri kæliaðferð er stefna mannlegrar könnunar án afláts.Nýlega greindi netgrein í tímaritinu Science frá nýrri sveigjanlegri kælistefnu sem sameiginlegt rannsóknarteymi kínverskra og bandarískra vísindamanna uppgötvaði - „snúningshitakæling“.Rannsóknarteymið komst að því að breyting á snúningi inni í trefjum getur náð kælingu.Vegna meiri kælivirkni, smærri stærðar og notagildis fyrir ýmis venjuleg efni, hefur „snúinn hitakæliskápur“ sem er gerður byggður á þessari tækni einnig orðið efnilegur.
Þetta afrek kemur frá samvinnurannsóknum teymi prófessors Liu Zunfeng frá State Key Laboratory of Medicine Chemistry Biology, School of Pharmacy, og Key Laboratory of Functional Polymer í menntamálaráðuneyti Nankai háskólans, og teymi Ray H. Baugman. , prófessor við Texas State University, Dallas Branch, og Yang Shixian, dósent við Nankai háskólann.
Lækkaðu bara hitastigið og snúðu því
Samkvæmt upplýsingum frá International Refrigeration Research Institute er raforkunotkun loftræstitækja og ísskápa í heiminum nú um 20% af raforkunotkun á heimsvísu.Mikið notaða meginreglan um loftþjöppunarkælingu nú á dögum hefur almennt Carnot skilvirkni sem er minna en 60% og lofttegundirnar sem losna við hefðbundna kælingarferla auka á hlýnun jarðar.Með aukinni eftirspurn manna eftir kælingu hefur það orðið brýnt verkefni að kanna nýjar kælikenningar og lausnir til að bæta kælivirkni enn frekar, draga úr kostnaði og minnka stærð kælibúnaðar.
Náttúrulegt gúmmí myndar hita þegar það er strekkt, en hitastigið mun lækka eftir afturköllun.Þetta fyrirbæri er kallað „teygjanleg varmakæling“ sem hefur verið uppgötvað strax í byrjun 19. aldar.Hins vegar, til að ná góðum kæliáhrifum, þarf að teygja gúmmíið fyrir í 6-7 sinnum eigin lengd og draga það síðan inn.Þetta þýðir að kæling þarf mikið magn.Þar að auki er núverandi Carnot skilvirkni „varmakælingar“ tiltölulega lágt, venjulega aðeins um 32%.
Með „snúningskælingu“ tækninni teygðu rannsakendur trefjagúmmí teygjuefnið tvisvar (100% álag), festu síðan báða endana og snúðu því frá einum enda til að mynda Superhelix uppbyggingu.Í kjölfarið varð hröð afsnúningur og hitastig gúmmítrefjanna lækkaði um 15,5 gráður á Celsíus.
Þessi niðurstaða er meiri en kæliáhrifin með því að nota „teygjanlega varmakælingu“ tækni: gúmmíið sem er strekkt 7 sinnum lengur dregst saman og kólnar niður í 12,2 gráður á Celsíus.Hins vegar, ef gúmmíið er snúið og framlengt, og síðan losað samtímis, getur „snúningsvarmakælingin“ kólnað niður í 16,4 gráður á Celsíus.Liu Zunfeng sagði að undir sömu kæliáhrifum væri gúmmírúmmál „snúningsvarmakælingar“ aðeins tveir þriðju hlutar „teygjanlegra varmakælingar“ gúmmí, og Carnot skilvirkni þess getur náð 67%, mun betri en meginreglunni um loft. þjöppunarkæling.
Einnig er hægt að kæla veiðilínu og textíllínu
Vísindamenn hafa kynnt að enn sé mikið pláss fyrir umbætur á gúmmíi sem „snúningshitakælingu“ efni.Til dæmis hefur gúmmí mjúka áferð og krefst margra snúninga til að ná umtalsverðri kælingu.Hitaflutningshraði þess er hægur og huga þarf að atriðum eins og endurtekinni notkun og endingu efnisins.Þess vegna hefur könnun á öðrum „snúningskælingu“ efni orðið mikilvæg byltingarkennd fyrir rannsóknarteymið.
Athyglisvert er að við höfum komist að því að „snúningshitakæling“ á einnig við um fiskveiðar og textíllínur.Áður gerði fólk sér ekki grein fyrir því að hægt væri að nota þessi venjulegu efni til kælingar,“ sagði Liu Zunfeng.
Rannsakendur sneru fyrst þessum stífu fjölliða trefjum og mynduðu þyrillaga uppbyggingu.Að teygja spíralinn getur hækkað hitastigið, en eftir að spíralinn er dreginn inn lækkar hitinn.
Tilraunin leiddi í ljós að með því að nota „snúningshitakælingu“ tæknina getur pólýetýlen fléttur vír framkallað hitastigsfall upp á 5,1 gráður á Celsíus, á meðan efnið er beint teygt og losað með nánast engum hitabreytingum.Meginreglan um „snúningshitakælingu“ þessarar tegundar pólýetýlen trefja er sú að á meðan á teygjusamdrætti stendur minnkar innri snúningur helixsins, sem leiðir til breytinga á orku.Liu Zunfeng sagði að þessi tiltölulega hörðu efni séu endingargóðari en gúmmítrefjar og kælihraði er meiri en gúmmí, jafnvel þegar teygt er mjög stutt.
Vísindamenn komust einnig að því að notkun „snúningshitakælingar“ tækninnar á nikkel títan form minni málmblöndur með meiri styrk og hraðari hitaflutningur skilar sér í betri kælingu og aðeins minni snúning er nauðsynleg til að ná meiri kæliáhrifum.
Til dæmis, með því að snúa saman fjórum nikkel títan álvírum saman, getur hámarks hitastigsfall eftir að hafa snúið úr snúningi náð 20,8 gráðum á Celsíus og heildar meðalhitafall getur einnig náð 18,2 gráðum á Celsíus.Þetta er örlítið hærra en 17,0 gráður á Celsíus kælingunni sem næst með „varmakælingu“ tækni.Einn kælihringur tekur aðeins um 30 sekúndur,“ sagði Liu Zunfeng.
Ný tækni er hægt að nota í ísskápum í framtíðinni
Byggt á „snúningshitakælingu“ tækninni hafa vísindamenn búið til kælilíkan sem getur kælt rennandi vatn.Þeir notuðu þrjá nikkel títan ál víra sem kæliefni og snéru 0,87 snúninga á sentímetra til að ná 7,7 gráðu kælingu.
Þessi uppgötvun á enn langt í land fyrir markaðssetningu „snúinna hitakæla“, með bæði tækifærum og áskorunum,“ sagði Ray Bowman.Liu Zunfeng telur að nýja kælitæknin sem uppgötvaðist í þessari rannsókn hafi stækkað nýjan geira á kælisviðinu.Það mun veita nýja leið til að draga úr orkunotkun á kælisviði.
Annað sérstakt fyrirbæri í „snúningshitakælingu“ er að mismunandi hlutar trefjarins sýna mismunandi hitastig, sem stafar af reglubundinni dreifingu helixsins sem myndast með því að snúa trefjunum eftir lengdarstefnu trefja.Rannsakendur húðuðu yfirborð nikkel títan álvír með Thermochromism húðun til að gera „snúningskælingu“ litabreytandi trefjar.Meðan á snúningi og ósnúningsferlinu stendur verða trefjarnar fyrir afturkræfum litabreytingum.Það er hægt að nota sem nýja tegund skynjunarhluta fyrir fjarmælingar á ljósleiðarasnúningi.Með því að fylgjast með litabreytingum með berum augum má til dæmis vita hversu marga snúninga efnið hefur gert í fjarlægð, sem er mjög einfaldur skynjari."Liu Zunfeng sagði að byggt á meginreglunni um" snúningshitakælingu ", sumir trefjar geta einnig verið notaðir fyrir greindur litabreytandi dúkur.
Birtingartími: 13. júlí 2023