制冷与低温技术原理试题.docx

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制冷与低温技术原理试题

制冷与低温技术原理

[填空题]

1低温制冷技术的主要内容包括哪些方面（如：

液化、分离、环境、真空等）？

举出两个例子说明之。

参考答案：

[填空题]

2以材料学科为例，说明低温制冷技术对其影响和促进作用。

在哪些方面产生了比较大的变化和进步？

参考答案：

陶瓷及陶瓷复合物（如熔融石英、稳定氧化锆、硼化钛、氧化硅等）具有一系列优良性质：

比钢轻、强度和韧性好、耐磨、导热系数小、表面光洁度高。

将陶瓷用烧结法渗入溶胶体制成零件或用作零件的表面涂釉，可改善零件的性能。

聚合材料（工程塑料、合成橡胶和复合材料）用于制冷产品中作为电绝缘材料、减振件和软管材料；利用聚合材料的热塑性，以新工艺通过热定型的方法制造压缩机中的复杂零件（转子、阀片等）。

这些新材料的应用，带来产品性能、寿命的提高和成本的降低。

[填空题]

3超导技术与低温制冷技术有何关系？

低温超导和高温超导分别工作在那个温区？

两种超导体目前的主要用途是什么？

参考答案：

低温制冷技术可以提供超导技术所需要的温区。

低温超导一般是在Tc<30K的温区下，在强电磁场中 ，NbTi超导材料用作高能物理的加速器、探测器、等离子体磁约束、超导储能、超导电机及医用磁共振人体成像仪等；Nb3Sn超导材料除用于制作大量小型高磁场（710T）磁体外，还用于制作受控核聚变装置中数米口径的磁体 ；用Nb及NbN薄膜制成的低温仪器，已用于军事及医学领域检测极弱电磁信号 。

低温超导材料由于Tc低，必须在液氦温度下使用，运转费用昂贵，故其应用受到限制。

具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导材料。

因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。

高温超导材料不但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含量不确定，具有陶瓷性质。

氧化物中的金属元素（如铜）可能存在多种化合价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代，但仍不失其超导电性。

除此之外，高温超导材料具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异形性。

[填空题]

4通常大型科学装置中都含有低温系统，它的主要作用是什么？

参考答案：

科学研究往往需要人工的低温环境。

例如：

为了研究高寒条件下使用的发动机、汽车、坦克、大炮的性能，需要先在相应的环境条件下作模拟试验；航天仪表、火箭、导弹中的控制仪，也需要在地面作模拟高空环境下的性能试验，低温低压环境实验装置为这类试验提供了条件。

气象科学中，云雾室需要（-45~30）℃的温度条件。

云雾室用于人工气候实验，研究雨滴、冰雹的增长过程、各种催化方法及扰动对云雾的宏观、微观影响，模拟云的物理现象，等等。

[填空题]

5举例说明低温气体循环和液化循环的原理区别、技术特点、应用场合。

参考答案：

[填空题]

6科技进步使得学科之间交叉融合，那么低温制冷技术还可能形成哪些交叉和边缘学科？

参考答案：

低温技术是一门发展迅速的现代科学。

它为许多技术部门和基础科学服务，形成了许多独特的边缘学科，正在改变一些古典学科的面貌。

如超导技术、低温电子学、低温生物学、低温医学等都形成了新的边缘学科，又如低温的技术处理，低温粉碎等形成了一个新的工艺方法。

[填空题]

7脉冲管制冷机的工作原理和主要特点。

分析说明其主要优势和发展前景。

参考答案：

[填空题]

8低温容器的结构有何特点？

低温传输管道有哪些主要技术？

参考答案：

[填空题]

9列举出3个以上的实例，说明利用低温制冷技术创建非自然环境的实际意义。

参考答案：

制冷和低温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。

在长期的生产实践和日常生活中，人们发现许多现象与温度有密切关系。

人体对温度相当敏感。

炎热条件下希望降温以提供适宜的工作和生活环境。

所有生物过程都受温度影响，低温抑制食品发酵、霉菌的增殖，对食品保鲜起重要作用。

材料的某些重要特性与温度有关：

如机械材料具有冷脆性，塑料、橡胶也有同样的性质；又如金属的导电性随温度下降而提高，有些纯金属或合金当温度降到某一数值时出现超导性，人为地利用这些特性，需要人工创造低温环境。

通过降温产生物态变化，可以使混合气体分离、气体液化。

扩散和化学反应与温度也有直接关系，许多生产工艺过程中温度对产品性能和质量有很大影响。

空间和遥感遥控技术更是与制冷技术紧密联系，等等。

[填空题]

10试举出低温制冷技术在航空、航天中的应用实例，并分别说明其工作原理。

参考答案：

[填空题]

11对低温气体进行液化的目的有哪些？

液氢、液氦有哪些用途？

参考答案：

气体液化的好处是可以使气体的体积大大缩小，便于储存和运输。

气体被液化以后可以使得单位质量工质中储存更多的冷量。

液氧可以用作液体燃料推进剂的助燃剂；冶炼中的氧化剂（炼钢除碳）；又由于液氧具有强的顺磁性，可用于氧磁性分析仪。

液氦可以用作制冷剂、超导冷却剂。

[填空题]

12说明国内外大型天然气液化设备的技术水平和发展方向。

参考答案：

纵观世界LNG技术与装备的发展，经历了装置规模由小到大、工艺技术不断进步、设备性能逐步提高、控制水平突飞猛进、成套能力日益增强的过程。

从1976年，由原机械工业部投资组建四川深冷设备研究所开始，我国天然气液化工艺技术不断发展，尤其到2008年，以中海油大型LNG技术装备国产化项目为依托，国内关键设备制造优秀企业密切合作，于2010完成了大型天然气液化工艺及关键设备技术包括液化工艺包、冷箱、冷剂压缩机、驱动电机、变频器、仪控系统、部分低温阀等的研发，走出了一条LNG装备国产化之天然气液化设备技术发展现状及趋势四川空分设备（集团）有限责任公司副总经理谢波路。

从2010年至今，包括华气安塞200万方/天，张家口国储100万方/天，山东泰安260万方/天，内蒙古兴圣200万方/天、湖北黄冈新捷500万方/天等多套国产化的百万方级天然气液化装置已经调试投产。

目前，受限于当前国际油价的波动和国内经济结构调整的影响，国内管道天然气液化需求呈下降趋势，但是作为海上油气资源开发的新型应用设备——海上浮式液化装置近年来受到重视并相继进行了大量研制工作；为节能减排，对于化工尾气、焦炉尾气的回收处理也是天然气液化领域的一个分支；此外随着页岩气开采技术的成熟，都将对我国天然气的气源结构产生深远影响。

新形式下，应该积极实施我国天然气“利用海外”发展战略，走出国门，开发利用海外资源，液化世界天然气，确保我国LNG进口战略通道建设和运行安全，为我国能源的安全和清洁作出更大贡献。

天然气液化行业至今已历经半个多世纪的发展，液化装置的规模和所采用的工艺流程均发生了显著变化。

液化工艺技术日渐成熟，且工艺多样、百家争鸣，除Liquefin流程尚未得到应用外，C3MR、AP-XTM、MR、MFC 等混合冷剂流程及优化级联流程均在大型液化装置上得到成功应用。

装置规模不断扩大，单线生产能力不断提高，从建设初期不足0.5Mt/a，发展到今天的单线产能最大7.8Mt/a。

然而，装置规模的发展并不是一味追求规模最大化，而是在朝着根据实际情况兼顾操作灵活性、负荷调节能力及设备检维修停产等方面问题，追求项目全生产周期的技术经济效益最大。

目前在建和拟建的大型液化装置规模在 3.0～6.5Mt/a 较宽泛的范围内。

此外，现今海洋天然气资源的开发和极地地区天然气资源的开发是天然气资源开发利用的新动向，随之刺激了液化工艺技术和装置建设的进一步。

[填空题]

13杜瓦技术有何作用？

它的发明意义何在？

参考答案：

杜瓦瓶是一个双层玻璃容器，两层玻璃胆壁都涂满银，然后把两层壁间的空气抽掉，形成真空。

两层胆壁上的银可以防止辐射散热，真空能防止对流和传导散热，因此盛在瓶里的液体，温度不易发生变化。

后来，伯格用镍制造外壳，保护易碎的玻璃瓶胆。

杜瓦瓶的绝热保温性能良好，解决了低温液体的储藏问题。

[填空题]

14低温制冷技术所涉及的温度范围是那些？

主要的工程应用价值何在？

参考答案：