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　　大家好ღღღ，我是来自中国科学院理化技术研究所的胡忠军ღღღ，今天想给大家分享一下我经历的那些“冷故事”ღღღ。

　　我在中学的时候ღღღ，有一次老师问我们长大了想做什么？我说我想成为一名南极科考工作者pg电子最新网站入口ღღღ。因为当时我在学校的阅览室里面看到了秦大河老师的故事《横穿南极日记》ღღღ，非常感人ღღღ。从此神秘寒冷的世界就给我留下了很深的印象ღღღ。

　　但是ღღღ，南极不是谁想去就能去的ღღღ。中学毕业以后ღღღ，我来到了美丽的冰城哈尔滨学习普通制冷技术ღღღ，也就是商业制冷技术ღღღ。

　　课堂上ღღღ，老师有一句话让我至今记忆犹新ღღღ。他说ღღღ：“老师只能教你们‘杀猪’的本事ღღღ，人家中国科学院才是‘屠龙’的ღღღ。”

　　为什么叫“杀猪”呢？这是因为我们今天能实现猪肉自由ღღღ、水果自由ღღღ、海鲜自由ღღღ、牛羊肉的自由ღღღ，很大程度上就是依赖于发达的商业制冷技术ღღღ。

　　当时我做论文的时候ღღღ，咱们国家正在研制一款“大火箭”ღღღ。现在我们都知道了ღღღ，这个大火箭的名字叫“长征五号”ღღღ。只有这把“倚天剑”才对得上“屠龙刀”嘛ღღღ。它除了“胖五”之外还有一个别称ღღღ，叫“冰箭”ღღღ。

　　为什么叫“冰箭”呢？我们可以看一下ღღღ，“长征五号”里一些部件的温度要比冻猪肉的温度低很多ღღღ，低到零下253℃ღღღ。因为它要把氢气变成液体ღღღ，来发射很重的载荷ღღღ。

　　若干年以后ღღღ，我有幸来到海南文昌发射场ღღღ，目睹了自己参与了（很小的）一部分工作的“胖五”把中国空间站核心舱送上天ღღღ。听到倒计时读秒时的那种心情ღღღ，真是又激动又紧张ღღღ。

　　其实ღღღ，自从低温制冷技术被发明以来ღღღ，每隔一段时间ღღღ，就会有相关工作获得诺贝尔奖ღღღ。除了前沿物理科学研究需要它ღღღ，咱们去做体检时用的磁共振成像也需要这种低温的环境ღღღ，还有大家经常听到的量子世界也都离不开低温技术ღღღ。

　　在我们读书的那个年代ღღღ，大家还处于解决温饱的阶段ღღღ，食物无疑是最重要的ღღღ，所以冷藏冷冻技术的需求量很大km_v1.0.2.apk破解版5.7ღღღ。随着社会的进步和科学的发展ღღღ，今天我们迫切地需要发展前沿科学ღღღ，比如航空航天ღღღ、超导等等方面的研究ღღღ，这就需要低温装备来支撑ღღღ。

　　老一辈科学家在“两弹一星”的年代就已经研制出了一些较小的低温装备ღღღ。这张照片是20世纪70年代ღღღ，当时科学家们要把卫星放到模拟太空的环境里进行试验ღღღ。太空的温度非常低ღღღ，大概是零下270℃ღღღ。我们要在地面上模拟太空的低温环境ღღღ，才能保证卫星上天后不出问题ღღღ。

　　这幅图就更形象了ღღღ，图片中间冒着白雾的地方就是“胖五”加注的液氢和液氧在蒸发ღღღ，它用到的液氢就需要低温技术来制备ღღღ。

　　到底什么是低温技术呢？我们在学术上ღღღ，以家里做饭用的天然气的液化点120K（零下153.15℃）这个温度为界限ღღღ。这个温度以上的叫做普冷技术ღღღ，这个温度以下的就叫做低温技术ღღღ。

　　我们中国科学院理化技术研究所主要关注的是液氢温度以下的低温技术ღღღ。特别是世界上最难液化的气体就是氦气ღღღ，而液氦就是我们主要的研究对象ღღღ，同时它也是打开超越牛顿经典力学的量子世界大门的一把钥匙ღღღ。

　　其实在100多年前科学家就实现了氦气的液化pg电子最新网站入口ღღღ，这是当时科学家液化氢气和氦气后所拍电报的原始记录ღღღ。

　　这就是当时的氦液化的装置ღღღ，不同的色块表示不同的液体ღღღ。用酒精预冷液态的空气后ღღღ，再用液态空气预冷液氢ღღღ，液氢预冷以后才能得到液氦ღღღ。这种“套娃”式的设计很难在工业上大规模展开ღღღ，也很难连续运行ღღღ。我们更想通过压缩的方式ღღღ，一步就从氦气得到液氦ღღღ。

　　其实ღღღ，无论是商业制冷还是低温技术ღღღ，最核心是同一个很简单的道理——相变传热km_v1.0.2.apk破解版5.7ღღღ。比如大家跑完步之后会出汗ღღღ，汗蒸发以后就会感觉到很凉爽ღღღ，这是因为水从液态变成气态ღღღ，就把你的热量给吸走了ღღღ。有些科学家还发现ღღღ，小蜜蜂也会在炎热的夏季把水运到蜂巢里ღღღ，为蜂巢做温度调节ღღღ。

　　大家家里都有冰箱和空调ღღღ，它们运转的秘诀其实和低温技术是一样的ღღღ，就是要把刚才讲的液态到气态的相变做成一个连续循环的过程ღღღ。这就需要一系列的机械做配合ღღღ，压缩机把气体（制冷剂）从低压压到高压的状态后ღღღ，就会升温发热ღღღ；在冷凝器里把热量传到环境里面后ღღღ，制冷剂就从气体变成了液体ღღღ；再经过一个节流减压的装置ღღღ，从高压变低压ღღღ；又经过蒸发器从周围吸收热量ღღღ，我们就获得了制冷的冷量ღღღ，最后液体变回气体ღღღ，完成循环pg电子最新网站入口ღღღ。

　　那我们用空调能不能达到液氦的温度呢？显然是不行的ღღღ，因为常规制冷剂在这种温度下都会变成固体ღღღ，没有办法循环了ღღღ。只有液氦在这个温度范围内ღღღ，还能保持液体状态ღღღ。

　　我们给篮球ღღღ、排球ღღღ、轮胎等打气用到的打气筒ღღღ，就是活塞式压缩机ღღღ。这种机械很原始ღღღ，不能连续运行一两年ღღღ，因为活塞容易摩擦ღღღ。于是ღღღ，科学家又发明出了新的螺杆式压缩机ღღღ。

　　螺杆式压缩机就是这样的两个螺杆ღღღ，一个阳转子ღღღ，一个阴转子ღღღ。在互相旋转的过程中ღღღ，转子间隙里的气体被挤压ღღღ，就把压力给提高了ღღღ，这个原理很简单ღღღ。

　　在2016年之前ღღღ，我们国家生产螺杆式压缩机的产能高达40多万台套ღღღ，但是从里面就挑不出来一台能高效压缩氦气的ღღღ。所以当时用的装备全靠进口ღღღ，进口就会有各种各样的限制ღღღ。我们的老所长坚持要把这个设备国产化ღღღ，但是说实话ღღღ，接到这个任务的时候pg电子最新网站入口ღღღ，我心里一点底也没有ღღღ。

　　打个比方ღღღ，压缩机相当于要拿一个网兜去把球兜住km_v1.0.2.apk破解版5.7ღღღ。咱们的空气分子就像篮球这么大ღღღ，而氦气只有乒乓球这么大ღღღ。用同样的网子兜的时候ღღღ，乒乓球就兜不住ღღღ，所以要压缩氦气是很困难的ღღღ。

　　有的同学会说ღღღ，把网织密一点不就好了嘛ღღღ。但难题就随之而来了ღღღ。这是两个转子工作的过程ღღღ，绿色的气体吸进来后ღღღ，从底下侧面排出去ღღღ，我们可以看到ღღღ，压缩腔室的容积在减小ღღღ，压力就提高了ღღღ，正是因为两个转子之间互相啮合ღღღ。所以这个空间不能无限小ღღღ，尤其是在工作状态时它还会发热ღღღ，空间太小就卡死了ღღღ，系统就没有办法运转了ღღღ。

　　我们可以做一个实验ღღღ，这是一个气缸ღღღ，我把一部分硝化棉塞到气缸里ღღღ，再用手掌的力气去压缩管道里的气体ღღღ。气体的压力升高ღღღ，内能增加ღღღ，温度就会升高ღღღ，达到170℃左右这个棉花就能被点着ღღღ。可以看到压缩的第一遍起雾ღღღ，第二遍着火ღღღ。这其实就是制冷的根本原理ღღღ，压缩就发热ღღღ，扩大体积膨胀ღღღ，它就变冷ღღღ。

　　我们在工程上就吃过亏ღღღ。这是两个转子之间间隙的照片ღღღ，把间隙调小了以后ღღღ，因为发热ღღღ，螺杆焊到了一起ღღღ，整个系统就瘫痪了ღღღ。

　　在一次很偶然的机会下ღღღ，我和我的老师在一块儿时ღღღ，他就指着转子让我仔细观察ღღღ。就在面对这个转子ღღღ、面对这个零件的时候ღღღ，我们有灵感了ღღღ。

　　哲学上有个词叫顿悟ღღღ，也就是恍然大悟ღღღ。我们意识到ღღღ，两个转子之间不可能无限缩小ღღღ，总是有缝隙的ღღღ，那怎么办呢？我们在这个缝隙里填上一层厚厚的油膜ღღღ，“乒乓球”不就兜起来了吗？

　　这个核心技术就是转子的型线ღღღ。这个坐标非常复杂ღღღ，有成千上万种的组合pg电子最新网站入口ღღღ，没有足够的时间让我们去试错ღღღ。但我们有一个原则ღღღ，就是要想办法让转子尽量能把油膜挂住ღღღ，不能让它在旋转的时候把油膜甩出去ღღღ，这就是我们的突破口ღღღ。

　　我们在这个原则的指导下开发了两种型线ღღღ，也就是开发了两种螺杆压缩机的转子ღღღ。我们不仅做出来了中国人自己的产品ღღღ，还让这个产品的热力学效率比国际上最好的同类产品还要高10%ღღღ。回想起来这件事情ღღღ，还真是让人感慨万千ღღღ。

　　这是机器内部的一个动画演示ღღღ。我们可以很清楚地看到ღღღ，这两个转子之间的间隙随着运转在不断地减小ღღღ。

　　这是2023年我们最新的一款产品（用于国内第一套每天可生产五吨液氢的氢液化器）ღღღ，我就站在压缩机旁边ღღღ，大家可以感受一下它的体量ღღღ。浅蓝色的机壳里面就是刚才演示的转子ღღღ。

　　我们这个型线技术的其中一种也应用在了商业冷冻方面ღღღ。我们大概统计了一下ღღღ，三年净利润大概是2.5亿ღღღ，其中有1/3的利润还是出口获得的ღღღ。于是经过专家评选ღღღ，我们还获得了福建省的科技进步奖ღღღ。

　　节流器是一种旋转的透平膨胀机ღღღ，“透平”来自于“turbine”ღღღ，是一个涡轮的机械ღღღ，在中国古代技术史里一般叫做风车ღღღ。

　　大家可以看到ღღღ，从这个圆的边缘进入的气体颜色比较深ღღღ，中心出来的气体颜色比较浅ღღღ，这就是表示温度在降低ღღღ。透平膨胀机与压缩机相反ღღღ，用膨胀的方式降低压力ღღღ、减少能量ღღღ，从而制冷ღღღ。

　　很多人说ღღღ：“咱们的工作都不是吹的”ღღღ，但是说实话ღღღ，我们理化所做膨胀机还真是要靠“吹”ღღღ。这是一个类似我们工作叶轮的陀螺玩具ღღღ。大家玩陀螺有的用鞭子抽ღღღ，有的用弹力转ღღღ，我们今天来一个与众不同的ღღღ，用嘴去吹它ღღღ，不知道大家玩过没有ღღღ。

　　我先把陀螺放到桌子上ღღღ，吹一口气ღღღ，大家看到了吧？它确实是转起来了ღღღ。而且如果周围有蜗壳结构的话ღღღ，就会发现我这口气的温度降低了ღღღ。其实低温技术的原理就是这么简单ღღღ。

　　原理简单ღღღ，那为什么难做呢？技术挑战就在轴承上ღღღ。大家熟悉的滑板车或者汽车是靠滚珠轴承润滑的ღღღ，但低温制冷机叶轮的速度是汽车转速的100倍ღღღ，每分钟十几万到三十几万转ღღღ，非常快km_v1.0.2.apk破解版5.7ღღღ。如果还用滚珠轴承ღღღ，那摩擦的热量会让所有器件焊到一起km_v1.0.2.apk破解版5.7ღღღ，无法使用了ღღღ。所以我们用的是右图ღღღ，通过刚才演示的方式用氦气把它吹起来ღღღ，前后左右用氦气把它顶住ღღღ，也就是气浮轴承ღღღ。

　　困难就在这个地方ღღღ，我们叫转子动力学上的偏移量ღღღ。它的偏移量大概是一个头发丝的几十分之一ღღღ，如果抖动大了ღღღ，就会蹭到它的“邻居”ღღღ。

　　这幅照片是2014年我们完成财政部国家重大仪器装备研制的一个真实的转子ღღღ。大家不要小看我手里拿的这个转子ღღღ。这么小的一个转子跟刚才看到那么大的压缩机一样重要ღღღ，甚至比那个还要重要ღღღ。

　　图中最下面蓝色这两台是压缩机ღღღ。膨胀机太小了ღღღ，我把它单独拎出来大家才能看到ღღღ。这两个核心设备有了之后ღღღ，才能组成一个大的超级低温制冷机ღღღ。

　　当时在2021年这个项目被评为了年度“中国十大科技进展新闻”ღღღ。除了我们之外ღღღ，其他获得这个称号的都是做基础研究的ღღღ，我们工程技术的研究能入选还是很困难的ღღღ。

　　中国科学院有个传统ღღღ，不能只说不做ღღღ、只做不练ღღღ，我们把东西做出来之后ღღღ，还要经过事实的考验ღღღ，也就是要“用得上”ღღღ。

　　让人欣慰的是ღღღ，我们目前有两套低温装备正在协助超导体的研究和先进光源的研究ღღღ。先进光源是一种高级的显微镜ღღღ，我们的低温装备已经它的测试平台上连续无故障运行1万多个小时了ღღღ。咱们自己的东西经受住了事实的考验ღღღ。

　　就在2024年3月ღღღ，我们成功研制了国内最大的一套液氢装备ღღღ，每天有5吨产量ღღღ。图里有一个人的模型ღღღ，大家可以感受一下这个装置的大小ღღღ。

　　可能好多人对5吨没有概念ღღღ。咱们国家的发射任务很紧密ღღღ，而目前我们的液氢厂只有2.5吨的产量ღღღ。我们这套设备比目前现有燃料生产要大一倍ღღღ，这就意味着我们为将来发展探月工程ღღღ、火星探测以及更远的深空探测做好了原料准备ღღღ。

　　这是我们团队的合照ღღღ。我们赶上了好的时代ღღღ，如果没有国家高精尖技术发展的需要km_v1.0.2.apk破解版5.7ღღღ，我们只能去“杀猪”ღღღ。正是赶上了国家有“屠龙”的需要ღღღ，我们才走上了大国重器的研制之路ღღღ。

　　当然ღღღ，“杀猪”的技术也很重要ღღღ。我的好多同学在前两年的北京冬奥会上也大放异彩ღღღ，他们做的各种制冰机同样非常了不起ღღღ。PG电子ღღღ。pg电子最新网站入口ღღღ。PG电子·(中国)官方网站ღღღ，