11. Теплоносители

Выбор теплоносителей определяется назначениями ТА, условиями его эксплуатации, а также теплофизическими свойствами теплоносителей, их доступностью, стабильностью в процессе длительной эксплуатации и др.

В однофазной области теплоносители разделяют на упругие (газы) и капельные жидкости. С точки зрения теплового и гидравлического расчета ТА принципиального различия между ними нет.

Из теплофизических свойств теплоносителей наиболее важными являются те, которые определяют интенсивность теплоотдачи в каналах ТА.

Плотность и теплоемкость является весьма важными показателями. Теплоносители более высокой плотности и теплоемкости позволяют при небольших перепадах температур между стенкой и жидкостью отвести или подвести большие тепловые потоки. С этой точки зрения вода имеет значительные преимущества по сравнению с теплоносителями меньшей плотности, например, с воздухом и газами.

Теплопроводность существенно влияет на интенсивность теплоотдачи. Чем больше теплопроводность при прочих равных условиях, тем выше коэффициент теплоотдачи в каналах ТА. Жидкие металлы, обладающие высокой теплопроводностью, имеют преимущества по сравнению с водой и газовыми теплоносителями, у которых теплопроводность невелика.

Вязкость зависит от химической природы теплоносителя, давления и температуры. Она существенно влияет на теплообмен и гидравлическое сопротивление. При высокой вязкости при прочих равных условиях задерживается переход от ламинарного к турбулентному режиму течения жидкости. Вязкость сильно зависит от температуры и с ее увеличением повышается.

Число Прандтля Рr=ν/а характеризует теплофизические свойства теплоносителей и является одной из важнейших их характеристик.

Для воздуха и газов число Рr ≤ 1. Для воды число Рr = 13,67…1 в зависимости от температур (от 0 до 180 ºС). У жидких топлив, масел, кремнийорганических соединений и других веществ Рr = 10…65000, у жидких металлов Рr << 1. С увеличением температуры число Рr уменьшается.

Температура кипения теплоносителя должна быть сравнительно высокой. В этом случае для поддержания теплоносителя в жидком состоянии не требуется заметного повышения давления.

Теплоносители должны отвечать следующим требованиям:

• быть химически стабильными, не вступать во взаимодействие с материалом теплообменника, т.е. не оказывать коррозионного и эрозионного воздействия, не должны образовывать взрывоопасных смесей при смешении с другими теплоносителями;

• обеспечивать достаточно интенсивный теплообмен в ТА, обладая высокой теплоемкостью и малой вязкостью;

• иметь достаточную термостойкость;

• быть достаточно доступными и иметь невысокую стоимость;

• отличаться малой химической токсичностью;

• иметь высокие температуры кипения и воспламенения;

• быть удобными в транспортировании, хранении и заправке;

• быть безопасными в эксплуатации.

Применяемые в технике теплоносители всем требованиям одновременно не отвечают.

12. Показатели эффективности та

Наиболее распространены следующие частные показатели эффективности ТА.

Общая мощность, затрачиваемая на прокачку теплоносителей,

; где ;.

Коэффициент удержания теплоты

,

где ΔQ – потери количества теплоты во внешнюю среду при передаче от греющего теплоносителя (Q₁) к нагреваемому (Q₂).

Эксергетический КПД

,

где ΔΕ – потери эксергии вследствие неравновесного теплообмена с окружающей средой, продольного теплообмена и гидравлических сопротивлений ТА для обоих теплоносителей; Е_вх – сумма эксергий обоих теплоносителей на входе в ТА.

Показатель энергетической эффективности

.

Критерий Кирпичева

,

где А_П – работа на прокачку теплоносителей.

Критерий Глазера (коэффициент мощности)

или

Приведенный коэффициент мощности

.

Коэффициенты:

теплопередачи, Вт/(м²·К),

;

использования массы, Вт/(кг·К),

;

использования объема, Вт/(м³·К),

;

компактности, м²/м³,

.

Наряду с перечисленными показателями эффективности ТА используются следующие экономические показатели: капитальные вложения к; цена Ц_та; себестоимость К_ЭТА; эксплуатационные затраты Э; приведенные затраты З; себестоимость передачи теплоты К_ПТ; газовый экономический эффект Э_Г; коэффициент экономической эффективности Э_к; народнохозяйственный доход Д_нх.