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實驗室裡,餘華極其專注,左手握著粗糧饅頭補充能量,右手握著鉛筆,沒有藉助任何畫圖工具,在專用圖紙空白頁畫出一條條筆直的線條和符號,標記各種設計引數。
這張專用圖紙的頂端,寫著——【百級空分裝置壓縮機總體結構圖紙】字樣。
餘華邊啃邊畫,圖紙上呈現經過思維計算機數值計算的壓縮機總體結構,由二級離心壓氣機和渦輪構成的進氣機組+透平機壓縮機組,構成壓縮機的總體結構,可以滿足整臺空分裝置效能設計指標。
得到莊教授點撥之後,餘華回到實驗室就把壓縮結構拿了出來,整款透平式壓縮機綜合空分裝置的設計指標和當前加工條件,採用類航空發動機壓氣機結構設計,風扇級數二級,工作壓力為0.48兆帕,理論壓縮效能達到每小時1200立方米空氣。
是的,二級風扇。
受限於材料和製造水平的原因,這個二級透平式壓縮機,已經達到目前中華材料和製造水平的極限,想要採用更多級數的風扇,必須在材料和製造水平上取得突破性進展。
很可惜,這點並不現實。
好在,二級透平式壓縮結構的壓縮效能符合設計指標,完全夠用。
活塞式壓縮結構的上限或許只有近千立方米每小時,但透平式壓縮結構不一樣,它的下限,就是活塞式壓縮結構的上限。
兩者之間的差距,如果要舉個最直觀的例子,那就是活塞式螺旋槳飛機和噴氣式飛機。
當前市面上空分裝置的製氧效率為什麼這麼低,究其原因,與效率極低且落後的活塞式壓縮結構離不開關係。
“壓縮機總體結構基本算是搞定了,空氣經過透平壓縮機和空氣冷卻塔,壓力達到0.5兆帕,溫度約303K左右,為了提升純度,這裡要加一個專門的空氣過濾器,配合進氣機組設定的空氣過濾器,儘可能過濾空氣雜質和灰塵,完成淨化步驟,空氣進入換熱器進行熱交換降溫……”餘華看了一眼空分裝置壓縮機總體結構,確認無誤,回過頭來,目光放到空分裝置總體結構上:“換熱製冷系統該採用什麼結構的冷凝蒸發器呢?”
壓縮機總體結構空分裝置總體結構是兩碼事,壓縮只是製氧的第一步。
為了提高氧氣的純度,首先要對加壓過後的空氣進行一次高效淨化,再將空氣送入冷凝蒸發器進行熱交換,經過換熱降溫,最終送入空氣冷卻塔製冷精餾,經過深低溫精餾處理便可得到99.95%的高純度氧氣。
從工作原理角度出發,看起來很簡單對不對?
有種我上我也行的感覺。
然而,不談技術難度最高的壓縮機,冷凝蒸發器和空氣冷卻塔隨便拎一個出來,都能令目前空分裝置領域的專家和工程師兩眼抓瞎。
內部結構是什麼,執行機制和原理又是什麼,該採用何種控制方法和檢測方法,每一個都是技術難題。
空分裝置換熱製冷系統由冷凝蒸發器構成基本散熱單元,這是一個必須解決的技術難題,不能使其成為整個空分裝置子系統的短板。
現實情況就是這麼殘酷,一個木桶能裝多少水,並不取決於最長那塊木板,而取決於最短的那塊木板,想裝得更滿,必須補最短的木板。
空分裝置亦是如此,所有子系統,必須滿足每小時1014立方米空氣和每小時202.8立方米氧氣的設計指標。
對於這個情況,餘華倒是沒有害怕,面色自然,眼中透出理性之意,由理性與邏輯構成的腦海高速運轉,思考冷凝蒸發器散熱結構。
由於傳統的冷凝蒸發器無法滿足設計指標,必須採用新的散熱結構。
要創新,那麼就得從最基本的工作原理角度出發。
冷凝蒸發器主要用於各通道中的冷熱流體流通換熱製冷,為了高效散熱製冷,這意味著冷凝散熱器必須擁有足夠的散熱面積,以及更好的散熱材料。
“傳統散熱結構肯定不行,不過,我可以藉助電腦CPU的風冷散熱器為原型,利用多層板翅和散熱管道的結構,如此一來,散熱結構在不增加尺寸的情況下,其散熱面積可以提升幾十倍。”
餘華腦海細細思索,忽然,靈光乍現,腦海浮現後世電腦風冷散熱器的模樣,以此為靈感源泉作為冷凝蒸發器的設計思路。
散熱器!
經典的玄冰四百散熱器!
“從導熱係數講,銀的導熱係數最高,不過,根據地用不起銀質散熱結構,只能在銅和鋁之間選擇,銅的好處在於導熱係數高,缺點為比熱容低,必須採用大風量風扇或者液態降溫,鋁的情況則完全相反。”有了設計靈感,餘華想好散熱結構之後,立即思考散熱片材料的問題。
銀、銅、鋁,導熱領域的三兄弟,老大銀,老二銅,老三鋁,三種材料各有各的好。
銅的導熱係數高達400W/m·K,比熱容為386KJ/kg·K。
鋁的導熱係數為237W/m·K,比熱容為900KJ/kg·K。
從導熱係數上說,銅幾乎是鋁的一倍。
從比熱容上說,鋁幾乎是銅的三倍。
從成本角度講,拋開兩種金屬受到嚴格管制無法大量購買不談,單論理論價格,銅比鋁貴四倍。
至於導熱材料的扛把子銀,Emmm……
銀的材料效能極佳,導熱係數最高,比熱容比鋁還高,這是一種理論上完美的散熱片材料。
可惜……
用不起。
“還是用鋁吧,銅雖然好,但這種稀缺金屬資源只能用在刀刃上,不過流通管道必須用紫銅。”餘華一番權衡考量,最終選擇了老三鋁。
結構和材料初步敲定,餘華沒有耽擱,以最快速度取出一張專用圖紙,畫出冷凝蒸發器的詳細結構。
圖紙之上,整個冷凝蒸發器看起來極為眼熟,由多層板翅作為散熱結構,每一層鋁製板翅表面積約為1.5平方米,總數量為三百片左右,總散熱面積達到450平方米。
對電腦DIY愛好者而言,這就是一個超大號風冷散熱器。
只不過,這個超大號風冷散熱器的使用物件並不是CPU,而是氧氣。
圖紙上的初始設計結構呈現而出,餘華啟用思維計算機,根據各種引數構建冷凝蒸發器的數學模型,展開模擬計算測試。
數秒後,整個模擬計算測試結束,測試資料顯示——冷凝蒸發器達到設計指標。
“如果中間再加上兩組紫銅熱管通道,散熱效率應該還會再增加。”餘華摸了摸下巴,對於原始版本的冷凝蒸發器不是特別滿意,認為還有改進的地方,隨即在蒸發器中部添加了兩組紫銅熱管通道。
這個改進在提升散熱效率的同時,沒有增加製造難度,勉強算一個小創新。
很快,餘華完善改進型冷凝蒸發器,馬不停蹄進行第二次模擬計算測試。
第二次模擬計算測試資料顯示,改進型冷凝散熱器散熱效率相較原始版本,提升幅度為13.92%,每小時能處理50立方米液氧和200立方米液氮。
“好,就用這個設計,整個換熱製冷系統只需要四個冷凝蒸發器基本單元,兩個一組,一組作為低溫級冷凝系統,一組作為高溫級蒸發。”
得到測試資料,精力即將消耗殆盡的餘華,擦了擦額頭上的汗水,滿意地點了點頭,確定採用改進版本的冷凝蒸發器,正式成為空分裝置換熱製冷系統的基本單元。
心情愉悅且高興,一天時間,就把壓縮機總體結構和冷凝蒸發器結構搞定,研發進度非常喜人。
按照這樣的效率,只要不出岔子,大概半個月左右就能把空分裝置搞定。
若是莊教授加入的話,約莫十天左右。
“有時候真挺羨慕那些有系統的同行們,隨便完成一個簡單任務,系統爸爸立馬獎勵人工智慧,開局附贈新手大禮包,沒多久還來個階段性獎勵,給個可控核聚變技術,我折騰個百級空分裝置都這麼費勁……”大腦傳出淡淡的暈眩之意,餘華揉了揉腫脹太陽穴,看了一眼桌面上的冷凝蒸發器結構設計圖紙,忽然回想起自己曾經看過的那些小說,心中不免生出一股感慨之意。
人家穿越就是新手大禮包,獎勵豐厚的令人流口水,要什麼有什麼,生活富足且奢華,反觀自己,吃的是粗糧饅頭,喝的是涼白開,折騰個百級空分裝置都難得一批。
這人啊,有些時候,真的不能對比。
不過,感慨歸感慨,餘華對於自己的穿越還是很滿足的。
腳踏實地,絕不幻想,用自己的智慧和知識,為中華拼搏出一個大好未來。
此番體會,足矣。
精力基本消耗殆盡,今天的研發工作結束,忽然,餘華似乎想到了什麼,從兜裡取出一枚光滑散發金屬光澤的銀元,往天空一拋,銀元落到手心,袁大頭圖案朝上。
袁大頭朝上,獎勵自己賴床30分鐘。
反之,沒有獎勵。
“今天運氣不錯,可以合法賴床了。”看到這個結果,整個人面露笑意,心情愈發愉悅,極為舒暢,一邊哼著小曲,一邊收拾兩份設計圖紙。
合法賴床,這對於投了十次銀幣只有2次朝上的餘華來說,相當不容易。
兩份設計圖紙放入抽屜,麻溜上鎖,拿著掃帚工具簡單打掃辦公室衛生,處理完這些小事的餘華,轉身來到休息區,拿上一套換洗衣服,準備下樓衝個涼。
七月份的北平,已經到了一年之中最熱的時間段,天氣酷熱難忍。
好在核物理實驗室基礎設施齊全,有能沖涼水澡的獨立浴室,餘華不用去學校大澡堂與同學們坦誠相見。
從個人生理角度說,餘華還是不怎麼適應這個年代的大澡堂。
真的遭不住。
正當餘華準備下樓的時候,辦公室房門突然開啟,沒等餘華反應過來,梅貽琦校長和師父華羅庚等一群清華大佬,猛地出現在視野之中。
“呃……校長,各位教授,有什麼事嗎?”看著突然出現的這群人,準備洗澡的餘華有些懵逼,心中不明所以,小心詢問道。
什麼情況?
這群清華巨佬怎麼突然來了?
梅貽琦,華羅庚,莊前鼎,熊慶來,還有楊武之和趙忠堯,整整六位,全是大佬中的大佬。
餘華表示自己只是想洗個澡而已,不至於這種小事也能驚動這些清華巨佬吧。
看著餘華這幅疑惑且懵逼的表情,梅貽琦和一眾清華教授互相對視一眼,紛紛發現其眼中的笑意。
察覺到眾人的目光和神色,餘華眼中疑惑之色愈發濃郁,有些不解,這時,人群之中的華羅庚打了一個眼神,給出提示。
看到自家師父的眼神,餘華瞬間明悟,似乎明白這是怎麼回事。
作為清華大保姆的梅貽琦,上前一步,來
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