《低温技术及其应用》课程教学大纲
低温原理与技术ppt课件
49
图3.30热力学理想分离系统模型.
50
➢理想气体混合物分离的理论功:
Wi / mm Tm[(ma / mm )Ra ln(Pm / P1a ) (mb / mm )Rb ln(Pm / P1b )]
140.4
氨
239.8
359.1
8
3. 简单林德－汉普逊系统
图3.2 林德－汉普逊系统.
9
图3.3 林德－汉普逊循环的T－S图
10
件
➢热力学第一定律应用于除压缩机外的所有设备，下得到: (
0 (m mf )h1 mf h f mh2
.
mf
.
m
y h1 h2 h1 hf
(3.33)
➢容器的熵变为:
Sc
77.93Rc
D3
(T
3 5
Tf
3)
(3.35)
➢存在漏热: S6 S5 (mc / m6)Sc
(3.37)
➢液化率:
(Sg S5) (mc / m6)Sc y
Sg Sf
(3.39)
➢满液体部分的容积比:
Vf mf f yf
V m66 6 g / f
y
y g / f －1
(3.424)8
3.1.2 气体分离和纯化系统
1. 热力学理想分离系统
半渗透膜：该膜仅允许一种气体自由完全地通过， 而其他气体无法通过。
➢使用这种装置，气体混合时就可以获得输出功，输 入同样的功就可以把他们分开，因此，该过程是个
低温技术ppt课件
02
低温技术的原理
热力学基础
03
热力学第一定律
热力学第二定律
热力学第三定律
能量守恒定律，即系统总能量的变化等于 输入和输出的能量之差。
熵增加原理，即在一个封闭系统中，自发 过程总是向着熵增加的方向进行，也就是 向着更加无序、混乱的方向进行。
绝对零度不能到达原理，即任何系统都不 能被冷却到绝对零度以下。
管婴儿、基因编辑等领域。
低温生物学研究
利用低温技术研究生物体内分子 和细胞的行为，揭示生命活动的
奥秘。
低温医疗
利用低温技术进行局部或全身冷 冻治疗，如治疗肿瘤、疼痛等。
THANKS
低温物质的性质
01
02
03
低粘度
在低温下，物质的粘度会 降低，流动性增强。
低导热性
低温物质的导热系数较低 ，能够有效地隔绝热量传 递。
高比热容
低温物质具有较高的比热 容，能够吸取大量的热量 而温度变化较小。
低温获取的方法
节流膨胀
通过节流阀使气体在膨胀 过程中压力降低，温度也 随之降低。
绝热膨胀
通过绝热过程使气体膨胀 ，不与外界交换热量，从 而到达降温的目的。
04
低温技术的应用案例
低温在物理学研究中的应用
超导电性研究：在低温条件下，某些 材料会表现出零电阻和完全抗磁性的 特性，这种现象被称为超导电性。通 过研究超导材料和超导现象，可以深 入了解物质的量子性质和电磁相互作 用，为未来的能源传输和存储提供新 的解决方案。
量子相干现象研究：在低温条件下， 量子相干现象可以被更好地视察和研 究。量子相干现象是指微观粒子之间 相互作用的量子力学效应，这些效应 在常温下很难被视察到，但在极低温 度下变得更加明显。通过研究量子相 干现象，可以为未来的量子计算和量 子通讯提供新的思路和方案。
低温制冷技术及其应用
低温制冷技术及其应用一、低温制冷原理低温制冷技术是一种利用低温环境实现热量转移和物质冷却的工程技术。
其基本原理是通过降低系统的温度，使热量从低温物体传向高温物体，从而实现制冷效果。
二、常见的低温制冷技术1.机械制冷：利用机械压缩/膨胀原理，通过制冷剂的循环，实现制冷。
2.液氮制冷：利用液氮的低温特性，通过液氮的蒸发吸热实现制冷。
3.脉管制冷：利用脉管中冷媒的相变，实现低温制冷。
4.热电制冷：利用热电效应实现制冷。
三、低温制冷技术的应用领域1.科研实验：低温环境下进行物理、化学、生物等实验研究。
2.工业生产：如金属冶炼、化学反应、能源开发等。
3.医疗领域：如冷冻治疗、血液保存、器官移植等。
4.航天领域：如卫星温度控制、空间探测器冷却等。
四、低温制冷技术的优缺点优点：1.可实现低温环境，满足特殊需求。
2.适用范围广，可用于不同领域。
3.技术成熟，可靠性高。
缺点：1.能耗较大，成本较高。
2.部分技术复杂，维护困难。
3.对环境有一定影响。
五、低温制冷技术的发展趋势1.提高能效比，降低能耗。
2.开发新型制冷技术，降低成本。
3.拓宽应用领域，提高实用性。
六、低温制冷技术的前景展望随着科技的不断进步和各行业对低温环境需求的增加，低温制冷技术将有更广阔的应用前景。
未来，低温制冷技术将向更高效、更环保、更经济的方向发展。
在航天、能源、医疗等领域，低温制冷技术的市场需求将不断增长。
此外，随着新技术、新材料的发展，如纳米技术、超导材料等，也将为低温制冷技术的发展提供新的机遇和挑战。
七、低温制冷技术的实际案例分析例如，在医疗领域，低温冷冻手术是常见的应用案例。
通过使用低温冷冻技术，可以将病变组织迅速冷却至低温状态，使细胞内冰晶形成，破坏细胞结构，从而达到治疗目的。
此外，在科研实验中，低温制冷技术也广泛应用于材料科学、物理学、化学等领域的研究工作中，如超导材料的研究、量子计算的研究等。
在这些实验中，低温环境可以显著改变物质的性质，提供更多可能性来进行探索和研究。
低温物理与技术低温液体PPT教案
液氮的蒸发温度为77.36K；
在标准大气压下，液氮冷却到63.2K时转变成无色透明的结晶体；
液氮的沸点和凝固点之间的温差不到15K，因而在用真空泵减压时容易使其固化；
因固态氮的密生同素异形转变，并伴随比热容的增大。
转化热约为8.2kJ/kg。
还是比较理想的清洁能源。 在火箭技术中氢被作为推进剂，同时利用氢为原料还可以产生重氢，以满足核
动力的需要。
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氦气制冷的氢液化系统 第19页/共81页
2.3正常液体4He的性质
量子流体——液氦
氦（Helium）为稀有气体的一种。在自然界，存在着 3He和4He两种同位素。4He的原子核有两个质子和两个中子， 称为玻色子；而3He只有一个中子，称为费米子。
氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流 体和超低温冷冻剂。
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氦 （Helium)
氦是由原子量为4.003的4He和3.016的3He两种稳定同位 素
氦在空气中的含量仅5.24ppm，氦生产主要从天然气中提 取。氦中3He的含量约占1／107～1／106。通常指的是 4He
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带尾巴的高真空绝热金属杜瓦
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氧的性质
无色无味的气体，标准状态下的密度是1.430kg/m3，比空气略重；氧较难溶解于 水；
氧的化学性质非常活泼，它能与很多物质（单质和化合物）发生化学反应，同时 放出热量；反应剧烈时还会燃烧发光；
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➢ 海兰特系统可以得到液氮和液氧产品
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氢的性质
2.2 液氢
最轻的工质；无色无味，极难溶于水；标准状态下H2的密度为 0.0899kg/m3，是空气的1/14.38；
低温物理实验技术及其应用
低温物理实验技术及其应用低温物理实验技术是物理研究的重要分支，它涉及到在非常低的温度条件下进行的实验和测量。
随着科学技术的不断发展和进步，越来越多的低温物理实验技术被引入到实际应用中，为人类社会的发展做出了重要的贡献。
一、低温物理实验技术的基本原理低温物理实验技术是利用低温条件下的物理特性进行实验和研究的一种技术。
在低温的环境下，物质的性质往往会出现很大的变化。
例如，在极低温度下，超导体表现出无电阻的特性，而含有气体或者液体的体积也会因为温度的变化而产生不同的变化。
因此，在低温条件下进行实验和测量可以帮助科学家深入地了解物质的本质和特性，并且为开发新的物质和设备铺平道路。
二、低温物理实验技术的主要方法1、制冷低温物理实验技术的首要任务是制冷。
制冷器是低温物理实验技术中最为基本的工具。
常见的制冷器有液氮制冷器和制冷机等。
液氮制冷器是利用液氮的蒸发实现低温，而制冷机则是利用机械的方式来降低温度。
根据不同的实验要求和条件，科研人员可以选择不同种类的制冷器来满足实验需要。
2、测量实验低温物理实验技术中的测量方法也有很多种，例如温度测量，压力测量，电阻测量等。
这些测量方法都是根据物质的不同特性而产生的。
实验者需要熟悉这些测量方法的原理和操作方法，以便在实验中得到准确的数据。
3、低温磁学低温物理实验技术中的低温磁学研究是重要的研究方向，尤其是超导、磁性材料等领域。
在极低的温度下，这些材料会展现出特殊的物理性质。
例如，超导材料可以以无电阻的方式传递电流，而磁性材料则会产生磁性的相变和反弹现象。
通过对这些现象的研究，科学家可以更加深入地了解这些材料的特性，进而为新型材料的研发开拓出更加广阔的研究领域。
三、低温物理实验技术的应用低温物理实验技术的应用领域非常广泛，例如：1、超导超导技术是目前应用最为广泛的低温物理实验技术之一。
超导技术的应用领域非常广泛，包括磁 levitation、 MRI、电力输电等。
在超导领域的应用已经得到很多证实，同时也仍然有很多待解决的技术问题，因此，超导技术的研究和应用前景依然广阔。
低温技术及其应用
低温技术及其应用关键词：低温奇迹，低温技术，低温的产生1、引言低温技术不仅与人们当代高质量生活息息相关，同时与世界上许多尖端科学研究(诸如超导电技术、航天与航空技术、高能物理、受控热核聚变、远红外探测、精密电磁计量、生物学和生命科学等)密不可分。
在超低温条件下，物质的特性会出现奇妙的变化：空气变成了液体或固体；生物细胞或组织可以长期贮存而不死亡；导体的电阻消失了——超导电现象而磁力线不能穿过超导体——完全抗磁现象；液体氦的黏滞性几乎为零——超流现象，而导热性能比高纯铜还好。
下面我将主要介绍低温奇迹、低温技术的应用和低温是如何产生的。
2、低温世界的奇迹⑴低温的世界就像童话里的世界，各种物质在低温下会呈现奇特的景象：在-190℃以下的低温下：空气会变成浅蓝色的液体，叫做“液态空气”；若把梨子在液态空气里浸过，它会变得像玻璃一样脆：石蜡在液态空气里，像萤火虫一样发出荧光。
如果把鸡蛋放进-190℃的盒子中，能产生浅蓝色的荧光，摔在地上会像皮球一样弹起。
在-100℃到-200℃的环境里，汽油、煤油、水银、酒精都会变成硬邦邦的固体；二氧化碳则变成了雪白的结晶体，平时富有弹性的橡皮变得很脆，钢铁也变成了“豆腐”；酒精会变得像石头一样硬，塑料会像玻璃一样脆；鲜艳的花朵会像玻璃一样亮闪闪，轻轻地一敲，发出“叮当”响。
从鱼缸捞出一条金鱼放进-190℃的液体中，金鱼就变得硬梆梆，晶莹透明，仿佛水晶玻璃制成的工艺品，再将这“玻璃金鱼”放回鱼缸的水中，金鱼说不定会复活。
⑵超导与超流：随着温度降低，室温时的气态物质可以转化成液态、固态。
如果升高温度(数百万度)，气态可以转化为等离子态，所有原子和分子游离成带电的电子和正离子，人们称等离子态为物质的第四态。
一些金属、合金、金属间化合物和氧化物，当温度低于临界温度时出现超导电性(即零电阻现象)和完全抗磁性(把磁力线完全排除出体外现象)。
液氦温度低于零下271度时还出现超流现象，液体的黏滞度几乎为零，杯子内的液氦会沿器壁爬到杯子下面，液体的传热系数比铜还好。
《低温生物学理论与应用》课程的教学与实践
《低温生物学理论与应用》课程的教学与实践摘要：针对十八大提出的“全面实施素质教育，深化教育领域综合改革，着力提高教育质量，培养学生社会责任感、创新精神、实践能力[1]”方针设立研究生《低温生物学理论与应用》课程。
根据课程特点，引进国际Workshop的教学形式，采用理论学习密切结合动手实践的授课方式，《低温生物学理论与应用》课程教学实践效果良好，达到了理论教学与实践教学相结合。
形成了科研资源优势转化成教学资源优势，教学成果促进研究生科研课题开展的良性循环。
关键词：教学改革；课程建设；低温生物学；workshop中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）41-0128-02一、课程的设立的背景低温生物学是近几十年随着生物学、医学和低温制冷技术的发展而逐渐形成的一门边缘学科，是研究在自然和人工低温条件下生命体、组织、细胞不同层次的活动规律及其应用的学科[2]。
作为一门新兴的边缘学科，低温生物学在人类生命科学以及国民经济建设和环境保护等众多领域具有重要作用，近年来我国的低温生物学领域的研究也有长足的进步，但与国际先进水平相比，还有较大的差距，因此专家们呼吁应重视年轻低温生物学工作者的培养，并为之创造良好条件[3]。
中国农业大学动物科技学院动物遗传育种与繁殖系的朱士恩教授研究团队，在哺乳动物配子与胚胎生物技术尤其是超低温冷冻保存技术方面开展了近二十年的相关研究。
一直以来，为了更好地服务于科研教学和人才培养，朱士恩教授就准备开设侧重于动物胚子与胚胎冷冻保存内容的一门课程，但苦于国内外没有专门的教科书，一直没能如愿。
直至2012年，由朱士恩教授主编的《动物配子与胚胎冷冻保存原理及应用》在科学出版社出版发行，终于使得这门课程作为研究生选修课在2012年顺利开讲，学时数为16学时。
教学团队采用这本书为主要参考教材，结合国内外其他相关教材，例如1998年湖南科学技术出版社出版的《低温生物学》，2007年科学出版社出版的《低温生物医学工程学原理》等。
低温物理及其应用
低温物理及其应用低温物理是一个研究物质在极低温度下性质和行为的学科。
在这个领域，温度往往低于摄氏零度的近邻，也就是-273.15℃。
在这样极端的温度条件下，固体、液体和气体的物性会发生很大变化，而超导、超流、低温电子学等在这种条件下体现出的奇特物理现象也常常成为研究的焦点。
当前，低温物理在各种新型材料、新型器件的研究中有着重要应用。
一、低温物理的基础理论在低温物理领域中，湿式度量比较困难，通常使用液氦或液氮作为冷却介质。
低温物理中的相关理论包括量子统计理论、低温超导理论、超流理论、量子液体理论、表面理论等。
这些理论对于描述物质在极低温度下的性质和行为有着非常重要的作用。
二、低温物理的应用1. 低温超导技术低温超导技术是低温物理技术的一种重要应用。
将电阻降为零是超导材料的最重要特征之一。
低温超导技术在磁共振成像、肯定诊断、加速器、磁悬浮列车等领域有着广泛应用。
2. 低温材料学低温物理的研究促进了低温材料学的发展。
低温材料学研究的主要材料是超导材料和低温复合材料。
这些材料具有优异的物理特性，在电子设备、电动车和航空航天等领域广泛应用。
3. 低温工程低温工程是低温物理技术的工程化应用。
它主要用于研制低温冷却装置、低温传感器、低温存储器等设备。
低温工程的发展推动了科技进步，也为各个领域的发展提供了有力的支撑。
4. 量子计算量子计算是低温物理中的热门话题之一。
它利用量子力学的理论，将信息存储在量子位上，使得计算速度的提升和处理大量数据成为可能。
量子计算的实现需要大量低温物理技术的支持，因此它也成为低温物理领域中的重要方向之一。
三、低温物理研究的展望低温物理领域在过去几十年中得到了持续迅速的发展，取得了丰硕的成果。
未来，低温物理研究将会进一步深化和扩展。
一方面，在超导、超流等现象的研究中，人们将探索更多新型物质，寻找和确认新的超导现象。
另一方面，随着量子计算的研究和应用越来越普及，更多新型的低温物理技术也将得到广泛应用。
低温实验技术的控制与应用
低温实验技术的控制与应用低温实验技术是一项重要的科研工具，广泛应用于物理学、化学、材料科学等领域。
它的主要目的是在极低的温度条件下研究材料的性质和相变行为。
本文将探讨低温实验技术的控制与应用，重点介绍制冷和温控系统的设计原理、常用的低温实验装置和技术方法。
一、制冷系统的设计原理制冷系统是低温实验的核心，它的设计原理通常基于热力学循环和热传导理论。
常见的制冷技术包括机械制冷、吸附制冷、气体制冷和泵浦制冷等。
其中，机械制冷是最常用的方法，它基于压缩和膨胀过程的热力学循环来实现低温。
制冷系统通常由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等组成，通过循环工质的相变过程来不断降低温度。
二、常用的低温实验装置1. 低温浴：低温浴是最简单且常用的低温实验装置。
它通常由一个恒温槽和制冷系统组成，可提供恒定的低温环境。
低温浴广泛应用于物性测量、精密仪器的校准和样品冷却等实验。
2. 气体冷凝器：气体冷凝器是一种用来冷却气体并将其液化的装置。
它常用于分离和纯化气体，例如液氧、液氮的制备。
气体冷凝器的原理是通过制冷系统使气体降温至其饱和蒸气压对应的温度，从而将其冷凝成液体。
3. 低温反应器：低温反应器是用于在低温条件下进行化学反应的装置。
它通常包括制冷系统、反应釜和温控装置。
低温反应器的应用范围广泛，可用于合成有机化合物、研究催化反应等。
三、低温实验技术的应用1. 凝聚态物理研究：低温实验技术在凝聚态物理研究中发挥着重要的作用。
例如，利用低温技术可以研究超导材料的电学性质和相变行为，揭示其超导机制；还可以研究低温下的磁性材料、量子液体等物理现象。
2. 催化反应研究：低温实验技术在研究催化反应中具有重要意义。
低温条件下，催化反应的速率和选择性往往会有显著改变。
通过控制低温实验装置的温度和反应气氛等参数，可以有效地调控催化反应的效果，提高催化剂的活性和选择性。
3. 材料开发与测试：低温实验技术在材料科学领域中广泛应用于材料开发和性能测试。
《机器人技术及其应用》课程教学大纲
《机器人技术及其应用》课程教学大纲课程编号：0806433208课程名称：机器人技术及其应用英文名称：Robot Technique and Application课程类型：专业任选课总学时：32 讲课学时：22 实验学时：10学分：2适用对象：自动化（系统集成）专业先修课程：高等数学、线性代数、理论力学、自控原理一、课程性质、目的和任务本课程是自动化（系统集成）专业的专业必修课。
本课程是一门融运动、力学分析、机械结构及控制为一体的综合性课程。
自动化（系统集成）专业的学生可以通过本课程的学习，对已学的如机械、自控等课程具备感性认识，并学会如何将理论与实践结合，用理论为工程服务。
同时，掌握机器人的基本原理、基本结构、基本控制方式及基本研究方法，为自动化（系统集成）专业的学生今后从事机电技术工作打下一定的基础。
二、教学基本要求教学分为课堂教学与实验训练两部分。
课堂教学要求：1、了解机器人发展历史，研究进展、机器人的应用情况。
2、熟悉机器人控制理论，机器人的感知和智能理论和机器人系统设计方法。
3、掌握机器人的基本结构原理、定义、特点、结构、分类、机器人自由度，坐标系统的定义；掌握拉格朗日方程建立机械臂的动力学方程。
4、重点掌握齐次坐标连续变换、连杆坐标系，运动学方程求解，机器人雅克比公式和直流伺服电机进行机器人手腕位置控制。
三、教学内容及要求1、绪论：了解机器人的发展与定义、分类与组成，以及机器人学的相关理论与技术。
2、机器人学的基础理论：掌握刚体的位姿描述方法和用拉格朗日方程建立机械臂的动力学方程，重点掌握齐次坐标连续变换、连杆坐标系，运动学方程求解。
3、机器人控制理论与技术：掌握了解机器人的轨迹控制、力控制的方式方法。
4、机器人传感器技术及驱动技术：掌握常用传感器分类和各种传感器的特点，掌握各种机器人各种驱动技术的特点。
5、机器人系统设计：掌握一般工业机器人的系统设计方法。
四、实践环节实验：1、4自由度串联关节型机器人结构设计实验2、4自由度串联关节型机器人结构设计实验3、机器人虚拟装配实验4、机器人运动学仿真实验5、机器人动力学控制仿真实验五、课外习题及课程讨论为达到本课程的教学基本要求，课外习题（包括自测题）不应少于20题。
低温冷却技术与应用
低温冷却技术与应用低温冷却技术是一种将物体的温度降低到低于常温的技术。
在现代科技发展的背景下，低温冷却技术在各个领域的应用越来越广泛。
本文将探讨低温冷却技术的原理和应用，并分析其对社会的影响。
首先，让我们来了解低温冷却技术的原理。
低温冷却技术主要通过降低物体的温度来改变其物理性质和化学活性。
其关键在于控制物质的分子热运动。
在常温下，物质的分子都具有较高的热能，快速运动，导致物体温度升高。
而低温冷却技术则是通过吸收物体的热能来降低其温度。
常见的低温冷却技术包括制冷剂制冷、气体液化、超导材料等。
其次，低温冷却技术在许多领域都有重要的应用。
首先，低温冷却技术在医学领域具有巨大潜力。
低温可以用于冷冻保存细胞、组织和器官，延长其保存时间，从而为移植手术提供了更多可能性。
此外，低温还可以用于治疗某些疾病，例如冷冻疗法可以治疗皮肤病和肿瘤。
另外，低温冷却技术在工业生产中也发挥着重要作用。
许多工业生产过程需要低温环境才能进行，例如电子器件的制造、金属加工等。
通过降低温度，可使材料更加坚硬、耐磨，提高产品的质量和性能。
此外，低温还可以用于制造超导材料，超导材料在电力传输和储存中具有重要的应用前景。
此外，低温冷却技术在科研领域也具有广泛的应用。
由于低温条件下物质的性质会发生很大变化，研究人员可以利用低温冷却技术来研究物质的结构和性质。
例如，通过降低温度，可以研究超冷原子的行为，揭示原子物理学的奥秘。
此外，低温条件还可以用于制造和研究高能物理实验中所需的粒子加速器和探测器。
最后，让我们来探讨低温冷却技术对社会的影响。
首先，低温冷却技术的应用促进了科学和技术的发展。
通过研究低温下物质的性质，我们可以更好地理解自然规律，推动科学的进步。
其次，低温冷却技术的应用改进了现有的产品和工艺，提高了生产效率和质量。
这对于工业发展和经济增长具有积极的影响。
最后，低温冷却技术的应用在医学领域具有重要意义，可以帮助人们延长生命，缓解疾病带来的痛苦。
《DC-AC逆变技术及其应用》课程教学大纲
DC-AC逆变技术及其应用课程教学大纲DC-ACInverterTechno1ogyandItsApp1ication学时数：32其中：实验学时：0学分数：2适用专业：电气工程与自动化一、本课程的性质、目的和任务《DC-AC逆变技术及其应用》是电气工程与自动化专业的一门学科选修课，是应用电力半导体器件,将直流电能变换成交流电能的一种静止变流技术。
在以直流发电机、蓄电池为主直流电源的二次电能变换和可再生能源（太阳能、风能等）的并网发电等场合，逆变技术具有广泛的应用前景。
通过本课程的学习，使学生掌握逆变技术的设计方法与应用等基本基础知识，以便学生毕业后具有进一步掌握各种逆变技术的能力。
二、课程教学的基本要求（一）掌握逆变的基本概念及其基本结构。
（二）掌握逆变器常用的电力电子元件。
（三）掌握低频链逆变器。
（四）掌握电压源和电流源高频链逆变器。
（五）掌握逆变器的控制技术。
（六）掌握三相逆变器的原理和设计。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章概论（2学时）一、逆变技术的现状二、逆变技术的发展方向第二章逆变器中常用的大功率开关器件（2学时）一、大功率晶体管（GTR）二、晶闸管（SCR）三、可关断晶闸管（GTO）四、功率场效应晶体管（VMOSFET）五、绝缘栅双极晶体管（IGBT）第三章低频链逆变器（4学时）一、方波逆变器二、阶梯波合成逆变器三、PWM调制逆变器重点难点：逆变器的原理，多脉冲等脉宽调制第四章电压源高频链逆变器（4学时）一、单向电压源高频链逆变器二、双向电压源高频链逆变器三、软开关电压源高频链逆变器重点难点：单双向电压源高频链逆变器的电路结构和原理，。
第五章电流源高频链逆变器（4学时）一、电流源高频链逆变器的电路结构二、电流源高频链逆变器的控制重点难点：电流源高频链逆变器的电路结构和控制方法：第六章三相逆变器（6学时）一、三相全桥式逆变器二、三相半波式逆变器三、三相软开关逆变器四、三相组合式逆变器重点难点：三相软逆变器的原理和设计第七章逆变器中的控制技术（6学时）一、电压型控制技术二、电流型控制技术三、电流检测电路四、单周期控制技术五、数字控制技术第八章逆变技术的应用示例（4学时）一、逆变技术在交流电动机变频调速中的应用二、逆变技术在太阳能发电系统中的应用三、电力有源滤波器在电力系统中的应用四、逆变技术在电子镇流器中的应用重点难点：逆变技术应用系统四、课程各教学环节要求1、课堂教学：在课堂教学中强调理论教学的知识性、系统性同时，注意实际应用举例。
低温生物学课程教学大纲
《低温生物学》课程教学大纲课程负责人：郑从义课程中文名称:低温生物学课程英文名称：Cryobiology课程类别：选修课程学分数：2学分课程学时数：36学时授课对象：生科院研究生本课程的前导课程：生物学一、教学目的1)了解低温生物学的研究进展2)掌握低温生物学的基本研究技术与技能二、教学要求1)通过多媒体、Powerpoint教学课件组织教学，使教学内容丰富多彩、教学语言简短规范。
2)推行教学相长的教学形式，采取课堂教学与课后讨论相结合，要求学生边学习、边消化、不断总结、举一反三。
三、教学内容1.绪论1.1低温生物学的定义低温生物学研究自然或人工低温条件下生命不同层次变化规律的科学。
它既是生命科学，又是技术科学。
学科发展以细胞生物学、遗传学、微生物学、生物化学、生物物理学、临床医学为基础，物理、化学、低温工程、计算机技术为依托，是一门理工交叉学科。
现代低温生物学研究生物个体的低温生存环境，离体生物材料的低温保存，植物的冻害及耐寒性，探索低温损伤机理，发掘低温抗冻物质，实施冷冻医疗，从而阐明低温条件下生命现象的特征及其本质。
1.2低温生物学研究范畴低温生物学研究进展较快，研究范畴涉及生命科学和医学的方方面面。
对自然状态下的生物耐寒性、低温冷休克的理论研究，生物材料冷冻保存以维持包括高等生物在内的细胞、组织、器官以及个体的生活状态的应用研究，低温医学的理论与应用研究等均是当前研究的热点。
如按学科分类，其研究范畴包括：低温微生物（10℃以下正常生长的微生物）微生物低温生物学极地微生物（南、北极存在的微生物）菌种保存人和动物的低温冻伤、低温冷休克动物冬眠低温免疫动物及其材料的低温生物学动物细胞保存动物胚胎保存动物精子保存原生动物保存植物的耐寒与抗冻植物材料低温生物学植物种质资源保存与利用植物材料的低温保存低温生理（体温过低症、低温麻醉、低温酶学）低温医学低温保存（治疗性细胞、组织、器官保存）冷冻医疗（冷冻治疗、冷冻器械）冷冻医疗器具的设计、制造冷冻医疗器械的工程学低温保存设备、仪器的设计制造冷冻医疗的理论基础低温生物传热的工程物理学冷冻医疗器械设计理论依据水冻结的理论依据生物材料保存的热物理问题低温保护剂应用的理论基础低温生物学研究的进展1.3.1玻璃化冷冻保存新技术的研究与应用玻璃化冷冻保存新技术是一种将生物材料（细胞）与保护剂溶液混合以足够快的降温速率过冷至玻璃化温度，使其固化形成冷冻玻璃态（非晶态）而达到长期冻存的目的。
《低温物理》课程教学大纲
重点：掌握常用的低温获得方法和基本技术
难点：深低温的获得技术
（五）气体液化循环（4学时）
1.T-S图
2.理想循环和最小功
3.典型的气体液化循环
4.空气的液化和分离
5.氢的液化
6.氦的液化
重点：掌握气体液化的Linde循环和Claude循环原理、组成和相关技术
难点：气体液化参数的计算
（六）微型制冷机（4学时）
二选教材：《Experimental Techniques in Low-Temperature Physics》G.K.White,P.MeesonOxfordUniversityPress Apr. 2002
参考书目：《Experimental Techniques in Condensed Matter Physics at Low Temperatures》R.C.Richardson, E.N.Smith Perseus Publishing, March 1998
2.低温液体
3.固体低温物性
重点：掌握液空、液氮、液氧、液氢、液氦等低温液体的物理性质和使用，掌握固体材料的低温物理性质。
难点：理解液氦的低温奇异特性
（四）获得低温的方法和过程（8学时）
1.节流膨胀
2.绝热膨胀
3.变质量绝热膨胀
4.涡流制冷
5.绝热去磁制冷
6.稀释制冷
7.气体吸附制冷
8.抽气制冷
9.Померанчук制冷
1.Stirling循环制冷机
2.Gifford-McMahon循环制冷机
3.其他典型的微型循环制冷机
重点：掌握Stirling和Gifford-McMahon循环制冷机的原理、关键部件。
低温物理技术的研究与应用
低温物理技术的研究与应用低温物理技术是指对低温物质（如液氮或液氦等）的研究与应用。
它是物理学中一门重要的分支，广泛应用于科学研究、医学、逻辑技术、材料工程等领域。
它的研究和应用可以带来很多新的发现和突破。
下面，我们将讨论低温物理技术的研究和应用。
低温物理技术的研究低温物理技术的研究广泛应用于物理学领域的科学研究中。
在低温条件下，物质的性质会发生很大的改变。
比如，一些原来是绝缘体的物质会变成导体，金属会失去电阻等等。
这些变化会导致新的物理现象出现。
因此，低温物理技术的研究可以带来很多新的发现和突破。
低温物理技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 量子物理学量子物理学是低温物理技术的重要应用领域之一。
在低温条件下，量子化现象更加显著。
因此，低温物理技术可以为量子物理学实验提供一个很好的平台。
比如，在超导体中，量子化现象更加明显，因此可以用来研究量子计算机等领域。
2. 超导超导是指在低温条件下某些物质的电阻会变为零。
这种特性可以用来制造超导电磁体、超导磁浮等高技术产品。
因此，超导技术在现代工业中得到了很广泛的应用。
低温物理技术可以帮助我们更好地理解超导现象，从而提高超导材料的制备和性能。
3. 低温物性质低温物性质是指在低温条件下，各种物质的性质会发生很大的改变。
这些改变表现为量子效应、超导性、磁性等等。
低温物理技术可以帮助我们更好地理解这些现象，从而带来新的发现和突破。
低温物理技术的应用低温物理技术不仅在科学研究中有很广泛的应用，还在很多实际领域中得到了应用。
下面我们将具体地介绍一些低温物理技术在不同领域中的应用：1. 医学低温物理技术在医学领域中的应用最为广泛。
比如，低温物理技术可以用来制造超低温冷冻箱，保存大量冰冻标本。
低温物理技术还可以用来进行冷冻治疗，对于一些疾病有很好的疗效。
比如，低温物理技术可以用来治疗癌症等疾病，减少化疗药物的副作用，提高治疗效果。
2. 材料工程低温物理技术在材料工程领域中也有很广泛的应用。
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《低温技术及其应用》课程教学大纲
学分/学时：3学分/48学时其中课堂32学时、课程设计16学时。
适用专业：热能与动力工程及相关专业
先修课程：工程热力学、传热学、高等数学、大学物理
后续课程：无
一、课程性质和教学目标
课程性质：低温技术及其应用是热能与动力工程专业的一门重要专业方向课，是能源动力和相关专业的必修主干课。
是《制冷与低温原理》国家精品课程的主干部分。
教学目标：低温技术及其应用涉及低温的获得、低温的保持、低温气体液化与分离、低温真空、低温测试等科学技术内容，其应用领域包含了航空航天、高能物理、电子技术、机械系统、空间模拟、红外遥感、生物医学、食品加工、材料回收、过程工业等各个方面。
本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识，也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。
通过本课程教学，不仅使学生在低温制冷原理、气体液化与分离原理、低温传热与绝热原理等具有完整的了解，而且能够知晓低温技术在液化天然气能源工业、气体工业、航空航天工业以及生命科学和基础物理研究等的具体应用，培养学生结合工程领域能自如应用所学到的专业基础知识。
同时还培养学生的低温实验动手能力，具体来说：
(1) 掌握低温制冷的三种基本原理（节流、膨胀、放气），在此基础上能采用热力学系
统分析方法分析和评价各类低温制冷、气体液化与分离系统等的热力学性能。
熟悉
低温回热型气体制冷机和其它低温制冷机的一般原理。
(2) 掌握低温热力学循环方法，能够分析其中的部件性能对系统性能的影响，从而知晓
低温系统的构建方法。
对低温工质以及混合气体热物性计算软件有比较好的掌握。
(3) 初步掌握低温实验的一般测试方法，重点在于低温绝热的测试，直观地认识低温绝
热传热过程的特点、测量传热参数的基本传感器和仪器。
进行低温磁悬浮、低温超
导、低温粉碎、以及低温制冷机的认识实验，获得低温技术应用的深入认识。
(4) 能熟练运用低温工质物性表、p-h图等。
(5) 初步具有综合分析实际低温技术应用的能力、运用理论分析抽象解决实际问题能
力。
例如能够结合低温原理有关知识对人类生活和工程实际展开畅想。
）
(6) 强化理论来源于实践，实践是检验理论的唯一标准的认识观。
二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求）
1、低温技术导论（2学时）
概述低温技术的内容、历史、特征和应用。
课堂演示：液氮流体实验演示；低温粉碎演示与低温超导演示。
课后作业:低温技术梦想 (1500字)
2、低温材料与低温流体（2学时）
介绍低温流体与低温材料的热学和力学特点与要求。
3、低温液体的获得方法（2学时）
介绍焦耳汤姆逊效应、绝热膨胀和绝热放气等获得低温液体的方法
讨论：学生了解的低温液体和制冷方法
4、气体液化（5学时）
热力学理想系统/简单林德-汉普逊系统/带预冷林德-汉普逊系统/林德双压系统/复叠式系统；膨胀机制冷：克劳特系统/卡皮查系统；MRC 系统-LNG的液化举例，各种液化系统性能比较；用于氖和氢的液化系统(预冷林德-汉普逊系统以及克劳特系统)；氦制冷生产液氢，正仲氢转化；考林斯氦液化系统, 绝热放气制冷-西蒙氦液化系统，液化系统低温换热器效率对系统性能的影响(实际举例)；气体液化总结。
作业：安排课堂练习及课外作业
网上观摩：大型气体液化系统（API等）
5、气体分离与纯化（5学时）
热力学理想分离系统，混合物的性质，气体分离的原理，简易冷凝或蒸发过程/精馏塔；精馏原理的闪蒸计算，最小理论塔板数，精馏塔结构形式，变压吸附，膜分离技术。
6、空气分离系统（2学时）
介绍典型空分系统流程：林德单塔，林德双塔，林德弗兰克，海兰特，氩分离系统，氖分离系统，氦分离系统；气体纯化方法。
课堂讨论：要求学生通过网络查找大型空分流程
7、低温制冷机（5学时）
介绍常见的低温制冷机类型：焦耳-汤姆逊制冷系统，膨胀机制冷系统，斯特林制冷机，VM制冷机，Solvay制冷机，G-M制冷机，脉冲管制冷机，热声制冷机，吸附制冷机，磁制冷，稀释制冷机。
教学实验：再吸附制冷原理及性能测试；低温制冷机演示实验
技术参观：参观低温制冷实验室
8、低温绝热、低温贮存和运输（3学时）
介绍低温绝热原理，堆积绝热，高真空绝热，真空粉末绝热，高真空多层绝热，高真空多屏绝热，各类绝热方式的比较；
低温绝热具体形式/结构/管道/支撑/输排液/安全装置，举例说明热设计与结构设计。
实验：低温真空绝热实验，通过该实验了解影响低温绝热性能的各种因素，掌握低温绝热形式以及真空多层绝热的基本原理，熟悉真空度、绝热材料与漏热率的关系
9、真空技术（2学时）
低温与真空，真空系统的流导，真空系统的抽气时间，真空泵(机械泵,扩散泵,离子泵,低温泵)，真空计，真空捡漏技术。
10、低温测试技术（2学时）
温度测量:国际实用温标/电阻温度计/热电偶/气体温度计/蒸汽压温度计；
低温液体的流量测量；
低温液体的液位测量。
课外兴趣探索实验：超导磁悬浮力的测量
11、总结与研讨，习题课（2学时）
对全课程做一个课时的总结；针对低温技术及其应用的前沿课题做分析介绍。
涉及以上章节典型算例。
课后作业:低温技术从梦想到实际(1500字)
12. 课程设计（16学时）
主要题目有以下4个，分别结合低温技术及其应用的主要知识点。
每个年级同时可以分2-4个题目。
本课程设计目的在于让学生将课堂所学知识直接应用到实际应用环节中去，成为其踏上本专业工作岗位前的一次实战演习。
课程设计过程中涉及学生文献查阅环节，充分发挥学生的主观能动性、创造性，培养学生团队合作设计开发低温系统的初步能力。
在客观上也将使得学生对该课程知识点有更深入的理解，加深印象。
有以下四个题目可供选择，结合各自设计要求，完成课题设计内容。
(1)低温容器（杜瓦）课程设计（绝热、真空、机械力学等知识点）
以60升液氮低温容器为例，按充满率90％、日蒸发率1.8％为设计目标，以UG软件为工具完成低温容器的2D和3D结构设计（2D可在UG软件中通过3D自动投影生成）。
以本课程所学知识结合热力学与传热学完成杜瓦的热设计（包括杜瓦金属材料的漏热、绝热材料的选取和设置、真空要求与获得等）；以过往所学理论力学、材料力学和机械设计知识完成杜瓦的机械强度、应力等机械力学设计。
(2)低温下固体材料热导率或比热实验装置的设计（低温材料物性及测量方法）
自选测量原理（如热线法（交叉线技术、平行线技术等），瞬变平面热源法TPS，差式扫描量热法DSC，闪光法等），结合低温系统的特点，设计测量固体材料在65－300K温区热导率的实验方法、步骤、装置和报告。
其中实验系统要求用UG画出三维系统图及装配图，重点突出其中低温技术特色。
(3)流程模拟软件HYSYS或ASPENPLUS的空分流体或LNG流程设计案例（气体分离）
空分主体部分由空气加压系统、预冷系统、纯化系统、换热系统、精馏系统等组成。
工作原理：原料气（空气）经空气过滤器被空压机吸入，压缩到0.6MPa左右，送入空冷塔预冷后，进入分子筛纯化系统进行净化，清除CO2和水分，再送入空分冷箱。
进入空分冷箱的空气首先进入主热交换器与低温气体（污氮、纯氮和循环氮气）换热，被冷却至饱和状态送入精馏塔下塔，空气在此进行初步精馏。
在下塔的顶部获得纯度为99.999%以上的液氮和气氮。
在下塔的底部获取富氧液空。
液氮经过冷器后，其中一部分作为产品送入液氮贮槽；一
小部份送去精氩塔作为生产精氩产品的冷源；其它全部送入精馏塔上塔，作为生产下游产品（氧、氩）的馏份。
一小股气氮作为精氩塔的热源，自身被液化后，也作为馏份送入上塔。
富氧液空经过冷器后分成二股：一股直接送入精馏塔上塔；另一股去粗氩塔冷凝器，作为生产粗氩的冷源，与粗氩塔中的粗氩换热，所形成的汽相和液相一并送入上塔。
产品液氧在上塔底部形成，经过冷器过冷后送入液氧贮槽。
汽相氩馏份（制氩原料）从精馏塔上塔抽出。
经粗氩塔精馏，粗氩在粗氩塔顶部抽出并送至精氩塔。
液相贫氩馏份从粗氩塔底部流出。
送回精馏塔上塔。
纯度为99.999%以上的精氩产品在精氩塔底部形成送入液氩贮槽。
利用所学空分知识，将以上原理以具体的流程形式在HYSYS或ASPEN上模拟计算，要求完成流程图。
以UG绘制空分塔结构图。
所编写HYSYS流程可运行并得到计算结果。
鼓励学生在流程上有创新内容。
选该题也可进行以HYSYS为平台的液化天然气LNG液化流程模拟。
天然气的主要成分是甲烷，另含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷和少量的二氧化碳、硫化氢等。
(4)小型氦液化器或液氮机的简单设计（流程设计、热设计、机械设计）（气体液化）
以50 L/小时产量的液氮机为设计目标，要求完成获取液氮的机械装置方法选取和设计（比如传统的压缩膨胀系统，小型低温制冷机氮液化器等），包括压缩机、换热器、过滤器、膨胀机等的选型，要求相互之间匹配工作；要求完成系统的流程设计、热力计算，提供设计报告；要求以UG绘制液化器的机械结构图。
操作形式：
(1)分组进行，将全班约36人分为四组，每组集体完成一个设计题目，但每人须有相当工作量的具体完成内容。
完成形式：提供设计图纸、设计报告、相关计算机演示程序等。
(2) 考核以每人独立完成的内容评分为主，占75％；团队集体完成质量以及整体效果评分占25％。