Daha verimli, enerji tasarruflu, yeşil ve taşınabilir bir soğutma yöntemi, insanın aralıksız araştırmalarının yönüdür.Yakın zamanda Science dergisindeki çevrimiçi bir makale, Çinli ve Amerikalı bilim adamlarından oluşan ortak bir araştırma ekibi tarafından keşfedilen yeni bir esnek soğutma stratejisini bildirdi: "burulma ısısıyla soğutma".Araştırma ekibi, liflerin içindeki bükümü değiştirmenin soğumayı sağlayabileceğini buldu.Daha yüksek soğutma verimliliği, daha küçük boyut ve çeşitli sıradan malzemelere uygulanabilirliği nedeniyle, bu teknolojiye dayalı olarak yapılan "bükülmüş ısılı buzdolabı" da umut verici hale geldi.
Bu başarı, Profesör Liu Zunfeng'in Devlet Tıbbi Kimya Biyoloji Laboratuvarı, Eczacılık Okulu ve Nankai Üniversitesi Eğitim Bakanlığı Fonksiyonel Polimer Anahtar Laboratuvarı'ndan ekibinin ve Ray H. Baugman'ın ekibinin ortak araştırmasından elde edilmiştir. , Texas Eyalet Üniversitesi Dallas Şubesi profesörü ve Nankai Üniversitesi Doçenti Yang Shixian.
Sadece sıcaklığı düşürün ve çevirin
Uluslararası Soğutma Araştırma Enstitüsü'nün verilerine göre, dünyadaki klima ve buzdolaplarının elektrik tüketimi şu anda küresel elektrik tüketiminin yaklaşık %20'sini oluşturuyor.Günümüzde yaygın olarak kullanılan hava sıkıştırmalı soğutma prensibi genel olarak %60'ın altında bir Carnot verimliliğine sahiptir ve geleneksel soğutma prosesleri tarafından salınan gazlar küresel ısınmayı şiddetlendirmektedir.İnsanların soğutma talebinin artmasıyla birlikte, soğutma verimliliğini daha da artırmak, maliyetleri azaltmak ve soğutma ekipmanının boyutunu küçültmek için yeni soğutma teorileri ve çözümlerini keşfetmek acil bir görev haline geldi.
Doğal kauçuk gerildiğinde ısı üretir, ancak geri çekildikten sonra sıcaklık düşer.Bu olguya “elastik termal soğutma” denir ve 19. yüzyılın başlarında keşfedilmiştir.Ancak iyi bir soğutma etkisi elde etmek için kauçuğun önceden kendi uzunluğunun 6-7 katına kadar gerilmesi ve ardından geri çekilmesi gerekir.Bu, soğutmanın büyük hacim gerektirdiği anlamına gelir.Üstelik “termal soğutmanın” mevcut Carnot verimliliği nispeten düşüktür, genellikle yalnızca %32 civarındadır.
Araştırmacılar, "burulma soğutma" teknolojisi sayesinde lifli kauçuk elastomeri iki kez (%100 gerinim) gerdiler, ardından her iki ucunu sabitlediler ve bir Süperhelis yapısı oluşturmak için bir uçtan büktüler.Daha sonra hızlı bir bükülme meydana geldi ve kauçuk elyafların sıcaklığı 15,5 santigrat derece azaldı.
Bu sonuç, 'elastik termal soğutma' teknolojisi kullanılarak elde edilen soğutma etkisinden daha yüksektir: 7 kat daha uzun süre gerilen kauçuk büzülür ve 12,2 santigrat dereceye kadar soğur.Ancak kauçuk bükülüp uzatılır ve ardından aynı anda serbest bırakılırsa 'burulmalı termal soğutma' 16,4 santigrat dereceye kadar soğuyabilir.Liu Zunfeng, aynı soğutma etkisi altında, 'burulmalı termal soğutmanın' kauçuk hacminin 'elastik termal soğutma' kauçuğunun yalnızca üçte ikisi olduğunu ve Carnot verimliliğinin hava prensibinden çok daha üstün olan %67'ye ulaşabileceğini söyledi. sıkıştırma soğutması.
Olta ve tekstil ipi de soğutulabilir
Araştırmacılar, "burulma ısılı soğutma" malzemesi olarak kauçuğun geliştirilmesi için hâlâ çok yer olduğunu ortaya koydu.Örneğin kauçuğun yumuşak bir dokusu vardır ve önemli bir soğutma elde etmek için çok sayıda bükülme gerekir.Isı transfer hızı yavaştır ve malzemenin tekrar tekrar kullanılması ve dayanıklılığı gibi konuların dikkate alınması gerekir.Bu nedenle, diğer "burulmalı soğutma" malzemelerinin araştırılması, araştırma ekibi için önemli bir atılım yönü haline geldi.
İlginç bir şekilde, 'burulma ısısıyla soğutma' şemasının aynı zamanda balıkçılık ve tekstil iplerine de uygulanabildiğini bulduk.Liu Zunfeng, daha önce insanların bu sıradan malzemelerin soğutma için kullanılabileceğinin farkında olmadığını söyledi.
Araştırmacılar ilk önce bu sert polimer liflerini bükerek sarmal bir yapı oluşturdular.Sarmalın gerilmesi sıcaklığı artırabilir, ancak sarmalın geri çekilmesinden sonra sıcaklık düşer.
Deney, "burulma ısısıyla soğutma" teknolojisi kullanılarak polietilen örgülü telin 5,1 santigrat derecelik bir sıcaklık düşüşü oluşturabildiğini, malzemenin neredeyse hiçbir sıcaklık değişimi gözlemlenmeden doğrudan gerildiğini ve serbest bırakıldığını buldu.Bu tip polietilen elyafın 'burulma ısısıyla soğuması' ilkesi, esneme büzülme işlemi sırasında sarmalın iç bükümünün azalması ve bunun da enerjide değişikliklere yol açmasıdır.Liu Zunfeng, bu nispeten sert malzemelerin kauçuk elyaflardan daha dayanıklı olduğunu ve çok kısa gerildiğinde bile soğuma hızının kauçuğun hızını aştığını söyledi.
Araştırmacılar ayrıca "burulma ısısıyla soğutma" teknolojisinin daha yüksek mukavemete ve daha hızlı ısı transferine sahip nikel titanyum şekil hafızalı alaşımlara uygulanmasının daha iyi soğutma performansı sağladığını ve daha büyük bir soğutma etkisi elde etmek için yalnızca daha düşük bir bükülmenin gerekli olduğunu buldu.
Örneğin, dört nikel titanyum alaşımlı telin birlikte bükülmesiyle, bükümün çözülmesinden sonraki maksimum sıcaklık düşüşü 20,8 santigrat dereceye ulaşabilir ve genel ortalama sıcaklık düşüşü de 18,2 santigrat dereceye ulaşabilir.Bu, 'termal soğutma' teknolojisi kullanılarak elde edilen 17,0 santigrat derecelik soğutmadan biraz daha yüksektir.Liu Zunfeng, bir soğutma döngüsü yalnızca yaklaşık 30 saniye sürüyor, dedi.
Gelecekte yeni teknoloji buzdolaplarında kullanılabilir
Araştırmacılar, "burulma ısısıyla soğutma" teknolojisini temel alarak akan suyu soğutabilen bir buzdolabı modeli oluşturdular.Soğutma malzemesi olarak üç nikel titanyum alaşımlı tel kullandılar ve 7,7 santigrat derecelik bir soğutma elde etmek için santimetre başına 0,87 devir döndürdüler.
Bu keşfin, 'bükülmüş ısıtmalı buzdolaplarının' ticarileştirilmesinden önce, hem fırsatlar hem de zorluklarla birlikte hala kat etmesi gereken uzun bir yol var, "dedi Ray Bowman.Liu Zunfeng, bu çalışmada keşfedilen yeni soğutma teknolojisinin, soğutma alanında yeni bir sektörü genişlettiğine inanıyor.Soğutma alanında enerji tüketimini azaltmanın yeni bir yolunu sağlayacaktır.
"Burulma ısısıyla soğutma"daki bir diğer özel olay, fiberin farklı kısımlarının farklı sıcaklıklar sergilemesidir; bu, fiberin fiber uzunluk yönü boyunca bükülmesiyle oluşturulan sarmalın periyodik dağılımından kaynaklanır.Araştırmacılar, "burulma soğutmalı" renk değiştiren fiber yapmak için nikel titanyum alaşımlı telin yüzeyini Termokromizm kaplamayla kapladılar.Bükme ve açma işlemi sırasında elyaf tersinir renk değişimlerine uğrar.Fiber bükümünün uzaktan optik ölçümü için yeni tip bir algılama elemanı olarak kullanılabilir.Örneğin çok basit bir sensör olan malzemenin, çıplak gözle renk değişimlerini gözlemleyerek, mesafede kaç devir yaptığını bilebiliyoruz.Liu Zunfeng, "burulma ısısıyla soğutma" ilkesine dayanarak bazı elyafların akıllı renk değiştiren kumaşlar için de kullanılabileceğini söyledi.
Gönderim zamanı: Temmuz-13-2023