1 低温技术及其应用
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主要内容 低温现象（自然的，人造的） 低温学：研究低温的科学和技术 低温技术：如何获得和维持低温 低温技术应用：科学、工程
Institute of Refrigeration and Cryogenics
教材与教学参考书
教材： 制冷原理与技术，王如竹等编，科学出版社，2003
教学参考书：
1. 低温系统，王如竹等编著，上海交通大学出版社，2000 2. 制冷与低温原理，陈光明等编，机械工业出版社，2000 3. 制冷与低温技术原理，吴业正等著，高等教育出版社，2004 4. 最新低温制冷技术，陈国邦等著，上海交通大学出版社，2003 5. Cryogenic Engineering, Flynn T.M.,New York,1997 6. Cryogenic Engineering, Timmerhaus K. D. Reed, R.P.
Institute of Refrigeration and Cryogenics
教学安排
第一章 低温系统导论(2学时) 第二章 材料的低温性能(4学时+2学时实验) 第三章 气体液化系统(4学时) 第四章 气体分离及纯化系统(4学时) 第五章 小型低温制冷机(4学时+2学时实验) 第六章 低温贮运设备(4学时) 第七章 真空技术及真空泵(4学时+2学时实验) 第八章 低温测量系统(4学时)
301
温度计
300 Room temperature
299 1
0 Absolute zero
1010 108 106 104 102 100 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10
Tempscale5 .cdr
温度计
制冷 低温
极低温
低温温度的划分
通过123K(-150℃)来分界温区 高于123K为制冷（Refrigeration），又称
Nuclear reactions Plasma
High T Conventional refrigeration
Supernova explosions Center of hottest stars
Fusion (hydrogen) bomb Center of sun Fission (atomic) bomb
– 高能物理。大型粒子加速器（加速粒子）， 探测器（测量碰撞后的粒子）
– 玻色-爱因斯坦凝聚：原子在接近0K时特殊物态
Institute of Refrigeration and Cryogenics
Temperature (K)
1010 108 106 104 102 100 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10
Institute of Refrigeration and Cryogenics
低温，孕育了许多奇妙的物理现象，使物质性质发生 奇特的变化，成为物理学前沿研究不可或缺的手段
– 超导(无电阻、完全抗磁性)。虽然超导和材 料研究力图摆脱低温的限制，但到目前为止 还必须依赖低温
– 超流。液氦II表现出几乎为0的流动阻力和一 些奇妙现象
Surface of hottest star
Surface of Sun Metal boiling points
Room temperature
Organic life
Warmest superconductor (140 K)
Air liquefies 4He liquefies/Superfluid 4He Space background (3 K)
普冷； 空调Air-Conditioning是制冷技术在其最高
温区的应用 低于123K为低温（Cryogenics）
“Refrigeration and Cryogenics”
Instiryogenics
国际制冷学会（IIR）
1. 低温物理和低温工程 2. 气体液化和分离 3. 热力学和传递过程 4. 低温制冷装置 5. 低温生物和低温医疗 6. 食品冷冻和保存 7. 低温储存 8. 低温运输 9. 空调 10. 热泵、冷能利用
低温学
研究低温的科学和技术原理
Institute of Refrigeration and Cryogenics
低温制冷技术
研究如何获得和维持低温的科学和技术原理 根据在不同的低温温度区域，获得低温的方法及 研究对象，又可把制冷技术分为普冷技术和深冷 技术。 习惯上把普冷技术称为制冷技术，把深冷技术称 为低温技术。获得低温的方式有很多，主要是相 变制冷和节流膨胀制冷。
冷的极限？
• “绝对零度”，即-273.15°C，用0K表示。 但这只是理论值，科学家正在通过实验， 努力向它逼近。
• 在1958年，已达到距离0K只有1/万，经 过十几年的艰苦努力，终于逼近到距离0K 只有1/亿的新纪录。
Institute of Refrigeration and Cryogenics
Institute of Refrigeration and Cryogenics
低温
Institute of Refrigeration and Cryogenics
Universe and Nature
Institute of Refrigeration and Cryogenics
Temperature (K) Temperature (K)
Institute of Refrigeration and Cryogenics
什么地方最冷？
地球上最冷的地方在南极：-88.3°C， 被称为“世界寒极” 在月球的阴面，温度为-160°C 在宇宙深处，温度为-270°C
Institute of Refrigeration and Cryogenics
Reed. New York, 2007 7. The art of cryogenics: low-temperature experimental
techniques/edited by Guglielmo Ventura and Lara Risegari. Amsterdam; Boston: Elsevier, 2008
Institute of Refrigeration and Cryogenics
教材与教学参考书
教材： 制冷原理与技术，王如竹等编，科学出版社，2003
教学参考书：
1. 低温系统，王如竹等编著，上海交通大学出版社，2000 2. 制冷与低温原理，陈光明等编，机械工业出版社，2000 3. 制冷与低温技术原理，吴业正等著，高等教育出版社，2004 4. 最新低温制冷技术，陈国邦等著，上海交通大学出版社，2003 5. Cryogenic Engineering, Flynn T.M.,New York,1997 6. Cryogenic Engineering, Timmerhaus K. D. Reed, R.P.
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教学安排
第一章 低温系统导论(2学时) 第二章 材料的低温性能(4学时+2学时实验) 第三章 气体液化系统(4学时) 第四章 气体分离及纯化系统(4学时) 第五章 小型低温制冷机(4学时+2学时实验) 第六章 低温贮运设备(4学时) 第七章 真空技术及真空泵(4学时+2学时实验) 第八章 低温测量系统(4学时)
301
温度计
300 Room temperature
299 1
0 Absolute zero
1010 108 106 104 102 100 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10
Tempscale5 .cdr
温度计
制冷 低温
极低温
低温温度的划分
通过123K(-150℃)来分界温区 高于123K为制冷（Refrigeration），又称
Nuclear reactions Plasma
High T Conventional refrigeration
Supernova explosions Center of hottest stars
Fusion (hydrogen) bomb Center of sun Fission (atomic) bomb
– 高能物理。大型粒子加速器（加速粒子）， 探测器（测量碰撞后的粒子）
– 玻色-爱因斯坦凝聚：原子在接近0K时特殊物态
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Temperature (K)
1010 108 106 104 102 100 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10
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低温，孕育了许多奇妙的物理现象，使物质性质发生 奇特的变化，成为物理学前沿研究不可或缺的手段
– 超导(无电阻、完全抗磁性)。虽然超导和材 料研究力图摆脱低温的限制，但到目前为止 还必须依赖低温
– 超流。液氦II表现出几乎为0的流动阻力和一 些奇妙现象
Surface of hottest star
Surface of Sun Metal boiling points
Room temperature
Organic life
Warmest superconductor (140 K)
Air liquefies 4He liquefies/Superfluid 4He Space background (3 K)
普冷； 空调Air-Conditioning是制冷技术在其最高
温区的应用 低于123K为低温（Cryogenics）
“Refrigeration and Cryogenics”
Instiryogenics
国际制冷学会（IIR）
1. 低温物理和低温工程 2. 气体液化和分离 3. 热力学和传递过程 4. 低温制冷装置 5. 低温生物和低温医疗 6. 食品冷冻和保存 7. 低温储存 8. 低温运输 9. 空调 10. 热泵、冷能利用
低温学
研究低温的科学和技术原理
Institute of Refrigeration and Cryogenics
低温制冷技术
研究如何获得和维持低温的科学和技术原理 根据在不同的低温温度区域，获得低温的方法及 研究对象，又可把制冷技术分为普冷技术和深冷 技术。 习惯上把普冷技术称为制冷技术，把深冷技术称 为低温技术。获得低温的方式有很多，主要是相 变制冷和节流膨胀制冷。
冷的极限？
• “绝对零度”，即-273.15°C，用0K表示。 但这只是理论值，科学家正在通过实验， 努力向它逼近。
• 在1958年，已达到距离0K只有1/万，经 过十几年的艰苦努力，终于逼近到距离0K 只有1/亿的新纪录。
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低温
Institute of Refrigeration and Cryogenics
Universe and Nature
Institute of Refrigeration and Cryogenics
Temperature (K) Temperature (K)
Institute of Refrigeration and Cryogenics
什么地方最冷？
地球上最冷的地方在南极：-88.3°C， 被称为“世界寒极” 在月球的阴面，温度为-160°C 在宇宙深处，温度为-270°C
Institute of Refrigeration and Cryogenics
Reed. New York, 2007 7. The art of cryogenics: low-temperature experimental
techniques/edited by Guglielmo Ventura and Lara Risegari. Amsterdam; Boston: Elsevier, 2008