Классификация И Свойства Теплоносителей Реферат
Классификация И Свойства Теплоносителей Реферат
© Studref - Студенческие реферативные статьи и материалы (info{aт}studref.com) © 2017 - 2020
Теплоносители предназначены для переноса теплоты (холода) от источника к потребителю. В качестве теплоносителей используются в основном жидкости и газы (перенос теплоты твердыми телами, как правило сыпучими, встречается довольно редко и рассматриваться не будет). К теплоносителям предъявляется ряд требований. Рассмотрим основные из них.
1. Транспортабельность — способность переносить теплоту на заданные расстояния. Ограничения по этому показателю обусловлены потерями давления при движении теплоносителя и затратами мощности на его перекачку. Потери давления Ар при движении теплоносителя рассчитываются как
где — коэффициент трения; — суммарный коэффициент местных сопротивлений; / — длина трубопровода; с/ — диаметр трубопровода; р — плотность теплоносителя; XV — скорость теплоносителя.
Выразим скорость теплоносителя через его массовый расход С
Мощность ТУ, затрачиваемая на перекачку теплоносителя, определяется как
где г) — КПД нагнетателя (насоса, вентилятора и т.п.).
С учетом формулы (1.2) это уравнение преобразуется к виду
Это же уравнение можно представить и через объемный расход теплоносителя V :
Затраты мощности на перекачку линейно зависят от длины трубопровода /. Поэтому в тех случаях, когда потребитель находится близко к источнику, требование транспортабельности не является определяющим.
Ситуация осложняется, когда теплоноситель необходимо транспортировать на значительные расстояния. С увеличением диаметра трубопровода растут капитальные затраты, затраты на ремонт и обслуживание, а также увеличиваются потери теплоты в окружающую среду, но при этом уменьшаются затраты на перекачку теплоносителя. При уменьшении его диаметра ситуация изменяется на противоположную. Таким образом, должно существовать компромиссное решение, которое может быть найдено при проведении технико-экономических оптимизационных расчетов с целевой функцией в форме, например, удельных приведенных затрат. Приведенные ниже ориентировочные данные по предельной дальности транспортировки некоторых теплоносителей основаны на расчетах такого типа.
Между тем ситуация не столь однозначна. Вулканы Камчатки и Индонезии выбрасывают в атмосферу природные фреоны в значительно больших количествах, чем в результате деятельности человека. Еще одно возражение сводится к тому, что толщина озонового слоя подвержена сезонным колебаниям. К началу полярной весны содержание озона уменьшается, а затем в течение полярного лета под действием солнечного излучения возвращается к прежнему уровню. По-видимому, не лишены оснований утверждения о том, что озоносберегающая политика инспирирована владельцами крупнейших химических корпораций с целью задавить конкурентов и тем самым укрепить на рынке свое монопольное положение. В настоящее время отмечается уменьшение размеров озоновой дыры, но по каким причинам — неизвестно: то ли в результате осуществления мер, предусмотренных Монреальским протоколом, то ли по естественным, независящим от человека причинам.
Парниковый эффект состоит в том, что испускаемое нагретой Землей длинноволновое тепловое излучение поглощается содержащимся в воздухе углекислым газом С0 2 и фреонами, что ведет к повышению температуры атмосферы. Замеченная на протяжении последних 200 лет тенденция к увеличению содержания С0 2 в атмосфере экстраполируется на будущее, что может привести к глобальному потеплению, таянию ледников, затоплению океаном больших участков суши и кардинальному изменению климата. В связи с этим было принято межправительственное соглашение (Киотский протокол 1997 г.), накладывающее ограничения на выброс в атмосферу продуктов сгорания топлива. Россия планирует присоединиться к Киотскому соглашению.
Противники гипотезы парникового эффекта утверждают, что следствие подменяется причиной: не повышение концентрации С0 2 приводит к потеплению, а потепление приводит к увеличению содержания углекислоты в атмосфере. При потеплении растворенная в мировом океане углекислота выделятся в огромных количествах, в сотни раз превышающих поступление С0 2 за счет деятельности человека. Этот процесс подвержен сезонным колебаниям — в теплое время углекислота выделяется в атмосферу, при похолодании поглощается океаном. Выбросы углекислоты вулканами и при катастрофических лесных пожарах существенно превышают выбросы, обусловленные хозяйственной деятельностью человека. Но повышение концентрации С0 2 приводит к более интенсивному поглощению его растениями. Пробы воздуха, защемленного в ледниках Антарктиды сотни лет назад, показывают, что содержание углекислого газа в атмосфере практически не изменилось. Причины изменения температуры атмосферы носят внеземной характер: изменение солнечной активности; изменение наклона земной оси; пылевые облака в космосе. Все это свидетельствует о том, что к гипотезе изменения температуры атмосферы в результате парникового эффекта следует относиться, по крайней мере, с осторожностью.
Идеальных теплоносителей, удовлетворяющих всем перечисленным требованиям и пригодных для использования в любой ситуации, нет. Поэтому приходится искать компромиссные решения для конкретных видов теплообменного, теплоиспользующего оборудования, в максимальной степени удовлетворяющие указанным требованиям.
Вода является одним из наиболее распространенных теплоносителей. Сама природная вода дешева и доступна, но в ней содержатся примеси в виде солей жесткости (солей кальция и магния), а также растворенные газы — кислород и углекислота. Наличие солей жесткости приводит к образованию на поверхностях нагрева нерастворимых отложений. Для удаления солей жесткости воду предварительно умягчают в ионообменных установках, например №-катионитовых фильтрах. Растворенные газы вызывают кис-
лородную или углекислотную коррозию углеродистых сталей, что требует их удаления из воды, например, в процессе термической деаэрации. Обе эти операции вызывают удорожание теплоносителя. Применение коррозионно-стойких материалов или сплавов приводит, как правило, к удорожанию конструкции. Вода характеризуется относительно высокими значениями теплоемкости, коэффициентов теплопроводности и поверхностного натяжения и сравнительно низкой вязкостью. При температурах выше 100°С давление воды должно превышать атмосферное, причем с увеличением температуры воды давление должно повышаться довольно значительно, что, в свою очередь, приводит к увеличению толщины стенок труб, сосудов и, как следствие, к удорожанию конструкции. Горячую воду можно транспортировать на расстояния до 20 км, причем при надежной теплоизоляции снижение температуры воды находится в пределах ГС на километр.
Водяной пар может использоваться в двух состояниях: в виде перегретого или насыщенного, точнее — влажного, пара со степенью сухости х ~ 0,95...0,98 (отличие х от единицы связано с капельным уносом из барабанов котлов и частичной конденсацией при транспортировке). Перегретый пар может использоваться в некоторых технологических процессах текстильной промышленности, например в зрельниках. В тех теплообменных устройствах, где важен температурный уровень теплоносителя, наличие перегрева не обязательно по двум причинам: во-первых, теплота перегрева мала по сравнению с удельной теплотой парообразования, выделяющейся при конденсации пара; во-вторых, температурный уровень теплоносителя в процессе конденсации определяется не температурой перегрева, а температурой насыщения, зависящей от давления пара. В большинстве промышленных котельных текстильных предприятий вырабатывается пар давлением 3...5 бар.
Водяной пар может использоваться в двух формах — в виде «острого» и «глухого» пара. В первом случае пар вводится непосредственно в жидкость и ее разогрев происходит за счет теплоты, выделяющейся при конденсации пара. Во втором случае пар движется внутри труб, каналов теплообменного устройства и теплота передается жидкости за счет теплопередачи через их стенки. При обогреве «острым» паром безвозвратно теряется дорогостоящий конденсат, но зато процесс разогрева происходит значительно быстрее. При обогреве «глухим» паром конденсат сохраняется и пригоден для дальнейшего использования.
Интенсивность теплоотдачи при конденсации определяется в основном физическими свойствами конденсата (воды), поэтому
величина коэффициента теплоотдачи при этом достаточно велика. Но плотность пара невелика, что в соответствии с уравнением (1.2) обусловливает увеличение, а относительно малая вязкость — уменьшение потерь давления при транспортировке теплоносителя. Дальность транспортировки пара ограничивают расстоянием 5 км.
Водные растворы солей, кислот, щелочей используются в процессах мокрой обработки с целью придания материалам необходимых свойств. В большинстве случаев концентрация этих растворов невысока и их физические свойства мало отличаются от физических свойств воды. Но эти растворы, как правило, коррозионноагрессивны, и для проведения соответствующих процессов обработки необходимо использовать оборудование из коррозионно-стойких материалов, например из нержавеющих сталей.
Хладагенты — группа веществ с температурой затвердевания (замерзания) ниже 0°С. Как отмечалось выше, такие теплоносители используются в холодильных установках, кондиционерах и в системах, отапливаемых периодически в холодный сезон. Наиболее дешевыми из таких теплоносителей являются водные растворы хлористых натрия и кальция. Температура замерзания этих растворов зависит от их концентрации. Минимальная температура замерзания первого из них составляет -2 ГС при массовой доле 23%, а второго -55°С при массовой доле 29,9%. Плотность растворов и вязкость выше, а теплоемкость и теплопроводность ниже, чем у воды, и с ростом концентрации это различие увеличивается. Следует учитывать, что эти теплоносители коррозионно-агрессивны и могут образовывать отложения на теплообменных поверхностях.
Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля (антифризы) могут использоваться в холодильной технике и для обогрева помещений, которые в холодный период года отапливаются лишь периодически. Они имеют достаточно низкую температуру затвердевания, при достижении которой их удельный объем не увеличивается, поэтому разгерметизации системы теплоснабжения не происходит, как в случае ее заполнения водой. Этиленгликоль упоминался выше в связи с его токсичностью, но он более дешев, чем нетоксичный пропиленгликоль. Теплоемкость рассматриваемых антифризов несколько ниже, чем у воды, а вязкость в несколько раз выше. Рассматриваемые антифризы содержат добавки (присадки), замедляющие процессы коррозии и ограничивающие вспенивание теплоносителя.
Группа низкотемпературных фторсодержащих теплоносителей — фреонов рассматривалась выше в связи с их экологическими характеристиками. Эти теплоносители применяются в холодильной технике, в системах кондиционирования воздуха. Их теплоемкость и коэффициент теплопроводности в несколько раз, а удельная теплота парообразования на десятичный порядок ниже, чем у воды. Вязкость близка по величине к вязкости воды.
Минеральные и синтетические масла применяются в системах охлаждения электротехнических установок, для смазки вращающихся (трущихся) частей машин и оборудования. В масла добавляют противокоррозионные и противоокислительные присадки. Масла используют при температурах, не превышающих 200°С, чтобы избежать как разложения, изменяющего их физические свойства, так и образования отложений на поверхностях нагрева. Масла обладают довольно высокой вязкостью, резко возрастающей при понижении температуры. Значения коэффициентов теплоотдачи для масел примерно в 10 раз меньше, чем для воды.
Воздух в качестве теплоносителя используется в текстильной промышленности в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, а также в процессах сушки и термообработки материалов. Низкие значения теплоемкости и коэффициента теплопроводности обусловливают низкую интенсивность теплоотдачи. Поэтому в теплообменных устройствах для интенсификации процесса теплопередачи приходится прибегать к оребрению теплообменных поверхностей со стороны воздуха. При охлаждении воздуха до температур ниже точки росы выделяющаяся на поверхности теплообмена влага способствует развитию кислородной коррозии. Влажный воздух является одним из важнейших теплоносителей в текстильной промышленности, и его свойства и характеристики будут рассмотрены отдельно в следующем параграфе.
Дымовые (топочные) газы могут использоваться в процессах сушки либо термообработки текстильных материалов. Для этой цели применяются продукты сгорания газов, не содержащие взвешенных частиц. При этом располагающиеся в помещениях установки не должны работать под наддувом (т.е. при небольшом избыточном давлении), который характерен при подаче дымовых газов внутрь аппарата, так как в этом случае дымовые газы через неплотности оборудования попадают внутрь помещения. Обычно процесс сгорания газа организуют внутри установки и образующиеся дымовые газы удаляют из нее вытяжными вентиляторами, которые создают небольшое разрежение внутри нее и тем самым предотвращают попадание продуктов сгорания в помещение. Экологические характеристики образующегося при горении углекислого газа обсуждались выше. Теплофизические параметры дымовых газов близки к соответствующим свойствам воздуха.
Замечание. Необходимые для расчета теплообменников значения физических параметров широкого круга теплоносителей можно найти в [1...7].
Теплоносители и их свойства , виды теплоносителей ...
Реферат Теплоносители
Реферат : Сравнение эффективности различных теплоносителей .
Виды теплоносителей , и их характеристики .
Характеристика теплоносителей
Сочинение С Ю Жуковского Осень Веранда
Ақтамберді Жырау Ел Намысы Ер Намысы Эссе
Потребитель Диссертация
Контрольная Работа По Степенным Функциям 10 Класс
Реферат На Тему Мысленный Эксперимент