Ефикаснији, еколошки прихватљивији и преносивији метод хлађења који штеди енергију је правац људског непрестаног истраживања.Недавно је онлајн чланак у часопису Сциенце известио о новој флексибилној стратегији хлађења коју је открио заједнички истраживачки тим кинеских и америчких научника – „торзиона топлотна хлађења“.Истраживачки тим је открио да се променом увијања унутар влакана може постићи хлађење.Због веће ефикасности хлађења, мањих димензија и применљивости на разне обичне материјале, обећавајући је постао и „уврнути топлотни фрижидер“ направљен по овој технологији.
Ово достигнуће потиче од заједничког истраживања тима професора Лиу Зунфенга из Државне кључне лабораторије за биологију медицинске хемије, Фармацеутског факултета и Кључне лабораторије функционалних полимера Министарства образовања Универзитета Нанкаи, и тима Реја Х. Баугмана , професор Тексашког државног универзитета, Филијала у Даласу, и Јанг Шиксијан, доцент Универзитета Нанкаи.
Само смањите температуру и окрените је
Према подацима Међународног института за истраживање хлађења, потрошња електричне енергије клима уређаја и фрижидера у свету тренутно чини око 20% глобалне потрошње електричне енергије.Широко коришћени принцип хлађења ваздушном компресијом данас генерално има Карнотову ефикасност мању од 60%, а гасови који се ослобађају традиционалним процесима хлађења погоршавају глобално загревање.Са све већом потражњом за хлађењем од стране људи, истраживање нових теорија хлађења и решења за даље побољшање ефикасности хлађења, смањење трошкова и смањење величине расхладне опреме постало је хитан задатак.
Природна гума ће производити топлоту када се истегне, али ће се температура смањити након увлачења.Овај феномен се назива „еластично термално хлађење“, што је откривено још почетком 19. века.Међутим, да би се постигао добар ефекат хлађења, гума се мора претходно истегнути до 6-7 пута њене сопствене дужине, а затим увући.То значи да је за хлађење потребна велика запремина.Штавише, тренутна Карнотова ефикасност „термалног хлађења” је релативно ниска, обично само око 32%.
Кроз технологију „торзионог хлађења“, истраживачи су двапут развукли влакнасти гумени еластомер (100% деформација), затим фиксирали оба краја и уврнули га са једног краја како би формирали Суперхелик структуру.Након тога је дошло до брзог одмотавања, а температура гумених влакана се смањила за 15,5 степени Целзијуса.
Овај резултат је већи од ефекта хлађења коришћењем технологије 'еластичног термалног хлађења': гума која је растегнута 7 пута дуже се скупља и хлади на 12,2 степена Целзијуса.Међутим, ако се гума уврне и продужи, а затим истовремено отпусти, „торзиона топлотна хлађења“ може да се охлади на 16,4 степена Целзијуса.Лиу Зунфенг је рекао да је под истим ефектом хлађења, запремина гуме 'торзионог термичког хлађења' само две трећине гуме за 'еластично термичко хлађење', а њена Карнотова ефикасност може да достигне 67%, далеко боља од принципа ваздуха. компресијско хлађење.
Коноп за пецање и текстил се такође могу хладити
Истраживачи су увели да још увек има много простора за побољшање гуме као материјала за „торзионо хлађење топлотом“.На пример, гума има меку текстуру и захтева много увијања да би се постигло значајно хлађење.Његова брзина преноса топлоте је мала и потребно је размотрити питања као што су поновљена употреба и трајност материјала.Стога је истраживање других материјала за „торзионо хлађење“ постало важан пробојни правац за истраживачки тим.
Занимљиво је да смо открили да је шема 'торзионог топлотног хлађења' применљива и на конопце за риболов и текстил.Раније људи нису схватали да се ови обични материјали могу користити за хлађење“, рекао је Лиу Зунфенг.
Истраживачи су прво уврнули ова чврста полимерна влакна и формирали спиралну структуру.Истезање спирале може повећати температуру, али након увлачења спирале, температура се смањује.
Експеримент је открио да коришћењем технологије „торзионог топлотног хлађења“, полиетиленска плетена жица може да генерише температурни пад од 5,1 степен Целзијуса, док се материјал директно растеже и ослобађа без скоро никакве промене температуре.Принцип 'торзионог топлотног хлађења' ове врсте полиетиленских влакана је да се током процеса контракције истезања унутрашње увијање спирале смањује, што доводи до промена у енергији.Лиу Зунфенг је рекао да су ови релативно тврди материјали издржљивији од гумених влакана, а брзина хлађења је већа од гуме чак и када се врло кратко растегне.
Истраживачи су такође открили да примена технологије „торзионог топлотног хлађења“ на легуре никл-титанијума са меморијом облика са већом чврстоћом и бржим преносом топлоте резултира бољим перформансама хлађења, а само је мањи обрт потребан да би се постигао већи ефекат хлађења.
На пример, увртањем четири жице од легуре титанијума никла, максимални пад температуре након одвртања може да достигне 20,8 степени Целзијуса, а укупан просечан пад температуре такође може да достигне 18,2 степена Целзијуса.Ово је нешто више од хлађења од 17,0 степени Целзијуса постигнутог коришћењем технологије 'термалног хлађења'.Један циклус хлађења траје само око 30 секунди“, рекао је Лиу Зунфенг.
Нова технологија се може користити у фрижидерима у будућности
На основу технологије „торзионог топлотног хлађења“, истраживачи су креирали модел фрижидера који може да хлади текућу воду.Користили су три жице од легуре титанијума никла као расхладних материјала, ротирајући 0,87 обртаја по центиметру да би постигли хлађење од 7,7 степени Целзијуса.
Ово откриће има још дуг пут до комерцијализације 'фрижидера са увијеном топлотом', са могућностима и изазовима“, рекао је Реј Боуман.Лиу Зунфенг верује да је нова технологија хлађења откривена у овој студији проширила нови сектор у области хлађења.То ће обезбедити нови начин смањења потрошње енергије у области хлађења.
Још један посебан феномен у "торзионом топлотном хлађењу" је да различити делови влакна показују различите температуре, што је узроковано периодичном дистрибуцијом спирале која се ствара увртањем влакна дуж правца дужине влакна.Истраживачи су површину жице од легуре никла титанијума премазали термохромизмом да би направили влакна која мењају боју „торзионог хлађења“.Током процеса увијања и одмотавања, влакно се подвргава реверзибилним променама боје.Може се користити као нови тип сензорског елемента за даљинско оптичко мерење увијања влакана.На пример, посматрајући промене боје голим оком, може се знати колико је обртаја материјал направио у даљини, што је врло једноставан сензор.„Лиу Зунфенг је рекао да се на основу принципа „торзионог топлотног хлађења“, нека влакна могу користити и за интелигентне тканине које мењају боју.
Време поста: 13. јул 2023