磁制冷技术的应用与研究前景

文章编号：1671-6612（2009）01-083-04

磁制冷技术的应用与研究前景

刘 涛

（华东交通大学 南昌 330013）

【摘 要】 磁制冷技术是一种极具发展潜力的制冷技术，其具有节能、环保的特点。介绍了磁制冷的工作原

理、磁性材料的选择与研究进展情况，磁制冷循环及磁制冷机的研究进展，并指出磁制冷技术发展需要解决的问题。

【关键词】 磁制冷；磁热效应；磁性材料；进展 中图分类号 TB5 文献标识码 B

Application and Research Prospect of the Technique of Magnetic Refrigeration

Liu Tao

(East China Jiao Tong University ，Nanchang ，330013 )

【Abstract 】 The technique of magnetic refrigeration is a potentially promising technique in the field of refrigeration, which has a good qualities of energy saving and environmental protection. In this paper, we present the work principle as well as the choice approaches of the magnetic material, and research progress of the technique of magnetic refrigeration and the research progress of magnetic refrigeration cycle and magnetic refrigerator. We also point out the essential issue to be settled on the research field of magnetic refrigeration.

【Keywords 】 magnetic refrigeration ；magneto-caloric effect ；magnetic material ；progress

作者简介：刘涛（1969－），男，讲师。 收稿日期：2008-07-31

0 引言

全球气候的日趋变暖和灾害性天气的频繁发生，使制冷行业正面临着一场新挑战。全面禁止氟里昂的生产与使用，大力研究开发氟利昂替代工质，虽可以克服破坏大气臭氧层的问题，但仍然存在制冷效率低，能耗大，对地球温室效应影响大的问题，不是根本解决问题的方法。

磁制冷技术是一项新的绿色制冷技术，与传统的症气压缩式制冷技术相比较，其具有如下的优点：（1）无环境污染。由于制冷工质为固体材料以及在循环回路中可用水（加防冻剂）来作为传热介质，这小出了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏大气臭氧层、易泄露、易燃及地球温室效应等环境问题。（2）高效节能。磁制冷的效率可达到逆卡诺循环的30%~60%，而气体压缩式制冷一般仅为5%~10%。（3）装置结构紧凑、振动及噪声小。磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，其磁熵密度比气体大，因此制冷装置变得更紧凑，而且无需压缩机，运动件少、转速慢，振动及噪声小，可靠性高。因此，磁制冷技术将可能替代传统的气体压缩式制冷，是一种极具开发潜力的节能环保制冷技术。

1 磁制冷的发展概况及基本工作原理

1.1 磁制冷技术的发展概况

1881年Warburg 首先发现了金属铁在外加磁场中的磁热效应（MCE ）。随后，1926年Debye 和1927年Gauque 分别解释了磁热效应的本质，并提出在实际应用中利用绝热退磁过程获得超低温。此后，磁制冷开始应用于低温领域。到了1976年，美国

第23卷第1期 2009年2月 制冷与空调

Refrigeration and Air Conditioning V ol.23 No.1 Feb. 2009.83～86

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NASA 的Lewis 研究中心的G .V .Brown 首次实现了室温磁制冷，标志着磁制冷技术开始由低温转向室温的研究。20世纪末，Ames 实验室的Gschneider 等人在Gd 5(Si x Ge 1-x )4系合金磁制冷材料中发现了巨磁热效应（GMCE ），使磁制冷技术得到突破性的发展。目前低温（4~20K ）磁制冷机已达到实用化的程度，室温磁制冷系统的研究也有较大发展。 1.2 基本工作原理

磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料。我们知道，物质是由原子构成，原子由电子和原子核构成，电子有自旋磁矩和轨道磁矩，这使得有些物质的原子或离子带有磁矩。顺磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的，加外磁场后，原子的磁矩沿外磁场取向排列，使磁矩有序化，从而减少材料的磁熵，因而会向外界放出热量；而一旦去掉外磁场，材料内部的磁有序减小，磁熵增大，因而会从外界吸收热量。这种磁性荔枝系统在磁场的施加与去除过程中所呈现的热现象称为磁热效应（MCE ）。磁制冷就是利用磁性材料的磁热效应来实现制冷的。图1是磁制冷原理示意图。

图1 磁制冷原理示意图

在常压的条件下，磁体的熵S （T ，H ）是温度T 和磁场强度H 的函数，它由磁熵S M （T ，H ）、晶格熵S L （T ）和电子熵S E （T ）三部分组成，即

S （T ，H ）=S M （T ，H ）+S L （T ）+S E （T ）

（1） 从上式中可以看出，S M 是T 和H 的函数，而S L 和S E 仅是T 的函数。因此当外加磁场发生变化时，只有磁熵S M 随之变化，而S L 和S E 只随温度的变化而变化。因此只有磁熵S M 对磁制冷做出贡献。

2 磁制冷材料

2.1 磁制冷材料的选择

在一定的温度T 和磁场强度H 条件下，磁性材料的磁熵S M （T ，H ）通过Maxwell 热力学关系式可以表示为：

?S M （T ，H ）= S M （T ，H ）-S M （T ，0） （2） 根据顺磁性物质的Curei-Weiss 定理，对（2）式进行微分求导可以得到：

?S M （T ，H ）= -μ0NP 2μ2B H 2/[6k(T-T C )2] （3） 式中，T C 是居里温度，N 为单位体积内所含磁性离子数，k 为波尔兹曼常数，μ0为真空磁导率，μB 为波尔磁子，g 为郎德因子，j 为总角量子数。

晶格熵S L （T ）是由磁性物质内部粒子振动产生的，仅与温度有关，在制冷过程中它产生主要负荷。从德拜近似理论可知S L （T ）随T/θD （θD 为德

拜温度）的增大而增大，只有当T/θD 很小时，S L （T ）才可忽略不计。

电子熵SE （T ）在磁性物质的熵中是最小的一部分，在低温的情况下可以忽略不计。

综合上述，可得出磁性材料需要具备以下几个主要特性：（1）打得重角动量量子数j 和朗德因子数g 的铁磁性材料，使得波尔磁粒子数P 较大；（2）合适的德拜温度（在室温区，德拜温度较高可使晶格熵所占的比例减小）；（3）居里点在工作温度附近，以保证在循环温区内都可获得大的磁熵变；（4）低比热、高导热率，以保障磁工质有明显的温度变化及快速进行热交换；（5）高的电阻，以减小涡流损失；（6）良好的成型加工性能。 2.2 磁制冷材料的研究进展

作为磁制冷技术的心脏，磁制冷工质的性能直接影响到磁制冷的功率与效率等性能，因此各国学者对于磁制冷材料进行了大量的研究工作，主要研究对象包括Gd 及其化合物、钙钛矿几类钙钛矿类化合物、稀土过度金属化合物及复合工质等。 2.2.1 Gd 及其化合物

目前最典型的可作磁性制冷循环工质的材料是镧系稀土金属钆（Gd ）,Gd 的居里温度为293K ，接近室温，且具有较大的磁热效应。从目前的研究情况看，氧化物Gd 2Ga 3O 12(GGG)是比较理想的材料，J=7/2,g=2,θD =600K,T C =0.8K,GGG 的制备工艺

第23卷第1期刘 涛：磁制冷技术的应用与研究前景·85·

已比较成熟，且在低温下热导率高，是适合15K 以下温区使用的材料。

2.2.2 钙钛矿及类钙钛矿类化合物

近几年来，在具有超大磁热效应的钙钛矿锰氧化物中同时发现了大的磁矩变化，因此引起对该类材料的广泛关注。该系列化合物的最大优点在于与Gd及其化合物相比成本大大降低，且化学性能稳定，不用考虑防氧化问题。南京大学在类钙钛矿型化合物方面进行较多的研究，其中La0.822Ca0.096 K0.043Mn0.974O3、La0.837Ca0.098Na0.038Mn0.987O3两种类钙钛矿型化合物，在1.5T外加磁场变化下，居里点处的熵变分别达到了6.8J/kg·K和8.4J/ kg·K，已超过了金属Gd在同样外场变化下居里点处的磁熵变 4.2J/kg·K。目前存在的问题是他们的居里点偏低，分别为265K和255K。

2.2.3 稀土过渡金属化合物

美国能源部Ames实验室的Gschneidner和Pecharsky两位教授研究发现的具有巨磁热效应的GdSiGe系合金取得了突破性进展，该系合金居里点在30～290K之间可调（通过离子掺杂）。在近室温区间，Gd5Si2Ge2(居里点约为276K)的磁熵变约为8.4J/ kg·K，通过添加微量元素Ga后，在基本保持磁热效应的同时将居里点提高到约286K。具有巨磁热效应的GdSiGe系合金的发现对磁制冷技术的发展产生深远的影响，它使利用NdFeB永磁体替代结构复杂、成本昂贵的超导磁体成为可能，这可大大降低磁制冷机的成本，加速室温磁制冷机的商业化进程。

2.2.4 复合工质

铁磁性材料的磁热效应虽然在居里点附近很明显，但是偏离居里点会显著下降，可利用的温区不大，因此单一工质并不能满足理想磁制冷循环的要求。为解决这一问题，日本高温磁制冷研究会在29世纪80年代就提出了几种工质混合从而增大温跨并提高循环效率的复合化方法。复合法是指把几种磁相变温度T C各不相同的铁磁性物质，复合成一种在制冷工作温区内磁熵变化?S M比较平滑的新型材料的方法。

3磁制冷循环及磁制冷机的研究进展

3.1 磁制冷循环

常见的磁制冷循环有Carnot循环，Stifling循环，Ericsson循环和Brayton循环。其中Carnot循环应用于极低温区，在室温条件下一般采用Ericsson循环和Brayton循环。Ericsson循环和Brayton循环T-S图见图2。Ericsson循环磁制冷机见图3。

图2a Ericsson循环

图2b Brayton循环

Ericsson循环由两个等温过程以及两个等磁场过程组成（见图2a）。它包含等温磁化过程（图2a中A→B过程）、等磁场冷却过程（图2a中B→C 过程）、等温去磁过程（图2a中C→D过程）及等磁场加热过程（图2a中D→A过程）。

Brayton循环由两个绝热过程和两个等磁场过程组成（见图2b）。循环工作在磁场强度H0和H1之间，系统热源温度为TH，冷源温度为TC。等磁场过程A→B放出图2b中AB14面积大小的热量，等磁场过程C→D吸收DC14面积的热量。绝热励磁过程D→A和绝热退磁过程B→C过程无热量交换。

图3 Ericsson循环磁制冷机原理图

·86·制冷与空调 2009年

3.2 磁制冷机研究进展

在低温（<15K）和中温（15K~77K）范围是液氦、液氨的重要温区。目前该区域的磁制冷研究成熟，并成为其主要的制冷方式。而在室温区，由于磁制冷材料的晶格熵很大，且磁制冷循环过程中热交换较困难等因素造成室温磁制冷的研究进展较慢。对室温磁制冷机的研究主要有以下几个阶段性的成果。

（1）1976年美国NASA的Lewis研究中心的G.V.Brown首次在实验室实现了室温磁制冷。该实验装置为往复式结构，采用近似Ericsson循环，实现了冷源温度（272K）、热源温度（319K）的47K 温差。

（2）1978年Los Alamos 实验室的W.A.Steyert 设计了一个回转式的磁制冷装置，采用Brayton循环磁制冷工质为Gd，在磁场差为1~2T，冷热端温差为7K时，获得了500W的制冷功率。

（3）1996年美国人Carl Zimm等采用Brayton 循环研制的往复式结构磁制冷机，以Ga为工质，在5T的磁场强度下，最大可获得600W的制冷功率，循环的COP达到15，要获得最大38K的温度跨度，制冷量会下降到100W。

（4）2001年美国宇航公司联合Ames实验室开发成功了采用永磁体提供磁场的回转式磁制冷机，在磁场强度变化范围在0~5T时，获得600W 的制冷功率，循环性能系数COP达到16，冷热端最大温差为38K，机组运行时间超过1500小时无需维修。

4磁制冷技术发展需要解决的问题

磁制冷技术作为一种具有很大潜力的制冷技术，取代传统的蒸气压缩式制冷还有许多问题需要解决。

（1）开发高性能的磁性材料

目前可以应用的磁性材料主要是钆、钆硅锗合金及类钙钛矿物质。它们的磁热效应大小虽然相比其它物质来说要大，但其应用的温度区域很窄（当温度偏离居里温度时，其MCE急剧减小），峰值的绝对大小还难以达到应用要求，而且只有在很高的磁场强度（5~7T）下才能产生明显的制冷效果。从目前来看钆、钆硅锗合金价格昂贵，还存在氧化等问题，要广泛应用还有很大的困难。

采用复合材料可以使得磁性工质在较宽的温度区域内保持较大的MCE，这方面日本的室温磁制冷材料研究取得一定的成果，但是还没有在磁制冷中世纪应用过，这有待于材料制造工艺水平的提高。

（2）磁体和磁场结构的设计

磁场的产生可由超导磁体、电磁体和永磁体提供。永磁体结构简单，来源广泛，但只能提供1.5T 左右的磁场；超导磁体及电磁体可提供5~7T左右的磁场，但目前的超导磁体还必需采用低温超导装置，结构复杂且价格昂贵；而电磁体提供磁场，需要很大的电功率，且装置笨重，维护困难。另外，研究发现磁体极内表面的平整度对磁场的影响很大，所以磁体的加工制造工艺也是很重要的。

（3）蓄冷及换热技术的改进

在室温磁制冷技术中，磁性材料的晶格熵的取出必须依靠蓄冷器。同时，磁制冷实际效率的高低主要取决于蓄冷器及换热器的性能，要使得磁性工质产生的热（冷）量尽可能快地带走，就要提高蓄冷器的效率和外部换热器的换热。

（4）磁制冷装置的设计

室温磁制冷技术要真正实用化，设计完善的磁制冷装置尤为重要。目前国外已试制的多种室温磁制冷样机，都难以达到令人满意的制冷效果，其设计的主要困难在于系统设计、流道设计和加工、床体运动和流体流动的控制等。

磁制冷技术作为一种新型环保节能制冷技术，必然有着广阔的发展前景。目前国内已有十多家的科研院所从事这方面的研究，主要集中在磁性材料的研究上。国内在磁制冷样机上与国外相比较还有很大的差距，需要迎头赶上。

参考文献：

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[2] 涂铭旌.室温磁致冷材料的研究进展[J].机械工程材

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[3] 周水洪.一种极具发展潜力的制冷技术-磁制冷[J]．低

温工程.2004 (4),59-62．

[4] News Report form Ames Lab,1997(7)．

制冷技术设备的现状及其发展

冷凝器的现状研究性报告 冷凝器(Condenser) 制冷系统的机件，能把气体或蒸气转变成液体，将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气中。大部分汽车上的冷凝器安装在水箱前面。发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。 气体通过一根长长的管子（通常盘成螺线管），让热量散失到四周的空气中，铜之类的金属导入性能强，常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加热传导性能优异的散热片，加大散热面积，以加速散热。并通过风机加快空气对流的方式把热带走。 一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把工质由低温低压气体压缩成高温高压气体，再经过冷凝器，在冷凝器中冷凝成低温高压的液体，经节流阀节流后，则成为低温低压的液体。低温低压的液态工质送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为高温低压的蒸汽，从而完成制冷循环。 单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。 全球泠凝器行业发展阶段的概况 起源阶段20世纪20年代至70年代 换热器最早起源于欧洲，早期产品（如蛇管式换热器）结构简单，传热面积小，体积大而笨重。随着制造工艺的发展，20世纪20年代出现了板式换热器，30年代瑞典制成螺旋板换热器。英国制成翘板式换热器。60年代中国和瑞典各自独立制成伞板换热器。70年代中期研制出热管式换热器。 成形阶段20世纪70年代末至90年代初 70年代末至90年代，我国已开始自行生产冰箱及空调，国内换热器行业开始发展。换热器生产工艺渐趋成熟与完善。产品结构形式与功能呈现多样化趋势。冰箱用换热器主要形式有丝管式、吹胀式、短片式及板管式等。空调用换

数据中心制冷技术的应用及发展V2 1

数据中心制冷技术的应用及发展 摘要：本文简要回顾了数据中心制冷技术的发展历程，列举并分析了数据中心发展各个时期主流的制冷技术，例如：风冷直膨式系统、水冷系统、水侧自然冷却系统及风侧自然冷却系统等。同时，分析了国内外数据中心制冷技术的应用差别及未来数据中心制冷技术的发展趋势。 关键词：数据中心；制冷；能效；机房；服务器 Abstract This paper briefly reviews the development of data center cooling technology, enumerates and analyzes the cooling technologies in data center development period. The enumerated technologies includes direct expansion air-conditioning system, water side cooling system, water side free cooling system and air side free cooling system, etc. At the same time, the paper analyzes the difference of data center cooling technology application between the domestic and overseas as well as the tendency of data center cooling technology in the future. Key words data center; cooling; efficiency; computer room; server 1前言 随着云计算为核心的第四次信息技术革命的迅猛发展，信息资源已成为与能源和材料并列的人类三大要素之一。作为信息资源集散的数据中心正在发展成为一个具有战略意义的新兴产业，成为新一代信息产业的重要组成部分和未来3-5 年全球角逐的焦点。数据中心不仅是抢占云计算时代话语权的保证，同时也是保障信息安全可控和可管的关键所在，数据中心发展政策和布局已上升到国家战略层面。 数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含配电系统、制冷系统、消防系统、监控系统等多种基础设施系统。其中，制冷系统在数据中心是耗电大户，约占整个数据中心能耗的30~45%。降低制冷系统的能耗是提高数据中心能源利用效率的最直接和最有效措施。制冷系统也随着数据中心的需求变化和能效要求而不断发展。下文简要回顾和分析了数据中心发展各个时期的制冷技术应用，并展望了未来数据中心的发展方向。 2风冷直膨式系统及主要送风方式 1994年4月，NCFC（中关村教育与科研示范网络）率先与美国NSFNET直接互联，实现了中国与Internet全功能网络连接，标志着我国最早的国际互联网络的诞生。

制冷技术概述

第一章概论 1.1制冷技术及其应用 1.1.1.制冷的基本概念 制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷是指用人工的方法在一定的时间和空间内从低于环境温度的空间或物体中吸取热量，并将其转移给环境介质，制造和获得低于环境温度的技术。能实现制冷过程的机械和设备的总和称为制冷机。 制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动并与外界发生能量交换，实现从低温热源吸取热量，向高温热源释放热量的制冷循环。由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此制冷的实现必须消耗能量，所消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能、化学能或其它可能的形式。 制冷几乎包括了从室温至0K附近的整个热力学温标。在科学研究和工业生产中，常把制冷分为普通制冷和低温制冷两个体系。根据国际制冷学会第13届制冷大会（1971年）的建议，将120K 定义为普冷与低温的分界线。在120K和室温之间的温度范围属于“普冷”，简称为制冷；在低于120K 温度下所发生的现象和过程或使用的技术和设备常称为低温制冷或低温技术，但是，制冷与低温的温度界线不是绝对的。 1.1. 2.制冷技术的应用 制冷技术几乎与国民经济的所有部门紧密联系，利用制冷技术制造舒适环境以保障人身健康和工作效率；利用制冷技术生产和贮存食品；利用制冷技术来保证生产的进行和产品质量的要求。制冷技术的应用几乎渗透到人类生活、生产技术、医疗生物和科学研究等各领域，并在改善人类的生活质量方面发挥巨大的作用。 1.1. 2.1.商业及人民生活 食品冷冻冷藏和空气调节是制冷技术最重要的应用之一。 商业制冷主要用于对各类食品冷加工、冷藏贮存和冷藏运输，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售的合理分配，并减少生产和分配过程中的食品损耗。典型的食品“冷链”由下列环节组成：现代化的食品生产、冷藏贮运和销售，最后存放在消费者的家用冷藏冷冻装置内。 舒适性空气调节为人们创造适宜的生活和工作环境。如大中型建筑物和公共设施的空调，各种交通运输工具的空调装置，家用空调等。近年来，家用空调器已成为我国居民消费的热点家电产品之一。2003年我国家用空调器的年产量达3500万台，出口1000多万台，中国已成为世界空调产品的生产基地，产量约占世界总产量的40%。 工业空调不仅为在恶劣环境中工作的员工提供一定程度的舒适条件，而且也包括有利于生产和制造而作的空气调节。如：在冷天或炎热环境中，以维持工人可以接受的工作条件；纺织业、精密制造、电子元器件生产和生物医药等生产行业为了保证一定的产品质量和数量，需要空气调节系统提供合适的生产环境。 1.1. 2.2.工农业生产

激光的应用与发展趋势分析

激光的应用与发展趋势 摘要：激光作为新能源代表，在许多领域都有更广泛应用。本文从激光在当今社会的地位谈起，接着介绍激光在几大领域的应用现状，最后又分析了激光器以及全球激光产业发展趋势。 关键词：激光；激光产业；发展趋势 1.激光在当今社会的地位 激光器的发明是20世纪中能与原子能、半导体、计算机相提并论的重大科技成就。自诞生到现在得到了迅速发展，激光光源的出现是人工制造光源历史上的又一次革命。我国激光技术在起步阶段就发展迅速，无论是数量还是质量都和当时国际水平接近。一项创新性技术能够如此迅速地赶上世界先进行列，这在我国近代科技发展史上并不多见。能够将物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件，主要得力于长春光机所多年来在技术光学、精密机械方面的综合能力和坚实基础。一项新技术的开发，没有足够技术支撑很难形成气候]1[。 2.激光的应用现状 2.1激光在自然科学研究上应用 2.1.1非线性光学反应 在熟悉的反射、折射、吸收等光现象中，反射光、折射光的强度与入射光的强度成正比，这类现象称为线性光学现象。如果强度除了与入射光强度成正比外，还与入射光强调成二次方、三次方乃至更高的方次，这就属非线性光学效应。这些效应只有在入射光足够大时才表现出来。 高功率激光器问世后，人们在激光与物质相互作用过程中观察到非线性光学现象，如频率变换，拉曼频移，自聚焦，布布里渊散射]2[等。 2.1.2用激光固定原子 气态原子、分子处于永不停息运动中（速度接近340 m/s），且不断与其它原子，

分子碰撞，要“捕获”操作它们十分不易。1997年华裔科学家、美国斯坦福大学朱棣文等人，首次采用激光束将原子数冷却到极低温度，使其速度比通常做热运动时降低，达到“捕获”操作的目的。 具体做法是，用六路俩俩成对的正交激光束，用三个相互垂直的方向射向同一点，光束始终将原子推向这点，于是约106个原子形成的小区，温度在240 ]3[以下。这样使原子的速度减至10 m/s两级。后来又制成抗重力的光-磁陷阱，使原子在约1s 内从控制区坠落后被捕获。 此项技术在光谱学、原子钟、研究量子效应方面有着广阔的应用前景。 2.2激光测距、激光雷达 利用激光的高亮度和极好的方向性，做成激光测距仪，激光雷达和激光准直仪。激光测距的原理与声波测距原理类似。 激光雷达与激光测距的工作原理相似，只是激光雷达对准的是运动目标或相对运动目标。利用激光雷达又发展了远距离导弹跟踪和激光制导技术，这些在1991年海湾战争中都已投入使用。激光制导导弹，头部有四个排成十字形的激光接收器（四象限探测仪）。四个接收器收到的激光一样多，就按原来方向飞行；有一个接收器接受的激光少了，它就自动调整方向。另一类激光制导是用激光束照射打击目标，经目标反射的激光被导弹上的接收器收到，引导导弹击中目标。 激光准直仪]4[起到导向作用，例如在矿井坑道的开挖过程中为挖掘机导向。激光准直仪还被用在安装发动机主轴系统等对方向性要求很高的工作中。 2.3激光在工业应用 激光加工代表精密加工装备未来的发展方向，体现着一个国家的生产加工能力、装备水平和竞争能力。目前，激光加工技术在各种仅金属与非金属材料加工中的应用非常广泛。 工业激光器目前主要包括CO2激光器]5[、固体激光器、半导体激光器等。这几种激光器各具优点，如CO2激光器的成本最低，固体激光器的光束质量好，半导体激光器的出光效率高。 光纤激光器是未来新一代激光技术的发展方向，它具有常规固体激光器所不具备的许多优点。然而激光器服务的机床企业非常谨慎，终端用户对激光器本身的印象远不及对系统那么深刻。

磁制冷技术

磁制冷技术 摘要：传统压缩制冷技术广泛应用于各行各业，形成了庞大的产业，但它存在两个明显的缺陷：制冷效率低且氟利昂工质的泄漏会破坏大气臭氧层。根据蒙特利尔协议到 2000 年将全面禁止氟利昂的生产和使用，使制冷行业面临一场变革。现在大力研究开发的无氟替代制冷剂，基本上可以克服破坏大气臭氧层的缺陷，但仍保留了制冷效率低、能耗大的缺陷，而且有的还会产生温室效应等，不是根本解决办法。磁制冷因具有高效节能、无环境污染、运行可靠、尺寸小、重量轻等优点，且完全具有替换气体压缩制冷的可能，引起了广泛的关注。所谓磁制冷,即指借助磁制冷材料（磁工质）的磁热效应(MagnetocaIoric Effect，MCE），在等温磁化时向外界排放热量，退磁时从外界吸取热量，从而达到制冷目的。 关键词：磁制冷、无污染、高效节能 引言：磁制冷技术是一种极具发展潜力的制冷技术。其具有节能、环保的特点。作为磁制冷技术的心脏，磁制冷材料的性能直接影响到磁制冷的功率和效率等性能。根据蒙特利尔协议，到2000年将逐步禁止氟利昂的生产和使用，使氟利昂压缩制冷面临困境。磁制冷作为一项高新绿色制冷技术，与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势：无环境污染：由于工质本身为固体材料以及可用水来作为传热介质，消除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的缺陷；高效节能：磁制冷的效率可达到卡诺循环的30% ~ 60%，而气体压缩制冷一般仅为5 % ~ l0%，节能优势显著；易于小型化：由于磁工质是固体，其熵密度远远大于气体的熵密度，因而易于做到小型化；稳定可靠；由于无需压缩机，运动部件少且转速缓慢可大幅降低振动与噪音，可靠性高，寿命长，便于维修。 1976年美国国家航空航天局的G.V.Brown[2]首次将磁制冷技术应用于室温范围，采用金属Gd作为磁制冷工质，在7T的超导磁场和无热负荷的条件下获得了47K 的温度差。此后室温下磁制冷材料的开发进入高速发展的阶段。国内外一系列的研究发现给室温磁制冷技术商业化、产业化带来了希望。目前不少国家的科研人员在开发室温磁制冷材料方面进行了广泛的研究，并取得了很多有益的成果，可以预期在不久的将来，磁制冷空调、磁制冷冰箱等新型节能环保的制冷设备将在人们的生活中广泛应用。因此，磁制冷技术和新型室温磁制冷材料的研发成为各国竞相开展的热点领域。

半导体激光器的发展与运用

半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光

器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD

制冷技术与应用考试试题及答案

@@学院 2011-2012学年第 二 学期 《 制冷技术与应用》期末考试试卷 年级 10级 专业 供暖通风 层次：普通高职 普通本科 （本试卷考试时间120分钟 满分100分） 一、选择题（每空2分,共30分）： 1、用于食品冷却的房间称为冷却间，冷却间的温度通常为（ ）左右。 A 、—23~—30℃ B 、—15℃ C 、0℃ D 、—35℃ 2、( )是决定物体间是否存在热平衡的物理量。 A 、温度 B 、比体积 C 、压力 D 、热量 3、蒸气定压发生的过程中，不包括（ ）区域。 A 、未饱和液体 B 、过热蒸气 C 、湿饱和蒸气 D 、饱和蒸气 4、当几根毛细管并联使用时，为使流量均匀，最好使用（ ）。安装时 要垂直向上。 A 、分液器 B 、电子膨胀阀 C 、热力膨胀阀 D 、感温包 5、水果采后生理活动不包括（ ）。 A 、呼吸作用 B 、蒸发作用 C 、光合作用 D 、激素作用 6、冷库的集中式制冷系统中，双级压缩还需增加一个（ ）。 A 、蒸发回路 B 、冲霜回路 C 、供热回路 D 、冷却回路 7、气调库在结构上区别于冷藏库的一个最主要的特征是（ ）。 A 、安全性 B 、观察性 C 、气密性 D 、调压性 8、610F80G —75G 中，610是指（ ）。 A 、开启式6缸V 型，缸径为100mm B 、开启式6缸Y 型，缸径为100mm C 、开启式6缸S 型，缸径为100mm D 、开启式6缸W 型，缸径为100mm 9、制冷量大、效率高、易损件少、无往复运动、制冷量可实现无极调控等优点 属于（ ）压缩机。 A 、离心式 B 、螺杆式 C 、涡旋式 D 、滚动转子式 10、冷库容量不包括（ ）。

半导体激光器的发展与应用

题目：半导体激光器的发展与应用学院：理 专业：光 姓名：刘

半导体激光器的发展与应用 摘要：激光技术自1960年面世以来便得到了飞速发展，作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷，这其中发展最为迅速，应用作为广泛的便是半导体激光器。半导体激光器的独特性能及优点，使其获得了广泛应用。本文就简要回顾半导体激光器的发展历程，着重介绍半导体激光器在日常生活与军用等各个领域中的应用。 关键词：激光技术、半导体激光器、军事应用、医学应用

引言 激光技术最早于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是：当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。这种光就叫做激光。激光几乎是一种单色光波，频率范围极窄，又可在一个狭小的方向内集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。激光因为拥有这种特性，所以拥有广泛的应用。 激光技术的核心是激光器，世界上第一台激光器是1960年由T.H.梅曼等人制成的第红宝石激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。但各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。在1962年7月美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）与其他研究人员一道研制出世界上第一台半导体激光器。 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。自1962年世界上第一只半导体激光器是问世以来，经过几十年来的研究，半导体激光器得到了惊人的发展，它的波长从红外、红光到蓝绿光，被盖范围逐渐扩大，各项性能参数也有了很大的提高！半导体激光器具有体积小、效率高等优点，因此可广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。

外文翻译--制冷技术发展的历史-精品

制冷技术发展的历史 在史前时代，人类已经发现在食物缺少的季节里，如果把猎物保存在冰冷的地窖里或埋在雪里，就能保存更长的时间。在中国，早在先秦时代已经懂得了采冰，储冰技术。 希伯来人，古希腊人和古罗马人把大量的雪埋在储藏室下面的坑中，然后用木板和稻草来隔热，古埃及人在土制的罐子里装满开水，并把这些罐子放在他们上面，这样使罐子抵挡夜里的冷空气。在古印度，蒸发制冷技术也得到了应用。当一种流体快速蒸发时，它迅速膨胀，升起的蒸汽分子的动能迅速增加，而增加的能量来自周围的环境中，周围环境的温度因此而降低。 在中世纪时期，冷却食物是通过在水中加入某种化学物质像硝酸钠或硝酸钾，而使温度降低，1550年记载冷却酒就是通过这种方法。这就是制冷工艺的起源。 在法国冷饮是在1660年开始流行的。人们用装有溶解的硝石的长颈瓶在水里旋转来使水冷却。这个方法可以产生非常低的温度并且可以制冰。在17世纪末，带冰的酒和结冻的果汁在法国社会已非常流行。 第一次记载的人工制冷是在1784年，威廉库伦在格拉斯各大学作了证明。库伦让乙基醚蒸汽进入一个部分真空的容器，但是他没有把这种结果用于任何实际的目的。 在1799年冰第一次被用作商业目的，从纽约市的街道运河运往卡洛林南部的查尔斯顿市，但遗憾的是当时没有足够的冰来装运。英格兰人Frederick Tuder和Nathaniel Wyeth看到了制冰行业的巨大商机，并且在18世纪上半叶，通过自己的努力革新了这个行业。Tudor主要从事热带地区运冰，他尝试着安装隔热材料和修建冰房，从而使冰的融化量从66%减少到8%，Wyeth发明了一种切出相同冰块的方法，即快速又便捷，从而使制冰业发生了革命性变化，同时也减少了仓储业，运输业和销售业由于管理技术所造成的损失。 在1805年，一名美国发明者Oliver Evans设计了第一个用蒸汽代替液体的制冷系统，但Evans从来没有制造出这种机器。不过美国的一位内科医生John. Gorrie制造了一个相似的制冷机器。

磁制冷

磁制冷 一、定义：磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应 (MagnetoCaloric Effect) 的制冷方式. 二、原理：磁热效应是指融制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象。磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料.我们知道，物质由原子构成，原子由电子和原子核构成，电子有自旋磁矩还有轨道磁矩，这使得有些物质的原子或离子带有磁矩。磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的，加外磁场后，原子的磁矩沿外磁场取向排列，使磁矩有序化，从而减少材料的磁惰，因而会向外放出热量；而一旦去掉外磁场，材料系统的磁有序减小，磁惰增大，因而会从外界吸收热量。磁惰是温度和磁场的函数，如果把这样两个绝热去磁引起的吸热过程和绝热磁化引起的放热过程用一个循环连接起来，通过外加磁场，有意识地控制磁惰，就可使得磁性材料不断地从一端吸热而在另一端放热，从而达到制冷的目的。 磁制冷原理示意图 三、两种环境下的磁制冷 1、低温磁制冷 在16K以下的极低温区，由于固体的晶格振动和传导电子的热运动可以忽略，故磁离子系统的磁熵变近似等于整个固体的总熵变这种情况下，磁制冷采用卡诺循环，磁材料用稀土顺磁盐。 磁制冷卡诺循环如图1和图2所示。它由四个过程组成： 1－2 为等温磁化（排放热量）：热开关TS1闭合，TS2断开，磁场施加于磁工质上使熵减小，通过高温热源与磁工质的热端连接，热量从磁工质传入高温热源。2－3 为绝热退磁（温度降低）：热开关TS1断开，TS2仍然断开，逐渐移去磁场，磁工质内自旋系统逐渐无序，在退磁过程中消耗内能，使磁工质温度下降到低温热源温度。

3－4 为等温退磁（吸收热量制冷）：TS2闭合，TS1仍然断开，磁场继续减弱，磁工质从热源hs吸热。 4－1 为绝热磁化（温度升高）：断开TS2，TS1仍然断开，施加一较小磁场，磁工质温度逐渐上升到高温热源温度。 图2 磁制冷卡诺循环 已开发出的磁材料有：钆镓石榴（Gd3Ga5O12）、镝铝石榴石（Dy3Al5O12）、钆镓铝石榴石（Gd3（Ga1-xAl2）5O12,x=(0.1—0.4)。其制冷温度范围：(4.2—20)K。正在开发的磁材料有：Ral2和RNi2(R代表Gd,Dy,Ho,Er等重稀土)。其制冷温度范围：（15—77）K。 磁制冷装置首先需要有超导强磁体，用于产生强度达(4—7)T的磁场。用旋转法实现循环：将钆镓石榴石（磁介质）做成小球状，充填入一个空心圆环中。使圆环绕中心轴旋转，转到冰箱外的半环受磁场作用，磁化放热；转到冰箱内的半环退磁，吸热制冷。日本川崎公司研究的这类转动式磁制冷机需要的最大磁场强度为4.5T；旋转速度为0.72r/min；制冷温度达(4.2~11.5)K；制冷量为0.12w。 2、高温磁制冷 温度20K以上，特别是近室温附近，磁性离子系统热运动大大加强，顺磁盐中磁有序态难以形成，它在受外磁场作用前后造成的磁系统熵变大大减小，磁热效应也大大减弱。所以，进入高温区制冷，低温磁制冷所采用的材料和循环适用。

半导体制冷技术

半导体制冷技术 实物图 半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷，是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。 1834年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，他惊奇的发现一个接头变热，另一个接头变冷；这个现象后来就被称为"帕尔帖效应"。"帕尔帖效应"的物理原理为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。反之，就需要从外界吸收热量（即表现为制冷）。 所以，"半导体制冷"的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。但当时由于使用的金属材料的热电性能较差，能量转换的效率很低，热电效应没有得到实质应用。直到本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于1945年前发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的致冷效果。这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差致冷中半导体材料的一种主要成份。约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体致冷材料的优值系数，达到相当水平，才得到大规模的应用。80年代以后，半导体的热电制冷的性能得到大幅度的提高，进一步开发热电制冷的应用领域。 二、半导体制冷片制冷原理 原理图

激光的发展与应用

激光的发展与应用 摘要：激光作为20世纪的新发明，从1960年第一台激光器问世以来，激光技术与应用发展迅猛。它不仅在产业上有了飞速发展，而且还为科学技术、国民经济和国防建设做出了积极贡献。本文综述性描写激光的发展与应用，首先简要的介绍激光的发展史，其次介绍激光的特性，最后结合激光的特性和发展史以典型的实例来简要的说明激光在各个方面的主要应用。 关键词：激光；发展；应用；特性；实例 １.引言 激光，作为高新技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生活和生产的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值，可见它对人类社会的影响之深刻而广泛。 ２.激光的发展简史 1916年，爱因斯坦在研究黑体辐射的普朗克公式时曾寓言了受激辐射的存在，从而提出受激辐射的概念，并预见到受激辐射光放大器诞生,也就是激光产生的可能性[1]。 20世纪50年代美国科学家汤斯及前苏联科学家普罗克霍洛夫等人分别独立发明了一种底噪声微波放大器，即一种在微波波段的受激辐射放大器(Microwave amplification by stimulate emission of radiation)，并以其英文的第一个

字母缩写命名为maser[1]。1958年美国科学家汤斯和肖洛提出在一定的条件下，可将这种微波受激辐射放大器的原理推广到光波波段，制成受激辐射光放大器(Light amplification by stimulated emission of radiation，缩写为laser)。1960年7月美国的梅曼宣布制成了第一台红宝石激光器[2]。1961年我国科学家邓锡铭、王之江制成我国第一台红宝石激光器，在1961年11期《科学通报》上发表了相关论文，称其为“光量子学放大器”。其后在我国科学家钱学森的建议下，统一翻译为“激光”或“激光器”[3]。1962年雅文等人在美国贝尔实验室制成了氦氖激光器[1]。自此新的激光器不断的被研制出来，激光开始走上了高速发展的道路。 ３.激光的特性 由于激光产生的机制与普通光不同,因此，它具有许多与普通光不同的特性。 3.1.单色性好。激光几乎是严格的单色光。通常所谓的单色光，实际上其波长并不只为某一数值，而是由许多波长相近的光所组成，其波长取值范围,称为谱线宽度[2]。不同光源发出的光有不同的谱线宽度。过去作为长度基准的单色性最好的氪灯，它的谱线宽度为，而氦氖激光器所发的632.8nm的激光，它的谱线宽度可达，由此可见其单色性之好[4]。正是由于激光单色性好，目前国际上采用甲烷稳定的氦氖激光器（激光波长为3392.23140nm）作为体现米定义的标准辐射源[4]。 3.2.方向性好。与普通光源以立体角不同，激光发射限定在很小的立体角内。它大致等于激光器通过光孔径的圆孔衍射的发散角因此是几乎平行的光

磁制冷的历史及进展

磁制冷的历史及进展 现代社会的发展和生活质量的提高要求有舒适的环境，作为现代科学血液的制冷技术在近200年逐步发展和成熟，给人类的生活带来了舒适和享受，也给科学和技术提供了研究和使用平台。因为人类能源有近三分之一消耗在制冷上，因此制冷技术的状况对人类的生存和可持续发展就显得极为重要。从技术层面上说，制冷按照使用原理的不同主要有液体汽化制冷、气体膨胀制冷、吸收制冷、吸附制冷、热电制冷、涡流管制冷、热声制冷、脉冲管制冷以及磁制冷等多种形式，但目前的主流制冷方式是液体汽化制冷。液体汽化制冷大量使用的氟里昂会对大气构成严重的污染：它不但破坏大气层上空的臭氧环境（R12，R22，R502等制冷性能优良的主流制冷剂），而且还具有大的温室效应（R134a和R152a等目前所谓的替代品氟里昂），此外新近在冰箱上尝试使用的异丁烷600a也存在燃爆性这样的安全问题。因为制冷与我们的生活息息相关，它直接影响了能源的使用和环境的质量，因此研究和发展节能、安全、环保的新型制冷方式就非常迫切，而且意义重大 磁制冷的研究可追溯到十九世纪。磁性材料有磁热效应的第一个例子是铁，它在1888年首先由Warburg在实验中观察到。而磁制冷作为一种制冷方式的可能性则在1926年由Debye 和Giauque阐明。1933年，W.F.Giauque和D.P.Mac Dougall利用磁热效应进行绝热去磁冷却顺磁盐成功。到今天，使用核去磁人类已经可以达到10-8K的极低温度，但那种制冷方式没有循环可言。构成循环的磁制冷因为其过程的可逆性而在理论上具有最高的循环效率，而且没有压缩机，所以就成了物理学家梦寐以求的制冷方式。但后来的研究仅仅在极低温领域（绝对零度附近）获得成功，并且早已生产出了氦的磁制冷液化设备。在室温磁制冷部分则经历了太多的失败后长期停滞不前，一直没有什么大的进展。和低温下的磁制冷不同，室温磁制冷因为热扰动的加剧和超高磁场获得的困难，所以在循环方式、磁制冷工质以及系统设计上都有特殊的要求，实现起来十分艰难，从而长期裹足不前。 在76年以前的磁制冷研究还可以说得稍微详细些：1881年Warburg首先观察到金属铁在外加磁场中的热效应。20世纪初,Langevin第一次展示通过改变顺磁材料的磁化强度导致可逆温度变化。1918年Weiss和Piccard从实验中发现Ni的磁热效应。1926年Debye、1927年Giauque两位科学家分别从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结论后,极大地促进了磁制冷的发展。1933年Giauque等人以顺磁盐Gd2(SO4)3·8H2O为工质成功获得了1K以下的超低温,此后磁制冷的研究得到了蓬勃发展。最初,人们在极低温温区针对液氦、超氦的冷却对顺磁盐磁致冷材料进行了较详细的研究,随后,人们又在低温温区针对液氢等进行了研究。自1976年Brown首次实现了室温磁制冷后,人们才真正开始取得室温磁制冷研究的进展。

激光的发展历程及应用

南京理工大学 研究生研究型课程考试 课程名称：现代物理学导论 考试形式：□专题研究报告√论文□大作业□综合考试 学生姓名：王慧学号： 512011424 评阅人：王清华 时间：2013年6 月

激光的发展历程及应用 王慧 （南京理工大学机械工程学院南京210094） 摘要：自1960年第一台激光器发明以来，经过儿十年的发展，激光技术的研究取得了飞越性的发展并广泛应用于人们生活的各个领域。本文主要介绍了激光的应用领域以及一此处于研究前沿领域的技术。 关键词：激光发展；激光历史；激光应用 The Development and Application Prospects Of Laser Technology Abstract：Since the advent of the first optical maser, there has been several dacades. In the short years laser technology has made transilient progress and has applied to in many affairs civil use. The article is about the application of laser technology which is under application and advancing front of study. Key words：Laser Development; Laser history; Laser Applications 一．引言 自1960年7月梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器以来，经过四十多年的发展，人们在激光的研究上突破了许多技术难题并取得了相当的成就。激光被发明以来，以其方向性强、单色性好、高亮度和高度的时空相干性引起了科学家们特别是军事家们的广泛关注，经过科学家们的不懈努力，今天的激光仪器无论是从工作原理、实验手段，还是制造工艺都已逐步成熟。激光日益受到各大军事强国的重视，并有望成为未来军事技术发展中最活跃的一个领域之一。迄今为止，激光在军事领域已经广泛应用于定向能武器、航空航天、侦察与反侦察、制导、通信等诸多领域，大大提高了军队在高技术战争条件下的打击与防御能力。同时，激光的军转民技术也得到了很大的发展。 二．激光的发展历程 早在1917年,爱因斯坦在光量子假设基础上,提出了光的两种不同性质的辐射—自发辐射和受激辐射.从理论上预言了存在受激辐射光的可能性。1928年,德国的https://www.wendangku.net/doc/221678200.html,denburg,H.Kopferman用实验证明了受激辐射假设成立。到本世纪五十年代,实验上验证了粒子数反转现象,并提出爱激辐射放大理论,由这个理论所预见的粒子数反转体系对入射电磁场产生受激放大作用的可能性,首先在无线电电子学的微波技术领域内得以实现。1954年,氮分子气体微波量子放大器诞生。微波量子放大器技术的出现和进展。促进人们在光频波段的探索。1957年9月,美国的c.H.Townes第一次提出光频受激辐射放大设想,同每11月,美国的R.G.Gould 独立提出光频受激辐射放大构思并提出证据公证。继而许多人提出了各种激光器 建议.1960年5月」.5日第一台红宝石激光器〔69招A。)由美国人T.H.Maiman研制成功至此,激光技术就以科学史上罕见的高速度向前发展着,激光理论和激光应用也很快开拓。 在理论研究方面.激光技术的出现极大地促进了光辐射理论的发展。激光以前所有各类光源的发光纂本上属于自发辐射机制.光辐射与物质的作用属于弱光与物质的相互作用,其辐射理论属于有关弱光辐射的产生机理,基本性质及其与物质相互作用的理论,经其描述的特点是麦克斯韦方程组中介质电极化强度矢量与辐射场的场强矢量成线性关系,而量子描述的特点是在进行量子力学处理l对.往往只取一级微扰近似。激光的发光机制是基于粒子数反转体系的受激

空调制冷技术发展分析

空调制冷技术发展分析 发表时间：2019-08-27T11:13:58.503Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：高捷 [导读] 摘要：伴随着科技的进步，节能、环保、健康、智能控制已经成为空调发展的大趋势。 河南省郑州市河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心河南郑州 450000 摘要：伴随着科技的进步，节能、环保、健康、智能控制已经成为空调发展的大趋势。为了保障制冷设备正常运行，并达到所要求的指标，需要把控制温度、压力、流量、湿度等许多热工参数的一些控制电器和调节元件、各种仪表、传感器及附属设备组合起来，形成一个控制系统，这个系统就是制冷与空调自动控制系统。 关键词：空调制冷技术；发展分析 1 空调制冷技术的应用发展 1.1 冰蓄冷技术应用及发展 现代化空调设备已成为人们生活、生产离不开的一项必备工具，其走进千家万户、各行各业成为一项生活必需品，同时其能耗显著问题也得到了人们的广泛关注。据相关数据统计，我国空调系统用电量已上升至建筑总消耗电能量的百分之六十以上，由此可见，在电力紧张、能源紧缺的今天，空调行业受到了耗能量庞大的显著影响，为有效降低空调制冷系统能耗，冰蓄冷技术应运而生并成为专家们主力研究的技术领域，采用冰蓄冷技术研发的空调系统主体利用电能非峰值保持制冷剂始终处于最佳化节能状态稳定运行，并将空调系统服务运行所需的潜热与显热形式全部或部分释放冷量用来满足空调系统运行冷负荷，即采用融冰冷量释放达到空调系统运行冷负荷的需求标准，蓄冷设备则成为储存冰的相应容器。该冰蓄冷空调制冷技术可有效发挥填谷移峰作用，并全面提升空调系统运行服务稳定性，创设了显著经济效益，令系统能耗得到了有效控制。 1.2 城市制冷供热中空气源热泵技术应用 空气源热泵构建于循环逆卡若原理之上，是一种制热环保、节能的有效技术方式，应用该技术构建的空调制冷系统可利用自然能，诸如蓄热空气有效获得低温热源，通过系统的集热高效整合后形成高温热源，进而实现供应热水或供暖取暖目标，基于该技术构建的整体系统具有较高的集热效率。应用空气源热泵技术的范畴广泛，其产品适用服务温度范围在零下十度至零上四十度之间，同时不受到环境气候的限制，可实现全天候四季皆可的服务使用，即使是雨天、阴天、下雪等恶劣气候条件或寒冷的冬季傍晚也不会受到任何影响，均能够正常应用。同时该技术系统具有较高热效率，其产品全年平均热效率均超过百分之三百，且其热泵产品不会排放任何种类燃烧污染物，系统中采用的制冷剂可有目的选择环保型R417A种类，进而不会对大气臭氧层造成任何污染，是一种具有优质环保性能的空调制冷技术，较适用于北方冬冷夏热气候的城市制冷与供暖事业，会产生较好的使用效果并创设丰富经济效益。 1.3 太阳能空调制冷技术发展应用 太阳能是取之不尽用之不竭的一种清洁型可再生能源，其蕴含的庞大能量及长效特征令其备受科学家关注并在深入研究中实现了迅猛发展。利用太阳能进程中制冷太阳能空调系统具有广阔的发展前景与良好的发展趋势，是当前研究制冷技术的亮点与热点。太阳能空调制冷技术具备显著的节能优势，据相关数据统计，世界各国消耗于民用空调系统中的电能总量占到民用耗电总量的一半以上，倘若采用太阳能则会令该类显著空调系统能耗大大降低。同时太阳能还具有环保特性，倘若采用CFC工质压缩制冷机则会对自然界大气臭氧层产生强力破坏作用，因此该类工质已被暂停使用。目前世界各国均在致力于研究替代CFC类工质的相关技术。一般情况下，太阳能空调制冷技术采用制冷剂物质为非氟氯氰，其包含的温室效应与破坏臭氧层系数均为零，因此充分满足现行环保要求，并可有效降低石化能源燃烧发电产生的不良环境污染。再者太阳能空调制冷技术还有一类显著优势为供给热量与冷量需求在数量与季节中处于高度匹配性，即辐射太阳能越强，大气的温度便会越高，因此需求的冷量便会越大。利用该性能我们可将太阳能空调制冷系统设计为多能源类型，科学利用废气、余热及天然气等他类能源构建优质空调制冷系统。 当前较为常用的制冷太阳能空调技术有吸收式制冷太阳能空调，该制冷系统主体利用变化的溶液浓度获取冷量，也就是说在一定压力下制冷剂发生吸热蒸发，同时再利用吸收剂进行蒸汽吸收。该原理相当于利用发生器与吸收器替代压缩机，可利用的热能包括太阳能、热水、低压蒸汽以及燃气等丰富形式。当前该空调制冷系统实现了较为广泛的应用，其采用常规吸收式氨水或溴化铎空调机有机结合于太阳能热水体系进而发挥冬季供热、夏季制冷功能。还有一类常用的太阳能空调为喷射式系统，该系统中制冷剂位于换热器实现太阳能吸收并发生增压、气化变化，生成饱和蒸汽，令其进入至喷射器通过喷嘴实现高速的膨胀、喷出，并于喷嘴周围形成真空。同时喷射器再次吸入蒸发器内低压蒸汽，通过喷射器产出的混合气体则逐步进入冷凝器中实现凝结与放热，而后一部分冷凝液经过节流阀流入蒸发器在吸收了部分热量后便产生汽化，完成的该部分工质便是制冷循环过程。另一部分冷凝液则会经过循环泵完成升压后流入换热器并再次履行新一轮吸热汽化的过程。太阳能光电式空调制冷系统也是其应用发展模式之一，实际上该类制冷系统是应用太阳能进行发电的过程，通过光伏转换设备令太阳能合理转化为部分电能，通过工频或高频后令压缩制冷器实现驱动，通常来讲该技术构建的制冷系统完全与压缩制冷系统相同。金属氰化物制冷空调系统主体应用不同温度下金属氢化物吸氢及放氢过程中放热吸热原理实现制冷工作，即使在低温环境下也可正常运行。金属氢化物一旦降低了成本其放氢与吸氢寿命及性能将会有所提升，由此可见该太阳能空调制冷技术系统具有广泛的应用前景，并逐步成为国内外行业专家开发研究的热点项目之一。 2 空调制冷技术发展前景趋势 由总体层面来讲，环保、节能、智能化与健康化是空调制冷系统技术未来的科学发展趋势，行业近期主要针对其显著热点技术进行深入研究，包括直流变频、自动清洁、静音、节能、彩板、加湿、新冷媒、网络远程控制及铝替铜技术。同时较多国家逐步开始了严格控制家电产品能耗指标的研究，我国对于制冷空调节能控制技术也施以充分重视，目前，我国制冷空调在高效换热器、压缩机等层面占据着世界领先地位，例如PAM高效节能技术已领先应用于海尔空调中。再者相关环保技术也逐步实现了广泛应用，人们越发重视空气环境对健康生活的影响，因此空调系统便顺理成章的担负起了健康营造舒适环境的重任。当前健康的空调技术包括发生负离子、离子集尘、健康除湿、保湿双向换新风、多元光触媒、三重防御、立体环绕自然风、静音及抗菌技术等。 结语 总之，环保、节能、高效、健康是空调制冷技术研究发展的终极目标，我们只有本着以人为本、立足长远的原则科学研究节能环保型空调智能技术，探寻新型环保能源、总结空调制冷领域取得的成绩、经验，用于指导后续的科学研究发展，才能真正以低成本获取高回