Абстрактный:
В данном исследовании рассматриваются уникальные теплофизические свойства водных растворов глицерина с акцентом на их применение в системах отопления. Изучая такие переменные, как плотность, вязкость, теплопроводность и удельная теплоемкость при различных концентрациях и температурах глицерина, мы предлагаем понимание потенциальных применений и ограничений продуктов Master BIO в теплотехнике.
Введение:
Водные растворы глицерина известны своим разнообразным применением, во многом благодаря их различным физическим свойствам. Это исследование обеспечивает всесторонний анализ этих свойств, особенно в контексте систем отопления.
Методология:
Мы анализировали смеси глицерин-вода с концентрацией глицерина от 10% до 70% по массе при температуре от 0°С до 100°С. Были собраны данные о плотности, динамической вязкости, теплопроводности и удельной теплоемкости.
Полученные результаты:
Точки замерзания и кипения: Точка замерзания резко снижается при более высоких концентрациях глицерина, что полезно для низкотемпературных применений.
Раствор глицерина и воды – точки замерзания и кипения
| Глицерин → Концентрация воды
(% по массе, вес) |
Точка замерзания | Точка кипения (при нормальном давлении) |
| t°С | t°С | |
| 98,2 | 13.3 | 290 |
| 95 | 7,8 | 167 |
| 90 | -1,7 | 138 |
| 80 | -20,6 | 121 |
| 70 | -38,9 | 114 |
| 66,7 | -46,1 | 112 |
| Мастер БИО-40ПРО™ 70 | -40,2* | 110 |
| 60 | -34,4 | 109 |
| Мастер БИО-30ПРО™ 57 | -30,6* | 108 |
| 50 | -22,8 | 106 |
| Мастер БИО-20ПРО™ 47 | -20,0* | 105 |
| 40 | -15,6 | 104 |
| Мастер БИО-10ПРО™ 31 | -10,5* | 102 |
| 30 | -9,4 | 103 |
| 20 | -5,0 | 101 |
| 10 | -1,7 | 101 |
| *+_0,5 зависит от добавки ингибитора |
Плотность и вязкость. Увеличение концентрации глицерина приводит к увеличению плотности и вязкости, что влияет на текучесть и теплопередачу.
Плотность водного раствора глицерина
Плотность смеси глицерина и воды приведена в таблице для концентраций глицерина от 10 до 70 процентов по массе в диапазоне температур от нуля до ста градусов Цельсия.
| Температура | 10% | 20% | 30% | 31% Мастер БИО-10ПРО™ 31 | 40% | 47% Мастер БИО-20ПРО™ | 50% | 57,% Мастер БИО-30ПРО™ | 60% | 70% Мастер БИО-40ПРО™ |
| оС | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 | ρ, г/см3 |
| 0 | 1025 | 1052 | 1079 | 1072 | 1107 | 1118 | 1135 | 1154 | 1163 | 1192 |
| 20 | 1022 | 1047 | 1073 | 1,075 | 1099 | 1113 | 1126 | 1145 | 1154 | 1181 |
| 40 | 1016 | 1039 | 1064 | 1,066 | 1089 | 1107 | 1115 | 1134 | 1142 | 1169 |
| 60 | 1006 | 1,03 | 1053 | 1056 | 1078 | 1095 | 1103 | 1122 | 1,13 | 1156 |
| 80 | 0,994 | 1017 | 1041 | 1042 | 1066 | 1083 | 1,091 | 1110 | 1117 | 1.144 |
| 100 | 0,982 | 1004 | 1027 | 1,029 | 1052 | 1069 | 1077 | 1095 | 1104 | 1302 |
Динамическая вязкость водного раствора глицерина
Вязкость водного раствора глицерина приведена в таблице в диапазоне температур смеси от нуля до ста градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10% до 70%. Примечательно, что добавление в воду всего 10% (по массе) глицерина может увеличить динамическую вязкость раствора на ~30%.
Вязкость водного раствора глицерина (содержание в процентах по массе)
| Температура | 10% | 20% | 30% | 31% Мастер БИО-10ПРО™ | 40% | 47% Мастер БИО-20ПРО™ | 50% | 57,% Мастер БИО-30ПРО™ | 60% | 70% Мастер БИО-40ПРО™ |
| оС | мкПа*10-3 | мкм,Па*10-3 | мкм,Па*10-3 | мкм,Па*10-3 | мкм,Па*10-3 | мкм,Па*10-3 | мкм,Па*10-3 | мкм,Па*10-3 | мкм,Па*10-3 | мкм,Па*10-3 |
| 0 | 2,44 | 3,44 | 5,14 | 5,53 | 8,25 | 12,69 | 14,60 | 25,37 | 29,90 | 76,00 |
| 20 | 1,31 | 1,76 | 2,50 | 2,62 | 3,72 | 5,32 | 6,00 | 9,37 | 10,80 | 22,50 |
| 40 | 0,83 | 1,07 | 1,46 | 1,52 | 2,07 | 2,79 | 3,10 | 4,48 | 5,08 | 9,40 |
| 60 | 0,58 | 0,73 | 0,96 | 1,09 | 1,30 | 1,69 | 1,86 | 2,55 | 2,85 | 4,86 |
| 80 | — | — | 0,69 | 0,71 | 0,92 | 1,15 | 1,25 | 1,66 | 1,84 | 2,90 |
| 100 | — | — | — | — | 0,67 | 0,84 | 0,91 | 1,17 | 1,28 | 1,93 |
Теплопроводность: более высокие концентрации глицерина приводят к снижению теплопроводности, что указывает на ограничения в приложениях теплопередачи.
Значения теплопроводности водного раствора глицерина приведены в таблице для диапазона температур от 20 до 80 градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10% до 70%. С увеличением концентрации глицерина теплопроводность водного раствора снижается. При содержании глицерина 50 % теплопроводность смеси на ~30 % меньше, чем у чистой воды.
| Температура | 10% | 20% | 30% | 31% Мастер БИО-10ПРО™ 31 | 40% | 47% Мастер БИО-20ПРО™ | 50% | 57,% Мастер БИО-30ПРО™ | 60% | 70% Мастер БИО-40ПРО™ |
| оС | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) | Вт/(см•oC) |
| 20 | 0,56 | 0,52 | 0,48 | 0,48 | 0,45 | 0,42 | 0,41 | 0,39 | 0,38 | 0,35 |
| 40 | 0,59 | 0,54 | 0,50 | 0,5 | 0,46 | 0,43 | 0,42 | 0,40 | 0,39 | 0,36 |
| 60 | 0,61 | 0,57 | 0,52 | 0,52 | 0,48 | 0,45 | 0,44 | 0,41 | 0,39 | 0,36 |
| 80 | 0,64 | 0,59 | 0,54 | 0,54 | 0,49 | 0,46 | 0,45 | 0,42 | 0,40 | 0,36 |
Удельная теплоемкость: мощность снижается с увеличением концентрации глицерина, что влияет на энергоэффективность систем отопления.
Оценки теплоемкости водного раствора глицерина приведены в таблице для температур от 20 до 80 градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10 до 70 процентов. С увеличением концентрации глицерина теплопроводность раствора снижается. При обычных условиях и содержании глицерина 10 % теплоемкость смеси в ~2 раза меньше теплоемкости чистой воды.
Теплоемкость смеси глицерина с водой (содержание в процентах по массе)
| Температура | 10% | 20% | 30% | 31% Мастер БИО-10ПРО™ 31 | 40% | 47% Мастер БИО-20ПРО™ | 50% | 57,% Мастер БИО-30ПРО™ | 60% | 70% Мастер БИО-40ПРО™ |
| оС | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) | кДж/(кг•oC) |
| 20 | 1998 | 1907 | 1816 | 1807 | 1725 | 1716 | 1634 | 1625 | 1542 | 1452 |
| 40 | 2002 | 1916 | 1830 | 1210 | 1744 | 1735 | 1659 | 1650 | 1573 | 1487 |
| 60 | 2010 | 1929 | 1848 | 1840 | 1767 | 1758 | 1687 | 1679 | 1606 | 1525 |
| 80 | 2024 | 1948 | 1871 | 1864 | 1795 | 1786 | 1718 | 1710 | 1642 | 1608 |
Обсуждение:
Исследование подчеркивает компромисс между концентрацией глицерина и теплофизическими свойствами. Хотя более высокие концентрации обеспечивают более низкие температуры замерзания, они также снижают теплопроводность и удельную теплоемкость, что потенциально ограничивает эффективность в некоторых приложениях отопления.
Заключение:
Водные растворы глицерина представляют собой жизнеспособный вариант для специализированных систем отопления, особенно в средах с переменными температурами. Однако тщательное рассмотрение концентрации глицерина имеет решающее значение для баланса между свойствами антифриза и эффективностью теплопередачи.
Порядок действий при аварийном отключении системы отопления.
Растворы глицерина и воды при нулевой температуре и ниже имеют высокий уровень вязкости. Поэтому, если система остыла, желательно сначала включить сами ТЭНы, а затем запускать циркуляцию. Это снизит нагрузку на насосы.
© 2024 Сергей Веселков. Все права защищены.
Все права защищены, и никакая часть публикации не может быть воспроизведена, распространена или передана в любой форме и любыми средствами, включая фотокопирование, запись или другие электронные или механические методы, без вашего предварительного письменного разрешения.