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熱虹吸

生活科學趣談

先來看一段青藏鐵路工程中的熱虹吸裝置

「熱虹吸」雖有”虹吸”二字,但是卻與虹吸管產生水流的機制不同,因為虹吸管是利用液體的壓力差來推動管內的水

「熱虹吸」卻是利用密度差來推動管內的水,也就是熱對流的概念,例如太陽能熱水器

至於青藏鐵路工程中的熱虹吸管,其工作流體則是”氨”,它是藉由相變(吸熱後汽化為氣體,放熱後凝結為液體)來形成密度差,進而驅動管內流體的流動(密度小的氣體上升,密度大的液體下降)

因此青藏鐵路沿線兩旁的熱虹吸管就能在氣溫低於凍土層溫度的冬季時,將下層土壤持續冷卻來達到蓄冷的目的(如同因紐特人在冬天會將冰塊搬到地窖中,即可終年持續冷凍食物,即使夏季地面積雪已融化亦然);由於經過熱虹吸處理過的凍土層溫度會低於未處理過的,所以在夏季來臨時就能繼續保持永凍狀態直到冬季再度來臨為止。

順便聊聊容易與「熱虹吸管」混淆的「熱管 Heat pipe」,後者是利用毛細現象來推動流體,由於毛細現象與重力無關,因此在失重的外太空也能藉此裝置來達到散熱的目的

相對的,熱虹吸管的對流作用須建立在有重力的環境中,因此在失重的外太空(例如國際太空站內),由於無法形成熱對流,因此熱虹吸管也就英雄無用武之地了。當物理課教到熱的傳播時,我就會在課堂上問學生這個問題:「蠟燭的火焰在太空艙中是呈現什麼形狀?」

評論4

  1. 藍翔

    這讓我想到最近在玩的汽化爐、有些經典型號也是利用熱虹吸原理來工作,例如以下這款
    https://youtu.be/-D_FIaFr07Y
    經典汽化爐optimus 123,他的構造非常巧妙精簡,不像常見汽化爐使用打氣棒外加壓,它的油壺有一個凹槽用酒精預熱、直接加熱內部去漬油同時預熱噴嘴,去漬油蒸發膨脹使得油壺自動加壓,再由虹吸管引進爐頭噴嘴汽化燃燒,由於幾乎沒有可動裝置、故幾乎沒有耗材也不會壞,由於結構設計很成功,這款型號是少數60年前到現在都還在生產、並且設計完全沒更動過的汽化爐

  2. 鄭永銘

    這個預熱的動作類似早期水管師傅所使用的煤油噴槍,也是先倒出些許燃油,藉由預先提高噴頭溫度讓後續流經的煤油能更有效的汽化(汽化燈也是如此)
    https://youtu.be/wy8pRKHV2TE
    Optimus123罐內那條輸送燃油的管路還是不能稱為虹吸管(雖然它的名稱是如此),其只是藉由罐內因受熱汽化所產生的氣體壓力將油面下壓,進而將燃油壓向上方,這種機制與虹吸管純粹利用ㄇ字形兩邊因液柱高度差所形成的壓力差來將液體吸出的機制不同。
    另外,形容optimus123它是熱虹吸機制也不太精準,因為熱虹吸是「氣體」向上流動,在上方遇冷後,冷凝成液體掉下來。但是optimus123是爐內因受熱產生的高壓氣體透過插入液面下的輸油管線將「液體」打上去,這是賽風咖啡壺的機制
    https://www.masters.tw/402/%E5%A1%9E%E9%A2%A8%E5%92%96%E5%95%A1%E5%A3%BA%E7%9A%84%E9%81%8B%E4%BD%9C%E5%8E%9F%E7%90%86

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