Что такое охлаждающая жидкость и для чего она нужна?
Чаще всего, когда говорят об охлаждающих жидкостях, имеют в виду жидкость для автомобиля – антифриз или тосол.
Охлаждающая жидкость для автомобильных двигателей может поставляться в виде готового к применению состава или в форме концентрата, который перед заливкой в систему разводится водой в заданной пропорции.
В процессе эксплуатации антифриз выполняет функции отвода тепла, защиты от коррозии, смазывание движущихся частей, предотвращает образование отложений и т.д.
Со временем он теряет свои защитные свойства и подлежит замене.
Охлаждающие жидкости – жидкие среды, выполняющая функцию передачи тепла в системах охлаждения двигателей и других агрегатах, механизмах и устройствах.
Первые жидкости для охлаждения представляли собой обычную воду, взятую из открытых водоемов – прудов, озер, ручьев и даже придорожных луж.
Вода характеризуется большой теплоемкостью, высокой текучестью, поэтому ее использование является достаточно эффективным.
Однако вода обладает некоторыми свойствами, которые делают невозможным ее применение в современных машинах:
- Высокая температура замерзания. Уже при 0 °C вода начинает превращаться в лед, который не может циркулировать по системе. Кроме того, расширяясь в закрытом объеме, она способна легко разорвать и вывести из строя любую систему
- Низкая температура кипения. Этот параметр также не дает возможности использовать воду в современных системах, где температура носителя достигает +105-110 °C
- Вода способствует образованию на стенках системы очагов коррозии
- Неподготовленная вода из открытых водоемов является источником образования твердых отложений – накипи. При этом эффективность системы охлаждения или обогрева резко падает
Современные теплоносители служат не только для охлаждения, обогрева и переноса тепла, но и выполняют ряд других важных функций.
Они смазывают систему, предохраняют ее от образования и развития отложений накипи и образования коррозии, предотвращают «замораживание» системы при отрицательных температурах и т.д.
Главная задача охлаждающей жидкости для автомобилей является отвод или передача тепла от одних элементов системы к другим. С ее помощью осуществляется контроль и управление рабочей температурой деталей и элементов машин.
Температура топлива при сгорании достигает свыше +1500 °C. Если не использовать систему охлаждения, происходит перегрев двигателя, катастрофический износ узлов и быстрый выход его из строя (например, уже при +130 °C возможно заклинивание ДВС). Современные двигатели рассчитаны на рабочую температуру +90…+110 °C. Избыточное тепло отводится в атмосферу охлаждающей жидкостью с помощью системы охлаждения.
Еще одна важная функция антифриза – отопление и обогрев салона в холодное время года.
Надо сразу отметить, что единой классификации по составу охлаждающей жидкости, по ее свойствам или другим критериям на настоящей момент не имеется.
Пожалуй, единственный признак, по которому можно произвести классификацию любого теплоносителя без проблем – это форма выпуска. Это может быть готовый к употреблению состав или концентрат охлаждающей жидкости.
Крупные производители автотранспортных средств или их объединения разрабатывают охлаждающие жидкости в соответствии с принятыми на локальном уровне стандартами. Локализация стандартов может распространяться как на отдельного производителя, так и на страны, или даже целые географические регионы.
Так, например, американские производители придерживаются одних нормативов, японские инженеры – следуют своим национальным требованиям.
В Японии цвет антифриза указывает на температуру его замерзания.
Эти требования не соответствуют нормам стран Европы.
Окрашивание антифриза производится для обозначения уровня его эксплуатационных характеристик или состава продукта.
Внутри Европы также не существует единой обязательной для всех классификационной системы.
Отсюда, при огромном предложении современного рынка, выбирая подходящую жидкость для своего автомобиля, пользователи сталкиваются с большой путаницей.
Тем не менее классификация, которую предложил немецкий автоконцерн Фольксваген, стала очень популярной не только для этого производителя, но и для большинства остальных европейских изготовителей автомобилей и антифризов.
Все виды охлаждающей жидкости согласно этой классификации, делятся на пять классов.
Это составы на основе этиленгликоля и силикатных присадок, создающих на стенках системы пленку, защищающую от возникновения коррозии и кавитации. Срок службы таких составов – 3 года эксплуатации автомобиля.
Знаменитый ТОСОЛ можно отнести именно к этому классу антифризов.
Эти антифризы также изготовлены на базе этиленгликоля, но в качестве присадок использованы органические добавки (карбоновые кислоты). Такой состав не агрессивен к меди, алюминию и другим металлам, которые являются основными конструкционными материалами систем охлаждения современных ДВС. Ингибиторы коррозии имеют высокую термостойкость, поэтому для антифризов этого класса установлен срок эксплуатации 5 лет.
В антифризах этого класса реализована гибридная технология минеральных и органических присадок. Минеральные – создают защитную пленку, а органические борются с коррозией в местах зарождения ее очагов. Ресурс этих жидкостей регламентируется пробегом автомобиля в 250 000 км.
Из составов на основе этиленгликоля этот является самым продвинутым и высококачественным, обеспечивая максимальные защитные свойства и необходимые режимы работы узлов систем охлаждения.
Этот самый современный класс антифризов.
Вместо этиленгликоля в качестве базы для этого состава использован пропиленгликоль, безопасный как для человека, так и для окружающей среды.
С развитием автомобиле- и двигателестроения вода перестала удовлетворять требованиям, предъявляемым к теплоносителям для охлаждения двигателей.
Чтобы расширить границу рабочих температур, в ее состав стали добавлять различные химические составы.
Так, например, в разное время в формулу теплоносителей вводили этанол, глицерин и другие вещества. Однако такие компоненты обладали негативными свойствами и не приводили к нужным результатам. Глицерин, например, повышает вязкость состава, что затрудняет циркулирование жидкости по тонким каналам системы. Этанол представляет собой яд, отрицательно действует на состояние водителя и представляет высокую пожарную опасность при эксплуатации.
Современные готовые к применению составы состоят из воды и этиленгликоля или пропиленгликоля.
В зарубежных странах жидкости для охлаждения двигателей автомобилей получили общее название – антифризы. Дословно это означает – незамерзающий и обозначает главное достоинство этих составов – возможность работы при отрицательных температурах.
Существовавшие в СССР составы уступали по качеству западным аналогам. При запуске производства автомобилей «Жигули» по итальянской технологии, советские ученые получили задание разработать отечественный состав, который по качеству был бы не хуже дорогих импортных жидкостей.
В отделе органического синтеза (ТОС) государственного научно-исследовательского института органической химии и технологии такой состав был разработан. Он представлял собой смесь воды и этиленгликоля, в которую был добавлены определенные присадки.
По сути рецептура разработанного состава соответствовала рецептурам зарубежных антифризов того времени. Поэтому отличий советского антифриза от заграничных антифризов не было никаких.
ТОСОЛ – это разновидность антифриза.
В 1990-х годах XX века производство ТОСОЛа по ГОСТУ было прекращено.
Сейчас под названием ТОСОЛ выпускается большое количество различных продуктов, однако жесткого централизованного контроля за их составом не происходит. Каждый производитель выпускает жидкости по своим внутренним нормам и регламентам.
Принято считать, что ТОСОЛы относятся к антифризам G11 по классификации автоконцерна Фольксваген.
Возможность смешивания разных по составу охлаждающих жидкостей определяется техническими условиями и стандартами автопроизводителей.
Если жидкости изготовлены по разным техническим стандартам, то компоненты таких составов могут взаимодействовать друг с другом. При этом защитные и другие полезные свойства антифризов утрачиваются.
Хотелось бы отметить, что охлаждающие жидкости одинакового цвета совершенно не обязательно будут иметь одинаковый состав. Цвет выполняет лишь функцию маркера, который позволяет различать продукты одного и того же производителя и никак не влияет на их свойства.
Если состав относится к категории G13 по классификации Фольксваген, то его можно смешивать с составами серии G12. Составы класса G12++ можно смешивать с другими составами.
В остальных случаях при необходимости восполнить уровень жидкости в системе оптимальным вариантом будет доливка обычной дистиллированной воды.
При нормальной эксплуатации и своевременном обслуживании автомобиля охлаждающие жидкости подлежат замене согласно регламенту, установленному производителем транспортного средства.
Этот срок зависит от типа применяемого антифриза.
Так, для жидкостей, соответствующих классу G11 срок службы составляет около 2-3 лет или 60 тыс. км пробега (в зависимости от того что наступит ранее).
Составы классов G12 и характеризуются более длительным сроком эксплуатации и выдерживают до 150 тыс. км, антифризы G12++ и G13 – до 250 тыс. км. пробега (или 5 лет эксплуатации).
Охлаждающая жидкость двигателя автомобиля в ходе эксплуатации расходуется на испарение, утечку при нарушении герметичности. При выполнении некоторых ремонтных и других работ, связанных с обслуживанием автомобиля, систему охлаждения бывает необходимо частично демонтировать, при этом часть антифриза сливается.
Все эти моменты приводят к снижению уровня охлаждающего агента в системе и необходимости его долива или полной замены.
Самым точным признаком необходимости замены антифриза в систему охлаждения является его цвет.
Так, обесцвечивание жидкости свидетельствует о том, что ее ресурс подошел к концу.
Если же в расширительном бачке находится мутная грязная субстанция со следами ржавчины – ее надо срочно менять независимо от пробега или срока предыдущей замены! Такое изменение антифриза свидетельствует о неполадках в системе охлаждения.
Еще один из способов контроля за состоянием антифриза – измерение плотности охлаждающей жидкости с помощью ареометра. При изменении плотности ее состав корректируют путем доливки в систему воды или раствора концентрата.
При правильном выборе и своевременной замене охлаждающей жидкости двигатель автомобиля прослужит долгие годы, не принося владельцу никаких хлопот и финансовых затрат.
для чего нужна охлаждающая жидкость радиатора (8/9)²
техническая экспертиза
05.
фев.2022
охлаждающая жидкость радиатора — еще один важный смазочный материал для вашего автомобиля. но как именно работает охлаждающая жидкость радиатора? и как убедиться, что она продолжает защищать ваш двигатель? читайте дальше, чтобы узнать ответы на эти вопросы.
В наших предыдущих статьях из серии «Главное о смазочных материалах» мы рассмотрели основные виды смазочных материалов, такие как моторное масло и трансмиссионные жидкости. Однако для нормальной работы автомобиля необходимы и другие жидкости. Одна из самых незаменимых в этом списке — охлаждающая жидкость радиатора. Мы расскажем все, что вам нужно знать о ней
Что такое охлаждающая жидкость радиатора?
Охлаждающая жидкость радиатора — это смесь воды и антифриза, которая заливается в радиатор вашего автомобиля. Точный состав зависит от типа двигателя, но чаще всего используется смесь в соотношении 50/50, которая подходит в большинстве случаев.
А как именно она работает?
Чтобы остыть в жаркий день, наши тела выделяют пот: излишки тепла выводятся наружу в виде капель пота, которые затем передают тепло окружающему воздуху.
Аналогичный процесс наблюдается при работе двигателя: водяной насос подает охлаждающую жидкость из радиатора в двигатель вашего автомобиля. Вода в составе этой жидкости охлаждает компоненты двигателя, отводя часть тепла. Затем горячая жидкость возвращается к радиатору. Поступающий в радиатор наружный воздух забирает тепло, после чего остывшая охлаждающая жидкость вновь подается насосом в двигатель.
Для чего нужен антифриз в составе охлаждающей жидкости радиатора?
Антифриз в составе охлаждающей жидкости радиатора выполняет защитную функцию: он не дает жидкости закипеть или замерзнуть даже при крайних температурах.
Как упоминалось ранее, смесь 50/50 встречается чаще всего, но более высокое содержание антифриза может как снизить точку замерзания смеси, так и повысить ее точку кипения даже в самых экстремальных условиях.
Что произойдет с двигателем без охлаждающей жидкости радиатора?
Все скоро станет очень плохо.
Ведь ваш автомобиль работает от постоянного сжигания топлива, при этом очень быстро нагреваясь. Без системы охлаждения важные компоненты начнут быстро выходить из строя.
Некоторые эксперты даже считают, что большинство механических поломок — это результат сбоев в системе охлаждения!
Наличие в жидкости антифриза также крайне важно для двигателя. Если в радиатор заливается вода в чистом виде, она может закипеть, в результате чего двигатель будет быстро перегреваться. Зимой, напротив, вода будет замерзать, что приведет к поломке системы охлаждения.
Какое обслуживание требуется для охлаждающей жидкости радиатора?
Вы должны периодически проверять и заменять охлаждающую жидкость радиатора, чтобы защитить систему охлаждения от коррозии. Этиленгликоль — основной компонент антифриза — не имеет срока годности, но, к сожалению, этого нельзя сказать об антикоррозионных присадках.
Частота, с которой необходимо заменять охлаждающую жидкость, зависит от ее типа.
Так, охлаждающую жидкость VW G11 следует менять каждые 2-3 года, а охлаждающую жидкость VW G12+ – каждые 5-6 лет. Чтобы получить более подробную информацию, воспользуйтесь нашим онлайн-инструментом по поиску продукции.
Компоненты системы охлаждения также требуют периодической проверки. Радиатор следует проверять на наличие следов ржавчины, которая может снизить его теплоотдачу. Не менее важны водяной насос и термостат, а потому они также подлежат проверке. Наконец, важно следить за уровнем охлаждающей жидкости в системе и при необходимости доливать ее.
Можно ли смешивать охлаждающие жидкости?
Планируете перейти на охлаждающую жидкость другого типа? Оптимальный вариант — это просто «промыть» радиатор от предыдущей жидкости. Как правило, эту операцию выполняет механик.
Но даже если у вас нет возможности выполнить промывку, решение есть. Некоторые типы охлаждающих жидкостей можно смешивать (т.е. они дают однородную смесь), а некоторые — нет. В таблице ниже показано, какие типы охлаждающих жидкостей можно смешивать.
Компания Wolf выпускает охлаждающие жидкости со спецификациями G11, G12+ и G13.
Общие типы охлаждающих жидкостей и их использование в системах жидкостного охлаждения
Введение
Использование жидкостей для теплопередачи является важным методом охлаждения во многих отраслях промышленности. При выборе наилучшего теплоносителя для системы охлаждения необходимо учитывать факторы производительности, совместимости и технического обслуживания. Вода обладает отличными свойствами теплопередачи, что делает ее своего рода стандартом по сравнению с другими охлаждающими жидкостями. Среди теплоносителей вода обладает превосходными свойствами во многих отношениях, с высокой удельной теплоемкостью около 4200 Дж/кгK, низкой вязкостью и отсутствием температуры вспышки. С другой стороны, он имеет относительно узкий диапазон работы, так как температура жидкости делает простую воду восприимчивой к замерзанию или кипению.
Чистота воды
Качество уличной (водопроводной) воды зависит от ее хранения, доставки и конечного источника (подземные или поверхностные воды).
Он может содержать коррозионно-активные примеси, такие как хлориды, соли щелочных карбонатов или взвешенные твердые частицы. Для систем охлаждения с рециркуляционным потоком воды систему можно заправлять уже отфильтрованной или очищенной водой. В то время как некоторых примесей следует избегать из-за потенциального коррозионного воздействия, совершенно чистая вода требует ионов и считается агрессивным растворителем. Грязная вода также является электролитическим мостиком, вызывающим гальваническую коррозию, если в системе присутствуют разнородные металлы.
Вода в качестве хладагента в рециркуляционной системе также подвержена биологическому загрязнению. Водоросли, бактерии или грибки могут образовываться в зависимости от воздействия на систему света и тепла и наличия питательных веществ во влажных компонентах. Образовавшаяся слизь или биопленка могут препятствовать теплопередаче между жидкостью и смачиваемыми поверхностями. Следует учитывать достаточную концентрацию присадки. Например, гликоль в качестве добавки обычно используется для контроля биологического роста, но при концентрациях менее 20% эффективность ограничена; фактически, ниже 1% пропиленгликоль и этиленгликоль действуют как бактериальное питательное вещество.
Существует несколько сложных и взаимосвязанных факторов при выборе различных типов воды и воды/смесей, а также некоторые конструктивные требования, обуславливающие потребность в других теплоносителях. Рассмотрим сравнение пропиленгликоля (PG) с этиленгликолем (EG). Пропиленгликоль гораздо менее токсичен, чем этиленгликоль, поэтому с ним легче обращаться и утилизировать, чем с этиленгликолем. Он также имеет более высокую удельную теплоемкость, чем этиленгликоль. Однако его теплопроводность ниже, а вязкость выше, чем у этиленгликоля, что приводит к лучшим общим характеристикам ЭГ по сравнению с ПГ. В большинстве случаев используется смесь гликоля и воды с более низкой концентрацией гликоля из-за превосходных характеристик воды по сравнению с любым типом гликоля. EG требует более низких концентраций, чем PG, для эквивалентного снижения точки замерзания, повышения точки кипения и снижения температуры взрыва.
Совместимость при рабочих температурах
Пригодность жидкости для работы в диапазоне рабочих температур имеет первостепенное значение.
Это должно включать рассмотрение фазовых переходов жидкости (кипение и замерзание), химическое разрушение химического состава жидкости и снижение смазывающих и теплопередающих свойств жидкости. Замерзание жидкости уменьшит теплопередачу на поверхности, а кипение опасно для систем, не предназначенных для выдерживания избыточного давления в защитной оболочке жидкости. Взрыв расширяющихся паров кипящей жидкости (BLEVE) является потенциально опасным явлением, которое может произойти при внезапном разрыве защитной оболочки, даже если расчетные условия эксплуатации по температуре и давлению должны удерживать жидкость в жидком состоянии. Следует также отметить точки воспламенения летучих жидкостей.
Большинство жидкостей можно оценить на температурную совместимость с помощью готовых печатных спецификаций, а также с другими материалами, необходимыми для определения ситуаций, связанных с различным давлением или необычными условиями эксплуатации. В тех случаях, когда конкретная комбинация жидкостей разрабатывается пользователем для использования, например, комбинации вода/гликоль, пользователю обычно требуется небольшая непосредственная работа по тестированию, учитывая доступность данных от производителей.
Совместимость материалов
Нержавеющая сталь и, в частности, нержавеющая сталь серии 300 (аустенитная нержавеющая сталь) инертна почти ко всем жидкостям-теплоносителям из-за природы пассивирующего слоя оксида хрома (III), покрывающего поверхности таких сталей. При использовании деионизированной воды нержавеющая сталь и никель считаются подходящими для смачиваемых поверхностей. Хотя нержавеющая сталь в большинстве случаев отлично подходит для защиты от коррозии, ее использование имеет недостаток в виде довольно низкой теплопроводности по сравнению с другими металлами, такими как алюминий или медь.
Алюминий и его сплавы имеют хорошую теплопроводность в диапазоне 160-210 Вт/мК. Однако алюминий склонен к коррозии или точечной коррозии из-за примесей в неочищенной воде. Даже с раствором гликоля в дистиллированной воде как EG, так и PG при окислении образуют кислые соединения. Это может вызвать коррозию смачиваемых поверхностей и образование побочных продуктов органических кислот.
Методы предотвращения включают добавление в жидкость ингибиторов коррозии или обработку смачиваемых поверхностей, например, анодирование алюминия.
Медь и медно-никелевые сплавы обладают хорошей коррозионной стойкостью и естественной устойчивостью к биологическому росту. Как и в случае с алюминием, следует использовать ингибиторы коррозии, чтобы избежать кислотной коррозии.
Смачиваемые поверхности насоса, включая уплотнения, должны быть совместимы как с жидкостью, так и с ожидаемыми условиями эксплуатации. Гальваническая коррозия в системах, использующих различные смачиваемые металлы, может создать дополнительные проблемы.
Диэлектрические свойства
Охлаждение мощных трансформаторов предъявляет особые требования к электропроводности охлаждающих жидкостей, которые не могут способствовать возникновению дуги от высокого напряжения на землю или другие поверхности. Аналогичные требования к низкой электропроводности жидкости обусловлены напряжениями в десятки киловольт в таких приложениях, как охлаждение рентгеновских трубок.
Прямое иммерсионное охлаждение электроники для повышения производительности или строгого контроля температуры в целях тестирования, очевидно, требует низкой электропроводности. Для этих целей используются диэлектрические жидкости, такие как XG Galden или Fluorinert, с диэлектрической прочностью в десятки киловольт на 1/10 дюйма. Можно использовать воду высокой степени очистки, хотя начальное удельное сопротивление воды может меняться со временем без постоянного обслуживания. Минеральные масла или углеводороды, такие как гексан или гептан, могут использоваться, но могут возникнуть проблемы с воспламеняемостью.
Эти органические жидкости часто имеют более высокую вязкость, чем вода, поэтому полезно получить данные от поставщика о характеристиках расхода и давления насоса-кандидата при работе с требуемой вязкостью жидкости.
Жидкость с низкой электропроводностью может накапливать статический заряд в результате электризации потока. Удельное сопротивление 2×1011 Ом·см или более (50 пСм/м или менее) считается восприимчивым к этому эффекту.
Для сравнения, деионизированная вода имеет более низкое удельное сопротивление. Чтобы избежать накопления статического электричества, необходим заземленный шланг или металлический трубопровод. В антистатическом шланге могут использоваться проводящие добавки к полимерному материалу, или он может иметь провод, намотанный через трубу, с заземляющими соединениями через соответствующие интервалы.
Деионизированная вода
Деионизированная вода имеет очень низкий уровень минеральных ионов, которые способствуют повышению электропроводности воды. Производство деионизированной воды высшей степени чистоты предполагает использование смешанного слоя ионообменных смол для удаления из воды минеральных катионов и анионов и замены их ионами водорода и гидроксида.
Даже если принять меры предосторожности для обеспечения пассивации смачиваемых поверхностей через контур охлаждающей жидкости, со временем в воде будут образовываться ионные примеси. Природа воды состоит в том, чтобы поглощать ионы из минералов, с которыми она контактирует, а деионизированная вода с недостаточным содержанием ионов жаждет их и агрессивно усваивает их с контактных поверхностей.
Чтобы сохранить первоначальные диэлектрические свойства воды, ее необходимо постоянно пропускать через слои смолы. Эти грядки будут постепенно терять свою эффективность, и придется проводить регенерацию грядки, если ее не нужно периодически заменять. Для регенерации смешанных слоев требуются сложные системы, а также различные регенерирующие агенты для анионных и катионных смол. Масла, ил или металлические частицы (либо в результате механической обработки, либо в результате химического воздействия, такого как загрязнение железом) также уменьшают срок службы слоя смолы.
Производительность
Существует ряд различных теплофизических свойств, которые можно использовать для оценки тепловых характеристик жидкости, включая теплопроводность, удельную теплоемкость, плотность и вязкость. Конечной целью максимизации этих свойств является улучшение теплопередачи между жидкостью и теплообменными поверхностями, с которыми она контактирует. Непосредственная оценка коэффициента теплоотдачи в этих случаях требует использования соотношений, разработанных для расчета коэффициента для различных конкретных геометрических условий.
В этих соотношениях два безразмерных параметра имеют зависимость от свойств жидкости. Число Рэлея связано с потоком, управляемым плавучестью, также известным как свободная конвекция или естественная конвекция. Число Прандтля представляет собой отношение коэффициента диффузии импульса к коэффициенту температуропроводности. Они определяются следующими уравнениями:
Число Рэлея (например, для конвекции с вертикальными стенками)
Число Прандтля
Корреляции теплопередачи, как правило, следуют некоторой форме:
Значение C представляет собой эмпирически определенную корреляцию, при которой число Рэлея занимает положение в положительном числителе корреляции, а число Прандтля имеет тенденцию занимать обратную позицию в знаменателе; таким образом, оба имеют положительный вклад в теплопередачу. Однако теплопроводность занимает в числителе позицию с прямой положительной зависимостью первого порядка от коэффициента теплопередачи. Определение положительного или отрицательного воздействия использования конкретной жидкости в приложении может быть громоздким, поскольку речь идет о нескольких типах и ориентациях конвекционных поверхностей теплопередачи.
За исключением полного термического анализа, менее строгий подход, включающий показатель качества, такой как число Муромцева, может дать более простую основу для сравнения жидкостей, принимая во внимание некоторые или все ранее упомянутые физические свойства.
Число Муромцева состоит из:
Значения a, b, d и e представляют собой положительные значения, характерные для типа приложения.
В общем, из числа Муромстеффа, а также из полного анализа различных корреляций для коэффициентов конвективной теплопередачи между жидкостью и твердыми поверхностями видно, что теплопроводность, плотность и удельная теплоемкость положительно влияют на производительность. теплоносителя, а вязкость вносит отрицательный вклад.
К отрицательному влиянию большей вязкости на теплопередачу добавляется влияние на производительность насоса жидкостей с различной вязкостью, поскольку скорость жидкости оказывает значительное положительное влияние на коэффициент теплопередачи. Насосы также снабжены диаграммами зависимости расхода от давления, чтобы показать ожидаемую производительность с различными типами жидкостей и смесями, которые могут вызвать отклонение от предоставленных кривых.
Работа при различных температурах также повлияет на вязкость жидкости, что окажет дополнительное влияние на скорость потока. Скорость жидкости или скорость потока важны для понимания ожидаемой производительности системы. Теплообменники и охлаждающие пластины часто рассчитаны на определенный расход жидкости определенного типа. Отклонение от жидкости, используемой для построения графиков прогнозируемых результатов, приведет к изменению цифр.
Конечно, объемный расход жидкости должен быть достаточным для удовлетворения требований по отводу тепла, как ожидается, исходя из удельной теплоемкости жидкости и допустимого повышения температуры:
Согласно часто используемому уравнению Дарси-Вейсбаха,
с корреляции для коэффициента трения fD, доступные для различных условий потока и поверхностей труб и шлангов. Коэффициент трения обычно принимает форму, зависящую от числа Рейнольдса, так что вязкость жидкости имеет положительную связь с коэффициентом трения. Если предполагается, что система будет работать с насосом, пропускная способность которого чувствительна к противодавлению в системе, вязкость предполагаемой жидкости может иметь важное значение.
Вопросы стоимости
Водопроводная вода, очевидно, является самым дешевым вариантом, а очищенная охлаждающая вода будет стоить дороже в зависимости от типа чистоты и требуемого уровня.
Затраты на техническое обслуживание, связанное с охлаждающей жидкостью определенного типа, следует учитывать. Это может включать фильтрацию, ионизационные слои, катодную защиту и доливку испарившейся или вытекшей жидкости. Утилизация является еще одним фактором: водопроводную или очищенную воду обычно можно утилизировать в обычный дренаж, но вода, смешанная со спиртами или другими органическими веществами, и вообще любые органические жидкости обычно требуют других методов. Расходы на утилизацию растворов охлаждающей жидкости, которые требуют периодической промывки и дозаправки в течение срока службы, а также растворов, с которыми необходимо обращаться в конце срока службы системы, могут превышать первоначальную стоимость охлаждающей жидкости.
Со временем в несовершенно закрытой системе (протечки в швах или уплотнениях) можно ожидать снижения уровня жидкости.
Добавление смеси воды/хладагента для доведения уровня жидкости до уровня должно включать специально контролируемые концентрации охлаждающей жидкости, соответствующие существующей жидкости системы. Однако со временем гликоли могут распадаться на органические кислоты — измерение pH жидкости в системе и проверка на наличие твердых и биологических загрязнений могут указывать на то, что требуется замена раствора охлаждающей жидкости.
| Жидкость | Теплопроводность (Вт/мК) | Удельная теплоемкость | Вязкость (сП) | Плотность | Стоимость | Температура кипения (°С) | Температура замерзания (°C) |
| Вода | 0,58 | 4181 | 1,00 | 1000 | $ | 100 | 0 |
| 50-50 вода/этиленгликоль | 0,402 | 3283 | 2,51 | 1082 | $$ | 107 | -37 |
| 50-50 Вода/пропиленгликоль | 0,357 | 3559 | 5,20 | 1041 | $$ | 106 | -45 |
| Динален HC-30 | 0,519 | 3100 | 3,70 | 1275 | $$$ | 112 | -40 |
| Галден HT200 | 0,065 | 963 | 4,30 | 1790 | $$$ | 200 | -85* |
| Флуоринерт FC-72 | 0,057 | 1100 | 0,64 | 1680 | $$$ | 56 | -90* |
Заключение
Существует множество типов охлаждающих жидкостей, соответствующих требованиям применения.
Выбор подходящей охлаждающей жидкости для применения требует понимания характеристик и теплофизических свойств жидкости, включая характеристики, совместимость и факторы технического обслуживания. В идеале охлаждающая жидкость представляет собой недорогую и нетоксичную жидкость с исключительными теплофизическими свойствами и длительным сроком службы. Каждый вариант охлаждающей жидкости обладает различными свойствами, такими как теплопроводность, удельная теплоемкость и термическая стабильность, но их использование в конечном итоге будет зависеть от их надежности и экономичности.
Лучшие жидкости-теплоносители для жидкостного охлаждения
В то время как пищевая промышленность с большей вероятностью выберет PGW, а не EGW для теплопередачи, производители силовой электроники, лазеров и полупроводников могут с большей вероятностью выбрать диэлектрические жидкости, а не воду. Диэлектрическая жидкость является непроводящей и поэтому предпочтительнее воды при работе с чувствительной электроникой.
Перфторуглероды, такие как диэлектрическая жидкость Fluorinert™ компании 3M, негорючи, невзрывоопасны и термически стабильны в широком диапазоне рабочих температур. Хотя деионизированная вода также не проводит электрический ток, Fluorinert™ менее агрессивен, чем деионизированная вода, и поэтому может быть лучшим выбором для некоторых применений. Однако теплопроводность воды составляет примерно 0,59.Вт/м°C (0,341 БТЕ/ч·фут·°F), в то время как теплопроводность Fluorinert™ FC-77 составляет всего около 0,063 Вт/м°C (0,036 БТЕ/ч·фут·°F). 5 Fluorinert™ также намного дороже, чем деионизированная вода.
ПАО представляет собой синтетический углеводород, часто используемый в военных и аэрокосмических целях благодаря своим диэлектрическим свойствам и широкому диапазону рабочих температур. Например, радары управления огнем на современных реактивных истребителях имеют жидкостное охлаждение с использованием ПАО. Для тестирования охлаждающих пластин и теплообменников, которые будут использовать PAO в качестве теплоносителя, также доступны рециркуляционные чиллеры, совместимые с PAO.
PAO имеет теплопроводность 0,14 Вт / м ° C (0,081 БТЕ / час фут ° F). Таким образом, хотя диэлектрические жидкости обеспечивают жидкостное охлаждение электроники с низким уровнем риска, они обычно имеют гораздо более низкую теплопроводность, чем вода и большинство растворов на водной основе.
Вода, деионизированная вода, водные растворы гликоля и диэлектрические жидкости, такие как фторуглероды и ПАО, являются теплоносителями, наиболее часто используемыми в высокоэффективных жидкостных системах охлаждения. Важно выбрать жидкий теплоноситель, совместимый с вашим контуром жидкости, обеспечивающий защиту от коррозии или минимальный риск коррозии и отвечающий конкретным требованиям вашего приложения. При правильно подобранном химическом составе ваш теплоноситель может обеспечить очень эффективное охлаждение контура жидкостного охлаждения. Для получения дополнительной информации о технологиях жидкостного охлаждения и рабочей жидкости, подходящей для использования в вашей системе, свяжитесь с нами.