Концентрация и его влияние на теплофизические свойства водного раствора пропиленгликоля
Вода, как теплоноситель, обладает идеальными свойствами - высокой теплоемкостью и теплопроводностью, практически нулевой вязкостью, незначительным тепловым расширением, практически неограниченными природными ресурсами и низкой стоимостью, абсолютной экологической безопасностью. И единственным непреодолимым недостатком - низкой (нулевой) температурой замерзания и при этом замерзая еще расширяется, образуя очень прочную кристаллическую решетку, давление которой не способна выдержать ни одна инженерная система, ни один природный материал.
Производства пищевых продуктов и фармпроизводства, системы промышленного кондиционирования и автономного отопления зданий требуют поддержания в помещениях заданной 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 пропиленгликоля. Водный раствор пропиленгликоля обладает:
- 1) Более высокой плотностью по сравнению с водой как теплоносителем, на 5%-8% и плотность раствора повышается с увеличением концентрации пропиленгликоля.
- 2) Теплоемкость и теплопроводность уменьшаются ( по сравнению с водой) в пределах до 20% с ростом концентрации пропиленгликоля и снижением рабочей температуры в минусовой зоне.
- 3) Кинематическая и динамическая вязкость выше чем у воды 4-5 раза в зоне положительных температур и возрастают в 10-15 раз при повышении концентрации до практических предельных 55% и соответственно понижении температуры кристаллизации до минус -40 °C.
Повышенная вязкость водного раствора пропиленгликоля 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 20%, теплоемкости и теплопроводности раствора пропиленгликоля 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 25% водного раствора пропиленгликоля, 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 | 1032 | 3,93 | 0,466 | 10,22 | 9,9 |
| 0°C | 1030 | 3,95 | 0,470 | 6,18 | 6,0 |
| 20°C | 1024 | 3,98 | 0,478 | 2,86 | 2,8 |
| 40°C | 1016 | 4,00 | 0,491 | 1,42 | 1,4 |
| 60°C | 1003 | 4,03 | 0,505 | 0,903 | 0,9 |
| 80°C | 986 | 4,05 | 0,519 | 0,671 | 0,68 |
| 100°C | 979 | 4,08 | 0,533 | 0,509 | 0,52 |
| 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 | 1050 | 3,68 | 0,420 | 47,25 | 45 |
| 0°C | 1045 | 3,72 | 0,425 | 12,54 | 12 |
| 20°C | 1036 | 3,77 | 0,429 | 4,56 | 4,4 |
| 40°C | 1025 | 3,82 | 0,433 | 2,26 | 2,2 |
| 60°C | 1012 | 3,88 | 0,437 | 1,32 | 1,3 |
| 80°C | 997 | 3,94 | 0,441 | 0,897 | 0,9 |
| 100°C | 982 | 4,00 | 0,445 | 0,687 | 0,7 |
| 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] |
| -30°C | 1066 | 3,45 | 0,397 | 160 | 150 |
| -20°C | 1062 | 3,49 | 0,396 | 74,3 | 70 |
| -10°C | 1058 | 3,52 | 0,395 | 31,74 | 30 |
| 0°C | 1054 | 3,56 | 0,395 | 18,97 | 18 |
| 20°C | 1044 | 3,62 | 0,394 | 6,264 | 6 |
| 40°C | 1033 | 3,69 | 0,393 | 2,978 | 2,9 |
| 60°C | 1015 | 3,76 | 0,392 | 1,624 | 1,6 |
| 80°C | 999 | 3,82 | 0,391 | 1,10 | 1,1 |
| 100°C | 984 | 3,89 | 0,390 | 0,807 | 0,82 |