《低溫技術(shù)及其應(yīng)用》課件

《低溫技術(shù)及其應(yīng)用》本課件將介紹低溫技術(shù)的基本概念、歷史發(fā)展、主要應(yīng)用領(lǐng)域以及未來發(fā)展趨勢。什么是低溫技術(shù)定義低溫技術(shù)是指在低于-150℃的溫度下進行的科學(xué)研究、技術(shù)應(yīng)用和生產(chǎn)活動。特點低溫環(huán)境下，物質(zhì)的物理性質(zhì)發(fā)生顯著變化，例如超導(dǎo)現(xiàn)象、量子效應(yīng)等。低溫技術(shù)的特點1低溫環(huán)境低溫技術(shù)需要在極低溫度下進行，對設(shè)備和材料的要求較高。2物質(zhì)性質(zhì)變化低溫環(huán)境會改變物質(zhì)的物理性質(zhì)，例如密度、粘度、熱傳導(dǎo)率等。3應(yīng)用廣泛低溫技術(shù)在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如航空航天、醫(yī)學(xué)、能源等。低溫技術(shù)的歷史發(fā)展118世紀(jì)低溫技術(shù)的萌芽階段，人們開始研究低溫現(xiàn)象和制冷方法。219世紀(jì)低溫制冷技術(shù)的突破，例如卡諾循環(huán)的提出和液化氣體的發(fā)現(xiàn)。320世紀(jì)低溫技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，例如液氦制冷技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)等。421世紀(jì)低溫技術(shù)向更低溫、更高效、更智能的方向發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。低溫技術(shù)的重要性推動科學(xué)研究低溫技術(shù)為物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了重要的實驗手段。促進技術(shù)發(fā)展低溫技術(shù)在航空航天、醫(yī)學(xué)、能源、電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，推動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。改善人類生活低溫技術(shù)在食品冷凍、醫(yī)療保健、能源利用等方面改善了人們的生活質(zhì)量。低溫技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域航空航天液氫、液氧等低溫燃料的應(yīng)用，以及低溫材料在火箭、衛(wèi)星等領(lǐng)域的應(yīng)用。醫(yī)學(xué)低溫手術(shù)、冷凍治療、器官冷藏等醫(yī)療技術(shù)，以及低溫材料在醫(yī)療器械中的應(yīng)用。能源天然氣液化、低溫儲能、超導(dǎo)輸電等能源技術(shù)，以及低溫材料在能源設(shè)備中的應(yīng)用。電子超導(dǎo)電子器件、低溫傳感器等電子技術(shù)的應(yīng)用，以及低溫材料在電子設(shè)備中的應(yīng)用。氣體液化技術(shù)1氣體液化將氣體冷卻至其沸點以下，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。2降低溫度通過壓縮、膨脹、蒸發(fā)等方法降低氣體的溫度。3達到沸點當(dāng)氣體溫度降至其沸點以下時，就會發(fā)生液化。超導(dǎo)技術(shù)1超導(dǎo)現(xiàn)象某些材料在低溫下電阻為零的現(xiàn)象。2超導(dǎo)材料具有超導(dǎo)現(xiàn)象的材料，例如金屬、合金、陶瓷等。3超導(dǎo)應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)在電力、電子、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。低溫材料技術(shù)1耐低溫能夠承受低溫環(huán)境，且性能穩(wěn)定。2高強度在低溫下仍能保持較高的強度和韌性。3低熱傳導(dǎo)率能夠有效地阻隔熱量的傳遞，保證低溫環(huán)境的穩(wěn)定性。低溫測量技術(shù)低溫溫度計用于測量低溫環(huán)境下的溫度。低溫壓力計用于測量低溫環(huán)境下的壓力。低溫流量計用于測量低溫環(huán)境下的流量。低溫制冷技術(shù)氣體液化過程壓縮將氣體壓縮至高壓，提高其溫度。冷卻將壓縮后的氣體冷卻至低于其沸點。膨脹將冷卻后的氣體通過節(jié)流閥膨脹，降低其溫度。液化當(dāng)氣體溫度降至其沸點以下時，就會發(fā)生液化。氣體相圖和三相點相圖表示物質(zhì)在不同溫度和壓力下的狀態(tài)。三相點氣體、液體和固體三態(tài)共存的點。常見氣體的液化溫度氣體沸點(℃)氮氣-195.8氧氣-183.0氫氣-252.9氦氣-268.9氣體液化的主要工藝低溫制冷法利用低溫制冷機將氣體冷卻至液化溫度。節(jié)流膨脹法利用氣體通過節(jié)流閥膨脹降溫液化。渦輪膨脹法利用渦輪膨脹降溫液化氣體。氣體液化設(shè)備介紹低溫泵用于輸送低溫液體。低溫閥用于控制低溫流體的流動。低溫換熱器用于進行低溫?zé)峤粨Q。超導(dǎo)現(xiàn)象及其原理超導(dǎo)現(xiàn)象某些材料在低溫下電阻為零的現(xiàn)象。超導(dǎo)原理超導(dǎo)材料中的電子形成庫珀對，在低溫下克服庫侖斥力，形成無阻力電流。超導(dǎo)材料及其制備金屬材料例如鉛、汞、鈮等。合金材料例如鈮鈦合金、鈮三錫合金等。陶瓷材料例如氧化銅基高溫超導(dǎo)材料。超導(dǎo)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用超導(dǎo)輸電超導(dǎo)電纜能夠?qū)崿F(xiàn)無損耗輸電，提高電力傳輸效率。超導(dǎo)儲能超導(dǎo)磁體能夠儲存大量的能量，為電力系統(tǒng)提供備用電源。超導(dǎo)電機超導(dǎo)電機具有效率高、體積小等優(yōu)點。超導(dǎo)在電子設(shè)備中的應(yīng)用1超導(dǎo)電子器件超導(dǎo)電子器件具有高速、低功耗等特點。2超導(dǎo)傳感器超導(dǎo)傳感器具有靈敏度高、精度高等特點。3超導(dǎo)量子計算超導(dǎo)量子計算機利用超導(dǎo)材料實現(xiàn)量子計算。低溫材料的性能特點1耐低溫能夠承受低溫環(huán)境，且性能穩(wěn)定。2高強度在低溫下仍能保持較高的強度和韌性。3低熱傳導(dǎo)率能夠有效地阻隔熱量的傳遞，保證低溫環(huán)境的穩(wěn)定性。4耐腐蝕能夠抵抗低溫環(huán)境下的腐蝕，延長使用壽命。低溫材料的種類及應(yīng)用不銹鋼用于制造低溫儲罐、管道等。鋁合金用于制造低溫容器、電子設(shè)備等。銅用于制造低溫導(dǎo)線、電子器件等。低溫測量技術(shù)的意義科學(xué)研究為低溫物理、化學(xué)等研究提供準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)。工程應(yīng)用確保低溫設(shè)備安全可靠運行，提高工作效率。低溫測量的常見方法電阻溫度計利用材料電阻隨溫度變化的特性進行測量。熱電偶溫度計利用兩種不同金屬導(dǎo)體接觸時產(chǎn)生溫差電動勢進行測量。半導(dǎo)體溫度計利用半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化的特性進行測量。低溫制冷技術(shù)的原理壓縮將制冷劑壓縮至高壓，提高其溫度。冷卻將壓縮后的制冷劑冷卻至低于其沸點。膨脹將冷卻后的制冷劑通過節(jié)流閥膨脹，降低其溫度。吸熱膨脹后的制冷劑吸熱，降低被冷卻對象的溫度。各類低溫制冷設(shè)備低溫制冷設(shè)備的選型1制冷溫度根據(jù)被冷卻對象的溫度要求選擇合適的設(shè)備。2制冷功率根據(jù)被冷卻對象的熱負荷選擇合適的設(shè)備。3可靠性選擇可靠性高、穩(wěn)定性好的設(shè)備。4成本在滿足性能要求的前提下，選擇成本效益高的設(shè)備。低溫制冷系統(tǒng)的設(shè)計制冷劑選擇根據(jù)制冷溫度、制冷量等因素選擇合適的制冷劑。循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計合理的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，保證制冷效率和穩(wěn)定性。控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計完善的控制系統(tǒng)，保證制冷系統(tǒng)的安全可靠運行。低溫技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)創(chuàng)新不斷突