Un método de refrixeración máis eficiente, de aforro de enerxía, verde e portátil é a dirección da exploración incesante humana.Recentemente, un artigo en liña da revista Science informou dunha nova estratexia de refrixeración flexible descuberta por un equipo de investigación conxunto de científicos chineses e estadounidenses: a "refrixeración por calor torsional".O equipo de investigación descubriu que cambiar a torsión no interior das fibras pode conseguir o arrefriamento.Debido á maior eficiencia de refrixeración, menor tamaño e aplicabilidade a varios materiais comúns, o "frigorífico de calor retorcido" feito con esta tecnoloxía tamén se fixo prometedor.
Este logro provén da investigación cooperativa do equipo do profesor Liu Zunfeng do Laboratorio Estatal de Bioloxía de Química Medicinal, da Escola de Farmacia e do Laboratorio Clave de Polímeros Funcionais do Ministerio de Educación da Universidade de Nankai, e do equipo de Ray H. Baugman. , profesor da Texas State University, Dallas Branch, e Yang Shixian, Docent da Nankai University.
Basta baixar a temperatura e xirar
Segundo os datos do International Refrigeration Research Institute, o consumo de electricidade dos aires acondicionados e frigoríficos no mundo representa actualmente preto do 20% do consumo global de electricidade.O principio amplamente utilizado da refrixeración por compresión de aire ten en xeral unha eficiencia de Carnot inferior ao 60%, e os gases liberados polos procesos de refrixeración tradicionais están a agravar o quecemento global.Coa crecente demanda de refrixeración por parte dos humanos, a exploración de novas teorías e solucións de refrixeración para mellorar aínda máis a eficiencia da refrixeración, reducir os custos e reducir o tamaño dos equipos de refrixeración converteuse nunha tarefa urxente.
O caucho natural xerará calor cando se estira, pero a temperatura diminuirá despois da retracción.Este fenómeno chámase “refrixeración térmica elástica”, que foi descuberto xa a principios do século XIX.Non obstante, para conseguir un bo efecto de arrefriamento, a goma debe estirarse previamente ata 6-7 veces a súa lonxitude e despois retraerse.Isto significa que a refrixeración require un gran volume.Ademais, a eficiencia actual de Carnot da "refrixeración térmica" é relativamente baixa, normalmente só un 32%.
A través da tecnoloxía de "refrixeración por torsión", os investigadores estiraron dúas veces o elastómero de caucho fibroso (tensión do 100%), despois fixaron os dous extremos e torceron desde un extremo para formar unha estrutura Superhelix.Posteriormente, produciuse unha rápida destorsión e a temperatura das fibras de goma diminuíu en 15,5 graos centígrados.
Este resultado é superior ao efecto de arrefriamento mediante a tecnoloxía de 'refrigeración térmica elástica': a goma que se estira 7 veces máis tempo contrae e arrefría ata 12,2 graos centígrados.Non obstante, se a goma se torce e se estende e, a continuación, se libera simultaneamente, a "refrixeración térmica torsional" pode arrefriarse ata 16,4 graos centígrados.Liu Zunfeng dixo que baixo o mesmo efecto de refrixeración, o volume de goma da "refrixeración térmica torsional" é só dous terzos do de caucho de "refrigeración térmica elástica" e a súa eficiencia Carnot pode alcanzar o 67%, moi superior ao principio do aire. refrigeración por compresión.
A liña de pesca e a liña téxtil tamén se poden arrefriar
Os investigadores introduciron que aínda hai moito marxe para mellorar o caucho como material de "refrixeración por calor torsional".Por exemplo, a goma ten unha textura suave e require moitos xiros para conseguir un arrefriamento significativo.A súa velocidade de transferencia de calor é lenta e hai que ter en conta cuestións como o uso repetido e a durabilidade do material.Polo tanto, a exploración doutros materiais de "refrixeración torsional" converteuse nunha importante dirección de avance para o equipo de investigación.
Curiosamente, descubrimos que o esquema de "refrixeración térmica torsional" tamén é aplicable ás liñas de pesca e téxtiles.Anteriormente, a xente non se decataba de que estes materiais comúns podían usarse para arrefriar", dixo Liu Zunfeng.
Os investigadores primeiro torceron estas fibras poliméricas ríxidas e formaron unha estrutura helicoidal.Estirar a hélice pode aumentar a temperatura, pero despois de retraer a hélice, a temperatura diminúe.
O experimento descubriu que usando a tecnoloxía de "refrixeración por calor torsional", o fío trenzado de polietileno pode xerar unha caída de temperatura de 5,1 graos centígrados, mentres que o material se estira e libera directamente sen case ningún cambio de temperatura observado.O principio de "arrefriamento por calor torsional" deste tipo de fibra de polietileno é que durante o proceso de contracción de estiramento, a torsión interna da hélice diminúe, o que provoca cambios de enerxía.Liu Zunfeng dixo que estes materiais relativamente duros son máis duradeiros que as fibras de caucho e que a velocidade de arrefriamento supera a do caucho mesmo cando se estiran moi curtos.
Os investigadores tamén descubriron que a aplicación da tecnoloxía de "refrixeración por calor por torsión" a aliaxes con memoria de forma de níquel-titanio con maior resistencia e transferencia de calor máis rápida dá como resultado un mellor rendemento de arrefriamento, e só se precisa un xiro menor para conseguir un maior efecto de arrefriamento.
Por exemplo, ao retorcer catro fíos de aliaxe de níquel-titanio xuntos, a caída máxima de temperatura despois de desenrolar pode alcanzar os 20,8 graos centígrados e a baixada de temperatura media global tamén pode alcanzar os 18,2 graos centígrados.Isto é lixeiramente superior ao arrefriamento de 17,0 graos Celsius logrado mediante a tecnoloxía de "refrixeración térmica".Un ciclo de refrixeración só leva uns 30 segundos", dixo Liu Zunfeng.
A nova tecnoloxía pode usarse nos frigoríficos no futuro
Baseándose na tecnoloxía de "refrixeración por calor por torsión", os investigadores crearon un modelo de frigorífico que pode arrefriar a auga que flúe.Usaron tres fíos de aliaxe de níquel-titanio como materiais de arrefriamento, xirando 0,87 revolucións por centímetro para lograr un arrefriamento de 7,7 graos centígrados.
Este descubrimento aínda ten un longo camiño por percorrer antes da comercialización dos 'frigoríficos de calor torcido', tanto con oportunidades como con retos”, dixo Ray Bowman.Liu Zunfeng cre que a nova tecnoloxía de refrixeración descuberta neste estudo ampliou un novo sector no campo da refrixeración.Proporcionará unha nova forma de reducir o consumo de enerxía no campo da refrixeración.
Outro fenómeno especial na "refrixeración por calor torsional" é que as diferentes partes da fibra presentan temperaturas diferentes, o que é causado pola distribución periódica da hélice xerada ao torcer a fibra ao longo da dirección da lonxitude da fibra.Os investigadores recubriron a superficie do fío de aliaxe de níquel-titanio cun revestimento de termocromismo para facer que a fibra cambie de cor de "refrixeración torsional".Durante o proceso de torsión e destorsión, a fibra sofre cambios de cor reversibles.Pódese usar como un novo tipo de elemento sensor para a medición óptica remota da torsión da fibra.Por exemplo, observando os cambios de cor a simple vista, pódese saber cantas revolucións fixo o material na distancia, que é un sensor moi sinxelo."Liu Zunfeng dixo que, baseándose no principio de" arrefriamento por calor torsional ", algunhas fibras tamén se poden usar para tecidos que cambian de cor intelixente.
Hora de publicación: 13-Xul-2023