参考消息网2月18日报道 北京冬奥会广泛使用人造雪,也让造雪机这种平日不多见的装备频频出现在媒体报道当中。澳大利亚“对话”网站2月13日发表一篇文章,介绍了造雪机工作的原理。全文摘编如下:
外行可能以为造雪机是带有风扇的巨大冰柜,它们耗费城市规模的电量,给整个山坡制冷。事实并非如此。在合适的气候条件下(比如北京的气候条件下),高效的造雪机制造每立方米雪的用电量可以小到1.5千瓦时。造雪机如何工作呢?
人造雪绝非化学反应的产物。今年冬奥会比赛的雪坡上覆盖的是纯凝冻水。
从本质上说,造雪机的工作巧妙运用热力学原理,对水汽蒸发时所发生的自然冷却加以利用。
以下是造雪机的工作方式。
造雪机把细微的水雾喷射到寒冷、干燥的空气中。每个水滴中的一些水分会迅速蒸发,带走热量,并将水滴其余部分的温度降至冰点以下。这一过程被称为“蒸发冷却”,与我们出汗时身体降温是同样的机理。
由于在这一过程中形成冰所需的能量损失是由蒸发引发的,因此造雪机不需要消耗能量来让水结冰。它们只需要能量来驱动吹散水滴的风扇和压缩机。
不过,正如任何一位冬奥会选手都知道的那样,雪不仅仅是凝冻的水。造雪机必须制造厚厚的一层雪粉,才配得上世界上最优秀的运动员。它们通过使用“晶核”来实现这一目标。晶核是指让冰晶形成变得比较容易的任何物质。如果没有晶核,水雾中的水滴最终成为过冷水,凝结成大水滴,然后冻结成冰。这将形成密度较大的雪,这是不太理想的。
晶核可以是化学物质或生物物质,但这类辅助手段没有在北京被采用。相反,微小的冰晶被当作晶核。这些核化冰晶本身是通过热力学操作形成的。在这种操作中,加压水从喷嘴喷出,水压迅速降低,水流化成微小的水滴。
当一种气体的压力迅速降低时,其温度也会下降——这就是为什么加压喷雾器喷出的除臭剂感觉是冷的。在这种情况下,温度的骤降使雾化水冷却至0摄氏度以下,迅速冰冻成核化冰晶。
在造雪过程的最后一步中,这些核化冰晶与水雾混合,被喷射到空气中,水结冰落到地面,形成人造雪。实现喷射的方法可以是使用压缩空气,也可以使用带有大风扇的类似鼓风机的设备。
这样制备的雪与真正的雪不太一样,因为人造雪是由水滴迅速形成的,而不是由水蒸气缓慢形成的。因此,人造雪粒子的形状与天然雪粒子的形状不同。
随着气候变暖和天气模式的改变,我们越来越依赖人工造雪,来满足度假者和运动员的需求。造雪机要制造大量的雪,而尽管造雪机工作高效,但总用电量仍然不小。
据国际奥委会说,北京冬奥会的电力需求通过百分之百的可持续生产得到满足。这是令人鼓舞的,希望有助于全球对环境友好型技术的采用。