'n Meer doeltreffende, energiebesparende, groen en draagbare verkoelingsmetode is die rigting van menslike onophoudelike verkenning. Onlangs het 'n aanlynartikel in die joernaal Science berig oor 'n nuwe buigsame verkoelingstrategie wat deur 'n gesamentlike navorsingspan van Chinese en Amerikaanse wetenskaplikes ontdek is - "torsie-hitteverkoeling". Die navorsingspan het bevind dat die verandering van die draai binne die vesels verkoeling kan bewerkstellig. As gevolg van hoër verkoelingsdoeltreffendheid, kleiner grootte en toepaslikheid op verskeie gewone materiale, het die "gedraaide hitte-yskas" wat op hierdie tegnologie gemaak is ook belowend geword.
Hierdie prestasie kom van die samewerkende navorsing van professor Liu Zunfeng se span van die Staat Sleutel Laboratorium vir Medisinale Chemie Biologie, Skool vir Farmasie, en die Sleutel Laboratorium vir Funksionele Polimeer van die Ministerie van Onderwys van Nankai Universiteit, en die span van Ray H. Baugman , professor van Texas State University, Dallas-tak, en Yang Shixian, Dosent van Nankai Universiteit.
Verlaag net die temperatuur en draai dit
Volgens data van die International Refrigeration Research Institute maak die elektrisiteitsverbruik van lugversorgers en yskaste in die wêreld tans sowat 20% van die wêreldwye elektrisiteitsverbruik uit. Die algemeen gebruikte beginsel van lugkompressie-verkoeling het deesdae oor die algemeen 'n Carnot-doeltreffendheid van minder as 60%, en die gasse wat deur tradisionele verkoelingsprosesse vrygestel word, vererger aardverwarming. Met die toenemende vraag na verkoeling deur mense, het die ondersoek van nuwe verkoelingsteorieë en -oplossings om verkoelingsdoeltreffendheid verder te verbeter, koste te verminder en die grootte van verkoelingstoerusting te verklein 'n dringende taak geword.
Natuurlike rubber sal hitte genereer wanneer dit gestrek word, maar die temperatuur sal daal na terugtrekking. Hierdie verskynsel word "elastiese termiese verkoeling" genoem, wat reeds in die vroeë 19de eeu ontdek is. Om egter 'n goeie verkoelingseffek te verkry, moet die rubber vooraf gerek word tot 6-7 keer sy eie lengte en dan teruggetrek word. Dit beteken dat verkoeling 'n groot volume benodig. Boonop is die huidige Carnot-doeltreffendheid van "termiese verkoeling" relatief laag, gewoonlik net sowat 32%.
Deur die "torsieverkoeling"-tegnologie het die navorsers die veselagtige rubberelastomeer twee keer gerek (100% rek), dan albei kante vasgemaak en dit van die een kant af gedraai om 'n Superhelix-struktuur te vorm. Daarna het vinnige ontdraaiing plaasgevind, en die temperatuur van die rubbervesels het met 15,5 grade Celsius afgeneem.
Hierdie resultaat is hoër as die verkoelingseffek deur 'elastiese termiese verkoeling'-tegnologie te gebruik: die rubber wat 7 keer langer gerek word trek saam en koel af tot 12,2 grade Celsius. As die rubber egter gedraai en verleng word, en dan gelyktydig vrygestel word, kan die 'torsie-termiese verkoeling' tot 16,4 grade Celsius afkoel. Liu Zunfeng het gesê dat onder dieselfde verkoelingseffek, die rubbervolume van 'torsie-termiese verkoeling' slegs twee derdes van dié van 'elastiese termiese verkoeling'-rubber is, en die Carnot-doeltreffendheid daarvan kan 67% bereik, baie beter as die beginsel van lug kompressie verkoeling.
Vislyn en tekstiellyn kan ook verkoel word
Navorsers het bekendgestel dat daar nog baie ruimte is vir verbetering in rubber as 'n "torsie-hitteverkoeling"-materiaal. Rubber het byvoorbeeld 'n sagte tekstuur en vereis baie draaie om aansienlike verkoeling te verkry. Die hitte-oordragspoed is stadig, en kwessies soos herhaalde gebruik en duursaamheid van die materiaal moet oorweeg word. Daarom het die ondersoek van ander "torsieverkoeling"-materiale 'n belangrike deurbraakrigting vir die navorsingspan geword.
Interessant genoeg het ons gevind dat die 'torsie-hitteverkoeling'-skema ook van toepassing is op visvang- en tekstiellyne. Voorheen het mense nie besef dat hierdie gewone materiale vir verkoeling gebruik kan word nie,” het Liu Zunfeng gesê.
Die navorsers het eers hierdie rigiede polimeervesels gedraai en 'n heliese struktuur gevorm. Om die heliks te rek kan die temperatuur verhoog, maar nadat die heliks teruggetrek is, neem die temperatuur af.
Die eksperiment het bevind dat die gebruik van die "torsie-hitteverkoeling"-tegnologie, poliëtileen-gevlegde draad 'n temperatuurdaling van 5,1 grade Celsius kan genereer, terwyl die materiaal direk gestrek en vrygelaat word met byna geen temperatuurverandering waargeneem nie. Die beginsel van 'torsie-hitteverkoeling' van hierdie tipe poliëtileenvesel is dat die interne draai van die heliks tydens die streksametrekkingsproses afneem, wat lei tot veranderinge in energie. Liu Zunfeng het gesê dat hierdie relatief harde materiale duursaam is as rubbervesels, en die verkoelingstempo oorskry dié van rubber, selfs wanneer dit baie kort gestrek word.
Navorsers het ook gevind dat die toepassing van die "torsie-hitteverkoeling"-tegnologie op nikkel-titanium-geheue-legerings met hoër sterkte en vinniger hitte-oordrag beter verkoelingsprestasie tot gevolg het, en slegs 'n laer draai is nodig om 'n groter verkoelingseffek te verkry.
Byvoorbeeld, deur vier nikkel-titanium-legeringsdrade saam te draai, kan die maksimum temperatuurdaling na ontdraai 20,8 grade Celsius bereik, en die algehele gemiddelde temperatuurdaling kan ook 18,2 grade Celsius bereik. Dit is effens hoër as die 17.0 grade Celsius-verkoeling wat met 'termiese verkoeling'-tegnologie behaal is. Een verkoelingsiklus neem slegs ongeveer 30 sekondes, "het Liu Zunfeng gesê.
Nuwe tegnologie kan in die toekoms in yskaste gebruik word
Gebaseer op die "torsie-hitte-verkoeling"-tegnologie, het navorsers 'n yskasmodel geskep wat vloeiende water kan afkoel. Hulle het drie nikkel-titanium-legeringsdrade as verkoelingsmateriaal gebruik, wat 0,87 omwentelinge per sentimeter roteer om 'n verkoeling van 7,7 grade Celsius te bereik.
Hierdie ontdekking het nog 'n lang pad om te gaan voor die kommersialisering van 'gedraaide hitte-yskaste', met beide geleenthede en uitdagings,” het Ray Bowman gesê. Liu Zunfeng glo dat die nuwe verkoelingstegnologie wat in hierdie studie ontdek is, 'n nuwe sektor in die verkoelingsveld uitgebrei het. Dit sal 'n nuwe manier bied om energieverbruik in die verkoelingsveld te verminder.
Nog 'n spesiale verskynsel in "torsie-hitte-verkoeling" is dat verskillende dele van die vesel verskillende temperature vertoon, wat veroorsaak word deur die periodieke verspreiding van die heliks wat gegenereer word deur die vesel langs die vesellengte-rigting te draai. Die navorsers het die oppervlak van nikkel-titanium-legeringsdraad met Thermochromism-bedekking bedek om "torsieverkoeling" kleurveranderende vesel te maak. Tydens die draai- en ontdraaiproses ondergaan die vesel omkeerbare kleurveranderinge. Dit kan gebruik word as 'n nuwe tipe waarnemingselement vir optiese afstandmeting van veseldraai. Deur byvoorbeeld kleurveranderinge met die blote oog waar te neem, kan 'n mens weet hoeveel omwentelinge die materiaal in die verte gemaak het, wat 'n baie eenvoudige sensor is. "Liu Zunfeng het gesê dat, gebaseer op die beginsel van" torsie-hitteverkoeling, sommige vesels ook gebruik kan word vir intelligente kleurveranderende materiaal.
Postyd: 13 Julie 2023