冷却（共12篇）
（一）一、复习提问
1、汽油供给装置由哪些组成？
2、汽油喷射系统由哪些元件组成？
二、导入新课
上节课我们学习汽油机燃油供给系统，今天我们继续学习发动机冷却系统。
三、讲授新课
8.1冷却系统的功用及组成
（一）冷却系统的功用
是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。在冷态下的发动机起动之后，冷却系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。
（二）冷却系统的分类
发动机的冷却系统有风冷与水冷之分。以空气为冷却介质的冷却系统称风冷系统，以冷却液为冷却介质的称水冷系统。汽车发动机，尤其是轿车发动机大都采用水冷系统，只有少数汽车发动机采用风冷系统。
（三）冷却系的组成
汽车发动机的冷却系统为强制循环水冷系统，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却 液在发动机中循环流动。强制循环水冷系统由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水 桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其他附属装置等组成。
8.2 冷却液
（一）冷却液的作用
1、为了适应冬季行车的需要，在水中加入防冻剂制成冷却液，以防止循环冷却水冻结。
2、防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附加作用。
（二）冷却液的成分
1、最常用的防冻剂是乙二醇。冷却液中水与乙二醇的比例不同，其冰点也不同。
2、在水中加人防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。
3、防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的锈蚀或腐蚀。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将妨碍水套壁的散热。泡沫抑制剂能有效地抑制泡沫的产生。在使用过程中，防锈剂和泡沫抑制剂会逐渐消耗殆尽，因此，定期更换冷却液是十分必要的。
4、在防冻剂中，一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色，以便识别。
8.3 散热器
（一）散热器的作用
发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。
（二）散热器的分类
1、按照散热器中冷却液流动的方向，可将散热器分为纵流式和横流式两种。
纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。横流式散热器芯横向布置，左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室经散热器芯到出水室横向流过散热器。
2、散热器芯结构形式分类。
（1）管片式散热器芯由散热管和散热片组成。
（2）管带式散热器芯由散热管及波形散热带组成。
（3）板式散热器芯的冷却液通道由成对的金属薄板焊合而成。
（三）散热器盖
1、闭式水冷系统可使系统内的压力提高98～1 96 kPa，冷却液的沸点相应地提高到 1 20℃左右，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器的换热效率。由于散热器 散热能力的增强，可以相应地减小散热器尺寸。
2、闭式水冷系统可减少冷却液外溢及蒸发损失。
散热器盖的作用是密封水冷系统并调节系统的工作压力。当把散热器盖盖在散热器加冷 却液口上并锁紧时，散热器盖的上密封衬垫在压力阀弹簧的作用下与加冷却液口的上密封面贴紧，散热器盖的下密封衬垫与加冷却液口的下密封面贴紧，这时水冷系统被封闭。
（四）补偿水桶
补偿水桶由塑料制造并用软管与散热器加冷却液口上的溢流管连接。其作用当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流人补偿水桶；而当冷却液降温时，部分冷却液又被吸回散热器，所以冷却液不会溢失。
四、课堂小结
（一）冷却系统的功用、分类、组成
（二）、冷却液的作用、成分
（三）、散热器的作用、分类
（四）散热器盖
（五）补偿水桶
传统的空冷设备在电站机组中已经得到了广泛应用, 但是该系统占地面积大、结构复杂、施工困难, 适用于电站或石化等大型机组设备, 不适合在某些换热量小、水量低、冷却灵活性要求高的冷却系统中使用, 因此我们设计研发了一种适用于冷却要求更加灵活的小型空气冷却装置。该空气冷却装置是针对压缩机设备的冷却水进行降温散热的专用设备。该装置具有结构紧凑、效率高、噪声低、振动小、占地面积小等特点, 产品适应性强、运行经济、性能可靠、安装容易、操作简单。
1 空气冷却装置工作原理
该空气冷却装置的工作原理为:通过冷却器并联, 灵活地控制换热面积, 调节压缩机设备的冷却水流通通路, 从而使压缩机设备的冷却水温度得到更稳定的控制。压缩机设备的冷却水通过空气冷却装置的卧式水泵加压使冷却水流入冷却器, 冷却器外部由轴流风机带动空气流通, 使设备使用水通过冷却器与流经的空气进行换热, 将冷却水的温度降低, 达到散热冷却的目的, 从而达到设备使用水的出水温度要求。该空气冷却装置内设有3台换热面积不同的冷却器, 换热面积大小比例为3∶2∶1。3台冷却器以并联的方式连接, 每台冷却器的入口处均设有一个电动三通阀, 可灵活地控制空气冷却装置中3台冷却器的进出水情况。由于压缩机的设备使用水温度会随着当时环境的不同、运行工况的不同而发生变化, 然而设备使用水的温度要控制在40℃以下, 因此需要该空气冷却装置的调节能力更加灵活、多变。当压缩机的设备使用水出水温度较高时, 3台冷却器同时进水, 所有轴流风机同时运转, 此时该空气冷却装置换热能力最强, 当压缩机的设备使用水出水温度稍低于峰值时, 通过电气控制将轴流风机关闭一部分, 在换热面积不变的情况下减小风量, 从而减小换热量来控制设备使用水的降温效果。以此类推可设置出多档控制, 可以更加灵活地控制压缩机设备使用水的温度, 运行原理如图1所示。
P1.水泵1 P2.水泵2 HR1.冷却器1 HR2.冷却器2 HR3.冷却器3 RG1.电动三通阀1 RG2.电动三通阀2 RG3.电动三通阀3 F1、F2、F3.风机
表1为该装置各个档位说明。
通过变换风量和换热器的投入使用情况可灵活地控制换热量, 从而达到控制设备冷却水水温的目的。在此只介绍5档, 如果有特殊要求, 还可只使3台换热器进水, 不开风机增加档位等。
2 空气冷却装置结构
该空气冷却装置主要由轴流风机、冷却器、结构框架、膨胀水箱、水管路等主要部分构成, 结构特点为占地面积小、结构设计紧凑。如图2所示。
2.1 冷却器
铜管配合铝翅片的波纹设计以交错方式排列。以此保证冷却器具有更高的热传递性能和更低的空气阻力;准16无缝铜管内流通设备冷却水, 和空气逆流换热, 将流经冷却器的设备冷却水降温。机组内共设3个冷却器, 在风侧, 3个冷却器为并联;在水侧, 3个冷却器也为并联, 通过分配风侧和水侧的介质的通断, 可以更灵活地调节和控制设备冷却水的出水温度, 使其达到压缩机设备冷却水的温度要求。经多年工作经验总结, 该冷却器在结构强度方面同时具有很高的可信度, 而且由于换热管采用了壁厚为1 mm的紫铜管, 因此该冷却器的防腐性能也很出色。
2.2 框架
空气冷却装置结构框架由型钢焊接制造而成, 底座采用槽钢[126×53×5.5焊接而成, 连接框架部分采用槽钢[100×48×5.3焊接而成, 外形美观, 结构坚固, 外表面喷涂底漆面漆防腐能力强, 保证机组的结构强度, 用来支撑管路、表冷器、风机、膨胀水箱、轴流风机等。支撑膨胀水箱位于机组最高处, 为此设计了爬梯, 便于膨胀水箱的检测与维修。
2.3 膨胀水箱
膨胀水箱采用304不锈钢板焊接制造, 内设浮球阀和液位浮子开关。当设备冷却水的温度出现波动时, 由于液体热胀冷缩的作用, 系统内水的体积会有改变, 膨胀水箱能够使系统维持稳定:在系统内冷却水的温度上升, 系统内的水受热膨胀时, 可以容纳设备冷却水的体积增加量;而在系统内冷却水的温度降低而使其体积收缩时, 膨胀水箱可为系统补充设备使用水。在设备运行中膨胀水箱还同时作为空气冷却装置水管路系统的定压装置。浮球阀和液位浮子根据膨胀水箱水位的高低变化作出相应反应, 当水位低于设定水位时, 浮球阀门开启, 而液位浮子则发出信号, 使连接浮球阀的供水管路上的补水泵开启, 对管路系统进行补水, 确保系统满水运行。膨胀水箱放置在空气冷却装置顶部, 设备水管路的最高点, 水箱采用不锈钢制作, 容积为0.64 m3。膨胀水箱的运行重量约为1t。
2.4 水管路
水管路采用304不锈钢管焊接而成, 将空气冷却装置内表冷器、水泵、阀门等设备联接起来。在表冷器水侧入口处均设有电动三通阀, 电动三通阀采用304不锈钢制造。水管路的最终端进出管口采用对焊法兰连接, 方便了该空气冷却装置管路与压缩机管路组合件的连接与安装。
2.5 水泵
该空气冷却装置水泵采用ISW型单级单吸卧式离心泵。泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡, 保证平稳运行、无振动。不同材质的硬质合金密封, 保证了不同介质输送均无泄漏。两个低噪音轴承支撑下的水泵, 运转平稳, 除电机微弱声响基本无噪音。该空气冷却装置的水管路系统中, 为保证该装置水系统的运行平稳, 该空气冷却装置在设计过程中采用了两台水泵并联设计, 其中一台水泵为该空气冷却装置正常运行下使用, 而另一台此时为不工作状态;当正在运行的水泵出现故障停止工作时, 电控系统则发出信号从而使另一台水泵继续工作, 这样可以在不影响装置工作的前提下去对出现故障的那台水泵进行维修, 保证了该空气冷却装置能够一直保持工作状态, 不会出现影响压缩机工作效率的状况。
3 结论
该空气冷却装置在传统空冷系统的工作原理基础上, 通过对冷却器和风机等主要部件的结构改装及使用方法的改变, 提高了空气冷却装置的使用灵活性, 降低了空冷设备的占地面积和施工难度, 减小了由于设备体积庞大而造成的运输困难。由于该空气冷却装置可灵活的设置出多档控制, 在压缩机设备使用水温度不同的情况下, 可由不同级别的换热面积或风量来控制换热量, 灵活的控制设备使用水的出水温度。
参考文献
[1]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京:水利电力出版社, 1992.
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3元钱就能喝到一杯现磨现煮的咖啡，创业之初，这个看似充满了无限商机的主意曾经让张景琳兴奋不已。然而一场大张旗鼓的咖啡平民化风潮席卷过后，3元咖啡在市场上站稳了脚跟，但张景琳蓦然回首，却突然发现找不到了本应属于自己的那块蛋糕。
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2005年夏天，在一家外资公司从事行政工作的张景琳偶然在杂志上看到了“3元咖啡”的招商广告、广告里说，咖啡店里几十元一杯的咖啡，其实有很多成本是花费在店面装修上，而真正的咖啡原料仅仅需要几角钱。3元咖啡不需店面，因此能将咖啡的成本降下来，使消费者享受到物美价廉的咖啡饮品。
那一刻，张景琳动了心。她在同事当中做了一个简单的市场调查，大家都表示，如果有这样物美价廉的咖啡，当然愿意长期消费。这个结果让张景琳信心大增。她决心从事3元咖啡生意。
虽然是从其他商家的招商广告中得知了3元咖啡的信息，但张景琳却并不想加盟别人的品牌。在她看来，3元咖啡其实就是通过和别的经营场所的合作，减少店面支出，降低咖啡成本，在经营上并没有什么特别的秘密。与其白白地交给别人加盟费，不如做出自己的品牌。
为了节约成本，张景琳选择了最简单的方法——通过互联网寻找咖啡供应商。经过比较，她选定了一家上海的供应商，按对方的宣传资料中的介绍，该公司的咖啡产品原料都是从国外进口，计算下来，一杯咖啡的成本在1元左右。然而一个问题却是，这样的公司都以批发业务为主，想到每杯咖啡2元钱的利润空间，张景琳拿出近万元资金，一次购进了蓝山、曼特宁、哥伦比亚、摩卡等几个品种的咖啡豆以及植脂末、奶精等配料。
原料问题解决了，2006年初，张景琳购买了一台家用咖啡机，正式辞职下海，雄心勃勃地要掀起一场咖啡平民化运动。
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3元咖啡走的是无店铺经营的路线，这决定了这一项目在经营的过程中必须与其它的店铺和机构合作，张景琳选择的第一个合作对象就是网吧。
随着行业的发展，一批环境优美、颇具规模的网吧出现在长沙街头。张景琳选择了三家拥有300台以上机位，环境温馨优雅的大型高档网吧。在这些网吧上网的网民都具有一定的消费能力和消费观念，正是3元咖啡的目标顾客。与网吧的谈判进行得还算顺利，除了在利润的分配上稍有分歧之外。张景琳开出的条件是，每杯咖啡网吧提成0.7元，可网吧老板希望，每杯咖啡能够提成1.2元以上。张景琳算了一笔账，每杯咖啡的原料成本在1元左右，加上每月付给网吧的水电费和宣传资料等费用，每杯咖啡成本大概在1.2元左右。最后，双方以每杯咖啡提成1元的价格终于成交。
第二天，张景琳将不同品种的咖啡分别研磨好，装在密封的透明玻璃容器中，在网吧的吧台上一字排开，然后又专门印制了“进口现磨现煮咖啡每杯3元”的横幅，悬挂在网吧的进门处。对于3元咖啡的市场前景，张景琳充满了信心。
然而初入商海，市场便当头给张景琳泼了一盆冷水。3元咖啡上市的前几天，三个试点网吧每天的销量仅有十几杯。
张景琳分析原因，认为是大部分网民们还没有得知3元咖啡的信息。她印制了一批宣传牌放置在每台电脑旁，可一个星期下来，效果仍不明显。张景琳与网吧工作人员商议，请他们帮忙推荐一下自己的咖啡，可这些工作人员大多冷冷地说没时间，让张景琳自己找人，便忙着或是上网聊天，或是打游戏去了。
眼看着现实与设想大相径庭，张景琳的信心开始一点点动摇了。要开拓市场，就必须要舍得投入，在挫折面前，她开始认清了这样一个现实。
第二天，张景琳以每天50元的工资招了三个兼职大学生，简单地培训了一番后，派到三个试点网吧做起了促销。她在网吧里开展免费品尝活动，并购买了几台袖珍磨豆机和咖啡壶，在网吧的吧台处现场磨煮咖啡。这一系列的促销手段终于开始为张景琳带来了收益，虽然每天用于促销的支出都在500元以上，但三家网吧每天的销量大幅上升，由最初的十几杯增加到每家100杯以上。张景琳计划着，等每家网吧的销量稳定在200杯左右时，就可以取消这些促销活动，到时候，网吧的老板看到了收益，自然会帮自己推销产品。然而，她的这一看似完美的计划很快又被一场变故打破了。
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2006年4月，3元咖啡进入网吧销售已经1个月时间。虽然还处于赔本赚吆喝的阶段，但每家网吧每天的销量已经达到了150杯。然而一个周末的下午，张景琳突然接到一个促销员的电话，称网吧的工作人员不准她再在网吧里销售咖啡。
促销员临走前，悄悄告诉张景琳，前几天，一位销售某一品牌速溶咖啡的业务员来过，和网吧的工作人员小声说了半天话，从那以后，网吧的工作人员便开始处处找她的麻烦。张景琳看到网吧的货架上摆着那个品牌的速溶咖啡，顿时明白了原因。
3元咖啡的出现，首先抢占的便是速溶咖啡的市场，张景琳没想到，自己还有这样的对手。回想起自己请网吧工作人员帮忙推销3元咖啡时对方冷淡的态度，她意识到，销售3元咖啡虽然能给网吧老板带来利润，网吧的工作人员却并不能从中获得利益，但能够促进3元咖啡销量的，却恰恰是这些工作人员。看来，要想真正在网吧站稳脚跟，还要从这些人身上做文章。
趁着吧台处没有人的时间，张景琳凑到服务员身边，提出请她帮忙推销3元咖啡，每卖出一杯，提成02元。服务员会意地笑了笑，张景琳在其他两个网吧里如法炮制，不仅节省了促销员的工资，还成功抵御了速溶咖啡这一对手的进攻。由于销售情况不佳，一个月后，速溶咖啡相继撤出了几个网吧，3元咖啡终于垄断了网吧的咖啡市场，每家网吧的日销售量达到200～250杯。张景琳停止了免费品尝活动，开始迎来了市场的回报。
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三个试点网吧的成功给了张景琳极大的信心。她招了两名业务员，自己也亲自上阵，开始雄心勃勃地将3元咖啡向其他网吧推广。
有了之前的成功经验，张景琳的扩张之路走得似乎格外顺利，短短不到一个月的时间里，3元咖啡便在近十家网吧落地开花，她又把目光瞄准了一些写字楼、快餐店。她找到写字楼的物管部门和食堂承包商，按照网吧的利润分成方式提出合作，很快又顺利地进驻了市中心的两家高档字写楼。一场咖啡平民化运动仿佛在一夜之间席卷湘楚大地，只是，直到此时，张景琳的3元咖啡还没有一个自己的品牌。手下的一位业务员几次提醒她去为3元咖啡注册一个商标，然而张景琳每天忙于抢占新的阵地，商标的事就这么被一再搁置下来了。
2006年6月底，张景琳到几个网吧去结账，却发现咖啡的销量和原料的消耗大有出入，一包咖啡豆本应该煮40杯咖啡，实际销量却只有不到30杯，再加上植脂末、奶精、白糖等原料的过量消耗，每杯咖啡的成本居然上涨了四分之一以上，张景琳找到网吧工作人员询问，对方却回答她，由于消费者觉得咖啡味道淡，便要求煮制的时候添加原料。“不加料就没有人买，你每天忙着收钱当然不知道，”网吧的工作人员为了能多卖咖啡，拿到更多的提成，自然会五条件满足顾客的要求，而多出的成本，却都是张景琳一个人在承担。张景琳当即提出，必须按照定量使用原料，工作人员却表示，除非张景琳提高给她的提成比例，不然她才不愿意做这种费力不讨好的事情。
无奈之下，张景琳将网吧工作人员的提成比例增加到每杯0.4元，经过计算，她觉得只要原料按标准使用，自己每杯咖啡还有0.4元的赚头，在数量不断增加的情况下，这也算是一个可以接受的数字。然而张景琳的如意算盘却打错了，严格了原料配比之后，各网吧的销售额不升反降，消费者已经被之前的“特制产品”宠坏了，按标准调制的咖啡无法再满足他们的需求。市场的普遍反应是，咖啡味道清淡，仅仅是略有苦味，没有咖啡所应有的醇香。
《加热和冷却》教学反思
东青实验学校
刘依依
作为一名涉世不深的科学教师，我的教学水平很有限，在如何提高学生们学习兴趣这方面我下了很大的功夫，《加热和冷却》这堂课的教学任务是使学生们认识液体、固体、气体具有热胀冷缩的性质并了解热胀冷缩这一现象产生的原因。这当然就得引导学生自己去探究，亲身去经历，从实践中自己发现问题，解决问题，获得知识。
我是这样导入新课的：老师奖励给大家的一块巧克力化了？为什么呢？学生们都认为放在口袋里太热了。追问：有什么办法可以解决这个问题吗？学生就想到了放在冰箱里冰一冰，在加热和冷却的过程中，巧克力的形状变了。于是我们开始新课的讲授了。
加热和冷却除了影响物体的形态，还会影响什么呢？为了引出本节课第三部分加热和冷却对物体体积的影响。我们一起做了三个实验。先对铜球进行加热，加热前演示铜球能顺利穿过铁圈，实验时发现加热时间越长实验效果越明显，所以要向学生解释这个实验的时间比较长。加热铜球实验后，可以非常明显地发现，铜球受热体积变大了，不能再穿过铁圈，而在冷却之后，又可以从铁圈中穿过。这时候需要教师引出“体积”这个词，学生就能顺利完整地说出铜球受热体积变大，冷却后体积变小
做加热和冷却液体和气体的实验。先进行加热气体的实验。我拿出塑料瓶后，提问瓶子里有什么？如果想对瓶子里的空气加热，我们还能用火吗？学生立即想到不能，瓶子会烧化。这时引出另一种加热方法：热水浴。空气的加热和冷却实验现象非常明显，教师只要引出“体积”这个词，学生就能顺利完整地说出空气受热体积变大，冷却后体积变小。液体的加热和冷却实验现象也很明显。返回通过这三个实验可以总结出固体、液体和气体都有热胀冷缩的规律。
1、装料制度:
（1）高炉内煤气分布要保持边缘和中心两条通路，边缘的CO2％比中心的CO2％低1％～3％。
（2）装料制度的主要内容和一般规律如下
A、当原燃料质量改善，冶炼强度较高，中心气流发展时可适当扩大矿批；当炉况不稳或低冶炼强度操作 时，应缩小矿批。
B、在一定范围内，提高料线疏松边缘，降低料线则加重边缘。（3）矿石类炉料装入炉内顺序应是：
锰矿、萤石、矿石、烧结矿或球团矿，熔剂应避免加在边缘，碎铁块应加在一批料的中间，以保护装料设备。
（4）在一定的冶炼条件下，基本合适的装料制度找到后，要尽量稳定，调剂装料制度时，尽量固定几个因素，变动一个因素。
（5）采取加重或发展边缘的装料制度时，应循序渐进，并相应调整焦碳负荷，而且要防止边缘过重或过轻。
（6）高炉需要加空焦时，三批以内由工长决定，五批以内由炉长决定，五批以上由主管厂长决定。
（7）每次计划检修时，由炉长或当班工长检验。避免单料尺工作，单料尺工作需向厂调汇报，严禁无料尺工作，若发生低料线情况，应设法在一小时内赶上料线，控制炉顶温度不超过350℃。
（8）炉顶装料设备的工作情况每周炉长要检查两次，填写设备档案，若发生故障超过两小时应向厂调汇报，应采取补救措施适当减轻焦碳负荷。
2、送风制度:
（1）在一定的冶炼条件下，选择适宜的风口进风面积和鼓风参数，获得合理风口风速，鼓风动能，使炉缸工作均匀、活跃、煤气初始气流分布合理。
（2）高炉下部的调剂一般顺序：喷煤、风温、富氧、风量。
（3）风量的调剂：在炉况顺行安全生产的前提下，力求用较高的冶强操作，并保持风量稳定：
A、在下列情况下，可适当增加风量，加风的速度应考虑高炉接受风量的能力而定：
a)高炉未达到正常风量或减风原因消除时。
b)短期休风后的复风，风量应迅速恢复到休风前的水平。
c)长期休风后的复风风量大小，要视具体情况确定，同时应堵部分风口，随风量的增加而逐个捅开风口。
B、在下列情况下应减少风量，高炉减风时可一次减到所需水平。a)连续两小时料速显著超过正常时。b)严重管道行程时，连续崩料或难行时。
c)风压超出正常，顺行情况变差，降低风温无效时。d)出现炉冷征兆时。
生产.技术操作规程考试卷
e)料线低于三米，估计一小时内无法赶上正常料线或炉顶温度超过500℃。f)渣铁出不尽，炉缸内积存渣铁过多或有其它不安全因素时。g)冷却水压低于3.5Kg时。
h)由于原燃料质量明显变差或供料不正常时。
i)风压超出正常，顺行情况变差，减少喷吹、富氧、风温等无效时；高喷吹突然停喷，时间较长，且轻负荷料未下达时。
C、下列情况应排风，排风时应注意防止风口灌渣，不准将风压降至低于30Kpa： 出渣出铁失常、坐料、休风操作、发生直接影响生产的设备事故或动力事故时。（4）风温调节：在炉况能够接受，设备条件允许的情况下，风温应尽可能稳定在高水平上。提高风温的速度一定要平缓，每次提高不超过40℃。在原风温使用水平不高时，每小时可提高两次，当需要降低风温时，可一次减到需要水平。
A、下列情况，应提高风温： a)风压逐渐降低，炉温向凉时。b)料速超出正常，但进程尚顺。
c)加重焦碳负荷，准备利用风温，在重负荷下达风口2—4小时逐步提高风温。d)为了提高生铁含硅量，而高炉能接受风温。e)当喷煤量增加，需要热补偿时。B、下列情况应降低风温：
a)炉温过高时，调整负荷料下达尚早时。b)出现难行或崩料，而炉温足够时。c)复风后炉况需要时。
3、造渣制度和炉况热制度:
（1）冶炼不同的铁种的炉渣制度碱度如下：炼钢铁R21.05～1.18、MgO8～12％；铸造铁R21.0～1.15；当渣中MgO8～12％时，R2可控制中下限；当渣中Mgo < 8％，R2应控制中上限。
（2）下列情况应调整或校正碱度：
原燃料成分变动时、改变铁种时、处理炉况需要时。
（3）稳定热制度是保持高炉顺行，保证产品质量的重要环节，要求相邻两炉铁含硅量波动应小于±0.2％,生铁含 硅应视炉况而定,日指标应做到小于0.45％。
龙川小学 刘小朋
教学目标：
1.会做云、雾雨、霜的模拟实验，了解它们的形成原因。2.能够设计并完成影响蒸发快慢因素的实验。3.研究蒸发现象，了解空气中水蒸气的来源。
4.知道水的三态变化条件，了解水在自然界中的循环。5.知道水在自然界的存在有多种形式。
6.体会到自然界神奇的变化，产生热爱大自然的情感。
教学准备：多媒体课件、毛笔、温度计、试管、易拉罐、冰块、盐、湿毛巾。酒精灯、火柴、烧杯、热水、玻璃片，2.烧杯、温水、冰块，3.温度计、试管、易拉罐、冰块、盐、湿毛巾，4.（材料超市）同样的布条、铁架台、台灯、扇子、电吹风。
教学过程设计：
一、导入新课
1.交流：你在哪儿见过水？
2.教师出示课件，组织学生欣赏各种美丽的水体。学生交流观后的感受。3.导入：这些多姿多彩的水被加热或冷却后会发生什么变化呢？这节课我们就来研究研究。（板书课题）
二、设计实验，制造雨、霜、露 1.研究雨的形成
（1）谈话：通过课前的资料收集，你知道雨是怎么形成的吗？如果我们要用实验来证明，你准备怎么做实验？
提示：怎样制造水蒸气？怎样让水蒸气冷却下来？（2）学生小组讨论后交流。
（3）学生说说在实验中需要注意的问题。注意事项：
正确使用酒精灯，实验材料要轻拿轻放，认真观察、记录实验现象。（4）学生分组实验。（5）交流实验现象。
（6）小结：水加热后变成水蒸气，升到高空后遇冷变成了小水珠，许多小水珠聚集到一起，就会降落下来，便形成了雨。水蒸气遇冷后，从气态变成液态，这种现象叫做凝结。
2.研究雾的形成
（1）谈话：有雾的天气会给我们带来哪些不便？你知道雾是怎样形成的吗？
（2）学生交流。
（3）思考：如果让你造出雾来，你打算怎样设计这个实验？（4）小组讨论后交流。
（5）学生分组实验。提醒学生注意观察实验现象。（6）交流实验现象。
（7）小结：温度较高的水蒸气，遇到空气中温度较低的灰尘，就会在灰尘上凝结成小水珠，便形成了雾。
3.研究霜的形成
（1）激趣：用毛笔蘸水在黑板上写下“山行”，师生朗诵《山行》，霜是怎么形成的呢？
（2）指名说一说。
（3）思考：你们能根据提供的材料设计一个造霜的实验吗？（4）学生设计实验。教师巡视，了解学生设计的情况。（5）交流、完善实验方案。
（6）学生分组实验。教师深入小组，进行必要的指导。（7）交流实验现象。
（8）小结：水蒸气遇到很低的温度就会直接结成霜。
三、研究影响水蒸发快慢的因素 1.了解水的蒸发现象
（1）激疑：老师刚才写的“山行”两个字哪里去了？（变成水蒸气跑到空气里去了。）
（2）揭示蒸发的概念：液体形态的水受热后变成气体形态的水蒸气，这种现象叫做蒸发。
（3）提问：空气中的水蒸气还来自哪儿？ 2.了解影响水蒸发快慢的因素
（1）谈话：我们已经知道蒸发现象每时每刻都在进行，你认为蒸发的快慢可能与哪些因素有关？
（2）学生交流讨论，提出假设。（蒸发的快慢可能与周围的温度有关、可能与水的面积有关、可能与周围的空气流动速度有关等。）
（3）每组自主选择一个假设设计实验。教师巡视进行必要的指导。（4）交流实验方案后，分组进行研究。（5）汇报交流实验现象。
（6）小结：蒸发的快慢与周围的温度、水的面积及周围空气的流动速度有关。
四、总结拓展
关键词：高压冷却,钛合金,液氮冷却
1 引言
钛合金因具有比强度高、耐腐蚀性好、耐热性高、低温性能好、比重低等优良的综合性能而广泛应用于航空和航天、机械电子、生物医疗等工业中。特别是航空工业中诸如机体结构件、航空发动机和涡轮结构件应用。同时, 钛合金的热导率低、变形系数小、化学活性高, 易导致刀具的严重磨损, 是一种典型的难加工材料。
在航空工业中, 钛合金零部件、钛合金构件不断增加, 提高切削钛合金材料的生产效率和保证加工质量具有愈来愈重要的意义。
2 钛合金切削加工难度大
钛合金材料具有高强度、高硬度和低密度材料特性, 例如使用最广泛的钛合金Ti-6Al-4V (TC4) 抗拉强度达900MPa, 硬度为250~375HB, 密度4.42×103kg/m3, 使得钛合金材料整体结构件在航空工业的应用越来越多。因此, 实现钛合金材料结构件高效率切削加工已成为航空制造生产之关键, 和铝合金材相比, 钛合金材料属难加工金属材料, 其切削加工的难点主要表现在如下几方面:
(1) 大切削力
切削力来源有两个方面即变形和摩擦, 一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力, 二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。因此金属材料的硬度和强度越高, 其切削加工所需要的切削力就越大, 切削温度就越高, 刀具磨损就越快, 故相对可加工性也就越差。由钛合金的性质可知, 切削加工钛合金时将会产生较大热负载和机械负载, 迫使用户采用较低的切削速度, 仅为铝合金切削速度的10%, 这意味着会降低生产效率。
(2) 高切削温度
钛合金材具有很差的热导率和较高的比热容, 无法通过切屑把切削热从切削区传送出去。切削加工过程中所产生的热量大约有80%传入刀具中, 切削点的温度极高, 可达1100℃~1200℃左右。因此, 钛合金切削过程中刀具切削点的热量很难由切屑快速带走, 加速了刀具磨损, 这就决定了对钛合金工件必须采用高压大流量冷却液切削加工。
(3) 易发生冷硬现象
由于钛的化学活性大, 在高的切削温度下, 极易与空气中的氧和氮发生化学反应, 形成硬而脆的外皮, 导致切削表面生成硬化层, 其深度可达0.1~0.15mm, 使表层硬度大幅度提高, 加速了刀具磨损。同时, 高化学活性导致加工中切屑与刀具的粘结现象严重, 也加速了刀具磨损。
由此可以看出, 切削钛合金所存在的主要问题是由于刀具吸收的切削热太多, 导致刀具磨损加快。解决钛合金材料的切削问题在于采用耐高温的硬质合金刀具和对切削过程中的刀具进行有效冷却。为提高钛合金材料的切削效率和加工可靠性, 高压冷却是一种有效的解决办法。
3 采用高压冷却润滑解决钛合金切削难题
3.1 高压冷却润滑系统设计原则
为了提升设备加工生产率, 延长设备与刀具使用寿命, 改善零件加工质量, 绝大多数高速数控机床设计配置有完善的液压冷却润滑液系统。在实际使用时, 对切削刀具进行有效冷却和对切屑实施有效控制是前提条件, 要求冷却润滑液有较高的压力、足够的流量、精确对准切削刀刃和切屑之间接触区。为获得钛合金构件加工的最佳成果, 要把高压冷却和刀具材料、涂层、几何角度以及切削用量等要素的合理选用结合起来。
采用直接贯通主轴/刀具高压冷却系统, 带动多个外部喷嘴喷射的外喷式切削刀具, 以保持主轴良好运行性能, 快速冷却刀具、工件和冲排切屑, 提高零件加工质量, 增加刀具使用寿命, 提高了加工可靠性, 也有利于实现切削过程的自动化。
3.2 采用高压冷却的优势
(1) 采用高压冷却可以影响切屑的形状, 从而改善断屑
精确定向和并行0~100MPa高压的冷却剂高速射流, 通过在刀刃边缘附近设置喷嘴, 把切屑从转位刀片表面上排除掉, 同时还可以起到冷却和早期断屑的作用。即便加工延展性佳的材料或难加工材料, 依旧能轻易获得短的切屑, 实现更佳的切屑控制效果。对切削刃的有效冷却, 降低了切削刃对热波动的敏感性。
(2) 采用高压冷却可以提高切削速度
加工钛合金时, 一般采用机械夹固可转位片的刀具和整体硬质合金刀具。常规加工时, 粗加工时的切削速度一般为50m/min左右, 精加工的切削速度为200~300m/min。采用高压冷却时, 由于切削区温度的降低, 提高了刀具的耐用度。由此提高切削过程的可靠性, 并可提高钛合金加工的切削用量, 其中切削速度最多可提高200%。
(3) 采用高压冷却可以提高表面质量
表面质量的波动是由于温度变化和加工过程中切削力变化的影响。传统的冷却方法对改善工件表面质量有积极的影响, 采用高压冷却更有利于精加工的最后结果。冷却剂射流准确定向可以避免射流偏差和可能出现的错误源。由此可以达到安全和匀质的加工流程, 获得无瑕疵的表面质量。
3.3 采用高压冷却应考虑的几点问题
(1) 准确地协调压力、流量和喷嘴孔径之间的关系
喷嘴孔径大小应选择使其产生最高的压力和可以最佳地利用冷却润滑液的流量。根据Sandvik公司的资料, 例如, 在刀具上使用1mm孔径的喷嘴, 为保持足够的压力, 需要有5L/min的冷却润滑液流量。
在铣削加工时由于采用多个刀片, 所以对应着多个数量的喷嘴, 此时的冷却润滑液流量需要较大, 如果润滑系统流量不足, 就会降低喷嘴出口压力, 因此可考虑减小喷嘴喷口直径, 减少流量并保持冷却润滑液的喷射压力。
(2) 最大安全冷却液工作压力的确定
需要注意的是, 冷却液压力不能超过刀具可承受的最大安全冷却液工作压力, 工作时参考刀具生产厂家提供的高压冷却系列刀具最大安全冷却液压力。
4 采用液氮冷却是解决钛合金切削难题的另一种有效措施
4.1 液氮冷却的特点
液氮冷却切削是使用低沸点 (-196℃) 介质, 在压力作用下利用液氮特性将氮气发生装置所生成的氮气以液氮形式送入切削点, 代替大量油剂的切削方法。这种干式冷却除能冷却刀具、快速断屑和延长刀具寿命外, 还具有干切削加工所具有的众多经济、技术和生态效益。
4.2 采用液氮冷却的优势
(1) 保证精确的尺寸公差
利用液氮可以去除切削过程中产生的热, 使加工中的工件保持恒温。工件保持恒温可以保障恒定的切削条件, 有效地降低切削温度和减少钛和刀具材料之间的化学亲和力, 抑制切削区温升和刀具磨损速度, 从而保证精确的尺寸公差。
(2) 提高刀具的使用寿命
液态氮还将刀具保持在极冷状态, 低温冷冻改变了陶瓷刀具的特征, 使它们变得强度更高、硬度更高、韧性更大。陶瓷刀具的低温制冷还可以对那些淬硬材料进行断续切割。
(3) 改善加工表面质量
冷的氮气可以淬冷工件, 提高工件表面硬度。
采用液氮冷却, 应考虑以下技术要点:挥发的氮气与工件、刀具之间会形成气体分界层, 该分界层会阻碍热量的传递, 因此需要考虑在液态氮中悬置专用固体粒子, 结合击打刀具和工件的气体速度, 这些粒子会破坏气体分界层, 液态氮通过可以调整其流速的喷嘴喷到刀具和工件上。
参考文献
[1]任开强.高强度钛合金的高速铣削研究[D].南京:南京航空航天大学, 2003.
[2]李登万, 等, 钛合金加工切削力试验研究[J].广西大学学报 (自然科学版) , 2010 (5) :733-737.
类型：发明
申请人：舒荣广
项目简介
目前牛奶制冷储存罐专业生产过程中，无论制冷速度多么快，牛奶中的微生物的含量都比较高，即使是特别大的乳品企业的牧场通过采用板片式换热器制冷的方式，大大地缩短了牛奶冷却时间，但微生物也只能控制在20万左右。上述问题的关键是：1、换热器必须用CIP清洗系统进行严格的清洗，还要定期拆开进行清洗检修，稍有疏忽，就会引起奶垢微生物感染。2、片式换热器在冷却过程中有时需要进行循环再制冷，即一次冷却没到位，必须要进行第二次制冷，这样就增加了牛奶冷却时间。3、板片换热器存在冷却介质渗漏到牛奶中的风险。
该项目涉及一种直接用氟利昂制冷的管道迅速降温的牛奶冷却装置，只要奶牛没有乳房炎，按照正常的卫生操作程序，微生物含量就会符合欧盟标准。该装置主要包括壳体、牛奶管道和冷却系统，牛奶管道顶端设有牛奶入口，底端设有牛奶出口，牛奶管道呈S形迂回的设置在壳体内，牛奶管道包括若干直管和用于连通直管的半圆管。
冷却系统包括若干依次交错的冷却通道，冷却通道包括套接在牛奶管道的直管外的冷却套管、冷却介质通入管、冷却介质流出管和若干连通在两冷却套管之间的上升管，相邻冷却通道中的冷却介质通入管分设在牛奶管道的两侧。牛奶管道中相邻直管的垂直平面交错分布，冷却系统还包括总通入管和总流出管。
该项目结构简单、使用方便，降温效果好且便于清洗。目前已生产一台样机正在牧场使用，只要稍作改动就可以批量生产。
蒸发
液体温度低于沸点时，发生在液体表面的汽化过程，在任何温度下都能发生。影响蒸发快慢的因素：温度、湿度、液体的表面积、液体表面的空气流动等。蒸发量通常用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示。
浓缩
浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质和溶剂部分分离的.过程。浓缩过程中，水分在物料内部借对流扩散作用从液相内部到达液相表面后除去。
冷却
冷却，指使热物体的温度降低而不发生变化的过程。
结晶
龙川小学 刘小朋
我今天的说课内容是苏教版四年级上册第二单元的第五课《水在加热和冷却后》，这是一节在基本认识了一些物质的性质之后的一节综合课，是一节结合身边事物进行探究和实验的实践课。
（教材教学内容）教材安排了这两个方面的教学内容：
1.知道水在自然界的存在有多种形式，了解雨、霜、雾的成因。2.了解空气中水蒸气的来源，知道影响蒸发快慢因素，知道水的三态变化条件，知道自然界中水的循环过程。
（学情分析）水，对于四年级学生来说并不陌生，但水加热后变成水蒸气、冷却后变成云、雾、露、雪、冰、雹的成因，学生却比较陌生了，如何使学生很容易地认识这成因是教学中的难点，也是教学的重点。
（教学目标）本课最重要的教学目标是：
1．知道水在自然界的存在有多种形式，知道水的三态变化条件。2．能够做雨、霜、雾的模拟实验，了解它们的成因。
3．能够通过对蒸发现象的研究，了解空气中水蒸气的来源。4．能够设计并完成影响蒸发快慢因素的实验。5．知道自然界中水的循环过程。
（教学重难点）根据我对教材和学生的理解和分析，我认为本课的教学重点是了解水的三态变化条件。教学难点是做造雨、霜、雾的模拟实验。
（教学方法）根据本课的具体内容和所设定的教学目标，我采用的教学方法除了通常的讲述方法外，我想让学生通过实验亲自探寻云、雾、露、雪、冰、雹形成的原因，多让学生动脑思、动嘴说、动手做、动眼看，让学生的思维与科学的实验相碰撞。让学生大胆来设计、来构思、来动手，其实是培养学生科学意识最好的方法。所以，教学中以实验为主，充分地让学生做实验，在实验中突破难点，探求成因，掌握重点。
具体的教学程序:下面我来说说本课的具体教学过程
一、导入
今天我们一起来学习：《
5、水在加热和冷却后》。
二、模拟雨、雾、冰雪实验
（一）、看图片，了解自然界的水
1、首先我们来欣赏一组图片。
2、提问：从图片中你看到了什么？这些图片，和水有关吗？你认为哪些是水？冰、霜、雪是水吗？它们和水只是什么不同？（形态不同。板书：水〈白气、雾、露水、云、雨〉；冰〈霜、雪、冰〉〈有学生可能认为雾、云是水蒸气，强调水蒸气是看不见的，所以雾和白气是水不是水蒸气〉）生活中你看到过出现类似云和雾的现象吗？（冬天洗澡，浴室里会有白气，天花板会滴水；我们哈气，会有白气；打开热水瓶，瓶口会有白气；夏天冰箱里拿出的啤酒、饮料，会出现水珠等）
3、学生交流：你想到了什么？（如果学生你能说出，讲解水会变成冰，冰也会变成水）（水有三种状态：气体、液体、固体，在一定的条件下，水的三态会相互转化）
4、交流（水的三态可以相互转化）：水能变成冰吗？冰会变成水吗？需要什么条件呢？你是怎么知道的？（联系生活实际：如下雪天、下雨天、有雾天天气较冷，结冰天天也很冷等，有露水一般在早上较凉快）
5、小结：我们知道水有三态，雨雾露是液态，冰霜雪是固态，还有水蒸气。水蒸气能看见吗？它在哪里呢？教室里有吗？下面，我们就一起来做造雾、雨、雪的实验。
（二）、模拟雨、雾、霜实验
1、造雨实验 ⑴、讲解实验设计：我们能根据老师提供的材料，来设计实验吗？（提醒：不是人工雨，如水龙头洒水，水会是谁变成？需要什么条件）？（热水、玻璃）怎么做实验？
⑵、学生实验，教师巡视。
2、认识凝结
(1)、通过刚才的实验，我们知道水蒸气还会变成水，在什么条件下水蒸气会变成水呢？（受冷）天空中的水蒸气到了高空，由于高空较冷，会凝结成小水珠，变成云。
(2)、讲解：水蒸气遇冷后，又从气体状态变成液态，这种现象叫做凝结。
3、造霜实验
⑴、讲解实验设计：需要什么材料？（冰、温度计等）讲解如何做造霜实验。（演示）
⑵、小组交流，学生实验，教师巡视。
三、认识自然界水的循环
（一）、认识蒸发和影响蒸发快慢的原因
1、讲解：液体状态的水受热后变成气体形态的水蒸气，这种现象叫做蒸发。
2、小结：蒸发快慢和什么因素有关。刚才说的办法都可以让水快点蒸发——周围的温度，蒸发的面积，空气流通程度。
（二）、认识自然界水的循环
1、提问：（课件出示）为什么年年下雨，雨水却总是降不完？
3、出示图片：水在自然界中是怎样循环的。
但是该发明存在一个问题，HFC-134a是一种导致温室效应的气体，相当于1400倍的二氧化碳。丢弃这样的一个罐子对环境造成的污染相当于开车行驶5 0 0英里，而且根据环保署的规定，使用这种制剂是违法的。也就是说，约瑟夫的首个设计永远无法投入生产。
不过，今年约瑟夫又推出了一个“冷却罐”（ChillCan），这是一种完全合法的自我冷却罐，它能在3分钟内使瓶内饮料的温度降低30华氏度。这个冷却罐包含一个装有高压二氧化碳气体的容器，有一个阀门通向罐底，顶上有个按钮。当使用者按下按钮时，阀门就会打开，二氧化碳便会从罐子的底部释放出来。随着气体的扩散，它吸收了液体周围的热量，起到了降温的作用。
约瑟夫还推出了与这个罐子相匹配的、一种名为West Coast Chill的功能饮料，这种饮料将于今年夏季在亚利桑那州、内华达州、南加利福尼亚州推出，同时也可以通过网络购买。2014年，这种饮料才能在全美的各个商场中销售。希望啤酒能成为下一个用自动降温罐罐装的饮料。
撰稿：PATRICK DI
随着云时代的来临,大数据( Big Data) 及其管理和处理能力的发展,已经成为影响国家科技进步和社会发展不容忽视的挑战。然而随着数据中心和计算中心规模的扩大,系统的稳定性、可靠性、噪音,特别是能耗问题日显突出,传统的冷却方式遇到了前所未有的发展瓶颈。电子元器件的发热功率越来越大,以CPU为例,目前的CPU发热功率密度已经高达104~ 105W / m2[1],并还有继续增加的趋势,而且大多数电子设备故障也都是由于芯片过热烧毁引起的[2]。电子设备的冷却越来越成为制约其发展的瓶颈问题,电子设备小型化、高密度化的发展趋势也进一步加剧了这个问题[3]。在一些大型的服务器集群、超级计算机等设备中,传统的风冷已经暴露出不可逾越的弊端: 如大噪音、高能耗、冷却不均匀等问题[4]。这就为高效安全的冷却技术应用于大型电子设备的冷却提供了契机。
相比于传统的冷却技术,蒸发冷却技术利用冷却介质的相变潜热带走更多热量,具有很大的换热优势,同时将蒸发冷却技术应用于大型电子设备的冷却具有重大的战略意义和创新性[5]。
蒸发冷却技术根据不同的应用场合有多种具体的应用形式,如管内冷、全浸式、喷淋式、贴壁式等等[5-7]。中国科学院电工研究所从1958 年开始蒸发冷却技术的研究与推广应用,已经成功将其应用在水力发电和火力发电的工业运行设备中,积累了大量的工业应用经验。在多数应用形式中,冷却介质都需直接与被冷却对象接触,即冷却介质直接从发热体表面吸热气化带走热量,此类换热环节最少、换热最为高效。但是由于直接接触,冷却介质与被冷却对象材料之间的长期共存,并保证各自的应用性能基本不变就显得尤为重要。这里将冷却介质与冷却对象材料之间的共存性称为材料的相容性。
除了冷却介质本身的物理化学稳定性、环保特性、换热性能、绝缘性能等等之外,冷却介质与各种电子材料会否发生物理或化学反应是相容性问题的关键。经过多年的工程实践,蒸发冷却技术在电工装备上应用,已经形成了完备的介质筛选技术路线,但随着技术拓展应用于电子设备,加之电力电子器件及电子线路板的材料种类众多,制作工艺特殊,更有别于大型电工装备,故作者所在科研团队针对这一特殊应用领域的关键性问题设计了多种实验装置并进行了专题研究,实验研究和介质筛选历经近三年的时间,探索出了一条合理的IT设备蒸发冷却技术应用介质筛选技术路线。本文将详细介绍实验装置的设计、实验过程、实验结果以及分析结论。实验结论为蒸发冷却介质与IT设备材料的相容性筛选提供了指导,这将为未来蒸发冷却技术在超级计算中心或大型数据中心的安全应用提供重要技术支持。
2 实验设计
2. 1 实验目的与要求
为了考察冷却介质与电子材料之间会否发生物理化学反应,实验设计的基本要求如下:
( 1) 材料种类完备: 未来冷却中可能与冷却介质接触的所有材料均需作为实验对象进行验证。
( 2) 冷却介质的纯净与实验材料与实验装置的洁净: 待检验的介质应保证成分纯净。实验器件材料自身洁净。实验装置一般采用带有观察窗的不锈钢腔体,其密闭腔体及附属器件内保证洁净。若装置重复使用,在重新使用前需进行全面的清洁。
( 3) 高温环境: 营造一个适当的高温恶劣环境,以便加快可能发生的物理化学变化。
( 4) 带电工作: 未来无论采用喷淋方案或其他接触冷却的方案,介质冷却的都是正在工作的电子元器件。所以实验中的电子元器件在这个实验过程中应保证带电工作状态,以模拟未来真实的工作情况。
( 5) 考核周期: 需要经过一定时间的考核验证才能够体现出材料间的相容性能。
2. 2 电子材料的分析与分类
电子设备中需要冷却的部分主要是各种封装的电子芯片,然而与冷却介质接触的却不止芯片本身。除芯片外,一般还包括印刷电路板( PCB) 、电阻、电解电容、存储设备、焊锡、助焊剂以及其他一些金属接头和线缆等等多种材料。材料种类非常庞杂,各种材料都需进行相容性验证。
值得一提的是,电子设备的外存储器一般选用传统的机械硬盘,如图1 所示。机械硬盘主要由磁盘、主轴马达、磁头以及背面的控制电路板组成。内部结构精密复杂,并且其内部对外并非密封,而是通过所谓呼吸孔来维持内外的压力平衡。这样的结构下,液态的冷却介质很容易通过呼吸孔进入其内部,极有可能导致原本工作在空气中的马达和磁头无法正常工作。
幸运的是,随着电子技术的发展,目前已经可以使用外部接口相同、读写速度更快的固态硬盘( SSD) 代替传统的机械硬盘,如图2 所示。与机械硬盘相比,固态硬盘结构非常简洁,其内部只有一块印刷电路板及其上面集成的存储芯片,仅从材料组成上看与普通的电路板没有区别。
2. 3 实验装置设计
图3 所示为实验装置的结构示意图。
介质在加热器的加热下处于沸腾状态,以营造高温环境,加速可能发生的各种相容性问题。气化的介质到达上端的冷凝器后冷凝回流,完成循环。
为了全面地包括上述所有待检验的电子材料,本实验采用台式机的主机作为实验对象。具体地讲,实验材料包括台式机主板、CPU、内存、硬盘、系统引导U盘以及必要的连接线缆。并通过真空转接头将主板电源引入、测温线和显示器数据线以及USB线引出,这样便可使实验过程中台式机电脑主板24h带电运行。此外其一直运行有测试程序,以便使CPU、内存处于满负荷工作状态。检测软件本身也可实时监控硬件状态,及时发现硬件上出现的相容性问题。
实验装置是带有观察窗的全密封不锈钢腔体。通过观察窗也可以直观地看到可能出现的变化。如图4 所示。
3 实验过程
实验共进行了七轮、历时近三年( 第七轮仍在进行中) 。每轮实验选用不同种类不同参数的冷却介质。每轮实验的时间均超过2000h。每轮实验还记录了在这种高温环境中,主板上CPU的工作温度。表1 列出了到目前为止的实验情况。CPU正常的工作温度也从侧面证明了蒸发冷却技术良好的冷却效果。
4 实验现象与分析
在数轮的实验过程中,不同介质也出现了各种相容性问题。下文依次归类说明实验现象及其初步分析。
4. 1 塑料制品相容性问题
实验材料中有很多地方是塑料制品,如多数线缆的外皮、大量固定件( 内存插座、CPU插座) 、U盘和硬盘的外壳等等。每轮实验中几乎所有塑料制品都出现了相容性问题( 老化、变质) 。特别是线缆的塑料外表皮,普遍出现了变脆变硬的现象,也有被漂白或分解变细的情况。图5 是某个品牌U盘的塑料外壳,在第二轮实验过程中其与F-B介质发生明显反应,本来坚硬的外壳变得非常柔软,这也是实验至今最严重的相容性问题。此外,在第二轮实验中也出现了一些固定件变脆、易折断的现象。
从塑料制品出现的相容性问题来看,有以下三点分析说明:
( 1) 各种塑料制品在介质中的老化现象不同,有些甚至没有明显的老化。这说明塑料材质多种多样,质量参差不齐。
( 2) 除了介质F-B与塑料有明显的反应外,其他介质也有使塑料制品老化现象,但情况不明显。
( 3) 实际上,即使在空气中运行,塑料制品这样长时间受热也会出现老化现象,但不可否认介质确实加速了塑料的老化。
总的来说,冷却介质与一般塑料制品都存在老化( 变脆变硬) 等相容性问题。但是塑料本身不承担实际的电子功能,往往只是起固定、保护、绝缘作用,即使其老化也基本不影响这些功能,也就是说,这对于蒸发冷却技术应用于电子设备的冷却不起关键性影响。在实验中并不是所有塑料制品出现老化现象,在未来成熟的应用中,完全可以定制使用相容性较好的塑料品种规避这一问题。
4. 2 硬盘相容性问题
正如在上述材料分析中所述,传统硬盘内部机械结构精密复杂,而且对外不密封,不论是气态介质还是液态介质极易进入,导致其无法正常工作。第一轮实验仅采用U盘引导系统,没有检验这一问题,而是在第二轮实验中做了检验。第二轮实验开始的当天处于气态和液态的上下两块机械硬盘均被损坏而无法工作,换上固态硬盘( SSD) 后问题得以解决。
显然,如果电子设备的冷却采用蒸发冷却技术时,其外存储系统便不能采用传统的机械硬盘,而必须使用SSD。虽然SSD目前容量不大而且价格不菲,但其拥有更快的读写速度,是未来硬盘的趋势。可以预见其容量和价格随着量产和推广将会逐渐得到市场的认可,最终也必然会淘汰传统的机械硬盘。
4. 3 介质F-C锡焊点不相容
第三轮实验结束后,开腔发现主板上所有锡焊点失去原有金属光泽,变灰变白,有些还覆盖有棕黄色物质,如图6 所示。现象说明介质F-C极有可能腐蚀焊锡。然而电子元器件与电路板电气连接时,一般都采用锡焊,若介质与焊锡不相容,就不能应用于直接与电子元器件接触的场合。
5 结论
