Термосифонная система охлаждения: Термосифонная система или конвективный поток?

Содержание

Термосифонная система или конвективный поток?

Для определенных применений насосных агрегатов для охлаждения и промывки механических уплотнений используется так называемая термосифонная система. Она всегда замкнута и является одной из простейших систем охлаждения. В термосифонной системе охлаждения циркуляция осуществляется за счет разницы плотности горячей и холодной жидкости.

Прижившееся название на самом деле некорректно описывает принцип работы системы.

Очень часто в специальной литературе/интернете естественный тепловой конвективный поток известен также под ошибочно используемым термином «термосифон» или «термосифонный принцип». «Термосифонный принцип» использует эффект сифона (который известен нам, в частности, в изогнутой форме под раковиной) для уменьшения или же предотвращения охлаждения, например, отопительного котла. В верхней части сифона собирается тёплая вода, а в нижнем колене трубы – более холодная вода. За счёт этого естественный конвективный поток уменьшается или полностью прерывается. Этот эффект уменьшения или полного прерывания конвективного потока бачка с затворной жидкостью/активной системы затворной жидкости как раз нежелателен.

Чтобы избежать термосифонного эффекта и прерывания конвективного потока в насосных системах, подающие и обратные магистрали должны быть выполнены с непрерывным наклоном вниз или вверх, шланговые соединения не должны образовывать волны или провисать, а также температура затворной среды на входе зазора уплотнения должна быть значительно ниже температуры кипения затворной среды при существующем давлении в камере уплотнения.

При непреднамеренном термосифонном эффекте может произойти следующее:

  • Прекращение охлаждения затворной жидкости или же охлаждение в сильно ограниченной степени.
  • Торцевое уплотнение перестаёт смазываться и охлаждаться в достаточной степени.
  • Возможна работа торцевого уплотнения всухую, и как следствие – выход его из строя.
  • Поломка оборудования при высоком количестве оборотов, при которых будут образовываться пузырьки пара или газа в камере уплотнения. При превышении критического общего объёма пузырьков они скапливаются перед зазором торцевого уплотнения и препятствуют попаданию затворной жидкости в зазор.

Системы жидкостного охлаждения: термосифонная система охлаждения

В зависимости от способа циркуляции жидкости системы охлаждения подразделяют на термосифонные, с принудительной циркуляцией жидкости и смешанные (комбинированные).

Термосифонная система охлаждения (см. рис. 1, а) состоит из рубашки охлаждения 1, радиатора 4 и вентилятора 5, приводимого от шкива 2. Циркуляция в этой системе осуществляется за счет разницы удельного веса холодной и горячей жидкости. Во время работы двигателя жидкость в полости рубашки охлаждения 1 цилиндров нагревается и поднимается в верхнюю ее зону и рубашку 7 головки, откуда через широкий патрубок 6 поступает в верхнюю часть радиатора 4. В радиаторе жидкость отдает тепло воздуху, просасываемому вентилятором 5, плотность ее повышается, вследствие чего она опускается в нижнюю часть радиатора и по патрубку 3 за счет естественной конвенции опять поступает в рубашку охлаждения двигателя. Следовательно, для осуществления интен¬сивной циркуляции жидкости в таких системах нужен значительный перепад температур у жидкости, поступающей в радиатор и выходящей из него.

 


Рис. 1 – Схема жидкостных систем охлаждения:
а) термосифонная система; б) с принудительной циркуляцией жидкости; в) смешанная, или комбинированная система

Термосифонное охлаждение, как показала практика, обеспечивает удовлетворительный теплоотвод от двигателя только при сравнительно большой емкости системы и перепаде температур, достигающем 30°С. Преимуществом термосифонного охлаждения является простота системы. Тем не менее из-за ее громоздкости и других недостатков в современных автомобильных двигателях она не применяется.

 


Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.


Newer news items:

Older news items:


Термосифонная система - охлаждение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Термосифонная система - охлаждение

Cтраница 1


Термосифонная система охлаждения всегда замкнутая и является простейшей из всех замкнутых систем, однако вследствие малой интенсивности циркуляции воды она практически перестала применяться.  [2]

В термосифонной системе охлаждения

жидкость циркулирует за счет разцицы в плотности; холодной и горячей жидкости. Термосифонная система охлаждения проста, но малоэффективна вследствие медленной циркуляции жидкости. Она применяется для охлаждения преимущественно пусковых двигателей.  [3]

В термосифонной системе охлаждения ( рис. 88, а) происходит естественная циркуляция воды за счет изменения ее удельного веса при изменении температуры. С повышением температуры воды в рубашках 8 и 9 ее удельный вес уменьшается и она начинает подниматься по патрубку 7 и поступать в верхний бак 4 радиатора. Проходя через трубки сердцевины радиатора 1, вода в результате интенсивного теплообмена с воздушным потоком охлаждается, ее удельный вес увеличивается, и она опускается в нижний бак 12 радиатора, а оттуда по патрубку 11 снова попадает в рубашку блока, вытесняя из него нагретую воду.  [4]

В термосифонной системе охлаждения ( рис. 6.1, а) циркуляция воды происходит ввиду разной плотности холодной и горячей воды. Вода по патрубку 3 поступает в радиатор. В трубках радиатора, между которыми вентилятор 2 просасывает воздух, вода охлаждается и по трубе 5 снова поступает в рубашку.  [5]

В обоих двигателях применяется термосифонная система охлаждения. Водяные рубашки цилиндров и их головок соединены при помощи гибких шлангов 16 и 18 ( см. фиг.  [6]

Водяная система охлаждения в зависимости от способа циркуляции охлаждающей воды различается: а) с термосифонной системой охлаждения и б) с насосной системой охлаждения. При т е р м о с и-ф о н н о и системе охлаждения циркуляция воды происходит по принципу циркуляции жидкостей в двух сообщающихся сосудах, заполненных до общего уровня жидкостями различной плотности. Термосифонная система не требует никаких механизмов кроме радиаторного вентилятора. В отом заключается ее достоинство. Недостатком термосифонной системы является необходимость в широких проходных сечениях, в большой емкости системы, а следовательно большом весе и габаритах. Это объясняется ничтожным напором и, как следствием последнего, малой скоростью циркуляции. Насосная система охлаждения представляет собой ту же термосифонную систему, в сеть к-рой дополнительно включен насос, обычно центробежного типа. В этом случае циркуляции воды помимо термосифона происходит гл. Термосифонная система изредка встречается лишь у тракторных двигателей, для которых важна простота, а вес и габарит системы не имеют особого значения. У автомобильных двигателей встречается в настоящее время лишь насосная система охлаждения. Для хорошей и экономичной работы двигателя при различной его нагрузке необходима соответствующая интенсивность охлаждения. Последняя при указанных выше системах будет зависеть от окружающей темп-ры и оборотов двигателя. Для того чтобы обеспечить необходимую интенсивность охлаждения двигателя независимо от окружающей темп-ры и оборотов двигателя, в систему насосного охлаждения включаются термостаты. Термостат в зависимости от нагрева давлением заключенных в нем паров эфира расширяется и, соответственно действуя на клапан, регулирует проходное сечение для воды. При увеличении темп-ры воды соответственно увеличивается и циркуляция воды. Помимо регулировки циркуляции воды термостаты иногда ставят на жалюзи перед радиатором, чем регулируют количество проходящего через радиатор воздуха.  [7]

В термосифонной системе охлаждения жидкость циркулирует за счет разцицы в плотности; холодной и горячей жидкости. Термосифонная система охлаждения проста, но малоэффективна вследствие медленной циркуляции жидкости. Она применяется для охлаждения преимущественно пусковых двигателей.  [8]

При термосифонном охлаждении объем водяной рубашки должен быть большим, чем при принудительном охлаждении. Термосифонные системы охлаждения в настоящее время почти не применяются, так как стоимость изготовления радиатора увеличенных размеров превышает стоимость водяного насоса. Кроме того, принудительные системы обеспечивают более надежное охлаждение.  [9]

Перед проведением испытаний установку переоборудуют. Теплоизолируют воздухопровод от колонки со льдом до карбюратора, снимают подогреватели воздуха и топливо-воздушной смеси, заменяют замкнутую термосифонную систему охлаждения двигателя на прямоточную из системы водоснабжения.  [10]

Циркуляционные системы охлаждения применяют практически на всех двигателях. В них постоянное количество охлаждающей жидкости циркулирует в замкнутой системе. На рисунке 2.76 изображены принципиальные схемы жидкостного охлаждения с термосифонным и принудительным способами циркуляции жидкости. В термосифонной системе охлаждения ( рис. 2.76, а) циркуляция обусловливается разностью плотностей нагретой и холодной жидкости.  [11]

Страницы:      1

Термосифонное охлаждение - Энциклопедия по машиностроению XXL

Тепло от лопатки при термосифонном охлаждении может отводиться как изображено рис. 48, б и б, т. е. обдувом  [c.41]

Конструктивная схема лопаток с термосифонным охлаждением представлена на рис. 49. Радиатор служит продолжением елочного хвостовика.  [c.41]

Термосифонное охлаждение позволяет работать с весьма высокими температурами (1500° С и выше) однако при этом возникают ряд технологических трудностей и затруднения с отводом большого количества тепла от радиаторов.  

[c.42]


При водяном охлаждении тепло от стенок цилиндров отводится непосредственно в воду, которая передает полученное тепло воздуху. Для осуществления такой передачи тепла вода в двигателе должна циркулировать в замкнутой системе. В зависимости от способа, которым достигается циркуляция, водяное охлаждение подразделяется на термосифонное и насосное (принудительное). При термосифонном охлаждении циркуляция воды происходит под  [c.324]

Приближенно толщина водяной рубашки бд р = (0,10 ч- 20) О она обычно остается постоянной по длине цилиндра, но возрастает с увеличением его диаметра и напряженности работы двигателя. В связи со сложностью изготовления тонких стержней водяную рубашку выполняют обычно толщиной не менее 6—8 мм. Для лучшего охлаждения наиболее нагретых деталей во многих автомобильных карбюраторных двигателях водяная помпа подает воду сначала в расположенную внутри блока (рис. 21) или головки цилиндра стальную водораспределительную трубу 5 (в тракторных дизелях в водораспределительный канал). Через отверстия в этой трубе вода в первую очередь поступает к выпускным патрубкам и верхней части цилиндров. В некоторых современных американских автомобильных двигателях вода подается помпой лишь в головку блока, в которой она и циркулирует, в блоке же имеет место термосифонное охлаждение. Заслуживает большого внимания применение принудительного раздельного охлаждения для цилиндров и их головки.  

[c.79]

Фиг. 256. Схема термосифонного охлаждения.
Система термосифонного охлаждения имеет следующие положительные стороны.  [c.231]

Недостатки термосифонного охлаждения, указанные выше, весьма принципиальны и важны, в то же время достоинства его не имеют большой ценности.  [c.232]

Благодаря тому что насос создает необходимый напор, охлаждающая жидкость движется по всей системе с достаточной скоростью, гораздо большей, чем при термосифонном охлаждении. Вследствие этого уменьшается возможность замораживания радиатора и его склонность к засорению.  [c.232]

Таким образом, к недостаткам термосифонного охлаждения относятся  

[c.320]

К преимуществам термосифонного охлаждения необходимо отнести простоту устройства из-за отсутствия насоса. Однако недостатки термосифонного охлаждения не позволяют применять его для двигателей боевых и транспортных машин.  [c.320]


При термосифонном охлаждении циркуляция воды возникает вследствие уменьшения удельного веса воды при ее нагревании в рубашке блока цилиндров. Термосифонное охлаждение, несмотря на простоту устройства, не имеет широкого распространения ввиду недостаточной интенсивности циркуляции, требующей больших емкостей и поверхностей охлаждения радиатора.  [c.35]

Принципиально замкнутая система водяного охлаждения состоит из двух сообщающихся вверху и внизу сосудов, из которых один является источником тепла (рубашка цилиндра), а другой — холодильником. В зависимости от способа, которым достигается циркуляция воды, охлаждение подразделяется на термосифонное и насосное (принудительное). При термосифонном охлаждении циркуляция воды получается вследствие различной плотности горячей и холодной воды. Однако эта система, при всей своей простоте, требует значительного количества циркулирующей воды и больших габаритов. Наиболее распространена система охлаждения, при которой циркуляция воды осуществляется принудительно, за счет работы водяного насоса. Основными элементами системы охлаждения с принудительной циркуляцией воды являются радиатор-холодильник, вентилятор и водяной насос.  [c.177]

Для уменьшения отвода теплоты в охлаждающую воду в последние годы более широко стало применяться высокотемпературное охлаждение, при котором температура воды в системе поддерживается выше температуры ее кипения при параметрах окружающей среды. По этой же причине получает применение термосифонное охлаждение цилиндров. В этом случае только головки (крышки) цилиндров, а иногда и верхняя наиболее горячая часть втулок цилиндров охлаждаются принудительно, охлаждение же всей втулки или только ее нижней части происходит в результате естественной циркуляции воды при нагреве.  [c.258]

Водяной бак 4 обеспечивает заполнение во всех случаях системы водой, что достигается установкой бака 4 выше дизеля. Из бака по трубе пополняются утечки воды из системы, а водяной насос всегда заполнен водой, вследствие чего не происходит срыва в его работе, при остановке дизеля продолжается постепенное термосифонное охлаждение нагретых деталей. Водяной бак вертикальной перегородкой разделен на две части — одна из которых (объемом 230 л) включена в систему охлаждения дизеля, другая (объемом 106 л) — в систему охлаждения наддувочного воздуха. Обе части бака и меют отверстия для пропуска паровоздушной смеси. Вестовая труба и выполняет две функции отводит паровоздушную смесь из бака и через нее сливается излишек воды из бака. Бак 4 соединен подпиточной трубой 5 со всасывающей трубой в системы охлаждения дизеля. Труба л с головкой 24 служит для заправки бака 4 водой. Водяные системы можно заполнить через горловину 7 или через трубы с головками 24 и 25, к которым присоединяют шланг. Перед набором воды необходимо открыть вентиль 65. Системы можно заправлять водой й через горловину водяного бака 4, открыв перед этим вентили, как указано на схеме. Слив воды из системы производится через соединительные головки 24 и 25, как указано на схеме. Для окончательного слива 0ды необходимо вывернуть пробки на корпусе водяных насосов и всю систему продуть воздухом. Сливать воду рекомендуется при температуре ее не выше 40—45° С, а зимой — в закрытом теплом помещении.  [c.295]

Рис. 3.21. Схема водяного термосифонного охлаждения двигателя
При термосифонном охлаждении объем водяной рубашки должен быть большим, чем при принудительном охлаждении. Термосифонные системы охлаждения в настоящее время почти не применяются, так как стоимость изготовления радиатора увеличенных размеров превышает стоимость водяного насоса. Кроме того, принудительные системы обеспечивают более надежное охлаждение.  [c.40]

Пример 1. Автомобиль с двигателем, имеющим термосифонное охлаждение.  [c.157]


При принудительном циркуляционном охлаждении радиатор может иметь меньшие размеры, чем при термосифонном охлаждении. Это уменьшение пропорционально отношению создаваемых в этих системах средних температурных перепадов, т. е. составляет 26%.  [c.158]

Всеобщее распространение получили водяные насосы большой производительности, в результате чего большинство радиаторов работают в условиях насыщения (это не относится к термосифонному охлаждению).  [c.162]

В пусковом двигателе нет изолированной системы охлаждения. Его включают в систему охлаждения дизеля. При работе пускового двигателя осуществляется его термосифонное охлаждение и одновременный прогрев пускаемого дизеля. Во время работы основного двигателя продолжается циркуляция воды и через рубашку пускового, что предохраняет ее от замораживания при пониженных температурах. При спуске воды из системы охлаждения дизеля ее сливают и из водяной рубашки цилиндра пускового двигателя.  [c.135]

В термосифонной системе охлаждения циркуляция жидкости осуществляется за счет разности плотностей горячей жидкости, находящейся в рубашке цилиндров, и холодной, находящейся в холодильнике (радиатор или теплообменник). Вследствие малой скорости и возможности парообразования в полостях охлаждения термосифонные системы применяются только для ненапряженных в тепловом отношении двигателей малой мощности.  [c.188]

Жидкостное (водяное) охлаждение выполняется двух систем термосифонное и принудительное.  [c.165]

Под действием центробежных сил процессы тепло- и массообмена в ЦТТ протекают значительно интенсивнее, чем в обычных ТТ. Поле центробежных сил усиливает естественную конвекцию, что приводит к увеличению коэффициентов теплоотдачи от стенки испарителя к рабочей жидкости возрастает значение критической плотности теплового потока при кипении, значительно увеличивается тепловой поток, передаваемый ЦТТ, по сравнению с капиллярными ТТ и термосифонами. В зоне охлаждения центробежные силы эффективно удаляют пленку жидкости с поверхности конденсации, в результате достигаются высокие значения коэффициента теплоотдачи. Интенсифицируется также теплообмен ЦТТ с окружающей средой. Вышеперечисленные факторы делают возможным создание на базе центробежных тепловых труб компактных высокоэффективных теплопередающих устройств, а также различного рода теплообменников.  [c.81]

Рис. 48. Схемы жидкостного охлаждения рабочих лопаток а — циркуляционная (внутри лопаток — жидкость, на выходе — пар) б — термосифонная с индивидуальным радиатором (охладитель в жидкой фазе) в — термосифонная с индивидуальным радиатором (/ — жидкость, 2 — пар, 3 — конденсат 4 — радиатор)
Термосифонная циркуляция жидкости получила ограниченное применение в системах нагревания. Еще реже она используется в системах охлаждения. Значительно чаще применяются насосные гидравлические системы, особенно в системах охлаждения. Наиболее распространенными из таких устройств являются системы охлаждения тепловых двигателей.  [c.261]

Топливо, отработавшее (облученное) в реакторах на быстрых нейтронах, охлаждаемых натрием, предполагается перевозить после малой (до 6—12 мес) выдержки с применением принудительного охлаждения (воздухом или гелием), а в качестве-теплоносителей, передающих теплоту от ТВС к охлаждаемым стенкам контейнера, использовать жидкий натрий, свинец, дифенил, расплавы солей (с термосифонной осевой циркуляцией). Облученные ТВС перед их загрузкой в транспортный контейнер предполагается очищать от натрия с помощью влажных газов при температуре 150—200 °С с последующей водной промывкой.  [c.349]

Циркуляция охлаждающей жидкости в системе охлаждения может осуществляться по принципу термосифона, т. е. под влиянием напора, возникающего вследствие разности плотностей нагретой и охлажденной жидкостей (термосифонная система охлаждения), или принудительно под действием специального насоса.  [c.359]

При заполнении системы охлаждения антифризом заливной шланг 9 подогревателя присоединяют к патрубку системы охлаждения. В этом случае нагретая в рубашке подогревателя жидкость путем термосифонной циркуляции нагревает весь объем жидкости, находящейся в системе охлаждения двигателя.  [c.45]

При жидкостном охлаждении различают охлаждение принудительное, термосифонное и смешанное. При первом типе циркуляция охлаждающей жидкости в системе охлаждения обеспечивается работой циркуляционного насоса (фиг. 255).  [c.230]

При смешанном охлаждении циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается отчасти разностью весов горячей и холодной жидкости, т. е. по типу термосифона, а отчасти циркуляционным насосом. Последний в этом  [c.231]

Что касается смешанного охлаждения, то оно, недостаточно устраняя недостатки термосифонного, не имеет никаких преимуществ по сравнению с принудительным.  [c.232]


Керосин следует применять только при принудительной системе охлаждения и ни в коем случае не при термосифонной.  [c.240]

Более целесообразно применение термосифонного охлаждения (рис. 48, бив). Жидкость внутри лопатки в этом случае циркулирует за счет действия центробежных сил жидкости и разности температур по поперечному сечению канала. При подогреве стенкой лопатки плотность жидкости уменьшается это вызывает подъемную силу, приложенную к частице жидкости, величина которой (силы) в поле центробежного ускорения возрастает во много раз по сравнению с величиной подъемной силы в поле земного тяготения. Например, при угловой скорости (о=1000 рад1сек и окружной скорости 250 м1сек центробежное ускорение  [c.40]

На основании изложенного можно притти к заключению, что термосифонное охлаждение является неустойчивым и способным легко при известных условиях отказать в работе. Для улучшения циркуляции необходима большая разность температур входящей и выходящей воды.  [c.232]

При термосифонном охлаждении жидкость циркулирует (фиг. 270) под влиянием разности давлений столбов воды, находящихся как бы в двух сообщающихся сосудах в зарубашечном пространстве цилиндров двигателя и радиаторе. Жидкость, нагревшаяся от стенок цилиндров, по верхнему трубопроводу направляется в радиатор, а охлажденная движется от радиатора по нижнему трубопроводу к цилиндрам. Так как разность плотностей нагретой и охлажденной жидкости мала и высота столбов жидкости ограничена из-за малой габаритной высоты моторного отделения, то получается небольшой напор жидкости, вследствие чего и скорость ее циркуляции при термосифонном охлаждении получается также незначительной.  [c.320]

Вследствие сравнительно малого напора требуется увеличение емкости системы и проходных сечений. Кроме того, для нормальной работы термосифонного охлаждения необходимо, чтобы уровень охлаждающей жидкости в радиаторе всегда был выше отверстия верхнего трубопровода, подводящего жидкость из зарубашечного пространства цилиндров, иначе жидкостной контур прервется, нормальная циркуляция жидкости прекратится, и двигатель перегреется.  [c.320]

В настоящее время выпускаются различные водяные отопители, но в боль-щинстве случаев радиатор, вентилятор и электродвигатель помещаются в небольшом общем корпусе. Преимуществом подобных отопителей является легкость регулировки и низкая температура поверхности нагрева. В автомобилях малой вместимости с термосифонным охлаждением требуемая циркуляция в системе отопления может быть легко достигнута с помощью установки небольшого водяного насоса.  [c.682]

Охлаждение двигателя термосифонное, усиленное центробежным насосом (нагнетающая трёхлопастная крыльчатка расположена в верхней части головки блока, укреплена на оси, составляющей одно целое с осью вентилятора). Характеристика двигателя ГАЗ-АА дана на фиг. 8, а.  [c.95]

Как уже указывалось, поверхностная часть теплоутилиза-тора ТКП-10 решена на основе термосифонных труб, сгруппированных и установленных в тепловых модулях. Водяная камера модул я имеет съемную крышку, а модуль может извлекаться из агрегата. Таким образом, обеспечен доступ для осмотра и чистки с обеих сторон теплообменной поверхности. Термосифонные трубы 0 57X2,5 мм заполняются на 7з часть объема водой, затем вакуумируются и герметично завариваются. Поверхностная часть тепл оутилизатора является первой ступенью охлаждения дымовых газов печей, в которой температура их снижается примерно до 200 °С. Дальнейшее охлаждение дымовых газов до 40 С, т. е. ниже точки росы, которая для уходящих газов печей обычно не превышает 40—45 °С, происходит в контактной камере. С учетом загрязненности воды, контактирующей с газами в подобном теплоутилизаторе, предусмотрена установка промежуточного водо-водяного теплообменника, в котором циркулирующая вода охлаждается до 20—25 °С и снова поступает в водораспределители контактной камеры, а нагретая в теплообменнике вода (при использовании ТКП-10 для горячего водоснабжения) поступает в водяные камеры модулей термосифонных труб, где она нагревается до необходимой температуры за счет теплоты, воспринятой термосифонами от дымовых газов.  [c.203]

В этих случаях для концентрации шлама, образующегося в большом количестве, применяются специальные устройства, из которых производится непрерывная продувка с тем, чтобы содержание шлама в воде, циркулирующей в поверхностях нагрева, не превышало 3 000 мг/л (по нормам Госгортехнадзора). Наиболее желательно выделить в самом котле отсек с повышенной Онцентрацией шлама и из него и производить продувку. Если это невозможно, то применяется показанный на фиг. 10-82 контур термосифонно Го шламоуда-ленИ Я. В этом устройстве часть котловой воды поступает в линию 8, заключенную в паровую рубашку II, и частично превращается в пар вследствие снижения давления при подъеме воды. На опускных неизолированных участках б и 2 происходят конденсация пара и охлаждение воды. За счет разности удельных весов воды в линиях 6 и 2, шламоотделите-ле / и пароводяной смеси в линии 8 создается движущий напор, обеспечивающий циркуляцию воды в контуре.  [c.498]


СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

В системе жидкостного охлаждения циркулирующая жидкость воспринимает теплоту от стенок цилиндров, головки блока и других нагретых деталей и передает эту теплоту через радиатор окружающей среде.

По способу циркуляции охлаждающей жидкости различают термосифонные и принудительные (насосные) системы.

В термосифонных системах охлаждения циркуляция жидкости происходит вследствие разности плотностей нагретой и охлажденной жидкости. В насосных системах охлаждения циркуляция жидкости осуществляется с помощью специального насоса. Эта система является более надежной, кроме того, ее масса и объем значительно меньше, чем термосифонной системы охлаждения.

В автомобильных двигателях применяют системы принудительного охлаждения. В качестве теплоносителя обычно используют воду. Однако вследствие низкой температуры кипения и высокой температуры замерзания воды желательна замена ее другими видами теплоносителей. До сих пор еще не найден теплоноситель, удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к нему (высокая температура кипения, низкая температура замерзания, достаточно высокая теплоемкость, малая вязкость, анти-коррозионность, хорошая смачиваемость, постоянство физических свойств и химического состава, малая стоимость, удобство хранения и эксплуатации). Широкое распространение при эксплуатации двигателей в зимних условиях получили водяные растворы глицерина и гликолей, понижающие температуру замерзания до минус 40—65° С.

Для двигателей с жидкостным охлаждением допускаемая температура охлаждающей жидкости в закрытых системах (система охлаждения герметично закрыта при помощи паро-воздушного клапана) равна 100° С (максимальная, кратковременно допустимая 105° С), а в открытых системах (система охлаждения сообщается с атмосферой через контрольную трубку) 90—95° С.

В современных автомобильных двигателях исключительно применяется система жидкостного охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией жидкости и с одной или двумя системами регулирования — потемпературамжидкости(термостат) и воздуха (жалюзи перед радиатором).

Принудительная система охлаждения состоит из следующих элементов: рубашек охлаждения цилиндров и головок цилиндров, водяного насоса, радиатора, вентилятора, вспомогательных устройств и контрольно-измерительных приборов (термостаты, жалюзи, термометры и манометры).

1. Рубашка охлаждения

Рубашки охлаждения цилиндров и головки цилиндров проектируют с учетом прочности блока и головки и технологичности их изготовления. Скорость протекания воды в рубашке колеблется в пределах 0,5—1,0 м/сек. Для равномерного охлаждения всех цилиндров охлаждающую жидкость подводят отдельно к каждому цилиндру. Для этого внутри блока цилиндров делают каналы, в которые подается вода, поступающая к цилиндрам через окна в стенках этих каналов. Перепуск воды осуществляется через несколько отверстий в блоке и головке цилиндров, причем эти отверстия расположены в зоне наиболее нагретых частей головки цилиндров. Полости головки цилиндров должны иметь такую форму, чтобы при заполнении системы водой, в них не могли образовываться паровые и воздушные пробки. Кроме того, в системе охлаждения не должна оставаться вода при сливе ее через выпускные краны.

Подвод охлаждающей жидкости может производиться: 1) к нижней части цилиндров, что позволяет избежать образования застойных зон и паро-воздушных пробок, нарушающих циркуляцию; 2) к верхней части блока, в этом случае нижняя часть рубашки исключается из принудительной циркуляции, вследствие чего повышается температура нижнего пояса гильз; 3) к головке цилиндров, откуда относительно небольшое количество жидкости поступает в блок, а остальное — в радиатор. В последнем случае рубашки блоков неполностью включены в систему принудительной циркуляции и цилиндры омываются жидкостью, предварительно нагретой в головке. При этом циркуляция жидкости в блоке создается путем отсоса ее насосом через торцовые окна. Эта система обеспечивает быстрое прогревание гильз после пуска двигателя.

2. Водяной насос

В системе охлаждения обычно применяется водяной насос центробежного типа. Валик насоса, объединенный с валиком вентилятора, приводится в действие клиновидным ремнем от шкива на переднем конце коленчатого вала. Радиальные зазоры между крыльчаткой и корпусом водяного насоса должны бытьнеболее1мм,осевые — неболее0,2 мм.Передаточное отношение привода насоса равно 0,98—1,95. Скорость жидкости во всасывающих патрубках одноступенчатых водяных насосов не превышает 2,5—3 м1сек. Наибольший напор, создаваемый водяным насосом, зависит от сопротивления системы охлаждения. Для нормальной работы системы охлаждения давление в любой точке жидкостного тракта не должно быть меньше давления парообразования жидкости. Напор, создаваемый водяным насосом в автомобильном двигателе, составляет 35—150 кн/м? (3,5— 15 м вод. ст.). Мощность, затрачиваемая на приведение в действие насоса, равна 0,2—0,5% эффективной мощности двигателя.

Для повышения надежности работы системы охлаждения в корпусе насоса на входе перед крыльчаткой располагают винтовой направляющий аппарат для создания вращательного движения поступающей жидкости. Скорость жидкости во впускных каналах не превышает 2,5—3 м/сек.

3. Радиатор

Радиатор предназначен для передачи теплоты воды окружающему воздуху. Для повышения охлаждающего эффекта радиатора подводимый от двигателя поток горячей воды разбивается на ряд мелких струек, каждая из которых проходит по трубке или каналу, обдуваемому воздухом. В автомобильных двигателях радиатор должен иметь небольшую лобовую поверхность при значительной поверхности охлаждения.

Наибольшее распространение получили трубчатые радиаторы . Охлаждающая решетка таких радиаторов состоит из вертикальных трубок плоского, овального или круглого сечения, припаянных к верхнему и нижнему резервуарам радиатора. Эти трубки проходят через ряд тонких горизонтальных пластин, которые повышают эффективность охлаждения и жесткость конструкции. Овальные и плоские трубки лучше сопротивляются разрыву, лучше обтекаются воздухом и имеют большую относительную поверхность охлаждения, чем круглые.

В пластинчатых радиаторах охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве, образованном каждой парой спаянных между собой по краям 2 пластин 1. Верхние и нижние концы пластин впаяны в отверстия верхнего и нижнего резервуаров радиатора. Воздух проходит между спаянными пластинами. Для увеличения поверхности охлаждения пластины делают волнистыми. Такие радиаторы быстро загрязняются, имеют большое количество паяных швов и требуют более тщательного ухода, поэтому их применяют сравнительно редко.

В трубчатом и пластинчатом радиаторах охлаждающая жидкость протекает по трубкам, омываемым снаружи воздухом.

В сотовом радиаторе воздух проходит по горизонтальным трубкам, омываемым снаружи охлаждающей жидкостью. К достоинствам радиатора такого типа относится большая, чем в радиаторах других типов, поверхность охлаждения. Недостатки сотовых радиаторов те же, что и у пластинчатых, и это препятствует их широкому распространению.

Глубина сердцевины радиатора составляет 75—150 мм. Сердцевинурадиатораглубиной75—150ммнаглухосоединяют с резервуарами при помощи пайки. Радиатор устанавливается на резиновых подушках и крепится к раме автомобиля. В верхнем резервуаре расположен заливной патрубок с сетчатым фильтром. В этом патрубке находится конец контрольной трубки, которая внизу сообщается с окружающей средой и предохраняет трубки радиатора от разрыва.

У двигателей с закрытой системой охлаждения для предохранения ее от разрушения в пробке горловины радиатора устанавливают паро-воздушный клапан , состоящий из двух клапанов: парового и воздушного. Паровой клапан 2 предохраняет систему от разрушения при повышении температуры жидкости и регулируется на давление 20—30 кн/м2 (0,2—0,3 кГ/см2). При этом давлении паровой клапан перепускает пар в атмосферу.

Воздушный клапан 1 предохраняет систему от разрушения при падении давления в системе (при остывании жидкости), и его регулируют на разрежение открытия 1 —4 кн/м2 (0,01 —0,04 кГ/см2). Приэтом давленииклапанперепускаетвоздухизатмосферы.

Скорость жидкости в трубках радиатора должна быть 0,7— 0,9 м/сек. Скорость воздуха, отнесенная к сечению перед фронтом радиатора, изменяется в пределах 7—12 м/сек.

При проектировании размеры радиатора выбирают в соответствии с компоновкой автомобиля и целесообразными затратами мощности на привод вентилятора для обеспечения нормального теплового состояния двигателя. Количество воздуха, проходимого через радиатор автомобильного двигателя, равно (0,2 — т — 0,3) Nе л/ч [или (140 ч — 220) Nnкг/ч, если Neв л. с].

Ориентировочно охлаждающая поверхность радиатора для легковых автомобилей F= (13 -т — 20) 10~5 Neм2, где Nе в em [F= = (0,10 — 5 — 0,15) Neм2, если N(1 в л. с] и для грузовых автомобилей F= (20 ч — 40) 10 5 Neм2 [F= (0,15 -*■ 0,3) Neм2, если Neв л. с].

4. Вентилятор

В автомобильных двигателях преимущественно применяют вентиляторы осевого типа. Диаметры вентиляторов колеблются в пределах 0,3—0,7 м (большие значения относятся к вентиляторам грузовых автомобилей). Наивыгоднейший угол атаки для плоских лопастей 40—45°, а для выпуклых — около 35°. Ширина лопастей равна 30—70 мм. Число лопастей, изготовляемых из листовой стали толщиной 1,25—1,8 мм, не превышает 4-6.

Для уменьшения вибрации и шума лопасти вентилятора располагают Х-образно, попарно под углами 70 и 110°. Вентиляторы устанавливают на одном валу с водяным насосом. Привод вентилятора осуществляется с помощью ременной передачи, ведущий шкив которой установлен на коленчатом валу двигателя. Расстояние между радиатором и вентилятором достигает 80— 100 мм при установке направляющего кожуха и 10—15 мм без него.

Для повышения экономичности могут применяться вентиляторы с переменной производительностью, у которых число оборотов изменяется от максимального до нуля или изменяется угол наклона лопаток к направлению воздушного потока. Эта регулировка осуществляется с помощью термостата. При пуске холодного двигателя термостат устанавливает лопасти вентилятора в положение, при котором воздух через радиатор не просасывается или отсасывается от двигателя к радиатору для ускорения прогрева последнего.

Для уменьшения мощности, необходимой для привода вентилятора, и улучшения работы системы охлаждения разработаны и применяются отключающиеся вентиляторы с автоматическим приводом (двигатели ГАЗ-53А и др.). В этом случае шкив привода вентилятора снабжается электромагнитной муфтой с обмоткой, а сам вентилятор со ступицей устанавливается свободно па подшипниках. При нормальной температуре воды в системе охлаждения температурный датчик, расположенный в верхнем бачке радиатора, размыкает электрическую цепь муфты, и вращение от шкива вентилятору не передается — вентилятор выключен. При повышении температуры до 90—95° С датчик замыкает электрическую цепь, включая муфту, которая притягивает ступицу вентилятора и последний начинает вращаться вместе со шкивом.

При подборе вентилятора следует учитывать, что количество воздуха, подаваемого вентилятором, пропорционально первой степени числа оборотов коленчатого вала, создаваемый напор — второй степени числа оборотов, а потребляемая мощность — третьей степени числа оборотов.

5. Термостат

Принцип действия двухклапанного термостата состоит в следующем.

Когда вода в системе холодная, то клапан 1 перекрывает отверстие, ведущее в радиатор, а вода из головки цилиндров поступает через окна 2 в корпус 4 к впускному патрубку водяного насоса, минуя радиатор. Когда температура воды поднимается до 65° С (по ГОСТу температура начала открытия клапана равна 70—75° С), гофрированный баллон 5 термостата вследствие увеличенияупругостипаровсмесибудетдеформироватьсяи клапан 1 начнет открываться, а клапан 3 перекроет окна 2 в корпусе термостата. В результате этого поток воды направляется в радиатор, а перепуск к водяному насосу прекращается. Клапан 1 открывается полностью при температуре воды 90° С (по ГОСТу температура полного открытия клапана равна 83—90° С). При охлаждении воды термостат возвращает клапаны в первоначальное положение. Суммарная площадь окон термостата должна быть не менее 70% площади проходного сечения основного клапана.

Недостатком жидкостных термостатов является их зависимость от внешнего давления, что может вызвать значительное колебание температуры открытия клапана.

В некоторых моделях двигателей (ЗИЛ-130 и др.) получил применение более надежно работающий термостат с твердым наполнителем. Такой термостат представляет собой баллон 13, закрытый герметично крышкой 10 . Между баллоном и его крышкой закреплена резиновая мембрана 11. Внутренность баллона заполнена активной массой 12, состоящей из церезина (кристаллический нефтяной воск), перемешанного с медным порошком. Эта масса имеет значительный коэффициент’ объемного расширения, что обусловливает большие перестановочные усилия и нечувствительность термостата к изменению внешнего давления. Наибольшее расширение достигается при температуре 75—80° С.

На мембрану опирается шток 9, расположенный в направляющей части крышки и шарнирно соединенный с клапаном 7, который установлен на шарнирной опоре в горловине 6 водяного патрубка. Клапан 7 постоянно прижимается к краям горловины пружиной 8.

Для дополнительного регулирования температурного режима системы охлаждения служат шторки и решетки из поворачивающихся пластин (жалюзи), устанавливаемые перед радиатором и регулируемые вручную или автоматически (с помощью термостата).

Система охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя служит для отвода тепла от дета­лей, испытывающих действие высоких температур при сгорании топлива в цилиндре или трении.

Без отвода тепла чрезмерно перегретые детали могут быстро выйти из строя. Количество тепла, которое необходимо отводить, определяется путем испытания двигателей различных типов. Можно принять, что удельный съем тепла должен быть:

для тихоходных дизелей в пределах ……………….… 400—600 ккал/л. с. ч.

для быстроходных дизелей...................................... 200—300 ккал/л. с. ч.

По способу отвода тепла системы охлаждения подразделяются на испарительные, воздушные и жидкостные. В испарительной системе охлаждения отвод тепла происходит в результате испарения жидкости, омывающей нагретые детали. При воздушном охлаждении на наружной поверхности цилиндров и крышек расположены ребра, которые охлаждаются потоком воздуха, создаваемым при помощи вентилятора. Для стационарных двигателей преимущественное рас­пространение получило жидкостное охлаждение. Теплоносителем в этом случае чаще всего служит вода. Однако для охлаждения порш­ней часто применяют масло или объединяют систему охлаждения поршней с системой смазки.

Системы водоохлаждения подразделяются на проточные и замк­нутые.

На фиг. 141 представлена схема проточного охлаждения. Вода, забираемая водяным насосом 4 из водоема 1, направляется в напор­ный бак 6, откуда самотеком в нижнюю часть зарубашечного про­странства цилиндров. Затем охлаждающая вода перетекает во внут­реннюю полость цилиндровых крышек, после чего направляется к выхлопному трубопроводу и отводится в слив.

В тех случаях, когда подача охлаждающей воды в двигатель осуществляется непосредственно насосом (напорный бак отсут­ствует), необходимо предусмотреть резервный насос на случай выхода из строя работающего. Так как использованная в двигателе вода выбрасывается, проточное охлаждение требует наличия источника недорогой воды. Во избежание отложения накипи в проточных системах температура охлаждающей воды по выходе из двигателя обычно ограничивается 40 — 50° С. При этом перепад температур вхо­дящей в двигатель и выходящей из него воды желательно б.рать не выше 15 — 20° С. Увеличение этого перепада приводит к неравно­мерности температур охлаждаемых деталей двигателя, а следова­тельно, к увеличению температурных напряжений. Для поддержания нужного перепада температур прибегают к частичному перепуску через вентиль 3 теплой воды во всасывающую магистраль.

Одним из существенных недостатков проточной системы является повышенное загрязнение полостей водяных рубашек цилиндров механическими примесями.

Замкнутая система охлаждения является более современной. В такой системе охлаждающая жидкость многократно возвращается в двигатель, предварительно охладившись в теплообменнике.

Различают термосифонный и насосный способ побуждения к дви­жению охлаждающей жидкости в замкнутой системе.

Термосифонный метод циркуляции жидкости основан на разности плотностей жидкости в полостях, где она нагревается, охлаждая детали, и в теплообменнике, где жидкость охлаждается.

Термосифонная система применима только для ненапряженных двигателей малой мощности, так как в ней слишком малы скорости циркуляции жидкости.

При насосном способе циркуляция охлаждающей жидко­сти производится специальным насосом.

Теплообменники, в зависимости от типа, охлаждаются проточ­ной водой или воздухом. В качестве теплообменников применяются: градирни башенного типа, открытые градирни капельного или брыз­гального типа брызгальные бассейны, естественные водоемы и тепло­обменники трубчатого типа. Последние часто применяются при нали­чии слишком жесткой воды, которую в этом случае используют для охлаждения более мягкой воды, циркулирующей в системе охлаж­дения двигателя.

На фиг. 142 представлена схема такой замкнутой системы охлаж­дения. Предварительно умягченная вода из напорного бака 2 направ­ляется в двигатели 3. Нагретая вода сливается в бак умягченной воды 6, откуда насосом 7 прогоняется через трубчатый теплообмен­ник 10, где, охладившись, вода вновь направляется в напорный бак 2. Более жесткая вода, омывая трубчатый теплообменник 10 и нагре­ваясь, направляется насосом 8 в градирню 14, где вновь охлаждается. Убыль умягченной воды восполняется из водоумягчителя 5.

При наличии умягченной воды температура воды по выходе из двигателя составляет обычно 75—85° С.

Количество циркулирующей жидкости определяют по формуле

Примерное количество воды, проходящее через систему охлаж­дения, составляет:

для проточной системы охлаждения 25—30 кг!э. л. с. ч.;

для замкнутой системы охлаждения 50—100 кг!э. л. с. ч.

Для замкнутой системы охлаждения, где теплообменником является радиатор, в котором охлаждающая жидкость охлаждается воздухом, количество циркулирующей воды доходит до 80 — 180 кг/э. л. с. ч.

При подсчете мощности, потребляемой насосом, его расчетную производительность Gрасч берут на 15—20% больше, чем Gв. Эта мощность исчисляется по формуле

здесь Нм — необходимый напор, зависящий от сопротивления системы;

?г —гидравлический к. п. д. насоса;

?м —механический к. п. д. насоса.

Необходимый напор Н обычно находится в пределах 5—15 м вод. ст.

Механический к.п.д. ?м можно при ориентировочных расчетах принимать равным единице.

Режим охлаждения в современных установках регулируется по показаниям приборов или автоматически действующими клапа­нами — термостатами, которые поддерживают постоянную темпе­ратуру охлаждающей жидкости, выходящей из двигателя.


Термосифонная система охлаждения, термосифон

Термосифонная система нагрева воды успешно используется в солнечных коллекторах. Более того, солнечный коллектор на принципе термосифона — самый простой и надежный для изготовления своими руками. При небольшом водоразборе это очень хорошее решение.

На чем построен принцип термосифона: пассивный теплообмен на основе естественной конвекции, которая заставляет жидкость и газ циркулировать без насоса.

Холодная вода имеет более высокую удельную плотность, чем теплая, поэтому холодная вода «тяжелее» и опускается вниз. Естественная конвекция начинается в тот момент, когда передача тепла к теплоносителю приводит к разности температур в контурах термосифонной гелиосистемы. Конвекция перемещает нагретую жидкость вверх в системе и одновременно заменяет менее нагретой.

Одна из возможных схем реализации термосифонной системы нагрева воды.

Резервуар для воды должен находиться выше коллектора, в противном случае цикл циркуляции пойдет в обратном направлении в темное время суток. Единственный серьезный недостаток термосифонных солнечных систем — сезонность. Но решение у этой проблемы есть: гелиосистемы на антифризе, с доработанной конструкцией и открытыми резервуарами. Такие системы заслуживают отдельной статьи.

Правильно сконструированная термосифонная система нагрева воды имеет минимальное гидравлическое сопротивление, так что вода легко перемещается под относительно низким давлением, создаваемым естественной конвекцией.

Ниже рассмотрим простой прототип термосифонной системы нагрева воды на основе солнечного коллектора. Это не самый эффективный метод использования солнечной энергии для нагрева воды и работает сравнительно медленно, но такой коллектор может смастерить любой. Итак, теория.

Прототип термосифонного солнечного коллектора

Список запчастей включает в себя рекомендуемые материалы, подобранные под температурный режим. Необходимо использовать термостойкие материалы, способные выдерживать длительное воздействие 80ºС: сшитый полиэтилен, ХПВХ, полипропиленовые переходники, высокотемпературные шланги из этилен-пропиленового каучука (EPDM резина). Напомню, это простейший и самый доступный материально вариант.

Ориентировочный список материалов для термосифонной гелиосистемы (размеры конвертированы с дюймов):

  • Четыре балки 5х10 см 2.40 м.
  • Пять балок 2,5х10 см 2.40 м.
  • Два винта 2,5 см.
  • Кровельные винты оцинкованные 7,6 см.
  • Два листа металлического шифера 2.40 м.
  • Термостойкая черная краска (селективная, для каминов и барбекю, подробнее здесь).
  • Садовый шланг термостойкий (EPDM резина, до 90ºС) внутренним диаметром 7,5 см, 30 м.
  • Пластиковые стяжки термостойкие, УФ-стойкие 20 см, 100 шт.
  • Резервуар для воды на 200 л.
  • Два латунных крана на шланг, 7,5 см, конфигурация на фото.
  • Тефлоновая лента.
  • Две полипропиленовых перемычки (bulkhead fittings) термостойких, 7,5 см.
  • Два адаптера труба-шланг латунных, 7,5 см.
  • Два хомута на шланг.
  • Изоляция вспененная для труб, 90 см.

Каркас для коллектора

Каркас для термосифонной системы можно соорудить в виде А-образной рамы. Используйте балки и винты: установите переднюю ножку каждой опоры под требуемым углом наклона к панели коллектора (ваш угол широты хорошая отправная точка), и прикрепите заднюю ножку на противоположном углу для стабильности. Соедините две ножки (спереди и сзади) каждой из сторон горизонтальной перемычкой.

Соедините две задние ножки двумя балками. Установите три балки поперек опор, закрепите винтами.

Установите листы шифера на раму с помощью винтов. Верхний лист должен быть положен внахлест. Покрасьте панель термокраской, дайте полностью высохнуть.

Установка шланга термосифонной системы

Выложите и отметьте путь трубы на панели коллектора, снизу-вверх. Не допускайте ее перегибов. Шланга должно хватить на 8 витков на 120 см высоты панели. Не забудьте оставить несколько метров для подключения к резервуару.

Не допускайте провисания шланга.

Просверлите отверстия в шифере и закрепите трубу с помощью пластиковых стяжек. Интервал между стяжками около 30 см. Шланг должен быть в полном контакте с панелью для эффективной теплопередачи.

Подготовка резервуара для термосифонного коллектора

В бак необходимо врезать переходники для обеспечения герметичного соединения с шлангом. В переходники войдут латунные краны.

В резервуаре необходимо проделать отверстия под фитинги. Нижний слив сверлите как можно ближе к дну, верхний — около 1/3 от крышки бака. На резьбу крана намотайте тефлоновую ленту и вкрутите в переходник. Переходник вставьте в бак и закрутите его гайкой изнутри.

Подсоединение шланга и установка резервуара

Разместите бак на прочном постаменте, который позволяет кранам быть выше шлангов на коллекторе. Коллектор должен быть близко к резервуару. Укоротите трубу так, чтобы она не провисала. Подсоедините переходник и закрепите с помощью хомута. Подсоедините шланги к кранам, затяните стяжки на панели для лучшего соприкосновения с шифером. Отрез теплоизоляции наденьте на часть трубы с горячей водой вверху от бака к коллектору.

Нагрев воды термосифонным солнечным коллектором

Откройте краны и наполните резервуар, оставив 5 см свободного пространства под расширение воды. Убедитесь, что в контуре коллектора нет воздуха. Вода начнет нагреваться с первыми лучами солнца.

Модернизация прототипа

Эта простейшая термосифонная система не имеет даже постоянного подвода воды, что делает ее пригодной для использования в условиях полного отсутствия цивилизации или для каких-то садово-гаражных нужд. Но ведь это не предел.

Термосифон успешно применяют для горячего водоснабжения в домах и конструкция коллектора не имеет в себе ничего сверхсложного. Заводят резервуар в помещение и делают подвод водопроводной воды. Один из вариантов системы описан в этой статье.

Можно немного улучшить производительность и этой простой конструкции:

  1. Термоизоляция бака дольше сохранит воду горячей.
  2. Резервуар можно сделать из вышедшего из строя нагревателя.
  3. Увеличить площадь коллектора.
  4. Добавить в конструкцию маломощный насос и тэн для резервного нагрева.

В зависимости от способа циркуляции жидкости системы охлаждения подразделяют на термосифонные, с принудительной циркуляцией жидкости и смешанные (комбинированные).

Термосифонная система охлаждения (см. рис. 1, а) состоит из рубашки охлаждения 1, радиатора 4 и вентилятора 5, приводимого от шкива 2. Циркуляция в этой системе осуществляется за счет разницы удельного веса холодной и горячей жидкости. Во время работы двигателя жидкость в полости рубашки охлаждения 1 цилиндров нагревается и поднимается в верхнюю ее зону и рубашку 7 головки, откуда через широкий патрубок 6 поступает в верхнюю часть радиатора 4. В радиаторе жидкость отдает тепло воздуху, просасываемому вентилятором 5, плотность ее повышается, вследствие чего она опускается в нижнюю часть радиатора и по патрубку 3 за счет естественной конвенции опять поступает в рубашку охлаждения двигателя. Следовательно, для осуществления интен¬сивной циркуляции жидкости в таких системах нужен значительный перепад температур у жидкости, поступающей в радиатор и выходящей из него.


Рис. 1 – Схема жидкостных систем охлаждения:
а) термосифонная система; б) с принудительной циркуляцией жидкости; в) смешанная, или комбинированная система

Термосифонное охлаждение, как показала практика, обеспечивает удовлетворительный теплоотвод от двигателя только при сравнительно большой емкости системы и перепаде температур, достигающем 30°С. Преимуществом термосифонного охлаждения является простота системы. Тем не менее из-за ее громоздкости и других недостатков в современных автомобильных двигателях она не применяется.

Публикации по теме:

Термосифонная система водяного охлаждения (автомобиль)

12,5.

Термосифонная система водяного охлаждения

Термосифонная система охлаждения (рис. 12.30) работает по принципу естественной конвекции, вызванной изменением плотности воды, и, следовательно, не использует насос. Нагретая вода расширяется, из-за чего плотность уменьшается. Когда он остывает, его объем уменьшается, а значит, увеличивается плотность. Эти изменения плотности создают конвекционные потоки, так что происходит циркуляция воды.При этом используются все компоненты систем водяного охлаждения, кроме циркуляционного насоса.

Рис. 12.30. Термосифонная система жидкостного охлаждения.
Преимущества термосифонного охлаждения:
(a) Дешево, так как не требуется водяной насос.
(b) Надежный, поскольку в нем нет движущихся частей.
(c) Циркуляция воды зависит исключительно от температуры двигателя. Чем горячее двигатель, тем больше циркуляция.

Недостатки термосифонного охлаждения следующие (что является дополнительным преимуществом по сравнению с тем, что указано в разделе 12.1.3).
(a) Для обеспечения эффективной циркуляции верхний бак радиатора должен располагаться значительно выше двигателя. Для этого нужна высокая линия капота.
(b) Охлажденная вода поступает в двигатель в нижней части цилиндра, где двигатель обычно работает достаточно холодно, и нагревается до максимума, когда достигает верхней части цилиндров. Следовательно, он оказывает меньшее охлаждающее воздействие на самые горячие части двигателя.
(c) Трудно установить отопитель салона без водяного насоса.
(d) В условиях очень большой нагрузки или в жарком климате вода может циркулировать не так быстро, как требуется.
Установка водяного насоса обеспечивает положительную циркуляцию воды и устраняет все недостатки процесса термосифонного охлаждения.
Преимущества систем водяного охлаждения, работающих по принципу термосифона, по сравнению с системами воздушного охлаждения:
(a) Обычно считается, что это более подходящее, чем воздушное охлаждение, для многоцилиндровых двигателей.
(b) Следовательно, вода имеет очень высокую удельную теплоемкость; небольшое количество воды способно поглощать большое количество тепла.
(c) Вода дешевая и легко доступная.
(d) С помощью термостата можно контролировать температуру двигателя.
(e) Шум двигателя снижен, поскольку он проходит через водяную рубашку.
(/) Вода, нагретая двигателем, может использоваться для обогрева салона автомобиля и в некоторых случаях впускного коллектора.

Работа термосифонной системы охлаждения в двигателе внутреннего сгорания

Вы когда-нибудь задумывались о том, как работает система охлаждения в двигателе внутреннего сгорания? В этом посте я расскажу о работе термосифонной системы охлаждения в двигателях и ее недостатках.Это один из видов систем водяного охлаждения.

Схема системы охлаждения термосифона

Работа системы охлаждения термосифона:

  1. Эта система охлаждения состоит из различных частей, таких как радиатор, вентилятор, нижний бак, верхний бак, соединение нижнего шланга, соединение верхнего шланга и водяная рубашка цилиндра, как показано на схеме системы охлаждения термосифона.
  2. Система охлаждения термосифон сконструирована таким образом, что вода может циркулировать естественным образом из-за разницы в плотности между горячей и холодной водой.
  3. Эта система имеет радиатор, а его верхний и нижний баки соединены с верхней и нижней водяной рубашками цилиндра с помощью труб.
  4. Горячая вода в рубашке поднимается и течет в верхний бак из-за более низкой плотности по сравнению с холодной водой и холодной водой из потока радиатора в нижнюю водяную рубашку, чтобы заменить существующую горячую воду.
  5. Горячая вода из верхнего бака теперь течет в нижние баки. Вентилятор, установленный поперек трубок, приводимых в движение коленчатым валом двигателя, охлаждает воду и собирает ее в нижнем резервуаре.
  6. Для увеличения скорости теплопередачи, поверхность радиатора, подвергаемая воздушному потоку, покрыта ребрами.
  7. Термосифонная система охлаждения автомобилей и трансформаторов использует тот же принцип охлаждения.
  8. Данная система охлаждения подходит только для двигателей малой мощности.
  9. Для дополнительных знаний эта система также используется в CPU Cooling .

Подробнее Что такое карбюратор? Разъясните типы карбюраторов

Недостатки системы охлаждения термосифона:

  • В этой системе радиатор необходимо держать выше уровня цилиндра двигателя, чтобы вода поступала в двигатель под действием силы тяжести для эффективного функционирования системы.
  • Циркуляция горячей воды запускается только тогда, когда двигатель становится горячим.
  • Термосифонная система охлаждения не подходит для двигателей большой мощности, где требуется очень высокая скорость теплопередачи.
  • Уровень воды в радиаторе должен быть выше нагнетательных труб, чтобы избежать чрезмерного повышения температуры охлаждающей воды и образования пара.
  • В этой системе температура охлаждающей воды должна строго поддерживаться. Он не должен увеличиваться более чем на 80ºC.

Идеи проектов машиностроения для студентов колледжей

Чтобы глубже понять эту концепцию, вы должны посмотреть анимацию системы охлаждения термосифона на YouTube.

Наши загрузки:

Нужна эта статья офлайн?

Скачать термосифонную систему охлаждения ppt и pdf

Термосифонные системы охлаждения, теплообменники и ребойлеры

Стандартные тепловые трубки могут работать в любой ориентации, поскольку в них используется фитиль для возврата жидкости из конденсатора в испаритель с помощью капиллярных сил.Напротив, Thermosyphon ( alt. Thermosiphon ) использует силу тяжести для возврата жидкости, поэтому испаритель должен располагаться под конденсатором. Работа термосифона показана на рисунке 1. Тепло, подводимое к испарителю, испаряет рабочую жидкость, которая движется вверх к конденсатору, испаряется и стекает обратно по сторонам оболочки. Адиабатическая секция и секция конденсатора обычно не имеют покрытия, а испаритель может иметь фитиль для запуска.

Рисунок 1.Термосифонная операция.

Преимущества термосифонов

Термосифоны также действуют как диодные тепловые трубки. Когда к конденсатору подводится тепло, конденсат не образуется, а значит, нет возможности образовывать пар и передавать тепло испарителю.

В таблице 1 показаны различия между термосифоном и тепловой трубкой. Основное преимущество термосифона заключается в том, что он может нести большую мощность, чем тепловая труба того же диаметра, а длина термосифона практически не ограничена.За исключением тепловых трубок с пазами для помещений, тепловые трубки обычно могут иметь неблагоприятную высоту менее 1 фута (25 см). Это можно увидеть, запустив вычислитель тепловых труб ACT с разной высотой и отметив, что мощность тепловой трубки постепенно уменьшается до нуля по мере увеличения высоты.

Напротив, термосифонные системы могут работать до тех пор, пока они находятся под наклоном, так что сила тяжести возвращает конденсат, и может быть сколь угодно долго. В некоторых случаях термосифоны длиной более 50 м изготавливаются для геотермальных применений.

Таблица 1. Различия между тепловой трубкой и термосифоном.

* Прокрутите вправо, чтобы просмотреть таблицу

Параметр Тепловая трубка Термосифон
Пассивный Есть Есть
Сверхпроводник Есть Есть
Двухфазный Есть Есть
Вакуумный герметик Есть Есть
Сосуд под давлением Есть Есть
Возврат жидкости по Фитиль капиллярный Гравитация
Ориентация Любая Испаритель ниже конденсатора
Длина Обычно <25 см (1 фут) Безлимитный

Рисунок 2.Титан / водяной термосифон с конденсатором длиной 2 м, изготовленный ACT для лунного радиатора.

На рис. 2 показан термосифон титан / вода с конденсатором длиной 2 м, который был изготовлен и испытан в ACT. Возможное применение - отвод тепла от лунного радиатора с тепловыми трубками для миссии НАСА. Эти тепловые трубки имеют запатентованный фитиль в испарителе, который позволяет замораживать и оттаивать воду в термосифонах несколько раз, не повреждая термосифоны.

A Петлевой термосифон может использоваться вместо термосифона в мощных системах и системах с большим тепловым потоком.В петлевом термосифоне пар и жидкость проходят по отдельным линиям, устраняя напряжения сдвига, которые ограничивают мощность термосифона до предела затопления .

Вернуться к Различные типы тепловых трубок…

Система охлаждения с использованием термосифона для холодоснабжения

Особенности

Предлагается система охлаждения на основе термосифона для жилых / коммерческих помещений.

Низкие наружные температуры используются для обеспечения недорогого охлаждения с целью экономии энергии.

Испытания проводились на бытовом холодильнике с термосифоном из оребренных медных трубок.

Жизнеспособные температуры были достигнуты при наружных температурах до –0,8 ° C.

Предлагается концепция микроклимата, позволяющая управлять температурой холодильника локально.

Реферат

Холодильное оборудование в жилых помещениях является одним из крупнейших источников энергопотребления бытовой техники в США.S. Это потребление энергии почти удвоится, если включить коммерческое охлаждение. Однако, используя для охлаждения холодные наружные температуры, можно добиться экономии энергии. В данной работе представлена ​​термосифонная система охлаждения бытового холодильника. Используется одиночный оребренный термосифон из медных трубок с метанолом в качестве рабочего тела. Над холодильником расположена климатическая камера, способная воспроизводить температуру окружающей среды до −5 ° C. Результаты представлены для различных наружных температур, скорости вращения вентилятора и степени наполнения термосифона.Сообщается об использовании электроэнергии как для охлаждения оригинального оборудования, так и для термосифонной системы. Установлено, что внутренняя температура изменяется в зависимости от количества вентиляторов, которые используются для обдува воздухом термосифонного испарителя в охлаждаемом помещении. Это может быть использовано для создания локального микроклимата в охлаждаемом помещении для дальнейшей экономии энергии.

Ключевые слова

Thermosyphon

Охлаждение окружающей среды

Бытовое охлаждение

Коммерческое охлаждение

Микроклимат

Энергоэффективность устройства

Энергосбережение устройства

Mots clés

tique

Microclimat

Efficacité énergétique des appareils

Economie d'énergie des appareils

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

Полный текст

© 2016 Elsevier Ltd и IIR.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Экспериментальное исследование системы охлаждения с контурным термосифоном в центрах обработки данных с использованием CO2 в качестве рабочей жидкости, особенно тепловая среда и энергосберегающий эффект

Основные моменты

CO 2 (R744) используется в качестве рабочего тела для системы охлаждения контурного термосифона в дата-центре.

В результате этой работы был создан настоящий центр обработки данных для проведения экспериментов.

Результаты экспериментов представляют собой важную справочную и руководящую ценность для инженерных применений диоксида углерода.

Характеристики теплоотдачи CO 2 и R410A сравниваются экспериментальным методом.

Реферат

Это исследование было сосредоточено на рабочем состоянии системы охлаждения с контурным термосифоном для центров обработки данных, использующих диоксид углерода в качестве хладагента. Двуокись углерода имеет два основных преимущества по сравнению с традиционными рабочими жидкостями.Во-первых, углекислый газ более экологичен, потому что он не наносит вреда озоновой сфере, а его эффект глобального потепления ниже, чем у фреоновых хладагентов. Во-вторых, диоксид углерода демонстрирует лучшие характеристики теплопередачи, чем фреоновые охлаждающие жидкости. Однако рабочее давление углекислого газа намного выше, чем у фреоновых охлаждающих жидкостей. В данном исследовании диоксид углерода используется в качестве хладагента в системе охлаждения с контурным термосифоном в центре обработки данных, и изучается его рабочее состояние, включая внутреннюю тепловую среду центра обработки данных.Кроме того, рабочее состояние фреона R410A сравнивается с состоянием диоксида углерода. Результаты показывают, что характеристики теплопередачи диоксида углерода лучше, чем у R410A, и использование диоксида углерода более экономически выгодно. Результаты экспериментов представляют собой важную справочную и руководящую ценность для инженерных применений диоксида углерода.

Ключевые слова

Двуокись углерода

R410A

Thermosyphon

Охлаждение центра обработки данных

Характеристики теплопередачи

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

(PDF) Пассивная термосифонная система охлаждения для серверов с высоким тепловым потоком

390 Lamaison et al.

Чанг, К.-К., Куо, С.-К., Кэ, М.-Т., и Чен, С.-Л., Двухфазный термосифон с замкнутым контуром для электронного охлаждения, Exp. Тепло

Передача, об. 23, стр. 144–156, 2010.

Чато, Дж. К., Ламинарная конденсация внутри горизонтальных трубок, J. ASHRAE, vol. 4, вып. 2. С. 52–60, 1962.

Chu, RC, Simons, RE, и Chrysler, GM, Экспериментальное исследование усовершенствованного термосифонного теплового контура для охлаждения высокопроизводительного электронного модуля

, на 15-м симпозиуме IEEE SEMI-THERM, Сан-Диего, Калифорния, США, 9–11 марта 1999 г.

Коста-Патри, Э., Охлаждение микроэлектронных систем с высоким тепловым потоком, использующих хладагенты в многоканальных микроканалах с высоким соотношением сторон

Испарители, докторская диссертация, Федеральная политехническая школа Лозанны, 2011.

Коста-Патри, Э.and Thome, J. R., Модель теплопередачи потока и кипения на основе структуры потока для микроканалов, Intl. J. Refrig., Т. 36,

pp. 414–420, 2013.

Dittus, F. W., Boelter, L. M. K., Publications on Engineering, vol. 2, стр. 443, Калифорнийский университет, Беркли, Калифорния, 1930.

Ганапати П., Суперкомпьютер с водяным охлаждением может использоваться как обогреватель в общежитии, 2009 г .; http://www.wired.com/gadgetlab/2009/06/ibm-

суперкомпьютер

Гниелински В. Новые уравнения тепломассопереноса в турбулентном потоке в трубе и канале, Междунар.Chem. Англ., Т. 16, нет. 2, pp.

359–368, 1976.

Хирасима, М., Кавабата, К., и Негиши, К., Экспериментальное исследование термосифона отдельного типа, W¨

arme- und

Stoff¨

убертрагунг, т. 29, pp. 479–486, 1994.

Канг, Ш.-В., Цай, М.-Ч., Се, Ч.-Ш., Чен, Ж.-Й. Тепловые характеристики петли. термосифон, Tamkang J. Sci. Eng.,

т. 13, вып. 3, pp. 281–288, 2010.

Каннан, М., Натараджан, Э., Тепловые характеристики двухфазного закрытого термосифона для системы утилизации отходящего тепла, J. ​​Appl.

Наука, т. 10, вып. 5, pp. 413–418, 2010.

Хрусталев Д., Петлевые термосифоны для охлаждения электроники, в 18-м симпозиуме IEEE SEMI-THERM, Сан-Хосе, Калифорния, США,

12–14 марта 2002 г.

Коумей Дж., Брилл К., Тернер П., Стэнли Дж. И Тейлор Б. Белая книга: простая модель для определения истинной общей стоимости владения

для центров обработки данных, Uptime Inst., Март 2008 г.

Лю Д. и Ван С. Характер течения и падение давления восходящего двухфазного потока в вертикальных капиллярах, Int. Англ. Chem. Res., Vol.

47, pp. 243–255, 2008.

Ма, З. Н., Собхан, CB, Вонг, Теннесси, и Хуанг, XY, Экспериментальное исследование закрытого мини-термосифона, на конференции

IEEE / CPMT Electronics Packaging Technology Conf ., 8–10 декабря 1998 г.

Madhour, Y., Olivier, JA, Costa-Patry, E., Paredes, S., Michel, B., and Thome, J.R., Кипячение R134a в потоке в многоканальном микроканальном радиаторе

с нагревателями горячих точек для энергоэффективных приложений для охлаждения ЦП на микроэлектронике, IEEE Trans. Com-

пон. Packag. Manuf. Technol., Т. 1, pp. 873–883, 2011.

Marcinichen, JB, Szczukiewicz, S., Lamaison, N., and Thome, JR, На пути к разработке пассивного охлаждения центра обработки данных

Технология

: Контур охлаждения термосифона на сервере в динамическом рабочая нагрузка, в 14-й конференции IEEE Intersociety Conf. on Thermal

и термомеханические явления в электронных системах, (ITherm 2014), Орландо, Флорида, США, 27–30 мая 2014 г.

Мейер, Г. И., Бруншвилер, Т., и Мишель, Б., Использование отработанного тепла из центров обработки данных для минимизации выбросов углекислого газа, ERCIM

News, vol. 79, pp. 23–24, 2009.

Meisner, D., Gold, BT, and Wenisch, TF, PowerNap: Устранение простоя сервера, в ASPLOS'09, Вашингтон, округ Колумбия, США,

7–11 марта , 2009.

Цены на металлы, 2014: данные по состоянию на 23.11.14 по адресу http://www.infomine.com/investment/metal-prices/aluminium/1-year/

Meyer, JP and Olivier, J.A., Переходный поток внутри усиленных трубок для полностью развитого и развивающегося потока с различными типами входных возмущений

: Часть II – Теплопередача, Int. J. Тепломассообмен, т. 54, pp. 1598–1607, 2011.

Мукерджи, С. и Мудавар, И., Интеллектуальная безнасосная петля для микроканального электронного охлаждения с плоскими и улучшенными поверхностями, IEEE

Trans. Компон. Packag. Manuf. Technol., Т. 2, вып. 1, pp. 99–109, 2003.

Muller-Steinhagen, H. и Heck, K., Простая корреляция перепада давления для двухфазного потока в трубах, Chem.Англ. Процесс., Т. 20,

pp. 297–308, 1986.

Na, M.-K., Jeon, J.-S., Kwak, H.-Y., and Nam, S.-S., Экспериментальное исследование двухфазное термосифонное устройство замкнутого цикла для охлаждающих МКМ

, Heat Transfer Eng., vol. 22, pp. 29–39, 2001.

Ной С. Х. Характеристики теплопередачи двухфазного замкнутого термосифона // Прикл. Therm. Англ., Т. 25L, pp. 495–506, 2005.

Межфазные явления и теплопередача

Охладитель Thermosyphon экономит более 2 500 000 литров воды за 6 месяцев

Термосифонный охладитель на крыше суперкомпьютерного центра Sandia осматривается руководителем инженерного проекта Дэвидом Дж.Мартинес (фото: Рэнди Монтойя)

США: термосифонный охладитель Johnson Controls BlueStream, как говорят, сэкономил 554 000 галлонов (2 518 534 литра) воды всего за шесть месяцев в суперкомпьютерном центре в Нью-Мексико.

Резкое сокращение использования воды из охлаждающего устройства, установленного на крыше здания Sandia National Laboratories в Альбукерке, рассматривается как потенциальная модель для городов и других крупных пользователей в районах, испытывающих нехватку воды.

Термосифонный охладитель также сэкономил более 195 000 кВтч электроэнергии за тот же период времени, избавив от необходимости круглосуточно перекачивать тысячи галлонов воды через механические охладители.

Система объединяет управление устройством отвода сухого тепла, термосифонным охладителем, с открытой градирней. Он использует испарительное охлаждение, когда это наиболее выгодно, а затем экономит воду и модулирует в сторону увеличения сухого ощутимого охлаждения, если это позволяют операции системы и окружающие погодные условия. Утверждается, что инновационные стратегии управления вентиляторами обеспечивают наиболее экономичный баланс между экономией воды и паразитной энергией вентилятора. Конструкция термосифонного охладителя с низким перепадом давления позволяет охлаждать воду непосредственно испарителем без риска разрыва трубок в условиях окружающей среды ниже нуля.

В Нью-Мексико система работает три сезона, а летом - только ночью. В жаркие летние дни термосифон отключается, и воду необходимо перекачивать в механический чиллер, а затем в градирню, которая испаряет воду, как пот тела, в атмосферу.

Поскольку минералы не испаряются, оставшаяся рециркулируемая вода имеет более высокую концентрацию загрязняющих веществ, что означает, что ее необходимо часто менять, прежде чем она засоряет охлаждающие трубы. Выпаренную и слитую воду необходимо заменить.Эти проблемы почти устранены с новой системой.

Дэвид Дж. Мартинес стоит внутри первого термосифонного холодильника, установленного на крыше суперкомпьютерного центра Sandia (фото: Рэнди Монтойя)
Экономия больше денег

Решение недешевое. По словам Сандии, термосифоны стоят 200000 долларов каждый. Сандия установила один, купила еще два и может купить четвертый.

По словам Дэвида Дж. Мартинеса, руководителя инженерного проекта Sandia’s Infrastructure Computing Services, для четырех блоков ежегодные затраты на охлаждение снизятся с 181 000 до 116 000 долларов - окупаемость примерно за 10 лет.

Реальная экономия достигается за счет воды: «Когда центр обработки данных выйдет на полную проектную нагрузку, каждый термосифон сможет экономить более 4,2 миллиона галлонов воды в год», - говорит Мартинес.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *