Abstrakt:
Denna studie undersöker de unika termofysiska egenskaperna hos vattenhaltiga glycerollösningar med fokus på deras tillämpning i värmesystem. Genom att undersöka variabler som densitet, viskositet, värmeledningsförmåga och specifik värmekapacitet vid olika glycerolkoncentrationer och temperaturer, ger vi insikt i de potentiella tillämpningarna och begränsningarna för Master BIO-produkter inom värmeteknik.
Introduktion:
Vattenhaltiga glycerinlösningar är kända för sina olika tillämpningar, till stor del tack vare deras distinkta fysikaliska egenskaper. Denna forskning ger en omfattande analys av dessa egenskaper, särskilt i samband med värmesystem.
Metodik:
Vi analyserade glycerin-vattenblandningar med glycerinkoncentrationer från 10% till 70% av vikt, vid temperaturer mellan 0°C och 100°C. Data samlades in om densitet, dynamisk viskositet, värmeledningsförmåga och specifik värmekapacitet.
Resultat:
Frys- och kokpunkter: Fryspunkten visar en kraftig minskning vid högre glycerinkoncentrationer, vilket är fördelaktigt för tillämpningar vid låga temperaturer.
Glycerin och vattenlösning – Frys- och kokpunkter
| Koncentration av glycerin till vatten (viktprocent) | Frys punkt | Kokpunkt (vid normalt tryck) |
| t°C | t°C | |
| 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 |
| Master BIO-40PRO™ 70 | -40,2* | 110 |
| 60 | -34.4 | 109 |
| Master BIO-30PRO™ 57 | -30,6* | 108 |
| 50 | -22.8 | 106 |
| Master BIO-20PRO™ 47 | -20,0* | 105 |
| 40 | -15.6 | 104 |
| Master BIO-10PRO™ 31 | -10,5* | 102 |
| 30 | -9.4 | 103 |
| 20 | -5,0 | 101 |
| 10 | -1.7 | 101 |
| *+_0,5 beror på inhibitortillsatsen |
Densitet och viskositet: Ökad glycerinkoncentration leder till högre densitet och viskositet, vilket påverkar flödet och värmeöverföringen.
Densitet av vattenhaltig glycerollösning
Densiteten för en blandning av glycerin och vatten anges i tabellen för glycerinkoncentrationer från 10 till 70 viktprocent i temperaturområdet från noll till hundra grader Celsius.
| Temperatur | 10 % | 20 % | 30 % | 31 % Master BIO-10PRO™ 31 | 40 % | 47 % Master BIO-20PRO™ | 50 % | 57,% Master BIO-30PRO™ | 60 % | 70 % Master BIO-40PRO™ |
| оС | ρ, g/cm3 | ρ, g/cm3 | ρ, g/cm3 | ρ, g/cm3 | ρ, g/cm3 | ρ, g/cm3 | ρ, g/cm3 | ρ, g/cm3 | ρ, g/cm3 | ρ, г/см3 |
| 0 | 1 025 | 1 052 | 1 079 | 1 072 | 1 107 | 1 118 | 1 135 | 1 154 | 1,163 | 1 192 |
| 20 | 1 022 | 1 047 | 1 073 | 1,075 | 1 099 | 1,113 | 1 126 | 1 145 | 1 154 | 1,181 |
| 40 | 1 016 | 1 039 | 1 064 | 1,066 | 1 089 | 1 107 | 1 115 | 1,134 | 1 142 | 1 169 |
| 60 | 1 006 | 1,03 | 1 053 | 1 056 | 1 078 | 1 095 | 1 103 | 1 122 | 1,13 | 1 156 |
| 80 | 0,994 | 1 017 | 1 041 | 1 042 | 1 066 | 1 083 | 1,091 | 1 110 | 1 117 | 1,144 |
| 100 | 0,982 | 1 004 | 1 027 | 1,029 | 1 052 | 1 069 | 1 077 | 1 095 | 1,104 | 1 302 |
Dynamisk viskositet av en vattenhaltig glycerollösning
Viskositeten för en vattenlösning av glycerin anges i tabellen i intervallet för blandningstemperaturer från noll till hundra grader Celsius och glycerinkoncentration från 10 % till 70 %. Det är anmärkningsvärt att tillsats av endast 10 % (i vikt) glycerol till vatten kan öka lösningens dynamiska viskositet med ~30 %.
Viskositet för vattenhaltig glycerollösning (innehåll i viktprocent)
| Temperatur | 10 % | 20 % | 30 % | 31 % Master BIO-10PRO™ | 40 % | 47 % Master BIO-20PRO™ | 50 % | 57,% Master BIO-30PRO™ | 60 % | 70 % Master BIO-40PRO™ |
| оС | μ Pa*10-3 | μ,Pa*10-3 | μ,Pa*10-3 | μ,Pa*10-3 | μ,Pa*10-3 | μ,Pa*10-3 | μ,Pa*10-3 | μ,Pa*10-3 | μ,Pa*10-3 | μ,Pa*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 |
Värmeledningsförmåga: Högre glycerinkoncentrationer resulterar i lägre värmeledningsförmåga, vilket tyder på begränsningar i värmeöverföringstillämpningar.
Värdekonduktiviteten för en vattenhaltig glycerollösning visas i tabellen för ett temperaturområde från 20 till 80 grader Celsius och glycerolkoncentration från 10 % till 70 %. Med ökande glycerolkoncentration minskar vattenlösningens värmeledningsförmåga. Med en glycerolhalt på 50 % är blandningens värmeledningsförmåga ~30 % lägre än för rent vatten.
| Temperatur | 10 % | 20 % | 30 % | 31 % Master BIO-10PRO™ 31 | 40 % | 47 % Master BIO-20PRO™ | 50 % | 57,% Master BIO-30PRO™ | 60 % | 70 % Master BIO-40PRO™ |
| оС | W/(cm•oC) | W/(cm•oC) | W/(cm•oC) | W/(cm•oC) | W/(cm•oC) | W/(cm•oC) | W/(cm•oC) | W/(cm•oC) | W/(cm•oC) | W/(cm•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 |
Specifik värmekapacitet: Kapaciteten minskar med ökad glycerinkoncentration, vilket påverkar värmesystemens energieffektivitet.
Uppskattningar av värmekapaciteten hos en vattenhaltig glycerollösning ges i tabellen för temperaturer från 20 till 80 grader Celsius och glycerolkoncentrationer från 10 till 70 procent. Med ökande glycerolkoncentration minskar lösningens värmeledningsförmåga. Under normala förhållanden och en halt av 10 % glycerol är blandningens värmekapacitet ~2 gånger mindre än värmekapaciteten för rent vatten.
Värmekapacitet för en blandning av glycerin med vatten (innehåll i viktprocent)
| Temperatur | 10 % | 20 % | 30 % | 31 % Master BIO-10PRO™ 31 | 40 % | 47 % Master BIO-20PRO™ | 50 % | 57,% Master BIO-30PRO™ | 60 % | 70 % Master BIO-40PRO™ |
| оС | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) | kJ/(kg•oC) |
| 20 | 1 998 | 1 907 | 1,816 | 1 807 | 1,725 | 1,716 | 1,634 | 1 625 | 1,542 | 1 452 |
| 40 | 2 002 | 1 916 | 1 830 | 1 210 | 1,744 | 1,735 | 1 659 | 1 650 | 1,573 | 1,487 |
| 60 | 2 010 | 1 929 | 1,848 | 1 840 | 1,767 | 1,758 | 1,687 | 1 679 | 1 606 | 1 525 |
| 80 | 2 024 | 1 948 | 1,871 | 1,864 | 1 795 | 1,786 | 1,718 | 1,710 | 1 642 | 1 608 |
Diskussion:
Studien belyser avvägningarna mellan glycerinkoncentration och termofysiska egenskaper. Medan högre koncentrationer ger lägre fryspunkter, minskar de också värmeledningsförmåga och specifik värmekapacitet, vilket potentiellt begränsar effektiviteten i vissa uppvärmningsapplikationer.
Slutsats:
Vattenhaltiga glycerinlösningar utgör ett lönsamt alternativ för specialiserade värmesystem, särskilt i miljöer med varierande temperaturer. Noggrant övervägande av glycerinkoncentrationen är dock avgörande för att balansera mellan frostskyddsegenskaper och värmeöverföringseffektivitet.
Procedur vid nödstopp av värmesystemet.
Lösningar av glycerin och vatten vid nolltemperaturer och lägre har en hög viskositetsnivå. Därför, om systemet har svalnat, är det lämpligt att först slå på själva värmeelementen och sedan starta cirkulationen. Detta kommer att minska belastningen på pumparna.
© 2024 Sergei Vesselkov. Alla rättigheter förbehållna.
Alla rättigheter förbehålls och ingen del av publikationen får reproduceras, distribueras eller överföras i någon form eller på något sätt, inklusive fotokopiering, inspelning eller andra elektroniska eller mekaniska metoder, utan ditt föregående skriftliga tillstånd.