高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱通過(guò)使用回?zé)崞鞔�替�?/h2>

　　低溫技術(shù)_物理_自然科學(xué)_專(zhuān)業(yè)資料。低溫技術(shù) 報(bào)告人：武娜 導(dǎo)師：田春玲 副教授 低溫技術(shù) 制冷技術(shù)是研究獲得低溫的方 式及其機(jī)理和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。 低溫：低于環(huán)境溫度（廣義）。 低溫技術(shù) 制 冷 技 術(shù) 普冷技術(shù) 制冷

　　低溫技術(shù) 報(bào)告人：武娜 導(dǎo)師：田春玲 副教授 低溫技術(shù) 制冷技術(shù)是研究獲得低溫的方 式及其機(jī)理和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。 低溫：低于環(huán)境溫度（廣義）。 低溫技術(shù) 制 冷 技 術(shù) 普冷技術(shù) 制冷技術(shù) （ 120K—環(huán)境溫度） 深冷技術(shù) 低溫技術(shù) （零度—120K） 低溫技術(shù) 一 低溫技術(shù)概論 二 低溫制冷機(jī) 三 低溫泵 低溫技術(shù)概論 低溫技術(shù)與真空技術(shù)的關(guān)系 低溫泵簡(jiǎn)介 獲得低溫的基本方法 低溫技術(shù)與真空技術(shù)的關(guān)系 低溫技術(shù)和真空技術(shù)之間存在著密不可分 的關(guān)系： 兩者之間的關(guān)系主要以氣體與固體 或液體表面之間的相互作用為基礎(chǔ)。 在極低溫下可以獲得真空；為了獲 得和保持低溫，必須應(yīng)用真空技術(shù)。 低溫技術(shù)與真空技術(shù)的關(guān)系 低溫凝聚 排氫 T ?? 0 2.5K .3K 低溫吸附 T ? 2.5K T ? 20K 排氦 排氖 T ? 0.3K T ? 4.2K T ? 6K 低溫泵簡(jiǎn)介 低溫泵的類(lèi)型： 工作壓力 用于連續(xù)流范圍的 用于分子流范圍的 儲(chǔ)槽式 冷卻方式 蒸發(fā)式 制冷式 低溫泵簡(jiǎn)介 低溫泵的優(yōu)良性能： 比抽速高 外形沒(méi)有限制 可提供完全清潔的真空，對(duì)真空系統(tǒng)沒(méi)有 污染 可獲得極低壓強(qiáng)的真空度 獲得低溫的基本方法 1 相變制冷 利用相變時(shí)的吸熱效應(yīng) 2 絕熱放氣制冷 氣體做對(duì)外做功，內(nèi)能減小 3 氣體等熵（絕熱）膨脹制冷 4 渦流制冷 獲得低溫的基本方法 5 溫差熱電制冷（電子制冷） 珀?duì)柼�效（PELTIER EFFECT ） 6 吸附制冷 7 絕熱退磁制冷 順磁鹽等溫磁化 8 氦稀釋制冷 絕熱退磁 溫度下降 相變制冷 液體蒸發(fā)制冷原理圖 相變制冷 液體蒸發(fā)制冷循環(huán)的四個(gè)基本過(guò)程： 制冷劑液體在低壓下氣化產(chǎn)生低壓蒸氣 將低壓蒸氣抽出并提高壓力變?yōu)楦邏簹?將高壓氣冷凝為高壓液體 高壓液體降壓回到低壓狀態(tài) 絕熱放氣制冷 容器中一定量的汽化氣體通過(guò)控制閥向 環(huán)境絕熱放氣（或用真空抽氣）時(shí)，高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱則殘留 在容器中的氣體將要向放出的氣體作推動(dòng)功 ，消耗它本身的一部分熱力學(xué)能（內(nèi)能）， 因而溫度降低。 氣體等熵膨脹制冷 氣體在一定的溫度與壓力下，通過(guò) 節(jié)流閥或膨脹機(jī)等熵膨脹時(shí)，它的溫度 會(huì)降低甚至還會(huì)液化。該種制冷方法在 氣體的液化與分離，及氣體制冷機(jī)中應(yīng) 用廣。 渦流制冷 利用人工方法產(chǎn)生的渦流使氣流分離 成冷、熱兩部分，利用分離出的冷氣 流制冷。 溫差熱電制冷 1834年，法國(guó)物理學(xué)家 帕爾帖在銅絲的兩頭各接 一根鉍絲，再將兩根鉍絲 分別接到直流電源的正負(fù) 極上，通電后，他驚奇的 發(fā)現(xiàn)一個(gè)接頭變熱，另一 個(gè)接頭變冷；這個(gè)現(xiàn)象后 來(lái)就被稱(chēng)為“帕爾帖效 應(yīng)”。 溫差熱電制冷 “帕爾帖效應(yīng)”的原理為： 電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流，由 于電荷載體在不同的材料中處于不同的能 級(jí)，當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì) 釋放出多余的熱量。反之，就需要從外界 吸收熱量。 溫差熱電制冷 半導(dǎo)體制冷片原理圖 吸附制冷 吸附制冷系統(tǒng)是以熱能為動(dòng)力 的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。 原理：一定的固體吸附劑對(duì)某種制 冷劑氣體具有吸附作用。 吸附制冷 絕熱退磁制冷 早在1907年郎杰斐（gevin）就 注意到：順磁體絕熱去磁過(guò)程中，其溫度 會(huì)降低。 磁熱效應(yīng)：磁性離子系統(tǒng)在磁場(chǎng)施 加與除去過(guò)程中所出現(xiàn)的熱現(xiàn)象。 絕熱退磁制冷 機(jī)理：固體磁性物質(zhì)（磁性離子構(gòu)成 的系統(tǒng)）在受磁場(chǎng)作用磁化時(shí)，系統(tǒng) 的磁有序度加強(qiáng)（磁熵減小），對(duì)外 放出熱量；再將其去磁，則磁有序度 下降（磁熵增大），又要從外界吸收 熱量。 絕熱退磁制冷 實(shí)現(xiàn)絕熱去磁過(guò)程的裝置 絕熱退磁制冷 1927年德貝（Debye）和杰克（Giauque）預(yù)言了 可以利用磁熱效應(yīng)制冷。1933年杰克實(shí)現(xiàn)了絕熱 去磁制冷。從此，在極低溫領(lǐng)域（mK級(jí)至16K范 圍）磁制冷發(fā)揮了很大作用�，F(xiàn)在低溫磁制冷技 術(shù)比較成熟。美國(guó)、日本、法國(guó)均研制出多種低 溫磁制冷冰箱，為各種科學(xué)研究創(chuàng)造極低溫條件。 例如用于衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器的參數(shù)檢測(cè)和 數(shù)處理系統(tǒng)中，磁制冷還用在氦液化制冷機(jī)上。 而高溫區(qū)磁制冷尚處于研究階段。但由于磁制冷 不要壓縮機(jī)、噪聲小，小型、量輕等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一 步擴(kuò)大其高溫制冷應(yīng)用很有誘惑力，目前十分重 視高溫磁制冷的開(kāi)發(fā)。 氦稀釋制冷 He3，He4的混合液溫度在0.87k以下 時(shí)，則分離成兩相，上相是He3的濃相， 下相是He4濃相。若提取He4溶液中的He3 原子，則He3原子就會(huì)由上相溶解到下相 ，產(chǎn)生吸熱反應(yīng)，從而降低溫度。高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱 He3在稀釋相中的焓和熵比在濃縮相 中要大得多 氦稀釋制冷 低溫制冷機(jī) 斯特林制冷機(jī) 低 溫 制 冷 機(jī) 吉福特-麥克馬洪（G-M）制冷機(jī) 維勒米爾制冷機(jī) 索爾文制冷機(jī) 脈管制冷機(jī) 斯特林制冷機(jī) 斯 特 林 制 冷 機(jī) 由于斯特林制冷機(jī)的高效性和可靠 性，它被廣泛的應(yīng)用于航天航空，導(dǎo)彈 制導(dǎo)，遙感遙測(cè)等諸多低溫領(lǐng)域。 現(xiàn)在斯特林制冷機(jī)是小型低溫制冷 機(jī)中應(yīng)用廣，機(jī)型多，技術(shù)成熟 的一種。 斯特林制冷機(jī) 斯特林制冷機(jī)：冷量換熱器C，回?zé)崞鱎， 冷卻器A，兩個(gè)汽缸，兩個(gè)活塞 斯特林制冷機(jī) 斯 特 林 循 環(huán) 等溫壓縮（1-2） 等容放熱（2-3） 等溫膨脹（3-4） 等容吸熱（4-1） 斯特林制制冷機(jī) (a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)活塞運(yùn)動(dòng)示意 圖1 斯特林制冷循環(huán)的工作過(guò)程 (c)壓容圖與溫熵圖 斯特林制冷機(jī) 1-2放熱過(guò)程，理論放熱量等于壓縮功 3-4制冷過(guò)程，理論制冷量等于膨脹功 斯特林制冷機(jī) 循環(huán)消耗功 循環(huán)的理論性能系數(shù) 斯特林制冷機(jī) 圖2 活塞簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)情況下斯特林制冷循環(huán)原理圖 （a）曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的雙活塞結(jié)構(gòu)，Vco超前于Va （b）活塞做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的容積變化規(guī)律 斯特林制冷機(jī) （a）冷腔 （b）室溫腔 （c）總工作容積 圖3 斯特林制冷機(jī)的P－v圖 斯特林制冷機(jī) 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊 工作溫度范圍寬 起動(dòng)快 效率高 操作簡(jiǎn)便 斯特林制冷機(jī) 斯特林制冷機(jī)的成功，絕大部分是 依靠系統(tǒng)中所使用的回?zé)崞鞯男�能。�?回?zé)崞餍�率低�?00％，這就意味著， 氣體制冷機(jī)在冷源的制冷量將有一部分 消耗在將制冷機(jī)氣體冷卻到冷源溫度的 過(guò)程中。 G-M 制 冷 機(jī) G-M 制 冷 機(jī) 特點(diǎn)：振動(dòng)小，工作可靠，可長(zhǎng)時(shí) 間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 基本原理：絕熱放氣膨脹法 G-M 制 冷 機(jī) 低壓儲(chǔ)氣罐a 高壓儲(chǔ)氣罐b 冷卻器c 往復(fù)式壓縮機(jī)d 壓縮機(jī)組1 進(jìn)氣閥2 排氣閥3 回?zé)崞? 換熱器5 G-M 制 冷 機(jī) 膨脹機(jī)6 G-M 制 冷 機(jī) 單級(jí)G-M制冷機(jī)系統(tǒng)示意圖 G-M 制 冷 機(jī) 等容充氣過(guò)程（1-2） 等壓充氣過(guò)程（2-3） 等容放氣過(guò)程（3-4） 等壓放氣過(guò)程（4-1） G-M 制 冷 循 環(huán) G-M 制 冷 機(jī) （a）系統(tǒng)圖 （b）P-V圖 （c）四個(gè)工作階段 G-M 制 冷 機(jī) G-M制冷機(jī)中 單位質(zhì)量氣體 的T-s圖 G-M 制 冷 機(jī) 系統(tǒng)所需凈功： ? W / m ? [T1 (s1 ? s2 ) ? (h1 ? h2 )]/?co m — 壓縮氣體總質(zhì)量 ?co — 壓縮機(jī)的總效率 G-M 制 冷 機(jī) 從低溫?zé)嵩磶ё叩臒崃浚?Qa / m ? (me / m)(hs ? h4 ) Me — 膨脹過(guò)程3-4終了時(shí)膨脹腔 中氣體總質(zhì)量 ? ? ?ad (me / m)(hs ? h4 ) ? ad — 膨脹機(jī)的等熵膨脹效率 G-M 制 冷 機(jī) 在G-M制冷機(jī)中，回?zé)崞魇顷P(guān)鍵部件。一臺(tái)較 好的制冷機(jī)，其回?zé)崞餍�率需高達(dá)98%以上。 回 熱 器 示 意 圖 G-M 制 冷 機(jī) G-M制冷機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 閥門(mén)和位移活塞密封可以在室溫下實(shí) 現(xiàn)，因此不存在低溫密封問(wèn)題。 通過(guò)使用回?zé)崞鞔�替通常的換熱器， 可得到很高的換熱效率，系統(tǒng)可使用稍不 純的氣體為工質(zhì)。 G-M 制 冷 機(jī) 由于氣體在回?zé)崞髦衼?lái)回流動(dòng)，回 熱器中的雜質(zhì)可在吸入過(guò)程中積存下來(lái) ，在排氣過(guò)程中清除出去。 相同表面積下，回?zé)崞鞯脑靸r(jià)比換 熱器低。 低溫泵 低溫泵：利用低溫（低于100k）表面冷凝 氣體的真空泵。 低溫泵是獲得清潔真空時(shí)的極限壓力 低、抽氣速率的真空泵，廣泛應(yīng)用于半 導(dǎo)體和集成電路的研究和生產(chǎn)，以及分子束 研究、真空鍍膜設(shè)、真空表面分析儀器、 離子注入機(jī)和空間模擬裝置等方面。 低溫泵 低 溫 泵 低溫泵的抽氣原理與分類(lèi) 低溫泵的結(jié)構(gòu) 低溫泵的抽氣原理與分類(lèi) 抽氣原理： 在低溫泵內(nèi)設(shè)有由液氦或制冷機(jī)冷卻到極 低溫的冷板。它使氣體凝結(jié)，并保持凝結(jié) 的蒸汽壓力低于泵的極限壓力，從而達(dá)到 抽氣作用。 分類(lèi)： 低溫冷凝、低溫吸附、低溫捕集 低溫泵的抽氣原理與分類(lèi) 低溫原理示意圖 低溫泵的抽氣原理與分類(lèi) 非金屬吸附劑泵 低 溫 吸 附 泵 分子篩、活性炭、硅膠等 金屬吸附劑泵 鈦、鉭、鋁等金屬或其合金 氣體霜吸附劑泵 二氧化碳、水蒸汽等易冷凝氣體 低 溫 泵 的 結(jié) 構(gòu) 三部分： 低溫介質(zhì)冷卻的 抽氣表面、各種 形狀和溫度的輻 射屏、泵體 低溫冷凝泵 低 溫 泵 的 結(jié) 構(gòu) 結(jié)構(gòu)： 低溫泵體、抽 氣低溫板、輻 射屏蔽板、制 冷機(jī)和壓縮機(jī) 閉循環(huán)小型制冷機(jī)低溫泵 科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域 應(yīng)用實(shí)例 能源 低溫輸電，超導(dǎo)電纜輸電，磁流體發(fā)電，超導(dǎo)貯能，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)，受控?zé)岷朔?應(yīng)，液化天然氣及液氫燃料生產(chǎn)、貯運(yùn)等 超導(dǎo)磁選礦，低溫破碎，低溫粉碎，資源勘探等 資源開(kāi)發(fā) 空間技術(shù) 真空技術(shù) 計(jì)量檢測(cè)技術(shù) 火箭推進(jìn)技術(shù)，輻射磁屏蔽，氫-氧燃料電池，宇航員及生命呼吸氣，空間環(huán)境模擬等 超高真空，冷黑空間模擬，薄膜技術(shù)(真空鍍膜)等 超高靈敏度的檢測(cè)器，紅外探測(cè)器，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)測(cè)器(電流、磁場(chǎng)、電壓等)，激光器等 冶金 機(jī)械 化工 交通運(yùn)輸 食品 醫(yī)療衛(wèi)生 環(huán)境保護(hù) 原子能利用 基礎(chǔ)理論研究 純氧煉鋼，金屬冷處理，有色金屬冶金保護(hù)氣等 超導(dǎo)磁體，高速氣體軸承，超導(dǎo)直線加速器等 高能燃料(液氫，液氧)，重氫提取，稀有氣體提取，氦資源保護(hù)與利用，各種氣體分離 等 超高速列車(chē)的超導(dǎo)磁懸浮裝置，低溫液化氣體的貯運(yùn)等 水產(chǎn)品，畜產(chǎn)品，蔬菜，水果等快速冷凍貯存等 低溫，低溫貯存，心磁儀，腦磁儀，π介子照射，超導(dǎo)核磁成像儀，低溫生物醫(yī)學(xué) 研究等 污水、重金屬污染的磁分離，低溫脫硫，廢舊物資的低溫粉碎再利用，低溫凍結(jié)干燥等 He3的提取，反應(yīng)堆材料低溫輻射試驗(yàn)，低溫吸附與液化精餾法回收反應(yīng)堆裂變氣，重 氫的低溫精餾提取等 高能物理加速器，氫氣泡室，超導(dǎo)與超流理論，等離子體物理，凝聚態(tài)物理，超低溫的 獲得，高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱自由基化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等 小 一 低溫技術(shù)的概論 結(jié) 低溫技術(shù)和真空技術(shù)的關(guān)系 低溫泵簡(jiǎn)介 獲得低溫的基本法方法 二 低溫制冷機(jī) 斯特林制冷機(jī) 吉福特-麥克馬洪制冷機(jī) 三 低溫泵 謝謝！
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