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    車隊長防凍液 - 小知識--沸騰傳熱優勢及現狀
    發布時間:2015-02-02 11:30:19   點擊: 506

    車隊長防凍液小知識--沸騰傳熱優勢及現狀


    最近幾十年,在核能、微電子冷卻、生物工程和航空航天等領域中,很多發熱裝置的熱通量已經遠超1MW.m-2。目前,發動機向著小型化、高動力、高轉速的方向發展,發動機及其零件的熱負荷越來越高。在這樣的發展趨勢下,發動機對冷卻系統的要求也越來越高,不僅要求更高的傳熱效率,還需要更小的體積。在這樣的背景下,對流傳熱的換熱能力己經不能滿足設備冷卻的需要,沸騰傳熱由于其極高的換熱能力,再次引起人們重視,有望成為解決這一問題的關鍵技術。

    發動機沸騰冷卻的思想就是在這樣的一種背景環境下產生的。國外的專家學者認為:1L水由液相變為汽相會吸收2260KJ的熱量。如果能夠利用相變轉換的原理運送發動機內多余的熱量,冷卻系統的性能必將顯著提高。同時還可使發動機的工作溫度升高,提高發動機的效率,減小冷卻系統的體積進而減小發動機整體體積,符合發動機小型化高效化的發展趨勢。相關資料表明,沸騰冷卻不僅能提升冷卻效果,而且還能使機體內溫度差異降低;發動機的制造成本降低10%-15%,機體的金屬材料消耗減少20%-25%,水套容積減少20%-25%,發動機的燃燒更加充分,經濟性提高3%-5%,污染物的排放也減少25%。

    沸騰換熱可顯著提高換熱效率,其過程有三個階段:核態沸騰、過渡沸騰和穩定膜態沸騰,其中核態沸騰有溫差小、換熱強的特點,所以一般工業應用都設計在這個范圍,在車用發動機技術方面的應用也不例外。

    通過理論分析與實驗驗證可知:利用核態沸騰的高換熱能力對內燃機進行高溫冷卻,不僅可以減小冷卻水腔的工作容積,提高發動機的動力性、經濟性和排放性,較小的溫度梯度還可以減小缸蓋熱應力,從而使其可靠性得以提高。眾所周知,液體發生相變,轉化為相同溫度的氣體需要吸收大量的熱。如果把這種原理應用到發動機冷卻系統中,使冷卻液在流動過程中吸熱沸騰,然后流經散熱器散發熱量后冷凝成液體。這種方法的好處是:其一,由于冷卻效率的提高,水泵所消耗的功率減小,有利于節能;其二,有利于發動機進一步強化;其三,縮小體積,減輕重量,有利于減少成本控制。

    在車輛高速行駛的過程中,大約發動機輸出總能量的65%用于克服空氣阻力。這其中一個重要的原因是由于為了強化冷卻效果而增大了散熱器的表面積。在克服空氣阻力方面節能研究對卡車更具實用價值,在這一節能領域,實用至上的美國卡車巨頭納威司達公司(Navistar)運用其在空氣動力學方面豐富研究成果,在國際上取得領先地位。另一方面,如果采用高沸點冷卻液作為冷卻介質時,其高效的沸騰傳熱效率可以減少冷卻液的用量,減小散熱器面積,優化散熱器的布置,就能進一步實現顯著節能功效;而客車可以騰出更大空間,增加乘員,提高經濟效益。

    沸騰換熱技術可給車用發動機冷卻系統設計帶來的利好是毋庸置疑的,其付諸實施的關鍵是將沸騰水平控制在核態沸騰的合理區域,尤其是過冷沸騰區域,避免膜態沸騰的發生。在此過程中,溫度與沸點是重要影響因素。采用沸點高、過冷度大的高沸點冷卻液,就保證了距離膜態沸騰足夠的安全距離而輕易做到過冷沸騰傳熱;如果用水基冷卻液,由于沸點與正常出水溫度很接近,要實現過冷沸騰傳熱要求極高的熱管理技術配合才能實現,如:用電子水泵實現冷卻液流量的可控,從而實現流量與壁溫之間的協同控制,并采用可靠的控制策略與監測手段便成為必要途徑,否則一旦失控非但不能加強換熱,反而會加速發動機受熱部件的失效。

    在汽車及發動機技術領域有關沸騰換熱現象及應用的研究屢見不鮮,最有代表性的是VALEO公司于1993年開始研究的“REROM”冷卻系統,該系統先期被稱作"Newcool”系統,該系統用一個功率只有30-60W的小型電子水泵替代了功率達1-2kW的傳統機械水泵,在高速或爬坡等高負荷工況實現核態沸騰換熱以加強發動機的冷卻。相比傳統冷卻系統,該系統可使冷卻系統減重20%,成本節約5-10%,在120-150km/h的較高車速下,油耗下降2%。

    車隊長防凍液 ?航空級防凍液 ?有機型防凍液?

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