В термодинамике жидкости теплоноситель — это газ или жидкость , которые принимают участие в передаче тепла , выступая в качестве посредника в охлаждении с одной стороны процесса , транспортировке и хранении тепловой энергии и нагревании с другой стороны процесса. Теплоносители используются в бесчисленном количестве приложений и промышленных процессов, требующих нагрева или охлаждения, как правило, в замкнутом контуре и в непрерывных циклах . Охлаждающая вода, например, охлаждает двигатель, в то время как нагреваемая вода в системе гидравлического отопления нагревает радиатор в комнате.
Вода является наиболее распространенной теплопередающей жидкостью из-за ее экономичности, высокой теплоемкости и благоприятных транспортных свойств. Однако полезный температурный диапазон ограничен замерзанием ниже 0 °C и кипением при повышенных температурах в зависимости от давления в системе . Антифризы могут в некоторой степени облегчить проблему замерзания. Однако было разработано и используется множество других теплопередающих жидкостей в самых разных областях. Для более высоких температур жидкости на основе масла или синтетического углеводорода или силикона обеспечивают более низкое давление паров . Расплавленные соли и расплавленные металлы могут использоваться для передачи и хранения тепла при температурах выше 300–400 °C, когда органические жидкости начинают разлагаться. Газы, такие как водяной пар , азот , аргон , гелий и водород, использовались в качестве теплопередающих жидкостей там, где жидкости не подходят. Для газов давление обычно необходимо повышать, чтобы обеспечить более высокую скорость потока при низкой мощности накачки.
Чтобы предотвратить перегрев, жидкость течет внутри системы или устройства, передавая тепло за пределы этого конкретного устройства или системы.
Они, как правило, имеют высокую температуру кипения и высокую теплоемкость . Высокая температура кипения предотвращает испарение теплоносителей при высоких температурах. Высокая теплоемкость позволяет небольшому количеству хладагента очень эффективно переносить большое количество тепла.
Необходимо убедиться, что используемые теплопередающие жидкости не имеют низкой точки кипения. Это связано с тем, что низкая точка кипения приведет к испарению жидкости при низких температурах, когда они используются для обмена теплом с горячими веществами. Это приведет к образованию паров жидкости в самой машине, где они используются.
Также теплоносители должны иметь высокую теплоемкость. Теплоемкость обозначает количество тепла, которое может удерживать жидкость без изменения ее температуры. В случае жидкостей она также показывает количество тепла, которое может удерживать жидкость до того, как ее температура достигнет точки кипения и в конечном итоге испарится.
Если теплоемкость жидкости низкая, то это будет означать, что для обмена относительно небольшим количеством 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 рассчитано на жидкости, но их испарение будет включать пары в канале потока. Кроме того, газы занимают больший объем, чем жидкости при том же давлении. Производство паров увеличит давление на стенки трубы/канала, по которому они будут течь. Это может привести к разрыву канала потока.
Теплоносители имеют различные термические и химические свойства, которые определяют их пригодность для различных промышленных применений. Основные характеристики включают:
Теплопередающие жидкости являются неотъемлемой частью различных промышленных приложений, обеспечивая точный контроль температуры в производственных процессах. В пищевой промышленности они жизненно важны для обработки мяса и закусок. Химические процессы часто полагаются на них для реакторов периодического действия и непрерывных операций. Секторы пластмасс, резины и композитов используют теплопередающие жидкости в процессах формования и экструзии. Они также имеют решающее значение в нефтехимическом синтезе и дистилляции, переработке нефти и газа, а также для преобразования материалов в прессах и операциях ламинирования. [3]
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 основе их способности функционировать в различных температурных диапазонах, способствуя выработке электроэнергии и производству поликремния для фотоэлектрических элементов. Эти жидкости помогают на этапах очистки и охлаждения производства поликремния, что необходимо для создания высокочистого кремния для солнечных и электронных приложений. [4] Обычно проводятся технико-экономические анализы для выбора подходящей теплоносящей жидкости. [5] Что касается выбора недорогого или экономически эффективного термического масла, важно учитывать не только стоимость приобретения или покупки, но также эксплуатационные расходы и расходы на замену. [5] Масло, которое изначально дороже, может оказаться более экономически эффективным в долгосрочной перспективе, если оно обеспечивает более высокую термическую стабильность, тем самым снижая частоту замены. [5]
Выбор теплоносителя имеет решающее значение для эффективности и долговечности системы. Вот некоторые часто используемые жидкости: