Т я б л и ц а 13. Теплофизические свойства некоторых теплоносителей

Теплоноситель	Температура, К	Плотность, г/м3	Удельная теплоемкость		Теплопроводность Вт/(м К)	Кинематическая вязкость М2/с	Число Прандтля Pr
			кДж/(кг К)	кДж/(м3 К)
Воздух	475	0,75	1,75	1,31	3,9*10-2	3,52*10-5	1,18
Соль
45%NaNO2+
55%KNO3	725	1758	1,525	2680	0,35	2,32*10-4	1,78
Соль BaCl2	1575	2950	0,755	2230	0,35	2,07*10-4	1,32
Вода	293	998,2	4,18	4175	0,6	1,0*10-6	7,02
Шлак	1725	3500	1,20	4200	2,0	1,7*10-5	0,0357
Железо	1825	7000	0,88	6160	25,0	9,5*10-8	2,34*10-5
Калий	975	684	0,78	534	28,2	2,05*10-7	0,0039
Литий	975	465	4,61	2145	48,5	6,2*10-7	0,0273
Сплав
25% Na +	975	7047	0,87	614	30,9	2,14*10-7	0,0042
75% К
Сплав Вуда	475	10500	0,15	1575	9,6	2,43*10-7	0,04

применяют только в различных системах охлаждения, в том числе и электрических печей.

Жидкометаллические теплоносители, даже небольшой плотности (калий, натрий и сплавы на их основе), способны обеспечить эффективную конвективную теплопередачу, а особенно теплоотдачу при минимальном тепловом сопротивлении пограничного слоя, из-за высокой теплопроводности, имеющей электронную природу. Эксперименты показывает, что при нагреве в жидком натрии можно достичь значения коэффициента теплоотдачи конвекцией порядка 10-30 кВт/(м2 К). Однако печи сопротивления с такими теплоносителями не получили распространения из-за невозможности обеспечить безопасные условия их эксплуатации. Жидкометаллические теплоносители находят применение в закрытых системах охлаждения электрических печей некоторых типов и в других отраслях техники.

В конвективных печах сопротивления возможно применение твердого зернистого (0,1-4мм) теплоносителя, находящегося в состоянии псевдоожижения при фильтрации газа через слой сыпучего материала («кипящий» слой). Высокая эффективность конвективного теплопереноса в таком двухфазном теплоносителе, характеризуемая коэффициентом теплоотдачи порядка 400-500 Вт/(м2 К), зависит от теплопроводности газовой фазы и от объемной теплоемкости твердой фазы.

Условия конвективного переноса тепла зависят также от организации движения теплоносителя, т.е. от скорости и расхода теплоносителя, схемы принудительной циркуляции, создаваемой, как уже указывалось, печными вентиляторами для газов или

электромагнитными силами, возникающими при прохожде­нии электрического тока через электропроводный теплоно­ситель.

При переменной температуре теплоносителя в печах, работа­ющих по конвективному проточному режиму, вентилятор целе­сообразно располагать в наиболее холодной части печной камеры, например, перед калорифером после прохождения потока тепло­носителя через рабочее пространство печи, что позволяет развить максимальный напор и способствует увеличению срока службы вентилятора. В некоторых случаях для увеличения расхода теплоносителя устанавливают параллельно или последовательно два или несколько вентиляторов.

Скорость теплоносителя, определяющая механизм теплопереноса и удельную мощность его потока, может быть увеличена двумя способами:

увеличением расхода теплоносителя при неизменном попереч­ном сечении для прохода теплоносителя, что влечет за собой уменьшение разности температур теплоносителя на входе в рабо­чее пространство печи и на выходе из него, т. е. ухудшение ис­пользования тепла в рабочем пространстве.

уменьшением поперечного сечения для прохода теплоносителя при неизменном расходе теплоносителя, что приводит к увеличе­нию разности температур на входе и выходе, т, е. способствует улучшению использования тепла.

В большинстве промышленных низкотемпературных конвективных печей сопротивления скорость течения газообразных теплоносителей в рабочем пространстве составляет 5—15 м/с, что обеспечивает величину а" = 30-60 Вт/(м2 К).

Для интенсификации конвективной теплоотдачи в печах непре­рывного действия при нагреве металла с мало развитой поверх­ностью теплообмена применяют направленное движение струй теплоносителя со скоростью 40 м/с и более («атакующие струи»), что уменьшает толщину пограничного слоя и увеличивает а" до 100 - 120 Вт/(м² К).

При нагреве в жидком теплоносителе (в том числе и в жидкометаллическом) в начальной стадии после погружения нагрева­емого материала на его поверхности появляется слой твердой фазы (гарнисаж), толщина которого сначала нарастает, достигая некоторого максимального значения, а затем по мере нагрева этого слоя и нагреваемого материала уменьшается до нуля. Тепло­обмен между теплоносителем и нагреваемым материалом проис­ходит через этот слой, естественно, с меньшим значением коэф­фициента а", причем температура поверхности раздела жидкой и твердой фаз за время существования этого слоя остается по­стоянной, равной температуре плавления (для чистых металлов и солей) или температуре линии ликвидус (для смесей солей, сплавов и шлаков).

В таких условиях теплообмен между жидким теплоносителем и поверхностью нагреваемого материала является теплообменом в двухфазной среде с подвижной границей раздела фаз. На этой стадии нагрева принимают некоторое среднее значение коэффициента теплоотдачи а"с_р.

Вторая стадия конвективного нагрева, протекающая при непосредственном контакте поверхности нагреваемого материала с жидким теплоносителем, характеризуется коэффициентом тепло­отдачи а", зависящим от температуры и теплофизических свойств теплоносителя (см. табл. 13), условий циркуляции его в ванне печи: в соляных ваннах а" = 0,4-1,6 кВт/(м² К), в печах элек­трошлакового переплава а" = 3—6 кВт/(м² К), в печах с жидкометаллическими теплоносителями а" = 10 - 30 кВт/(м²К).