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人造雪是怎么做的?人造雪是什么原理?人造雪有兩種方法:第一種是制冰裝置生產(chǎn)出片冰,然后以片冰為原料造雪。其工作流程是,先通過制冰裝置將水制成片冰,再通過碎冰裝置把已經(jīng)造好的片冰粉碎成粉末,最后,通過把粉末狀的冰晶通過空氣輸送系統(tǒng)送出。該方式造雪系統(tǒng)復雜,造出“雪”的品質與自然雪相差甚遠。
人造雪是怎么做的?人造雪是什么原理?另一種是采用傳統(tǒng)的高壓水與空氣混合造雪。其工作流程是,來自高壓水泵的高壓水與來自空氣壓縮機的高壓空氣在雙進口噴嘴處混合。利用自然蒸發(fā)和空氣出噴嘴后的體積膨脹帶走熱量而使霧滴凝結成冰晶。但存在的問題是霧滴越小,其蒸發(fā)量越大,水的損失越多,造雪效率越低。此外,只能在冰點以下工作,對外界環(huán)境溫度的依賴性很強,造雪效率低。
人工制冷是指用人為的方法不斷地從被冷卻系統(tǒng)(物體或空間)排熱至環(huán)境介質中去,從而使被冷卻系統(tǒng)達到比環(huán)境介質更低的溫度,并在必要長的時間內維持所必要的低溫的一門工程技術。
人工制冷溫度范圍分為四種:
1. 普通制冷:大于K
K
.3K
K以下
人工制冷也叫機械制冷,是借助于一種專門的技術裝置,通常是由壓縮機、熱交換設備和節(jié)流機構等組成,消耗一定的外界能量,迫使熱量從溫度較低的被冷卻物體,傳遞給溫度較高的環(huán)境介質,得到人們所需要的各種低溫。這種技術裝置稱為制冷裝置。
人工制冷的基本方法
人們通??梢酝ㄟ^兩種途徑來獲得低溫,一種是利用自然界的天然冷源;另一種是利用人工制冷的方法。
人工制冷的方法種類很多,目前在普冷溫度范圍內主要利用以下幾種方法獲得低溫:
1、利用有吸熱效應的物質在相變過程中獲得低溫;
2、利用氣體的節(jié)流效應和等熵膨脹獲得低溫;
3、渦流冷卻效應;
4、半導體的溫差制冷。
下面分別介紹這幾種制冷方法。
物質在相變過程中,必然伴隨著一定數(shù)量的能量交換。液體的汽化、固體的融化和升華都是吸熱的相變過程。相變制冷就是利用某些物質相變時的吸熱效應。
固體物質在一定的溫度下轉變成液體稱為融化,一千克這種物質在定溫下融化所吸收的熱量稱為融化潛熱。例如,。
地壓力低于三相點壓力時,物質被加熱可直接由固態(tài)轉變成氣態(tài),這種現(xiàn)象稱之為升華。干冰制冷就是這種現(xiàn)象的利用?!?,。如果將氣體二氧化碳從升華溫度加熱到0℃的吸熱效應考慮在內,。
現(xiàn)代制冷技術中主要是利用制冷工質液體在低壓下的汽化過程來制取冷量。例如,在大氣壓下,1kg液氨汽化時要吸收kj的熱量,。液體的沸點及汽化潛熱和壓力有關。當壓力提高時,液體的沸點升高,而汽化潛熱減小;當達到臨界狀態(tài)時,汽相和液相界限消失,汽化潛熱等于零。
每千克液體汽化時的吸熱量,即單位制冷量q0,不僅與液體的汽化潛熱r有關,還與汽化前的含汽量x有關。壓力較高的飽和液體經(jīng)過節(jié)流減壓后進入兩相區(qū),并含有一定的蒸汽量。若用x表示開始汽化時的干度,則單位制冷量可以表示為
q0=r(1x) kj/kg
從分析上式可知,制冷劑的汽化潛熱越大或節(jié)流后產(chǎn)生的蒸汽越少,則單位制冷量越大。制冷劑的汽化潛熱不僅與制冷劑的種類有關,而且與節(jié)流后前后的壓力范圍有關,壓力范圍越大,則節(jié)流后產(chǎn)生的蒸汽量越多,也就是x的數(shù)值越大。這些內在的規(guī)律是我們選擇制冷劑和制冷循環(huán)時所必須注意的問題。
利用液體汽化時吸收熱量而實現(xiàn)制冷的,稱為蒸汽制冷,它可分為蒸汽壓縮式、蒸汽吸收式和蒸汽噴射式三類。
二 利用氣體的節(jié)流效應和等熵膨脹獲得低溫
氣體制冷機是利用高壓氣體的絕熱節(jié)流和等熵膨脹獲得低溫,并利用膨脹后的氣體在低壓下的復熱過程來制冷。絕熱節(jié)流過程是在節(jié)流閥(或稱為膨脹閥)中實現(xiàn)的,節(jié)流好氣體的焓值不變,沒有外功輸出。等熵膨脹要在膨脹機(活塞式或透平式)內實現(xiàn),并有外功輸出,一般的氣體制冷機均采用這種膨脹方式。
在一般意義上,制冷意味著降低某對象的溫度,使之低于環(huán)境溫度的過程。工程技術上的人工制冷實質上是利用一定的裝置(制冷裝置),消耗一定的能源,強制地使某一對象的溫度低于周邊環(huán)境介質的溫度,并維持這個低溫過程。
制冷的具體實現(xiàn)有許多方法,工程上常用的有壓縮式制冷、吸收式制冷、半導體制冷等制冷方法。其中,壓縮式制冷是目前應用最廣泛的一種制冷方式。該制冷方式采用的裝置通常由壓縮機、熱交換設備和節(jié)流機構等組成,這種技術裝置稱為制冷裝置。
人工制冷的含義
人工制冷也叫“機械制冷”,也稱為“人工致冷”,是借助于一種專門的技術裝置,通常是由壓縮機、熱交換設備和節(jié)流機構等組成,消耗一定的外界能量,迫使熱量從溫度較低的被冷卻物體,傳遞給溫度較高的環(huán)境介質,得到人們所需要的各種低溫。是指用人為的方法不斷地從被冷卻系統(tǒng)排熱至環(huán)境介質中去,從而使被冷卻系統(tǒng)達到比環(huán)境介質更低的溫度,并在必要長的時間內維持所需的低溫的一門工程技術。
人工制冷的基本方法
人工制冷的方法很多,大致可分為物理方法和化學方法兩類,而絕大多數(shù)的人工制冷方法屬于物理方法。在普通制冷技術領域內,應用最廣泛的物理方法有相變制冷、氣體膨脹制冷;其次是熱電制冷、固體吸附制冷以及研究中的渦流制冷等。
相變制冷
相變制冷是利用某些物質在發(fā)生相變時的熱換效應進行制冷的方法。因為物質在發(fā)生相變的過程中,當物質分子重新排列和分子運動速度改變時,需要吸收或放出熱量,即相變潛熱。在現(xiàn)代制冷技術中,主要是利用制冷劑液體在低壓下的汽化過程來制取冷量,如蒸氣壓縮機制冷、吸收式制冷及蒸氣噴射式制冷等。相變制冷中,制冷劑的汽化潛熱大小與制冷劑的性質有關,并影響其制冷能力:1)制冷劑的相對分子質量越小,其汽化潛熱量越大;2)任何一種制冷劑的汽化潛熱隨汽化壓力的提高而減少,當達到臨界狀態(tài)時,其汽化潛熱為零。所以,制冷劑的臨界溫度與凝固溫度是液體汽化相變制冷循環(huán)的極限工作溫度范圍。固體如干冰、水冰、溶液冰等的熔化和升華也能使物體或空間冷卻。單純利用干冰、水冰、溶液冰,一般能滿足短時間的降溫要,這只是一個簡單的冷卻過程,而不能稱為制冷。因為制冷過程是一個通過制冷循環(huán)使熱量不斷地從低溫熱源傳到高溫熱源的連續(xù)過程,這一過程必須依靠制冷機來實現(xiàn)。
氣體膨脹制冷
氣體膨脹制冷是基于壓縮氣體的絕熱節(jié)流效應滬哦壓縮氣體的絕熱膨脹效應,從而獲得低氣流來制取冷量的制冷技術,常用的有空氣壓縮式制冷循環(huán)等。氣體膨脹制冷根據(jù)使用的設備不同表現(xiàn)出氣體膨脹時的不同特性。通過節(jié)流裝置來實現(xiàn)的稱為氣體絕熱節(jié)流效應,在制冷中利用的是絕熱節(jié)流的冷效應。通過膨脹機實現(xiàn)的稱為氣體等膨脹效應,氣體等膨脹效應總是冷效應。事實證明:但絕熱節(jié)流不采用結構復雜的膨脹機,指采用結構簡單、便于調節(jié)的節(jié)流裝置,因而絕熱節(jié)流也有其明顯的優(yōu)越性。在實際工程中,氣體的絕熱節(jié)流效應和等膨脹效應都應用于制冷技術中,具體選擇視工程的實際情況而定。
熱電制冷
熱電制冷,亦稱溫差電效應制冷。它是利用珀爾帖效應來達到制冷目的的一種制冷技術。珀爾帖效應是由兩種不同金屬組成的閉合環(huán)路,當直流電流通過這個環(huán)路時,在環(huán)路的一個接點出現(xiàn)吸熱、另一個接點出現(xiàn)放熱的效應。由于半導體材料內部結構的特點,決定了它產(chǎn)生的溫差電現(xiàn)象要比金屬顯著得多,所以當前熱電制冷多采用某些特種半導體材料作為其熱電堆,亦稱為半導體制冷。半導體制冷器具有體積小、無噪音、無磨損、運行可靠、冷卻速度快、易控制等優(yōu)點,但半導體制冷的工作效率較低,使其應用受到一定限制。
固體吸附式制冷
某些固體物質在一定的溫度及壓力下能吸附某種工作的氣體或水蒸氣,而在另一溫度及壓力下又能將它釋放出來。這種吸附與解析的過程將導致工質的壓力變化,從而起到了“壓縮機”的作用。固體吸附式制冷就是利用了這一工作原理。固體吸附式制冷可利用太陽能工作熱源。利用太陽能的固體吸附式制冷亦稱為太陽能固體吸附式制冷。
氣體渦流制冷
氣體渦流制冷是利用作為工質的壓縮氣體經(jīng)過渦流管產(chǎn)生的渦流,分離出冷、熱兩種氣流,其中的冷氣流用來獲得冷量的制冷方法,即蘭克赫爾胥效應。渦流管由噴嘴、渦流室、分離孔板及冷、熱兩端的管子等組成。渦流管制冷具有結構簡單,維護調節(jié)方便和能達到較低溫度的優(yōu)點,但其效率低、經(jīng)濟性差,現(xiàn)在還應用不普遍。熱泵循環(huán)是另一種逆向循環(huán)的應用,熱泵循環(huán)以環(huán)境介質為低溫熱源,并從中獲取熱量將其轉移給高于環(huán)境溫度的加熱系統(tǒng)的逆向循環(huán)。熱泵循環(huán)與制冷循環(huán)的形式、原理相同,甚至使用的設備和工質也相近,但循環(huán)工作區(qū)間的溫度與獲得能量的目的不同。另外用同一臺制冷機同時實現(xiàn)制冷循環(huán)和供熱循環(huán)的,稱為熱化循環(huán)或聯(lián)合機循環(huán),這是一種有效利用能源的方法。從熱力學的角度來看,他們三者都屬于逆向循環(huán)的范疇。
對,但不是自動冷凍標志,是智能控溫標志。在此模式下冷藏室、變溫室及冷凍室的溫度,都是由電腦根據(jù)環(huán)境及箱內溫度自動調整的!
目前常見的造雪形式大該有兩種:
第一種是制冰裝置生產(chǎn)出片冰,然后以片冰為原料造雪。其工作流程是,先通過制冰裝置將水制成片冰,再通過碎冰裝置把已經(jīng)造好的片冰粉碎成粉末,最后,通過把粉末狀的冰晶通過空氣輸送系統(tǒng)送出。該方式造雪系統(tǒng)復雜,造出“雪”的品質與自然雪相差甚遠。
另一種是采用傳統(tǒng)的高壓水與空氣混合造雪。其工作流程是,來自高壓水泵的高壓水與來自空氣壓縮機的高壓空氣在雙進口噴嘴處混合。利用自然蒸發(fā)和空氣出噴嘴后的體積膨脹帶走熱量而使霧滴凝結成冰晶。但存在的問題是霧滴越小,其蒸發(fā)量越大,水的損失越多,造雪效率越低。此外,只能在冰點以下工作,對外界環(huán)境溫度的依賴性很強,造雪效率低。
自從韋恩·皮爾斯利用一個油漆噴霧壓縮機,噴嘴和一些用來給花木澆水的軟管造出一臺造雪機以來,造雪機的基本原理并沒有任何變化。將水注入一個專用噴嘴或噴槍,在那里接觸到高壓空氣,高壓空氣將水流分割成小的粒子并噴入寒冷的外部空氣中,在落到地面以前這些小水滴凝結成冰晶,也就是我們看到的雪花。
原理聽起來很簡單,但是實行起來卻要困難和昂貴得多。在北京及東北地區(qū)獨特的氣候條件,結果是氣候條件在幾千米的范圍內會有顯著的變化。
為了幫助水凝結(記住,自然雪的形成開始于在幾千米高度從冷空氣中落下),利用個塔形噴槍,與傳統(tǒng)的滑板噴槍相比,它們能使小水滴在空氣中落得更遠。水能被送至五百二十個消防栓連接的噴槍中。
盡管溫度計顯示的可能是6°C(“干球”溫度),空氣濕度依然影響著水滴凝結的速度。與風速,風向,氣壓等氣象因素以及用于造雪的水的溫度一起,濕球溫度對于造雪有非常大的影響。所有這些因素都處于不斷變化的狀態(tài),為保證大造雪量需要對它們進行持續(xù)的監(jiān)測。
除去空氣濕度,北京大部分區(qū)域還不時受到各種各樣天氣條件的影響,因此需要一個造雪隊不斷尋找可供選擇的造雪地點,以轉移天氣條件的影響??吹綆装偃f的系統(tǒng)由于氣溫的上下浮動而不得不閑置的確令人沮喪。由于一種新的閥門技術的發(fā)展,這種狀況得到了改變。專用閥門很容易控制。只要點擊鼠標,山上的造雪塔就能自動開關。能夠利用很小的造雪氣象監(jiān)測傳遞來的信進行操作。