Рассмотрено влияние теплофизических свойств теплоносителя на коэффициент теплоотдачи. Показано, что для интенсификации теплоотдачи плотность, теплоемкость и теплопроводность используемого теплоносителя следует увеличивать, а вязкость уменьшать
высокотемпературные теплоносители, теплообмен
На некоторых современных предприятиях для интенсификации производства и выполнения требований к поддержанию постоянной температуры технологического процесса вместо общепринятых методов обогрева используется обогрев с помощью высокотемпературных теплоносителей (ВТ) – промежуточных теплоносителей, которые имеют высокую температуру нагрева при сравнительно низком давлении [1].
В литературе [2] перечислены основные требования, предъявляемые к высокотемпературным теплоносителям, в том числе малая вязкость и высокая теплоемкость вещества.
Представляет интерес выполнение анализа влияния теплофизических свойств теплоносителей на величину коэффициента теплоотдачи, в общем случае определяемого по выражению:
|
|
(1) |
где 
– критерий Нуссельта, характеризующий интенсивность теплообмена на границе твердое тело-жидкость; 
– коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/(м·К); 
– определяющий линейный размер поверхности теплообмена, м. В качестве , как правило, принимается длина или диаметр (эквивалентный диаметр) поверхности.
На величину критерия Нуссельта влияет множество факторов: физические свойства теплоносителя, скорость и режим его движения, форма, размеры и ориентация поверхности теплообмена в пространстве, температурный напор и другие. Например, при турбулентном режиме движения теплоносителя, агрегатное состояние которого не изменяется, в теплообменных трубках:
|
|
(2) |
где 
– критерий Рейнольдса, характеризующий отношение сил инерции (скоростного напора) к силам вязкого трения и соответственно режим течения теплоносителя; 
– критерий Прандтля, учитывающий влияние физических свойств теплоносителя на теплоотдачу:
|
|
(3) |
|
|
(4) |
где 
и – соответственно плотность, кг/м3; коэффициент динамической вязкости, Па·с; удельная массовая теплоемкость, Дж/(кг∙К) и коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К), теплоносителя; 
– скорость теплоносителя в теплообменных трубах, м/с:
|
|
(5) |
где 
– объемный расход теплоносителя, м3/с; 
– количество ходов по трубам;
– количество теплообменных труб, шт.
Учитывая (1)-(5), после преобразований получим:
|
|
(6) |
Очевидно, что теплофизические свойства теплоносителя оказывают влияние на интенсивность теплоотдачи. Для повышения 
следует увеличивать плотность, теплоемкость и теплопроводность, и наоборот, уменьшать вязкость используемого вещества. Сделанные выводы совпадают с рекомендациями, приведенными в [1, 2].
Следует отметить, что значительное влияние на коэффициент теплоотдачи теплоносителя, агрегатное состояние которого в процессе теплообмена не изменяется, оказывает также скорость его движения – с увеличением скоростей теплообменных сред можно добиться повышения эффективности теплообменного аппарата.
Однако, увеличение скорости потока приводит к повышению затрат энергии на перекачивание среды. Поэтому увеличение скорости потока теплоносителя, с одной стороны, повышает эффективность теплопередачи, но, в то же время, существенно увеличивает гидравлическое сопротивление аппарата и затраты на работу насосно-компрессорного оборудования. При проектировании теплообменных аппаратов важной задачей является определение оптимальных скоростей потоков теплоносителей, обеспечивающих эффективный теплообмен при приемлемом значении гидравлического сопротивления.
1. Лукомский, С. М. Высокотемпературные теплоносители и их применение / С. М. Лукомский. – Москва ; Ленинград : Госэнергоиздат, 1956. – 54 с.
2. Чечеткин, А. В. Высокотемпературные теплоносители / А. В. Чечеткин. – Москва : Энергия, 1971. – 496 с.
