Охлаждающая жидкость - Coolant

А охлаждающая жидкость это вещество, обычно жидкость или же газ, который используется для снижения или регулирования температуры системы. Идеальная охлаждающая жидкость имеет высокую теплоемкость, низкий вязкость, недорого, нетоксичный, химически инертный и не вызывает и не способствует коррозия системы охлаждения. Некоторые приложения также требуют, чтобы охлаждающая жидкость была электрический изолятор.

Хотя термин «охлаждающая жидкость» обычно используется в автомобильной и HVAC применения, в промышленной переработке теплоноситель - это один технический термин, который чаще всего используется в производстве при высоких и низких температурах. 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 сохранять свою фазу и оставаться жидким или газообразным, или может подвергаться фаза перехода, с скрытая теплота добавление к эффективности охлаждения. Последний, когда используется для достижения ниже-температура окружающей среды, более известен как хладагент.

Газы

Воздуха распространенная форма охлаждающей жидкости. Воздушное охлаждение использует либо конвективный воздушный поток (пассивное охлаждение) или принудительная циркуляция с использованием поклонники.

Водород используется как высокоэффективный газообразный теплоноситель. Его теплопроводность выше, чем у всех других газов, имеет высокий удельная теплоемкость, низкий плотность и поэтому низкий вязкость, что является преимуществом для роторных машин, подверженных парусность убытки. Турбогенераторы с водородным охлаждением в настоящее время являются наиболее распространенными электрическими генераторами на крупных электростанциях.

Инертные газы используются как охлаждающие жидкости в газовые ядерные реакторы. Гелий имеет низкий тенденция к поглощать нейтроны и стать радиоактивным. Углекислый газ используется в Магнокс и AGR реакторы.

Гексафторид серы используется для охлаждения и изоляции некоторых высоковольтных энергосистем (Автоматические выключатели, переключатели, немного трансформаторы, так далее.).

Пар можно использовать там, где высоко удельная теплоемкость требуется в газообразной форме, и учитываются коррозионные свойства горячей воды.

Двухфазный

Некоторые охлаждающие жидкости используются как в жидкой, так и в газовой форме в одном и том же контуре, что позволяет использовать преимущества высокой удельной скрытая теплота кипения / конденсации изменение фазы, то энтальпия испарения, в дополнение к жидкости без фазового перехода теплоемкость.

Хладагенты представляют собой охлаждающие жидкости, используемые для достижения низких температур за счет фазового перехода между жидкостью и газом. Галометаны часто использовались, чаще всего R-12 и R-22, часто с сжиженный пропан или другие галогеналканы, подобные R-134a. Безводный аммиак часто используется в крупных коммерческих системах, и диоксид серы использовался в ранних 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 превосходные хладагенты постепенно прекращаются 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 являются специальным применением хладагентов.

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

Материалы с фазовым переходом использовать 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, где тепло передается конвективным или принудительным потоком.

Жидкости

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

Вода самая распространенная охлаждающая жидкость. Его высокий теплоемкость а низкая стоимость делает его подходящим теплоносителем. Обычно используется с добавками, такими как ингибиторы коррозии и антифриз. Антифриз, раствор подходящего органического химического вещества (чаще всего этиленгликоль, диэтиленгликоль гликоль, или же пропиленгликоль ) в воде, используется, когда охлаждающая жидкость на водной основе должна выдерживать температуры ниже 0 ° C или когда ее температура кипения должна быть повышена. Бетаин представляет собой аналогичную охлаждающую жидкость, за исключением того, что она изготовлена ​​из чистого растительного сока и, следовательно, не токсична и ее трудно утилизировать экологически.[1]

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

Смазочно-охлаждающая жидкость это охлаждающая жидкость, которая также служит смазка для обработки металла Станки.

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 в качестве охлаждающей и смазочной жидкости во многих механических передачах. Некоторые растительные масла, например касторовое масло также используются. Благодаря высокой температуре кипения минеральные масла используются в портативных электрических обогревателях с радиаторами в жилых помещениях, а также 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.
    • Полифениловый эфир масла подходят для применений, требующих высокой температурной стабильности, очень низкой летучести, присущей смазывающей способности и / или радиационной стойкости. Перфторполиэфир масла - их более химически инертный вариант.
    • Эвтектическая смесь дифениловый эфир (73,5%) и бифенил (26,5%) используется из-за его широкого температурного диапазона и стабильности до 400 ° C.
    • Полихлорированные бифенилы и полихлорированные терфенилы были использованы в приложениях теплопередачи, предпочитаемых из-за их низкой воспламеняемости, химической стойкости, гидрофобности и хороших электрических свойств, но в настоящее время прекращены из-за их токсичности и биоаккумуляция.
  • Силиконовые масла и фторуглерод масла (например, флюоринерт ) пользуются большим спросом рабочие температуры. Однако их высокая стоимость ограничивает возможности их применения.
  • Трансформаторное масло используется для охлаждения и дополнительной электроизоляции мощных электрических трансформаторы. Обычно используются минеральные масла. Силиконовые масла используются для специальных применений. Полихлорированные бифенилы обычно использовались в старом оборудовании, которое теперь может подвергаться риску заражения.

Топлива часто используются в качестве охлаждающих жидкостей для двигателей. Холодное топливо течет по некоторым частям двигателя, поглощая его отходящее тепло и предварительно нагревается перед горением. Керосин и другие реактивное топливо часто служат в этой роли в авиационных двигателях. Жидкий водород используется для охлаждения форсунок ракетные двигатели.

Безводная охлаждающая жидкость используется как альтернатива обычным воды и охлаждающие жидкости на основе этиленгликоля. С более высокими температурами кипения, чем воды (около 370F) технология охлаждения устойчива к выкипанию. Жидкость также предотвращает коррозия. [4]

Фреоны часто использовались для иммерсивное охлаждение например электроника.

Расплавленные металлы и соли

Смотрите также: теплоноситель ядерного реактора и Хранение тепловой энергии § Технология расплавленных солей

Жидкость легкоплавкие сплавы могут использоваться в качестве охлаждающих жидкостей там, где требуется высокая температурная стабильность, например немного быстрый заводчик ядерные реакторы. Натрий (в быстрые реакторы с натриевым теплоносителем ) или натрий-калий сплав NaK часто используются; в особых случаях литий можно использовать. Еще один жидкий металл, используемый в качестве охлаждающей жидкости, - это вести, например, в свинцовые реакторы на быстрых нейтронах, или ведущийвисмут сплав. Некоторые ранние реакторы на быстрых нейтронах использовал Меркурий.

Для определенных применений стержни автомобильной тарельчатые клапаны может быть полым и заполненным натрием для улучшения теплопередачи.

Для очень высоких температур, например реакторы на расплаве солей или же очень высокотемпературные реакторы, расплавленный соли может использоваться как охлаждающая жидкость. Одна из возможных комбинаций - это сочетание фторид натрия и тетрафторборат натрия (NaF-NaBF4). Другие варианты FLiBe и FLiNaK.

Жидкие газы

Сжиженные газы используются как охлаждающие жидкости для криогенный приложения, в том числе криоэлектронная микроскопия, разгон компьютерных процессоров, приложений, использующих сверхпроводники, или очень чувствительный датчики и очень низко-шум усилители.

Углекислый газ (химическая формула - CO2) - используется как замена охлаждающей жидкости[5] для СОЖ. CO2 может обеспечивать контролируемое охлаждение на границе раздела резания, так что режущий инструмент и заготовка поддерживаются при температуре окружающей среды. Использование CO2 значительно увеличивает срок службы инструмента и позволяет работать с большинством материалов быстрее. Это считается очень экологически чистым 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 Температура кипения составляет около -196 ° C (77K) и является наиболее распространенной и наименее дорогой охлаждающей жидкостью. Жидкий воздух используется в меньшей степени из-за его жидкий кислород содержание, которое делает его склонным к возгоранию или взрыву при контакте с горючими материалами (см. оксилики ).

Более низкие температуры могут быть достигнуты с помощью жидкого неон который кипит при температуре около -246 ° C. Самые низкие температуры, используемые для самых мощных сверхпроводящие магниты, достигаются с помощью жидкий гелий.

Жидкий водород при температуре от –250 до –265 ° C также может использоваться в качестве охлаждающей жидкости. Жидкий водород также используется как топливо и как охлаждающая жидкость для охлаждения насадки и камеры сгорания из ракетные двигатели.

Наножидкости

Новый класс охлаждающих жидкостей наножидкости которые состоят из жидкости-носителя, такой как вода, диспергированной с крошечными наночастицами, известными как наночастицы. Специально разработанные наночастицы, например CuO, глинозем,[6] оксид титана, углеродные нанотрубки, кремнезем, или металлы (например, медь, или же серебро наностержни ), диспергированные в жидкости-носителе, увеличивают способность теплопередачи получаемого хладагента по сравнению с одной жидкостью-носителем.[7] Теоретически повышение может достигать 350%. Эксперименты, однако, не показали столь высоких улучшений теплопроводности, но обнаружили значительное увеличение критический тепловой поток охлаждающих жидкостей.[8]

Возможны некоторые значительные улучшения; например Наностержни серебра диаметром 55 ± 12 нм и средней длиной 12,8 мкм при 0,5 об.% увеличивали теплопроводность воды на 68%, а 0,5 об.% наностержней серебра увеличивали теплопроводность воды. этиленгликоль на основе СОЖ 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]Наножидкость с концентрацией более 5% действует как неньютоновские жидкости.

Твердые тела

В некоторых случаях в качестве охлаждающих жидкостей используются твердые материалы. Для испарения материалов требуется большая энергия; эта энергия затем уносится испаренными газами. Такой подход распространен в космический полет, за абляционные атмосферные защитные экраны и для охлаждения сопла ракетных двигателей. Такой же подход применяется и для противопожарной защиты конструкций, на которые наносится абляционное покрытие.

Сухой лед и ледяная вода 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 использовался для охлаждения скафандр для Project Apollo.

Рекомендации

  1. ^ Бетаин в качестве охлаждающей жидкости В архиве 2011-04-09 на Wayback Machine
  2. ^ Жидкости Duratherm с увеличенным сроком службы
  3. ^ Корпорация Paratherm
  4. ^ Стерджесс, Стив (август 2009 г.). «Колонка: Сохраняйте спокойствие». Тяжелый грузовик. Получено 2 апреля, 2018.
  5. ^ ctemag.com
  6. ^ "Библиография Ногрехабади". Архивировано из оригинал 13 ноября 2013 г.. Получено 13 ноября, 2013.
  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. Дои:10.1590 / S0104-66322008000400002.
  8. ^ scienceblog.com В архиве 5 января 2010 г. 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 документов SAE. 1. С. 2007–01–3128. Дои:10.4271/2007-01-3128.
  10. ^ mit.edu

внешняя ссылка