Концентрация и его влияние на теплофизические свойства водного раствора этиленгликоля
Вода, как теплоноситель, обладает идеальными свойствами - высокой теплоемкостью и теплопроводностью, практически нулевой вязкостью, незначительным тепловым расширением, практически неограниченными природными ресурсами и самое важное - повсеместной доступностью, практически нулевой стоимостью и абсолютной экологической безопасностью. И единственным. непреодолимым недостатком - низкой (нулевой) температурой замерзания и при этом замерзая расширяется, образуя очень твердую и прочную кристаллическую решетку, давление которой не способны выдержать никакие инженерные устройства, механизмы и системы.
Производства пищевых продуктов и фармпроизводства, системы промышленного кондиционирования требуют поддержания в помещениях необходимой температуры, что невозможно обеспечить без применения незамерзающих (низкозамерзающих) жидкостей - антифризов, хладагентов, теплоносителей. В качестве незамерзающей жидкости в последние годы широко применяются водные растворы гликолей - этиленгликоля и пропиленгликоля.
Поподробнее рассмотрим теплофизические свойства и характеристики водного раствора этиленгликоля. Водный раствор этиленгликоля обладает:
- 1) Более высокой плотностью по сравнению с водой как теплоносителем, на 8%-9% и плотность раствора повышается с увеличением концентрации этиленгликоля.
- 2) Теплоемкость и теплопроводность уменьшаются ( по сравнению с водой) в пределах до 20% с ростом концентрации этиленгликоля и снижением рабочей температуры в минусовой зоне.
- 3) Кинематическая и динамическая вязкость выше чем у воды 2-3 раза в зоне положительных температур и возрастают в 8-10 раз при повышении концентрации до практических предельных 65% и соответственно понижении температуры кристаллизации до минус -65°C.
Повышенная вязкость водного раствора этиленгликоля в зоне отрицательных рабочих температур приводит к значительному возрастании гидравлических потерь на трение в трубопроводах и на преодоление гидравлических сопротивлений во всех узлах системы охлаждения и промышленного кондиционирования ( см. Табл. №№1, 2, 3). Также и значительное снижение, до 18%, теплоемкости и теплопроводности раствора этиленгликоля требует повышение скорости циркуляции тепло-хладоносителя в системе или других технических решений для обеспечения передачи (приема) необходимой тепловой мощности (энергии).
Все эти факторы, как следствие, приведут к особым исключительным ситуациям (условиям) при эксплуатации инженерных систем в различных климатических условиях. И их следует учесть при проектировании и эксплуатации систем отопления и промышленного кондиционирования.
Табл. 1. Теплофизические свойства 20% водного раствора этиленгликоля, температура кристаллизации минус - 10°C
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -10°C | 1038 | 3,85 | 0,498 | 5,19 | 5,0 |
| 0°C | 1036 | 3,87 | 0,500 | 3,11 | 3,0 |
| 20°C | 1030 | 3,90 | 0,512 | 1,65 | 1,6 |
| 40°C | 1022 | 3,93 | 0,521 | 1,02 | 1,0 |
| 60°C | 1014 | 3,96 | 0,531 | 0,71 | 0,7 |
| 80°C | 1006 | 3,99 | 0,540 | 0,523 | 0,52 |
| 100°C | 997 | 4,02 | 0,550 | 0,409 | 0,41 |
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -20°C | 1069 | 3,51 | 0,462 | 11,76 | 11,0 |
| 0°C | 1063 | 3,56 | 0,466 | 4,89 | 4,6 |
| 20°C | 1055 | 3,62 | 0,470 | 2,32 | 2,2 |
| 40°C | 1044 | 3,68 | 0,473 | 1,57 | 1,5 |
| 60°C | 1033 | 3,73 | 0,475 | 1,01 | 0,98 |
| 80°C | 1022 | 3,78 | 0,478 | 0,695 | 0,68 |
| 100°C | 1010 | 3,84 | 0,480 | 0,515 | 0,51 |
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -40°C | 1108 | 3,04 | 0,416 | 110,8 | 100 |
| -20°C | 1100 | 3,11 | 0,409 | 27,50 | 25 |
| -10°C | 1096 | 3,15 | 0,407 | 17,56 | 18,5 |
| 0°C | 1092 | 3,19 | 0,405 | 10,37 | 9,5 |
| 20°C | 1082 | 3,26 | 0,402 | 4,87 | 4,5 |
| 40°C | 1069 | 3,34 | 0,398 | 2,57 | 2,4 |
| 60°C | 1057 | 3,41 | 0,394 | 1,59 | 1,5 |
| 80°C | 1045 | 3,49 | 0,390 | 1,05 | 1,0 |
| 100°C | 1032 | 3,56 | 0,385 | 0,722 | 0,7 |