Ապագայում սառնարանի սառեցումը կարող է միայն «պտտվել»

Ավելի արդյունավետ, էներգախնայող, կանաչ և շարժական սառեցման մեթոդը մարդու անդադար հետախուզման ուղղությունն է: Վերջերս Science ամսագրում առցանց հոդվածում զեկուցվեց չինացի և ամերիկացի գիտնականների համատեղ հետազոտական ​​խմբի կողմից հայտնաբերված նոր ճկուն սառեցման ռազմավարության մասին՝ «շրջադարձային ջերմային սառեցում»: Հետազոտական ​​թիմը պարզել է, որ մանրաթելերի ներսում պտույտը փոխելը կարող է հասնել սառեցման: Սառեցման ավելի բարձր արդյունավետության, ավելի փոքր չափերի և տարբեր սովորական նյութերի համար կիրառելիության շնորհիվ այս տեխնոլոգիայի հիման վրա պատրաստված «ոլորված ջերմային սառնարանը» նույնպես խոստումնալից է դարձել:

Այս ձեռքբերումը գալիս է պրոֆեսոր Լյու Զունֆենգի թիմի համատեղ հետազոտությունից Բժշկական քիմիայի կենսաբանության պետական ​​առանցքային լաբորատորիայից, դեղագործության դպրոցից և Նանկայի համալսարանի կրթության նախարարության ֆունկցիոնալ պոլիմերների հիմնական լաբորատորիայից և Ռեյ Հ. Բաուգմանի թիմից: , Տեխասի պետական ​​համալսարանի Դալլասի մասնաճյուղի պրոֆեսոր և Նանկայի համալսարանի դոցենտ Յանգ Շիքսյանը։

Պարզապես իջեցրեք ջերմաստիճանը և պտտեք այն

Սառնարանային հետազոտությունների միջազգային ինստիտուտի տվյալների համաձայն՝ ներկայումս աշխարհում օդորակիչների և սառնարանների էլեկտրաէներգիայի սպառումը կազմում է համաշխարհային էլեկտրաէներգիայի սպառման մոտ 20%-ը։ Մեր օրերում օդի սեղմման սառեցման լայնորեն կիրառվող սկզբունքը, ընդհանուր առմամբ, ունի 60%-ից պակաս Carnot արդյունավետություն, իսկ ավանդական սառեցման գործընթացներով արտազատվող գազերը սրում են գլոբալ տաքացումը: Մարդկանց կողմից սառեցման պահանջարկի աճով, սառեցման նոր տեսությունների և լուծումների ուսումնասիրությունը՝ սառեցման արդյունավետությունը հետագայում բարելավելու, ծախսերը նվազեցնելու և սառնարանային սարքավորումների չափը նվազեցնելու համար հրատապ խնդիր է դարձել:

Բնական կաուչուկը ձգվելիս ջերմություն կառաջացնի, բայց ետ քաշվելուց հետո ջերմաստիճանը կնվազի: Այս երևույթը կոչվում է «առաձգական ջերմային սառեցում», որը հայտնաբերվել է դեռևս 19-րդ դարի սկզբին։ Այնուամենայնիվ, լավ սառեցման էֆեկտի հասնելու համար կաուչուկը պետք է նախապես ձգվի մինչև իր երկարությունը 6-7 անգամ, այնուհետև հետ քաշվի: Սա նշանակում է, որ սառեցումը պահանջում է մեծ ծավալ: Ավելին, «ջերմային սառեցման» ներկայիս Carnot արդյունավետությունը համեմատաբար ցածր է, սովորաբար ընդամենը մոտ 32%:

«Ոլորտային սառեցման» տեխնոլոգիայի միջոցով հետազոտողները երկու անգամ ձգեցին թելքավոր ռետինե էլաստոմերը (100% լարվածություն), այնուհետև ամրացրին երկու ծայրերը և ոլորեցին այն մի ծայրից՝ ձևավորելով Superhelix կառուցվածք: Այնուհետև տեղի ունեցավ արագ ոլորում, և ռետինե մանրաթելերի ջերմաստիճանը նվազեց 15,5 աստիճանով:

Այս արդյունքը ավելի բարձր է, քան սառեցման էֆեկտը՝ օգտագործելով «առաձգական ջերմային սառեցման» տեխնոլոգիան. 7 անգամ ավելի երկար ձգվող ռետինը կծկվում է և սառչում մինչև 12,2 աստիճան Ցելսիուս: Այնուամենայնիվ, եթե կաուչուկը ոլորվի և երկարացվի, և այնուհետև միաժամանակ բաց թողնվի, «պտտվող ջերմային սառեցումը» կարող է սառչել մինչև 16,4 աստիճան Ցելսիուս: Լյու Զունֆենգը ասաց, որ նույն սառեցման ազդեցության տակ «պտտվող ջերմային սառեցման» ռետինի ծավալը կազմում է «առաձգական ջերմային սառեցման» ռետինի միայն երկու երրորդը, և դրա Carnot արդյունավետությունը կարող է հասնել 67% -ի, շատ ավելի բարձր, քան օդի սկզբունքը: սեղմման սառեցում:

Ձկնորսական գիծը և տեքստիլ գիծը կարող են նաև սառչել

Հետազոտողները ներկայացրել են, որ կաուչուկը, որպես «պտտվող ջերմային սառեցման» նյութ, կատարելագործվելու շատ տեղ կա: Օրինակ, ռետինն ունի փափուկ հյուսվածք և զգալի սառեցման հասնելու համար պահանջում է բազմաթիվ շրջադարձեր: Դրա ջերմության փոխանցման արագությունը դանդաղ է, և պետք է հաշվի առնել այնպիսի հարցեր, ինչպիսիք են նյութի կրկնակի օգտագործումը և ամրությունը: Հետևաբար, այլ «պտտվող սառնարանային» նյութերի ուսումնասիրությունը հետազոտական ​​թիմի համար կարևոր բեկումնային ուղղություն է դարձել:

Հետաքրքիր է, որ մենք պարզել ենք, որ «շրջադարձային ջերմային հովացման» սխեման կիրառելի է նաև ձկնորսության և տեքստիլ գծերի համար: Նախկինում մարդիկ չէին գիտակցում, որ այս սովորական նյութերը կարող են օգտագործվել սառեցման համար»,- ասել է Լյու Ցունֆենը:

Հետազոտողները նախ ոլորեցին այս կոշտ պոլիմերային մանրաթելերը և ձևավորեցին պտուտակավոր կառուցվածք: Խխունջի ձգումը կարող է բարձրացնել ջերմաստիճանը, սակայն պարույրը հետ քաշելուց հետո ջերմաստիճանը նվազում է։

Փորձը պարզել է, որ օգտագործելով «շրջադարձային ջերմային հովացման» տեխնոլոգիան՝ պոլիէթիլենային հյուսված մետաղալարը կարող է ջերմաստիճանի անկում առաջացնել 5,1 աստիճան Ցելսիուսով, մինչդեռ նյութը ուղղակիորեն ձգվում և ազատվում է առանց ջերմաստիճանի գրեթե ոչ մի փոփոխության: Այս տեսակի պոլիէթիլենային մանրաթելերի «շրջադարձային ջերմային հովացման» սկզբունքն այն է, որ ձգվող կծկման գործընթացում պարույրի ներքին ոլորումը նվազում է, ինչը հանգեցնում է էներգիայի փոփոխության: Լյու Զունֆենգը ասաց, որ այս համեմատաբար կոշտ նյութերն ավելի դիմացկուն են, քան ռետինե մանրաթելերը, և սառեցման արագությունը գերազանցում է ռետինին նույնիսկ այն դեպքում, երբ այն շատ կարճ է ձգվում:

Հետազոտողները նաև պարզել են, որ «շրջադարձային ջերմային սառեցման» տեխնոլոգիայի կիրառումը նիկելի տիտանի ձևի հիշողության համաձուլվածքների վրա՝ ավելի բարձր ուժով և ավելի արագ ջերմափոխանակմամբ, հանգեցնում է ավելի լավ հովացման աշխատանքի, և ավելի ցածր հովացման էֆեկտի հասնելու համար պահանջվում է միայն ավելի ցածր շրջադարձ:

Օրինակ, չորս նիկելային տիտանի համաձուլվածքի լարերը միասին ոլորելով, ոլորելուց հետո առավելագույն ջերմաստիճանի անկումը կարող է հասնել 20,8 աստիճանի Ցելսիուսի, իսկ ընդհանուր միջին ջերմաստիճանի անկումը կարող է հասնել նաև 18,2 աստիճանի: Սա մի փոքր ավելի բարձր է, քան 17,0 աստիճան Ցելսիուսի սառեցումը, որը ձեռք է բերվել «ջերմային սառեցման» տեխնոլոգիայի միջոցով: Սառեցման մեկ ցիկլը տևում է ընդամենը մոտ 30 վայրկյան», - ասաց Լյու Զունֆենգը:

Սառնարաններում ապագայում կարող են օգտագործվել նոր տեխնոլոգիաներ

Հիմնվելով «շրջադարձային ջերմային սառեցման» տեխնոլոգիայի վրա՝ հետազոտողները ստեղծել են սառնարանի մոդել, որը կարող է սառեցնել հոսող ջուրը: Նրանք օգտագործել են երեք նիկելային տիտանի համաձուլվածքի մետաղալարեր որպես հովացման նյութեր՝ պտտելով 0,87 պտույտ մեկ սանտիմետրում՝ հասնելով 7,7 աստիճան Ցելսիուսի սառեցման:

Այս հայտնագործությունը դեռ երկար ճանապարհ ունի անցնելու մինչև «ոլորված ջերմային սառնարանների» առևտրայնացումը՝ և՛ հնարավորություններով, և՛ մարտահրավերներով», - ասաց Ռեյ Բոումենը: Լյու Զունֆենգը կարծում է, որ այս ուսումնասիրության ընթացքում հայտնաբերված սառեցման նոր տեխնոլոգիան ընդլայնել է սառնարանային ոլորտում նոր հատված: Այն սառնարանային ոլորտում էներգիայի սպառումը նվազեցնելու նոր միջոց կապահովի։

Մեկ այլ հատուկ երևույթ «շրջադարձային ջերմային սառեցման» մեջ այն է, որ մանրաթելի տարբեր մասերը տարբեր ջերմաստիճաններ են ցուցադրում, ինչը պայմանավորված է պարույրի պարբերական բաշխմամբ, որն առաջանում է մանրաթելի երկարության ուղղությամբ ոլորելու արդյունքում: Հետազոտողները նիկելային տիտանի համաձուլվածքից մետաղալարի մակերեսը պատել են Thermochromism ծածկույթով, որպեսզի ստեղծեն «շրջադարձային սառեցում» գույնը փոխող մանրաթել: Ոլորման և ոլորման գործընթացում մանրաթելը ենթարկվում է շրջելի գունային փոփոխությունների: Այն կարող է օգտագործվել որպես նոր տիպի զգայական տարր՝ օպտիկամանրաթելային ոլորման հեռավոր օպտիկական չափման համար: Օրինակ՝ անզեն աչքով գունային փոփոխությունները դիտարկելով՝ կարելի է իմանալ, թե որքան պտույտ է արել նյութը հեռավորության վրա, որը շատ պարզ սենսոր է։ «Լյու Զունֆենգը ասաց, որ «շրջադարձային ջերմային սառեցման» սկզբունքի հիման վրա որոշ մանրաթելեր կարող են օգտագործվել նաև խելացի գույնը փոխող գործվածքների համար: