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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?」
(A) 球形
(B) 與在地面上的情況相同(上尖下圓)
(C) 與在地面上的情況上下顛倒(上圓下尖)
(D) 爆炸放射狀
(E) 以上皆非