澳媒文章：造雪机是如何工作的？

李依澎

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。

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。

来源：http://www.cankaoxiaoxi.com/science/20220218/2469695.shtml
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