latex公式不会打,非常抱歉.
还有您如果发现了什么问题希望您提出来,我无法理解您说的是什么意思.
首先安全提醒: 目前我未经任何实验验证,其真正实验可能存在风险,请谨慎进行!该过程涉及4MPa的高压气体及低压气体,请务必先在水下进行1/3倍以上抗压试验,且每次试验时间≥30分钟!!!最好用肥皂液。若要量产,请务必年检,且有人员看管!!!本文暂不提供有效应急措施,请大家注意并谅解。该过程涉及液化氢气,请务必保证浓度在2%(4%的一半)以下并通风,以免复现工厂悲剧!!!发现泄漏请务必即时回收,若无容器回收请点燃处理(确保浓度在2%以下,否则切勿点燃!必须通风!!!)。
正文开始——
众所周知,节流制冷比绝热膨胀制冷慢30倍(抱歉我算错了),且它是一个等焓过程,推导过程如下。(请直接看我的图片,字体识别不出来)
公式中的 �A 和 �B 请自行查阅范德瓦尔斯气体常数表,�0�V0m 用 ��RT 算,�R 是普适气体常量,�0P0 是 1 个大气压,�Q 是理想气体压力 1���1atm。这里我就不全部解出来了,如果连节流都不会的话,请先学习大学热学《热力学第一定律》那一章有讲,但节流过程不是我们的主题。
由于节流法效率太低(参考工业透平膨胀机的效率为14%左右),而透平膨胀机的价格在6位数到7位数,个人完全承担不起。
因此我们讨论下一种方案(要是你真的买得到液氢,请直接跳过这一环节)。
一个忽略掉的结论:饱和蒸气压可以写作 ln�=�−��lnp=A−TB。我们假设 �=10000,�=38.325P=10000,A=38.325。那我们就把一瓶水抽到0.1Pa的压强,理论上能让水的升华点降到 −27℃(注意是升华,液相此时已不存在!)。
同理,敲重点了:我们先把一罐的 ��2CO2(这就好办了,可以直接用小苏打分解,也可以小苏打加柠檬酸,土豪的直接买干冰也可)进行压缩,使其由4MPa的状态液化。(注意:记得用0.8MPa的压缩机,以及1:10以上的增压泵打压.一定要试压!防止脱落!)。
液化之后放到常压,慢慢旋塞,做好防爆。水温控制约10℃左右,当然越低越好,一旦气体进料结束就把罐体脱离水面。打开抽气泵,将 ��2CO2 气液混合物抽气至0.1Pa,��2CO2 会剧烈升华。最终我用Casio 0.03℃ 的步长做微分方程得到了约40%左右的 ��2CO2 剩余(质量),温度降到约90K附近。
嫌 ��2CO2 太多没处放的人,建议直接捞一把液氧。时间可能会非常长,请具有一定的耐心,并全程用 ��100Pt100 监测温度(参考国际温标)。
不要关闭抽气机,往里面通入氮气(或者分流掉液氧剩下的空气),只要加到0.3MPa就可以产生效果,建议直接打到0.8MPa。这样留15K的冷量,升温到105K也没关系。其余过程同理,同样抽气到0.1Pa,温度可以降到28K左右。(我没带书,这里只是估计,实际可以看热力学书来算)。
注意:28K已经低于氮气的临界温度33K!同样换热(注意建议预冷,用剩下的那些冷干冰),可以提升60%的效率,气压同样0.8MPa甚至以下就能搞定。不过声明
千万不要直接用空压机压缩氢气,会引发氢脆.在-50℃~200℃的情况下不能避免氢脆。但这里可以直用打气筒进气,这样不会太肉疼。主要是氢气会产生 �feH2,然后就废了,这只能用 蒙乃尔合金 来解决。
同学们注意了,这里换热管的外套需要杜瓦瓶处理,否则跑冷严重,必定无法运行!注意所有物质的导热性与温度成反比。即使是玻璃在液氮温度下导热性(热导率)也会有约700 W/m·K!当然,NaCl导热性一直很小,但总归不合适吧。储存用的杜瓦瓶真空度也要够高.我采用低真空0.1Pa,理想情况下每4小时蒸发1克液氢。除非你是土豪,否则杜瓦瓶有必要自己焊一个,一定要有泄压阀!!!(还有液氢的预冷要用蒙乃尔合金,这样才能通过危险区)。
最后附一张我之前的手稿(含液体产率估计)。
制作不易,本文若有任何错误请大家指出。
P.S. 用 nb3sn的同志可以抽到三相点(13K),效率大概有80%左右,虽然产量已经十分可怜了,但总归是“聊胜于无”吧。
要是真有人做了,还有一个注意点就是:防冻伤! 得过跖疣的人都知道液氮这东西有多痛。
所有材料成本预计在4000元左右。买机器时注意是220V的还是380V的,除非你有三相电源。
最后的最后:对中二的警告.千万不要忽视第0条和第3条,一定要做好防爆炸(物理或化学爆炸)的准备,一定要有防爆板。不然你面对的东西和能材无甚差别(其实超导线圈也算是“能才”,能量密度可以上到2.5 MJ/m³)。这是一般的线圈做不来的,某种意义上这已是氢气的五分之一了。按照现在化学品的奇葩管制的话,磁场也可以算管制品了。
但命是第一位的。若是你被报警了,那几个高压筒绝对大于1.8J...那就悲剧了,还不止一个。所以千万不要作死,重伤住院,轻伤坐牢!一定要再做压力测试!真的想做,也要考虑再三再实验。
顺便说一下,目前估计的热传导损耗在150W左右,液氢温度下.