Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Охлаждающая жидкость представляет собой вещество, как правило , жидкость или газ , который используется , чтобы уменьшить или регулировать температуру системы. Идеальная охлаждающая жидкость имеет высокую теплоемкость , низкую вязкость , является недорогой, нетоксичной , химически инертной, не вызывает и не способствует коррозии системы охлаждения. В некоторых приложениях также требуется, чтобы охлаждающая жидкость была электрическим изолятором .

Хотя термин «охлаждающая жидкость» обычно используется в автомобилях и системах отопления , вентиляции и кондиционирования воздуха , в промышленных технологических процессах теплоноситель - это один технический термин, который чаще используется в высокотемпературных, а также низкотемпературных производственных приложениях. Этот термин также охватывает смазочно-охлаждающие жидкости . Промышленная смазочно-охлаждающая жидкость широко классифицируется как водорастворимая охлаждающая жидкость и чистая смазочно-охлаждающая жидкость. Водорастворимая охлаждающая жидкость представляет собой эмульсию масло в воде. В нем содержится масло, отличное от нулевого (синтетическая охлаждающая жидкость).

Этот хладагент может либо сохранять свою фазу и оставаться в жидком или газообразном состоянии, либо может претерпевать фазовый переход , при этом скрытая теплота увеличивает эффективность охлаждения. Последний, когда он используется для достижения температуры ниже окружающей среды , более известен как хладагент .

Газы [ править ]

Воздух - распространенная форма хладагента. Для воздушного охлаждения используется либо конвективный поток воздуха (пассивное охлаждение), либо принудительная циркуляция с помощью вентиляторов .

Водород используется как высокоэффективный газообразный хладагент. Его теплопроводность выше, чем у всех других газов, он имеет высокую удельную теплоемкость , низкую плотность и, следовательно, низкую вязкость , что является преимуществом для роторных машин, чувствительных к потерям на ветер . Турбогенераторы с водородным охлаждением в настоящее время являются наиболее распространенными электрическими генераторами на крупных электростанциях.

Инертные газы используются в качестве теплоносителей в ядерных реакторах с газовым охлаждением . Гелий имеет низкую тенденцию к поглощению нейтронов и становится радиоактивным . Углекислый газ используется в реакторах Magnox и AGR .

Гексафторид серы используется для охлаждения и изоляции некоторых систем высокого напряжения ( автоматические выключатели , переключатели , некоторые трансформаторы и т. Д.).

Пар может использоваться там, где требуется высокая удельная теплоемкость в газообразной форме и учитываются коррозионные свойства горячей воды.

Двухфазный [ править ]

Некоторые хладагенты используются как в жидкой, так и в газовой форме в одном и том же контуре, используя преимущества высокой удельной скрытой теплоты фазового перехода кипения / конденсации , энтальпии парообразования в дополнение к теплоемкости жидкости без фазового перехода .

Хладагенты - это хладагенты, используемые для достижения низких температур за счет фазового перехода между жидкостью и газом. Часто использовались галометаны , чаще всего R-12 и R-22 , часто с жидким пропаном или другими галогеналканами, такими как R-134a . Безводный аммиак часто используется в крупных коммерческих системах, а диоксид серы использовался в первых механических холодильниках. Углекислый газ(R-744) используется в качестве рабочей жидкости в системах климат-контроля для автомобилей, бытовых систем кондиционирования воздуха, коммерческого холодильного оборудования и торговых автоматов. Многие в остальном отличные хладагенты прекращены по экологическим причинам (ХФУ из-за воздействия озонового слоя, теперь многие из их преемников сталкиваются с ограничениями из-за глобального потепления, например, R134a).

Тепловые трубы - это особая область применения хладагентов.

Иногда таким образом используют воду , например, в реакторах с кипящей водой . Эффект изменения фазы может быть использован намеренно или может быть вредным.

В материалах с фазовым переходом используется другой фазовый переход между твердым телом и жидкостью.

Жидкие газы могут попадать сюда или в хладагенты, поскольку их температура часто поддерживается за счет испарения. Жидкий азот - самый известный пример, встречающийся в лабораториях. Фазовый переход может происходить не на охлаждаемой поверхности раздела, а на поверхности жидкости, куда тепло передается конвективным или принудительным потоком.

Жидкости [ править ]

Устройство для измерения температуры, до которой охлаждающая жидкость защищает автомобиль от замерзания

Вода - самая распространенная охлаждающая жидкость. Его высокая теплоемкость и низкая стоимость делают его подходящим теплоносителем. Обычно используется с присадками, такими как ингибиторы коррозии и антифриз . Антифриз, раствор подходящего органического химического вещества (чаще всего этиленгликоля , диэтиленгликоля или пропиленгликоля ) в воде, используется, когда охлаждающая жидкость на водной основе должна выдерживать температуры ниже 0 ° C или когда ее температура кипения должна быть ниже поднятый. Бетаин представляет собой аналогичную охлаждающую жидкость, за исключением того, что он изготовлен из чистого растительного сока, поэтому он не токсичен и его трудно утилизировать экологически. [1]

  • Очень чистая деионизированная вода из-за ее относительно низкой электропроводности используется для охлаждения некоторого электрического оборудования, часто мощных передатчиков и мощных вакуумных ламп .
  • Тяжелая вода - замедлитель нейтронов, используемый в некоторых ядерных реакторах ; он также выполняет второстепенную функцию в качестве охлаждающей жидкости . Легководные реакторы , как реакторы с кипящей водой, так и реакторы с водой под давлением, наиболее распространенный тип, используют обычную (легкую) воду . Некоторые конструкции, например, реактор CANDU , используют оба типа; тяжелая вода в негерметичной Каландрии баке , в качестве модератора и дополнительный хладагента, и легкой воды в качестве основного теплоносителя.

Полиалкиленгликоль (PAG) используется в качестве высокотемпературных, термически стабильных теплоносителей, обладающих высокой стойкостью к окислению. Современные ПАГ также могут быть нетоксичными и безопасными. [2]

Смазочно-охлаждающая жидкость - это охлаждающая жидкость, которая также используется в качестве смазки для металлообрабатывающих станков .

Масла часто используются там, где вода не подходит. При более высоких точках кипения, чем у воды, масла можно повышать до значительно более высоких температур (выше 100 градусов Цельсия) без создания высокого давления внутри рассматриваемого контейнера или петлевой системы. [3] Многие масла используются для передачи тепла, смазки, передачи давления (гидравлические жидкости), иногда даже для топлива или для нескольких таких функций одновременно.

  • Минеральные масла служат как охлаждающими, так и смазочными материалами во многих механических передачах. Также используются некоторые растительные масла, например касторовое масло . Из-за высокой температуры кипения минеральные масла используются в портативных электрических обогревателях с радиаторами в жилых помещениях и в системах с замкнутым контуром для промышленного нагрева и охлаждения. Минеральное масло часто используется в погружных системах ПК, поскольку оно не токопроводящее и, следовательно, не вызывает короткого замыкания или повреждения каких-либо деталей.
    • Полифениловые эфирные масла подходят для применений, требующих высокой температурной стабильности, очень низкой летучести, собственной смазывающей способности и / или радиационной стойкости. Перфторполиэфирные масла являются их более химически инертным вариантом.
    • Эвтектическая смесь дифенилового эфира (73,5%) и бифенила (26,5%) используется из-за ее широкого температурного диапазона и стабильности до 400 ° C.
    • Полихлорированные бифенилы и полихлорированные терфенилы использовались в приложениях теплопередачи, пользующихся преимуществом из-за их низкой воспламеняемости, химической стойкости, гидрофобности и хороших электрических свойств, но в настоящее время постепенно прекращаются из-за их токсичности и биоаккумуляции .
  • Силиконовые масла и фторуглеродные масла (например, fluorinert ) являются предпочтительными из-за их широкого диапазона рабочих температур . Однако их высокая стоимость ограничивает возможности их применения.
  • Трансформаторное масло применяется для охлаждения и дополнительной электроизоляции мощных электрических трансформаторов . Обычно используются минеральные масла. Силиконовые масла используются для специальных применений. Полихлорированные бифенилы обычно использовались в старом оборудовании, которое теперь может подвергаться риску заражения.

Топливо часто используется в качестве охлаждающей жидкости для двигателей. Холодное топливо течет по некоторым частям двигателя, поглощая отходящее тепло и предварительно нагреваясь перед сгоранием. Керосин и другое реактивное топливо часто используется в авиационных двигателях. Жидкий водород используется для охлаждения сопел ракетных двигателей .

Безводная охлаждающая жидкость используется как альтернатива обычным охлаждающим жидкостям на основе воды и этиленгликоля. Поскольку температура кипения выше, чем у воды (около 370F), технология охлаждения устойчива к выкипанию. Жидкость также предотвращает коррозию . [4]

Фреоны часто использовались для иммерсивного охлаждения, например, электроники.

Расплавленные металлы и соли [ править ]

См. Также: теплоноситель ядерного реактора и аккумулирование тепловой энергии § Технология расплавленных солей

Жидкие легкоплавкие сплавы могут использоваться в качестве хладагентов в приложениях, где требуется высокая температурная стабильность, например, в некоторых ядерных реакторах на быстрых нейтронах . Часто используются натрий (в быстрых реакторах с натриевым охлаждением ) или натрий- калиевый сплав NaK ; в особых случаях можно использовать литий . Другим жидким металлом, используемым в качестве теплоносителя, является свинец , например, в быстрых реакторах со свинцовым охлаждением или сплав свинец- висмут . В некоторых первых реакторах на быстрых нейтронах использовалась ртуть .

Для некоторых применений штоки автомобильных тарельчатых клапанов могут быть полыми и заполненными натрием для улучшения переноса и передачи тепла.

Для применения при очень высоких температурах, например, в реакторах с расплавом солей или в реакторах с очень высокой температурой , расплав солей можно использовать в качестве хладагента. Одним из возможных комбинаций является смесью фторида натрия и тетрафторборат натрия (NaF-NABF 4 ). Другие варианты - FLiBe и FLiNaK .

Жидкие газы [ править ]

Сжиженные газы используются в качестве охлаждающих жидкостей для криогенных приложений, включая криоэлектронную микроскопию , разгон компьютерных процессоров, приложения, использующие сверхпроводники или чрезвычайно чувствительные датчики и усилители с очень низким уровнем шума .

Двуокись углерода (химическая формула CO 2 ) - используется в качестве замены охлаждающей жидкости [5] для смазочно-охлаждающих жидкостей. CO 2 может обеспечивать контролируемое охлаждение на границе раздела резания, так что режущий инструмент и заготовка поддерживаются при температуре окружающей среды. Использование CO 2 значительно продлевает срок службы инструмента и позволяет работать с большинством материалов быстрее. Это считается очень безвредным для окружающей среды методом, особенно по сравнению с использованием нефтяных масел в качестве смазочных материалов; детали остаются чистыми и сухими, что часто может исключить необходимость вторичной очистки.

Жидкий азот , который кипит при температуре около -196 ° C (77K), является наиболее распространенной и наименее дорогой охлаждающей жидкостью. Жидкий воздух используется в меньшей степени из-за содержания в нем жидкого кислорода, что делает его склонным к возгоранию или взрывам при контакте с горючими материалами (см. Кислородные жидкости ).

Более низкие температуры могут быть достигнуты с помощью жидкого неона, который кипит примерно при -246 ° C. Самые низкие температуры, используемые для самых мощных сверхпроводящих магнитов , достигаются при использовании жидкого гелия .

Жидкий водород при температуре от -250 до -265 ° C также может использоваться в качестве хладагента. Жидкий водород также используется как в качестве топлива , а в качестве хладагента для охлаждения сопла и камер сгорания от ракетных двигателей .

Наножидкости [ править ]

Новый класс охлаждающих жидкостей - это наножидкости, которые состоят из жидкости-носителя, такой как вода, с крошечными наночастицами, известными как наночастицы . Специально разработанные наночастицы, например CuO , оксид алюминия , [6] диоксид титана , углеродные нанотрубки , диоксид кремния или металлы (например, медь или серебряные наностержни ), диспергированные в жидкости-носителе, увеличивают способность теплопередачи получаемого хладагента по сравнению с жидкостью-носителем. один. [7]Теоретически повышение может достигать 350%. Однако эксперименты не показали столь высоких улучшений теплопроводности, но обнаружили значительное увеличение критического теплового потока теплоносителей. [8]

Возможны некоторые значительные улучшения; например, серебряные наностержни диаметром 55 ± 12 нм и средней длиной 12,8 мкм при 0,5 об.% увеличивают теплопроводность воды на 68%, а 0,5 об.% серебряных наностержней повышают теплопроводность охлаждающей жидкости на основе этиленгликоля на 98%. [9] Наночастицы оксида алюминия в концентрации 0,1% могут увеличить критический тепловой поток воды на целых 70%; частицы образуют шероховатую пористую поверхность на охлаждаемом объекте, что способствует образованию новых пузырьков, а их гидрофильная природа помогает отталкивать их, препятствуя образованию слоя пара. [10] Наножидкости с концентрацией более 5% действуют как неньютоновские жидкости .

Твердые тела [ править ]

В некоторых случаях в качестве охлаждающих жидкостей используются твердые материалы. Для испарения материалов требуется большая энергия; эта энергия затем уносится испаренными газами. Этот подход является обычным для космических полетов , для абляционных атмосферных защитных экранов и для охлаждения сопел ракетных двигателей . Такой же подход применяется и для противопожарной защиты конструкций, на которые наносится абляционное покрытие.

Сухой лед и водяной лед также могут использоваться в качестве охлаждающих жидкостей при непосредственном контакте с охлаждаемой конструкцией. Иногда используется дополнительный жидкий теплоноситель; вода со льдом и сухой лед в ацетоне - две популярные пары.

Сублимация водяного льда использовалась для охлаждения скафандра проекта «Аполлон» .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бетаин в качестве хладагента архивации 2011-04-09 в Wayback Machine
  2. ^ Жидкости Duratherm с увеличенным сроком службы
  3. ^ Paratherm Corporation
  4. ↑ Стерджесс, Стив (август 2009 г.). «Колонка: Сохраняйте спокойствие» . Тяжелые автоперевозки . Проверено 2 апреля 2018 года .
  5. ^ ctemag.com
  6. ^ "Библиография Noghrehabadi" . Архивировано из оригинального 13 ноября 2013 года . Проверено 13 ноября 2013 года .
  7. ^ Ван, Сян-Ци; Муджумдар, Арун С. (декабрь 2008 г.). «Обзор наножидкостей - часть II: эксперименты и приложения» . Бразильский журнал химической инженерии . 25 (4): 631–648. DOI : 10.1590 / S0104-66322008000400002 .
  8. ^ scienceblog.com Архивировано 5 января 2010 г. в Wayback Machine.
  9. ^ Ольденбург, Стивен Дж .; Siekkinen, Andrew R .; Дарлингтон, Томас К .; Болдуин, Ричард К. (9 июля 2007 г.). «Оптимизированные наножидкостные охлаждающие жидкости для систем терморегулирования космических аппаратов». Серия технических статей SAE . 1 . С. 2007–01–3128. DOI : 10.4271 / 2007-01-3128 .
  10. ^ mit.edu

Внешние ссылки [ править ]

  • CO 2 как естественный хладагент - часто задаваемые вопросы