Какое давление в трубах отопления: Рабочее давление в системе отопления многоквартирного дома

Рабочие жидкости для тепловых труб | Технология тепловых труб

Выбор рабочей жидкости для тепловых труб

Испарение и конденсация рабочей жидкости обеспечивают тепловым трубам высокую эффективную теплопроводность, которая может достигать 100 000 Вт/м·К. жидкость испаряется в испарителе, а затем конденсируется в конденсаторе, таким образом передавая тепло.

Первым шагом при выборе рабочей жидкости для тепловых труб и материала оболочки/фитиля является определение диапазона рабочих температур. Чтобы тепловая трубка работала, она должна находиться в условиях насыщения, когда тепловая трубка содержит как жидкость, так и пар. Практический диапазон рабочих температур медно-водяной тепловой трубки составляет примерно от 25° до 150°C.

Узнайте больше о теоретических и практических диапазонах температур для тепловых труб ниже.

Оболочка тепловых трубок и пары жидкостей

• Медная оболочка с водой в качестве рабочей жидкости обычно используется для охлаждения электроники
• Медные или стальные оболочки с хладагентом R134a обычно используются для рекуперации энергии
• Алюминиевая оболочка с аммиаком в качестве рабочей жидкости, обычная для термоконтроля космических аппаратов
• Суперсплавы: щелочные металлы (цезий, калий, натрий) для высокотемпературных тепловых трубок

Как указано в разделе «Совместимые жидкости и материалы», существует большое количество других совместимых пар оболочка/жидкость, которые используются в других диапазонах температур или когда необходимо учитывать дополнительные факторы. Например, медь/метанол часто используется для охлаждения электроники, когда тепловая трубка должна работать при температуре около 0°C или ниже, при которой вода замерзает. Выбор жидкости в заданном температурном диапазоне ранжируется по номеру качества.

Часто задаваемые вопросы по выбору жидкости для тепловых труб

Почему вода является наиболее часто используемой жидкостью для тепловых трубок, а аммиак используется для терморегулирования космического корабля?

Причина, по которой вода и аммиак являются обычными рабочими жидкостями, заключается в том, что они являются лучшими рабочими жидкостями для тепловых трубок для своих соответствующих температурных диапазонов, определяемых путем сравнения добротности.

При какой температуре работают тепловые трубы?

Рабочие жидкости теоретически работают от тройной точки до критической точки.

Тепловые трубы являются двухфазными теплообменными устройствами, поэтому для работы тепловой трубы необходима насыщенная рабочая жидкость, то есть в тепловой трубе будет и жидкость, и пар. Скрытая теплота рабочего тела передается путем испарения жидкости в испарителе и конденсации пара обратно в жидкость в конденсаторе. Теоретически тепловая трубка будет работать при температуре чуть выше тройной точки (уникальные температура и давление, при которых рабочая жидкость может находиться в жидкой, парообразной и твердой форме) и чуть ниже критической точки (пара и жидкость имеют одинаковые характеристики). Как обсуждается ниже, существуют и другие ограничения, которые сужают практический диапазон температур.

Тройная точка и критическая точка для ряда распространенных рабочих жидкостей для тепловых труб показаны слева и в таблице ниже. Есть несколько замечаний:

• В температурном диапазоне криогенных тепловых трубок (ниже примерно 100 К) имеются пробелы, где в настоящее время отсутствует известное рабочее тело.
• Существует много потенциальных рабочих жидкостей при заданной температуре, для температур выше 200 K. Обычно выбирается жидкость с наивысшим числом достоинств, где приемлема совместимая оболочка с тепловыми трубками. Например, хотя аммиак является более рабочей жидкостью, чем метанол, метанол следует выбирать при использовании медного фитиля и оболочки.
  • Число достоинств и совместимость материалов — не единственный фактор, т. е. для крупных геотермальных термосифонов может быть выбрана жидкость с низким потенциалом глобального потепления.

Отдельные рабочие жидкости для тепловых труб, тройная точка и критическая точка
(Точка замерзания используется для галогенидов, цезия и лития, поскольку тройная точка недоступна.)

*Прокрутите вправо для просмотра таблицы

Жидкость	Тройная температура, K	Критическая точка, K	Температура тройной точки, °C	Критическая точка, °С
Гелий	–	5,20	–	-268,0
Водород	13,95	33,15	-259,2	-240,0
Неон	24,56	44,49	-248,6	-228,7
Кислород	54,33	154,58	-218,8	-118,6
Азот	63,14	126,19	-210,0	-147,0
Пропилен	87,8	365,57	-185,4	92,4
Этан	91	305,33	-182,2	32,2
Пентан	143,46	469,7	-129,7	196,6
Р134а	169,85	374,1	-103,3	101,0
Метанол	175,5	512,6	-97,7	239,5
Толуол	178,15	591,75	-95,0	318,6
Ацетон	178,5	508. 1	-94,7	235,0
Аммиак	194,95	405,4	-78,2	132,3
Углекислый газ	216,58	304.1	-56,6	31,0
SnCl 4	240,15	591,85	-33,0	318,7
TiCl 4	243	638	-30,2	364,9
Вода	273,16	647. 10	0,0	373,9
Цезий	301,6	2045	28,5	1771,9
Нафталин	353,5	748,4	80,4	475,3
Калий	336,35	2239	63,2	1965,9
фунтов стерлингов 3	370,15	763	97,0	489,9
Натрий	370,98	2507	97,8	2233,9
Литий	453,64	3503	180,5	3229,9

Каковы практические пределы температуры рабочих жидкостей?

Этот расчет показывает, что пик производительности тепловой трубы обычно приходится на середину температурного диапазона между тройной точкой и критической точкой.

На практике диапазон жидкости меньше, чем теоретическая работа от Тройной точки до Критической точки, поскольку мощность, которую может нести тепловая трубка, резко падает вблизи точки замерзания и критической температуры.

Например, водяная тепловая трубка будет передавать некоторую мощность между тройной точкой воды (0,01°C) и критической точкой (373,9°C). Расчеты максимальной мощности для типичной водяной тепловой трубы показаны справа. Пиковая мощность возникает при температуре около 150°C и падает при более низких и более высоких температурах.

Каковы практические пределы температуры рабочих жидкостей?

Этот расчет показывает, что пик производительности тепловой трубы обычно приходится на середину температурного диапазона между тройной точкой и критической точкой.

На практике диапазон жидкости меньше, чем теоретическая работа от Тройной точки до Критической точки, поскольку мощность, которую может нести тепловая трубка, резко падает вблизи точки замерзания и критической температуры.

Например, водяная тепловая трубка будет передавать некоторую мощность между тройной точкой воды (0,01°C) и критической точкой (373,9°C). Расчеты максимальной мощности для типичной водяной тепловой трубы показаны справа. Пиковая мощность возникает при температуре около 150°C и падает при более низких и более высоких температурах.

Каковы пределы практической рабочей температуры для водяных тепловых трубок?

Средний практический диапазон рабочих температур для водяных тепловых труб составляет 25-150°С (со средним верхним пределом 300°С с оболочкой из титана или монеля).

• Давление насыщенного водяного пара в зависимости от температуры

  Практически, большинство водяных тепловых труб рассчитаны на работу при температуре выше ~25°C). При более низких температурах давление пара уменьшается, а также плотность пара, поэтому скорость пара при заданной мощности увеличивается. При температурах ниже примерно 25 °C вязкостные и звуковые пределы становятся важными, ограничивая мощность тепловой трубы.

• Практический верхний температурный предел для медно-водяных тепловых труб составляет примерно 150°C и определяется максимально допустимыми напряжениями в медной оболочке; см. рис. 6.  При 150 °C давление насыщенного водяного пара составляет 69 фунтов на квадратный дюйм (477 кПа). Так как медь относительно мягкая, требуемый диаметр при толщине стенки выше 150°С становится нецелесообразным.

Оболочки из титана или монеля увеличивают максимальный диапазон рабочих температур для воды до 300°C. В этом случае верхний температурный предел задается свойствами жидкости. Как и в случае любой насыщенной жидкости, свойства насыщенного пара и жидкости становятся все более и более похожими по мере приближения к критической точке. Хорошая рабочая жидкость для тепловых трубок имеет большую скрытую теплоту и большое поверхностное натяжение. Как показано на рисунках ниже, и скрытая теплота, и поверхностное натяжение приближаются к нулю вблизи критической точки (373,9°С).

Поверхностное натяжение воды как функция температуры

Скрытая теплота воды как функция температуры

 

Практические пределы температуры

более подробно обсуждаются в разделе «Совместимые жидкости и материалы», где в «Таблице совместимости рабочей жидкости и оболочки» перечислены практические пределы температуры. Обратите внимание, что верхний диапазон температур для некоторых из этих жидкостей определяется тем фактом, что более качественная жидкость может использоваться при более высоких температурах.

Тепловая трубка

Что такое показатель качества и как он используется при выборе рабочей жидкости для обычных тепловых труб?

Жидкости для тепловых труб оцениваются по формуле Merit Number:

где
ρ _l                     Плотность жидкости
σ                     Поверхностное натяжение
λ                      Скрытая теплота
мк _л                      Вязкость жидкости

Высокая плотность жидкости и высокая скрытая теплота уменьшают расход жидкости, необходимый для передачи заданной мощности, а высокое поверхностное натяжение увеличивает производительность насоса. Низкая вязкость жидкости снижает падение давления жидкости при заданной мощности. Число заслуг получено ниже.

Рис. 1. Показатель качества широко используемых рабочих жидкостей для тепловых труб.

Показатель качества в зависимости от температуры показан на рис. 1 для ряда типичных рабочих жидкостей для тепловых трубок. Из рисунка очень ясно, почему в качестве рабочей жидкости для тепловых труб по возможности выбирают воду. Его число достоинств примерно в 10 раз выше, чем у всех остальных, кроме жидких металлов, а это означает, что он будет нести в десять раз больше энергии (в соответствующем температурном диапазоне), чем другие рабочие жидкости.

Аммиак выбран для тепловых труб космических кораблей, так как он имеет самое высокое число Мерит (примерно в 3 раза меньше, чем вода) в их типичном диапазоне рабочих температур. Метанол, как правило, является предпочтительной рабочей жидкостью, когда аммиак и вода не подходят, поскольку он имеет третье по величине число добротности при условиях окружающей среды.

Как получить показатель качества для теплоносителей с тепловыми трубками?

Количество энергии, которую может нести тепловая трубка, определяется наименьшим пределом тепловой трубки при заданной температуре. Для данной тепловой трубы показатель Merit оценивает максимальную мощность тепловой трубы, когда тепловая труба ограничена капиллярами. (Капиллярный предел обычно контролирует мощность в среднем диапазоне, в то время как другие пределы контролируют более высокие и низкие температуры).

Капиллярный предел достигается, когда сумма перепадов давления жидкости, пара и силы тяжести равна способности капиллярного насоса:

Число Мерита пренебрегает падением давления пара и гравитационным давлением и предполагает, что способность капиллярной откачки равна падению давления жидкости. Уравнение для перепада давления жидкости в тепловой трубе:

, где
Δp _L Падение давления жидкости, предполагаемое, равное возможности насосной насос
L _{Эффективная} Эффективная длина
K _Wick ПЕРЕВАТЕЛЬНОСТЬ
A Wick . 0411              Фитильная зона

Массовый расход равен скорости теплопередачи, деленной на скрытую теплоту:

Производительность фитиля:

Где r _c  – радиус пор.

Объединяя три уравнения и решая для Q, максимальная теплопередача, когда рассматривается только падение давления жидкости, становится:

Где первое слагаемое состоит из характеристик тепловой трубы и фитиля, а второе слагаемое представляет собой показатель качества.

Подробнее об ограничениях по тепловым трубкам

Возврат к материалам, рабочим жидкостям и совместимости…

Почему у меня такое высокое давление воды?

Хотя высокое давление воды может иметь свои преимущества, такие как более расслабляющий и эффективный душ, оно также может нанести серьезный ущерб домашним водопроводным системам, светильникам и приборам, а также самому дому, если трубы начнут протекать. Большинство бытовых водопроводных систем рассчитаны на давление от 40 до 60 фунтов на квадратный дюйм, при этом 80 фунтов на квадратный дюйм является типичным максимумом, а все, что превышает 100 фунтов на квадратный дюйм, может быть вредным для компонентов сантехники. Если вы подозреваете, что в вашем доме в Чарльстоне высокое давление воды, важно как можно скорее проверить и устранить его у профессионального сантехника.

Нужна помощь с высоким давлением воды в районе Чарльстона? Позвоните в Preferred Home Services сегодня по телефону (843) 405-3601 или , запишитесь на онлайн-службу , чтобы получить совет от наших дружелюбных специалистов по сантехнике!

Почему в доме стучат трубы?

Хлопанье труб является одним из наиболее частых симптомов высокого давления воды в доме, так как может привести к более частому возникновению эффекта «гидроудара». Гидравлический удар возникает, когда поток воды внезапно прерывается, например, когда клапан закрывается, вызывая скачки давления внутри трубы.

Когда давление воды в доме слишком высокое, обычных способов смягчения или предотвращения гидравлического удара, таких как добавление воздушных камер или гасителей гидравлического удара, недостаточно, чтобы предотвратить возникновение эффекта. Эффект гидравлического удара может быть довольно сильным, заставляя трубы двигаться и ударяться друг о друга, а когда волны давления воздействуют на клапаны и фитинги, может произойти повреждение, которое приведет к утечкам. Другие причины ударов труб могут включать в себя трубы, которые не закреплены должным образом, или трубы, установленные так, что вокруг них слишком мало места для движения, когда они расширяются и сжимаются.

Другие симптомы высокого давления воды в доме

Хотя стук труб может быть верным признаком высокого давления воды, есть несколько других симптомов, на которые следует обратить внимание. К ним относятся:

• Высокое потребление воды – При высоком давлении воды легко использовать больше воды, чем вы намереваетесь, что увеличивает потребление воды и ваши счета за воду.
• Высокое давление в кране — Если кажется, что вода в кранах на кухне или в ванной находится под избыточным давлением, они часто брызгают или сильно брызгают из аэраторов, возможно, давление слишком высокое.
• Короткий срок службы прибора – Высокое давление воды может привести к преждевременному выходу из строя таких приборов, как стиральные машины, посудомоечные машины и водонагреватели.
• Утечки в водопроводе – Высокое давление воды может привести к протечке или взрыву труб, соединений труб, фитингов и клапанов только из-за давления или в сочетании с эффектом гидравлического удара.

В совокупности последствия высокого давления воды могут стать довольно дорогостоящими, особенно когда техника начинает выходить из строя, а из-за утечек происходит повреждение водой.

Что вызывает высокое давление воды?

К наиболее распространенным причинам высокого давления воды относятся:

• Высокое давление подачи – В районах, где есть высокие здания, пожарные гидранты или много холмов, давление в муниципальной системе водоснабжения может быть преднамеренно установлено высоким, чтобы обеспечить достаточное давление во всех местах. Обычно дома в таких районах оснащаются регулятором давления воды для снижения давления и защиты водопроводных систем дома.
• Низкое расположение — Если ваш дом находится в низине или у подножия холма, давление воды может естественным образом возрастать под действием силы тяжести по мере приближения к вашему дому.
• Изменения температуры – По мере повышения температуры в водопроводной системе вода расширяется, а давление увеличивается. Это может происходить при нагреве воды водонагревателем, особенно если в нем неисправен расширительный бак или предохранительный клапан.
• Неисправен регулятор давления воды – Если в вашем доме установлен регулятор давления воды, возможно, он вышел из строя. Регуляторы давления воды, как правило, служат от 7 до 10 лет, прежде чем потребуется их замена.

Как решить проблемы высокого давления воды

Для большинства домов регулятор давления воды будет наиболее эффективным решением проблем высокого давления воды.