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出版者:機械工業齣版社

作者:徐烈

出品人:

頁數:277

译者:

出版時間:1999-05

價格:28.50元

裝幀:平裝

isbn號碼:9787111067245

叢書系列:

圖書標籤:

• 絕熱
• 好
• 低溫
• 低溫技術
• 絕熱材料
• 冷藏運輸
• 食品保鮮
• 醫藥冷鏈
• 節能技術
• 包裝技術
• 物流技術
• 低溫貯藏
• 熱力學

探尋物質的極限：低溫世界的奧秘與應用 我們的世界，從浩瀚的宇宙到微觀的粒子，都隱藏著無數令人驚嘆的現象。其中，將物質冷卻至接近絕對零度時所展現齣的奇妙特性，更是吸引瞭無數科學傢和工程師投身其中，探索物質存在的極限，並將其轉化為造福人類的尖端技術。本書將帶領您走進一個充滿挑戰與機遇的低溫世界，深入淺齣地揭示支撐這一領域發展的核心科學原理、關鍵技術難題以及廣泛的應用前景。 從基礎理論到核心技術：理解低溫的本質 要理解低溫世界的運行法則，首先需要對熱力學的基礎概念有清晰的認識。我們將從微觀粒子的運動角度齣發，闡釋溫度的本質——它反映瞭物質內部分子的無規則運動劇烈程度。當我們將溫度降低時，意味著粒子的動能減小，運動趨於遲緩，直至在絕對零度（-273.15攝氏度或0開爾文）時，粒子的運動理論上達到靜止。然而，量子力學告訴我們，即使在絕對零度，粒子仍保有零點能，其運動不會完全停止，這為超導、超流等宏觀量子現象的齣現埋下瞭伏筆。 本書將係統介紹多種製冷方法，從簡單的蒸發冷卻，到復雜的多級壓縮製冷循環，再到利用絕熱過程的膨脹製冷技術，如焦耳-湯姆遜效應、絕熱去磁製冷等。我們將詳細解析各種製冷技術的原理、效率、適用範圍以及各自的優缺點。例如，深入探討萊曼循環（Claude cycle）如何通過氦氣膨脹産生超低溫，以及斯特林循環（Stirling cycle）在高效、緊湊製冷係統中的獨特優勢。同時，我們還會討論熱力學定律在低溫製冷過程中的具體體現，以及如何通過優化設計來提高製冷效率，降低能耗。 材料科學的挑戰與突破：承載低溫的重任 在極低的溫度下，許多物質的物理和化學性質會發生翻天覆地的變化。傳統的材料往往會變得脆弱易碎，甚至發生相變，失去原有的力學性能。因此，低溫技術的發展離不開新型材料的研發與應用。本書將重點介紹在低溫環境下錶現優異的特種材料，例如，奧氏體不銹鋼在低溫下的韌性保持，銅閤金、鋁閤金在保持導電性的同時對抗脆性轉變，以及高性能復閤材料在結構支撐和隔熱方麵的潛力。 我們將深入探討不同材料的低溫力學性能，包括其屈服強度、抗拉強度、斷裂韌性以及疲勞壽命隨溫度降低的變化規律。此外，材料的熱導率、熱膨脹係數等熱學性質在低溫設備的設計中也至關重要。例如，低熱膨脹係數的材料能夠有效減少因溫度變化引起的結構變形，保證設備的精度。我們還會介紹一些用於製造低溫容器、管道、閥門和傳感器的特種閤金，如濛乃爾閤金（Monel alloy）、因科鎳閤金（Inconel alloy）等，分析它們在極端低溫條件下的耐腐蝕性和長期穩定性。 絕熱技術的智慧：守住低溫的每一度 將物質冷卻到極低的溫度隻是第一步，如何有效地阻止外界熱量侵入，維持低溫狀態，則是低溫技術的核心挑戰之一。本書將詳細闡述各種高效的絕熱技術，從宏觀的真空絕熱到微觀的分子屏障，層層遞進，揭示其背後的科學原理。 我們將重點介紹真空夾層絕熱，分析其隔熱性能與真空度、夾層厚度和材料選擇之間的關係。書中會詳細講解多層絕熱（MLI）的工作原理，即利用多層反射薄膜和低導熱材料層，通過輻射和傳導雙重阻斷熱量傳遞，這在航天器和深低溫貯罐中得到瞭廣泛應用。此外，我們還將探討氣凝膠（Aerogel）這類具有極低密度的多孔材料，其內部充滿空氣或惰性氣體，能夠提供卓越的絕熱性能，在建築、服裝乃至特種設備中展現齣巨大的潛力。 對於不同溫度範圍的絕熱需求，我們也會介紹不同的解決方案。例如，在液氮（77K）溫度範圍內，真空夾層和發泡聚氨酯常被采用；而在液氦（4.2K）及更低的溫度下，多層絕熱和高性能的低溫絕熱材料則成為必需。書中會探討絕熱材料的導熱係數、容重、耐溫範圍、阻燃性等關鍵參數，並結閤實際應用案例，分析不同絕熱材料的選型依據和優化方法。 低溫貯運的關鍵：安全、高效與可靠 將低溫介質（如液化天然氣LNG、液化氫LH2、液化氧LOX等）進行安全、高效地儲存和運輸，是低溫技術實現其工業和科研價值的關鍵環節。本書將深入探討低溫貯運容器的設計、製造與運行。 我們將重點分析低溫貯罐的結構設計，包括內膽、外殼、絕熱層、支撐係統、真空係統等關鍵組成部分。書中會詳細介紹不同類型貯罐的優缺點，如立式常壓貯罐、移動式壓力容器（如LNG槽車）以及特種低溫貯存裝置。對於貯罐的材料選擇，我們將再次強調其在低溫下的力學性能和焊接工藝的重要性。 本書還將重點關注低溫液體的蒸發（Boil-off）現象及其控製技術。蒸發是由於外界熱量傳入而導緻低溫液體汽化，造成損失，並可能引起貯罐內壓升高。我們將分析造成蒸發的主要原因，並介紹各種抑製蒸發的方法，如優化絕熱結構、采用先進的真空技術、利用蒸發氣體進行預冷等。同時，針對不同應用場景，如船舶LNG燃料艙、地麵LNG儲罐、以及航空航天器上的低溫推進劑貯箱，我們將探討其特有的設計考量和運行挑戰。 跨越科學前沿：低溫技術的應用領域 低溫技術早已超越瞭實驗室的範疇，滲透到我們生活的方方麵麵，推動著科學研究和工業生産的飛速發展。本書將呈現低溫技術在多個重要領域的廣泛應用。 在能源領域，液化天然氣（LNG）的低溫貯運技術是實現全球能源貿易的重要支撐，有效解決瞭天然氣的長距離輸送問題。液化氫作為一種清潔能源載體，其低溫貯存和運輸也是未來能源發展的重要方嚮。 在科學研究方麵，超低溫環境是探索量子力學、凝聚態物理、粒子物理等前沿科學的關鍵平颱。例如，大型強子對撞機（LHC）的超導磁鐵需要在極低的溫度下工作，纔能産生強大的磁場加速粒子。低溫稀釋製冷機和脈衝管製冷機是製造超導量子比特、進行精密科學實驗的必備設備。 在醫療健康領域，低溫技術在醫學成像（如MRI的超導磁體）、細胞與組織保存（如冷凍保存精子、卵子、胚胎）、以及一些低溫手術（如冷凍消融）中發揮著不可或缺的作用。 在航空航天領域，低溫技術是火箭和航天器推進劑貯存、生命維持係統、以及科學儀器的關鍵支撐。例如，航天器上用於冷卻敏感探測器的低溫係統，以及月球和火星探測器上用於保存樣本的低溫裝置。 此外，本書還將觸及低溫技術在半導體製造（如超低溫刻蝕）、食品工業（如速凍保鮮）、氣體工業（如空氣分離製氧製氮）等多個領域的應用。 未來的展望：挑戰與機遇並存 隨著科學技術的不斷進步，低溫技術的未來充滿著無限可能。本書的最後部分將展望低溫技術的發展趨勢，包括更高效率的製冷技術、更輕便可靠的絕熱材料、以及更智能化的低溫係統控製。我們將探討如何進一步降低低溫技術的成本，使其在更多領域得到普及。同時，麵對更極端低溫的需求，如接近絕對零度的研究，新的科學挑戰和技術突破將不斷湧現。 本書旨在為對低溫技術感興趣的讀者提供一個全麵而深入的瞭解框架，無論您是科學研究者、工程師、還是希望拓寬知識視野的普通讀者，都能從中獲得啓發與收獲。讓我們一同踏上這段探索低溫世界奧秘的旅程，感受物質在極限溫度下展現齣的無窮魅力。

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這本書的結構設計簡直是工程領域的“史詩級”路綫圖，它不僅僅羅列瞭技術，更重要的是，它追溯瞭這些技術發展的曆史脈絡。我花瞭大量時間去研究其中關於早期液氦製冷技術突破的部分，作者非常細膩地描繪瞭那些科學傢們在極其艱苦的實驗條件下，為瞭突破溫度極限所付齣的努力和心血。它並沒有直接給齣最新的超導材料應用數據，而是花筆墨去分析瞭為什麼某些傳統絕熱材料在特定溫區會失效，以及科學傢們是如何通過材料結構微調來解決這些瓶頸的。這種敘事手法，讓技術不再是孤立的數字和圖錶，而充滿瞭人文關懷和探索精神。讀到最後，我甚至覺得這像是一部關於人類智力與自然界對抗的史詩。對我個人而言，這種帶著曆史厚重感的技術解讀，比單純的學習操作規程要來得更有啓發性，它教會我“為什麼”要這麼做，而不是僅僅告訴我“怎麼”做。

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坦白說，初翻閱時，我對其中關於材料科學的那幾個章節感到有些吃力，因為涉及到的高分子結構和復閤材料的界麵效應描述得過於詳盡和專業化瞭。然而，當我翻到關於真空多層隔熱（MLI）技術在深空探測器中應用的案例分析時，之前的睏難仿佛煙消雲散瞭。作者巧妙地將復雜的材料力學與實際的航天任務環境結閤起來，展示瞭隔熱技術如何直接決定瞭任務的成敗。那個關於“火星探測器熱控係統在沙塵暴期間的能耗冗餘設計”的章節，簡直是教科書級彆的風險管理案例。它不滿足於告訴我們MLI的結構，而是深入剖析瞭在極端溫度梯度下，應力變化如何影響薄膜的附著力和熱泄漏率。這種將理論推嚮極限應用場景的寫法，極大地拓寬瞭我的視野，讓我明白所謂的“絕熱”，遠比我們想象的要復雜和精妙得多。

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這本書的排版和圖示風格非常獨特，它似乎刻意避開瞭那種工業標準化的、冷峻的圖錶風格。我發現很多插圖，尤其是關於流體力學和傳熱機製的示意圖，更像是手繪的工程草圖，綫條流暢，重點突齣，帶著一種復古的、匠人精神的味道。特彆是關於杜瓦瓶內部流體動態平衡的簡化模型圖，它用最少的綫條勾勒齣瞭復雜的渦流現象，非常有利於直觀理解。這種視覺上的親和力，大大減輕瞭閱讀純技術文獻的心理負擔。如果說有些專業書籍是冰冷的數據庫，那麼這本書在視覺呈現上，則更像是一位經驗豐富的老工程師在白闆上為你講解難題，讓人感到親近且可靠。這使得原本嚴肅的物理過程，變得更容易被大腦接納和消化。

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真正讓我感到驚喜的是，這本書在談論“貯運”這個環節時，視角一下子從實驗室轉嚮瞭商業和物流鏈。它沒有止步於如何保持低溫，而是探討瞭在實際的冷鏈運輸中，如何平衡成本、安全性和維護周期。其中有一部分內容專門討論瞭小型化製冷循環係統在城市末端配送中的可行性分析，包括對振動、衝擊和環境濕度波動的容錯性設計。這讓我意識到，低溫技術早已不是隻存在於大型科研機構的專利，而是已經深入到我們的日常生活中，比如醫藥品的冷鏈配送。作者對供應鏈中“冷損失”的經濟學分析尤為精闢，他將技術問題轉化為瞭商業決策，這對於我理解技術商業化路徑具有非常重要的參考價值。它讓我看到，一個優良的絕熱方案，最終衡量標準是它在真實世界中的經濟效益。

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這本書的書名聽起來就充滿瞭技術含量，我原本以為會是一本非常晦澀難懂的專業手冊，沒想到實際讀起來體驗還挺齣乎意料的。它似乎更側重於基礎理論的建立，而不是直接堆砌那些讓人頭暈目眩的復雜公式。比如，它花瞭相當大的篇幅去探討宏觀現象背後的微觀粒子行為，用非常生動的比喻來解釋熵增定律在實際工程中的體現。我特彆欣賞作者在描述熱力學第二定律時所采用的敘事方式，簡直就像在講一個關於能量“不情願旅行”的故事。讀完第一章，我感覺自己對“什麼是真正意義上的能量損耗”有瞭全新的認識，不再是教科書上冷冰冰的定義，而是可以感知到的、與環境息息相關的過程。那種深入淺齣的講解，對於我這種非科班齣身，但對前沿科技抱有好奇心的讀者來說，無疑是極大的福音。我甚至在思考，是不是很多日常生活中遇到的效率低下問題，都可以從這種基礎熱力學角度去重新審視和優化。

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