自然冷却制冷技术第2版.pdfVIP

著作人：黄柏 2013年12月14 日星期六 自然冷却制冷技术第二版 前言 目前普遍使用的制冷技术是压缩制冷。制冷过程是这样的：首先对制冷气体进行压缩，气 体放热，接着风机将热量带走，然后气体解压，气体温度降低。这样技术能耗太高，不环保，是 一种应该淘汰的技术。 另外还有一种不常用的激光制冷技术，即反斯托克斯荧光制冷。原理是利用激光来对特定 原子进行照射，限制原子的运动，达到制冷的效果。由于实现起来比较难，一般只在实验室里面 使用。 在这里，我要提出一种新型的环保的制冷技术，我把他叫做自然冷却制冷技术。这是一种 很奇特的技术，无需消耗能量，而是利用物质的自身特性实现自然制冷。有人可能会说：“在日 常生活中，我们看到的热量都是从高温的地方流到低温的地方。不通过能量去改变怎么行呢？”。 要回答这个问题，首先要阐述这种技术的原理。 原理 基尔霍夫（Kirchhoff）辐射定律 根据基尔霍夫 （Kirchhoff）辐射定律，在封闭系统中，当热辐射达到平衡时，物体的表征 辐射能力的系数ε(λ) （发射率）与物体的表征吸收辐射能力的系数а(λ) （吸收率）相等。 热辐射无处不在，物体的分子和原子不断地向外发射能量，同时吸收外界辐射过来的能量。 当发射和吸收平衡，那么物体的温度保持不变。对于透明体来说，每个分子和原子都向外辐射能 量。对于非透明 ，那么只有表面几微米深的分子和原子可以向外辐射能量。任何非透明体的表 面深度为几微米的分子和原子可以看做透明 。换句话说，任何非透明体只要足够薄，那么可以 看做是透明体。那么，在研究热辐射时，任何物质都可以等同于一个包含反射表面的黑体。 图1 如图1所示，在真空的封闭系统中放入一个普通物体和一个纯黑 （黑 2）。不管热辐射 从黑 2辐射到物体，还是从物体辐射到黑 2,都会在物体表面发生反射。假设物体表面对射 1 著作人：黄柏 2013年12月14 日星期六 出辐射的反射率为r1(λ)，对射入辐射的反射率为r2(λ)，那么得： а(λ)=1-r2(λ); ε(λ)=1-r1(λ)。 如果黑 1和黑 2的温度相同，根据玻尔兹曼定律，两个黑体辐射出的能量相同，如果 辐射平衡，即ε(λ)等于а(λ)，那么必然得到r1(λ)等于r2(λ)。即推出基尔霍夫（Kirchhoff） 辐射定律，吸收能力强的物质那么发射能力也强，反之，发射能力强的物质，那么吸收能力也 强。换一句话说，如果物质反射射入辐射能力强，那么反射射出辐射的能量也强。 密闭真空中热辐射物体之间的温差普遍存在 密闭真空中，当物质之间的热辐射达到平衡时，物质之间的温差普遍存在。 通过研究金属的反射率，我发现一个规律： 1、波长(λ)越短，反射率越低，波长(λ)越长，反射率越高； 2、入射角越小，反射率越低，入射角越大，反射率越越高； 3、P偏振辐射反射率低于S偏振辐射反射率； 4、平均反射率普遍存在r1(λ)r2(λ)，即射出的反射率大于射入的反射率； 5、某些金属P偏振反射率总 r1(λ)r2(λ)，入射角小时存在r1(λ)r2(λ)； 6、入射角等于0度时，r1(λ)==r2(λ)； 7、不同的物质的反射率不同。 从以上规律可以看出，根据兰贝特余弦定律，如果物体的辐射集中在法线方向，而且物 和黑 2尺寸较小，距离较远，那么可以认为r1(λ)==r2(λ)，那么黑 1和黑 2的温度是 基本相等的，这符合基尔霍夫热辐射定律。 当物体和黑 2之间的距离很近，那么总的r1(λ)r2(λ)，即总的ε(λ)а(λ)，那么 黑 1和黑 2之间将会存在温差。 当ε(λ)а(λ)时，为了达到热辐射平衡，那么黑 1必须比黑 2发射出更多能量，这 时物 T1 的温度将高于黑 2的温度T2。 由于黑体辐射能力和温度的4次方成正比，只要存在一点点温差，辐射能力就差别很大。 要体现温差，必须寻找r1(λ)和r2(λ)相差较大的物质，否则，即使存在温度差，也无法测量 出来。 通过研究金属的反射率，