Теплоноситель

В термодинамике жидкости жидкий теплоноситель — это газ или жидкость , которые принимают участие в теплопередаче , выступая в качестве посредника при охлаждении на одной стороне процесса , транспортировке и хранении тепловой энергии и нагреве на другой стороне процесса. Жидкие теплоносители используются в бесчисленных приложениях и промышленных процессах, требующих нагрева или охлаждения, обычно в замкнутом контуре и в непрерывных циклах . Например, охлаждающая вода охлаждает двигатель, а нагретая вода в гидравлической системе отопления нагревает радиатор в помещении.

Вода является наиболее распространенным теплоносителем из-за ее экономичности, высокой теплоемкости и благоприятных транспортных свойств. Однако полезный температурный диапазон ограничен замерзанием ниже 0 °C и кипением в системе при повышенных температурах в зависимости от давления . Антифризные присадки могут в некоторой степени облегчить проблему замерзания. Однако было разработано и использовано множество других теплоносителей. При более высоких температурах жидкости на основе масла или синтетических углеводородов или силикона обеспечивают более низкое давление паров . Расплавленные соли и расплавленные металлы можно использовать для передачи и хранения тепла при температурах выше 300–400 °C, когда органические жидкости начинают разлагаться. Такие газы, как водяной пар , азот , аргон , гелий и водород, использовались в качестве теплоносителей там, где жидкости не подходят. Для газов давление обычно необходимо повышать, чтобы обеспечить более высокие скорости потока при низкой мощности откачки.

Чтобы предотвратить перегрев, жидкость течет внутри системы или устройства, передавая тепло за пределы этого конкретного устройства или системы.

Обычно они имеют высокую температуру кипения и высокую теплоемкость . Высокая температура кипения предотвращает испарение теплоносителей при высоких температурах. Высокая теплоемкость позволяет небольшому количеству хладагента очень эффективно передавать большое количество тепла.

Необходимо следить за тем, чтобы используемые теплоносители не имели низкой температуры кипения. Это связано с тем, что низкая температура кипения приведет к испарению жидкости при низких температурах, когда они используются для обмена тепла с горячими веществами. Это приведет к образованию паров жидкости в самой машине, где они используются.

Также теплоносители должны обладать высокой теплоемкостью. Теплоемкость обозначает количество тепла, которое жидкость может удерживать без изменения своей температуры. В случае с жидкостями он также показывает количество тепла, которое жидкость может удержать до того, как ее температура достигнет точки кипения и в конечном итоге испарится.

Если жидкость имеет низкую теплоемкость, то это будет означать, что для обмена относительно небольшого количества тепла потребуется большое количество жидкости. Это увеличит стоимость использования теплоносителей и снизит эффективность процесса.

В случае жидких теплоносителей использование их небольшого количества приведет к их испарению , что может быть опасно для оборудования, в котором они используются. Оборудование будет предназначено для жидкостей, но их испарение будет включать в себя пары в проточном канале. Кроме того, газы занимают больший объем, чем жидкости при том же давлении. Производство паров увеличит давление на стенки трубы/канала, по которым он будет течь. Это может привести к разрыву канала потока.

Характеристики теплоносителей

Жидкие теплоносители обладают отличными термическими и химическими свойствами, которые определяют их пригодность для различных промышленных применений. Ключевые характеристики включают в себя:

Термическая стабильность : это относится к сопротивлению жидкости необратимым изменениям ее физических свойств при различных температурах. Жидкости с высокой термической стабильностью имеют меньше путей разложения, что приводит к увеличению срока службы и сокращению объема технического обслуживания. Определение термической стабильности жидкости часто основано на тестах, таких как ASTM D6743, которые оценивают продукты разложения, образующиеся под воздействием термического стресса. ^{[ 1 ]}

Вязкость : Вязкость жидкости влияет на ее текучесть и стоимость перекачки. Жидкости с более низкой вязкостью легче перекачивать и циркулировать в системе. ^{[ 2 ]}

Теплоемкость : Теплоемкость жидкости указывает, сколько тепловой энергии она может транспортировать и хранить, влияя на эффективность процесса теплопередачи. ^{[ 2 ]}

Теплопроводность и температуропроводность : эти свойства влияют на скорость передачи тепла через жидкость, влияя на то, насколько быстро система может реагировать на изменения температуры. ^{[ 2 ]}

Потенциал коррозии . Совместимость теплоносителя с материалами системы имеет решающее значение для минимизации коррозии и продления срока службы оборудования. ^{[ 2 ]}

Точки замерзания и кипения . Жидкости должны иметь высокую температуру кипения и низкую температуру замерзания, чтобы оставаться в желаемой фазе во время процесса теплопередачи и избегать проблем, связанных с фазовым переходом в диапазоне рабочих температур. ^{[ 2 ]}

Промышленное применение

Жидкие теплоносители являются неотъемлемой частью различных промышленных применений, обеспечивая точный контроль температуры в производственных процессах. В пищевой промышленности они жизненно важны для переработки мяса и снеков. Химические процессы часто полагаются на них для реакторов периодического действия и непрерывных операций. В секторах пластмасс, резины и композитов жидкие теплоносители используются в процессах формования и экструзии. Они также имеют решающее значение в нефтехимическом синтезе и дистилляции, переработке нефти и газа, а также для переработки материалов в прессах и операциях ламинирования. ^{[ 3 ]}

Теплоносители в солнечной энергетике

На солнечных электростанциях теплоносители используются в концентраторах, таких как линейные системы Френеля и параболические желоба, для эффективного производства энергии и хранения тепла. Расплавленные соли и синтетические теплоносители используются на основании их способности функционировать в различных температурных диапазонах, способствуя выработке электроэнергии и производству поликремния для фотоэлектрических элементов. Эти жидкости помогают на этапах очистки и охлаждения при производстве поликремния, что необходимо для создания кремния высокой чистоты для солнечных и электронных приложений. ^{[ 4 ]}

Общие теплоносители

Выбор теплоносителя имеет решающее значение для эффективности и долговечности системы. Вот некоторые часто используемые жидкости:

Вода : наиболее широко используется из-за ее высокой теплоемкости и теплопроводности. ^[1]
Моноэтиленгликоль : часто используется в смеси с водой для снижения температуры замерзания для использования в холодном климате. ^[2]
Пропиленгликоль : Предпочтителен в пищевой промышленности и других отраслях, где токсичность может вызывать беспокойство. ^[3]
Силиконовое масло : используется из-за его стабильности при высоких температурах и электроизоляционных свойств. ^[4]
Синтетические и ароматические теплоносители : используются в высокотемпературных приложениях, таких как производство солнечной энергии и промышленные тепловые процессы. ^[5]
Расплавленные соли : используются в системах солнечной энергетики из-за их способности аккумулировать тепло и способности работать при очень высоких температурах. ^[6]

См. также

Ссылки

^ «Высокотемпературные жидкости. Термическая стабильность и максимальные температурные режимы» . ГлобалСпец Инсайтс . Проверено 7 ноября 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и «Ваш путеводитель по жидкостям-теплоносителям» . Термонол . Проверено 7 ноября 2023 г.
^ «Теплоноситель и промышленное применение» . AZoM.com . Проверено 7 ноября 2023 г.
^ «Теплоносители в солнечной энергетике» . AZoM.com . Проверено 7 ноября 2023 г.

Дальнейшее чтение

Сингх, Джасбир (1985). Теплоносители и системы для технологических и энергетических применений . Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 0-8247-7191-5 .

[globalspec-1] «Высокотемпературные жидкости. Термическая стабильность и максимальные температурные режимы» . ГлобалСпец Инсайтс . Проверено 7 ноября 2023 г.

[wattco-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и «Ваш путеводитель по жидкостям-теплоносителям» . Термонол . Проверено 7 ноября 2023 г.

[azom-3] «Теплоноситель и промышленное применение» . AZoM.com . Проверено 7 ноября 2023 г.

[solarpower-4] «Теплоносители в солнечной энергетике» . AZoM.com . Проверено 7 ноября 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]