Жидкости, применяемые для охлаждения ДВС - реферат

Оглавление.

1. Введение.

2. Требования, предъявляемые к охлаждающим жидкостям.

3. Вода, как охлаждающая жидкость.

4. Этиленгликолевые смеси.

1. Часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива в двигателе идет на нагрев камеры сгорания и цилиндров двигателя. При чрезмерном нагреве стенок камер сгорания теряется мощность двигателя вследствие ухудшения наполнения цилиндров, ухудшаются условия смазывания, появляется детонация, калильное зажигание и другие нежелательные явления. Чтобы предотвратить перегрев деталей двигателя, их охлаждают. В качестве охлаждающих агентов в двигателях используют воздух или жидкости Наибольшее распространение получили жидкостные системы охлаждения.

В двигателях с жидкостным охлаждением блок и головка цилиндров выполнены двойными. Между стенками образуется охлаждающая рубашка, которая заполняется жидкостью. Охлаждающая жидкость отводит тепло от стенок и головки цилиндров и отдает тепло воздуху, который нагнетается вентилятором через радиатор. Таким образом, охлаждающая жидкость непрерывно циркулирует в замкнутой системе охлаждения, нагреваясь в блоке и головке цилиндров и охлаждаясь в радиаторе.

2. Для обеспечения нормальной работы всей системы к охлаждающей жидкости предъявляют ряд требований. Жидкость должна:

•иметь высокие теплоемкость и теплопроводностъ для эффективного отвода тепла;

•не замерзать и не кипеть при всех рабочих температурах двигателя;

•не воспламеняться;

•не вспениваться;

•не вызывать коррозии металлов и сплавов;

•не разъедать резинотехнические изделия системы охлаждения;

•обладать достаточно низкой стоимостью и производиться в достаточном количестве;

Для эксплуатации двигателей при положительных температурах воздуха самой подходящей охлаждающей жидкостью является вода. При отрицательных температурах во избежание замерзания воды применяют водные смеси с различными веществами, понижающими температуру застывания. Такие смеси получили название антифризов.

3. Вода - наиболее распространенная охлаждающая жидкость. Она доступна, безопасна в пожарном отношении, безвредна для человека и имеет высокую удельную теплоемкость - 4,19 кДж/кг·°С, превосходящую все другие известные охлаждающие жидкости. Существенным недостатком является высокая температура замерзания (вода замерзает при температуре О °С со значительным увеличением объема, что вызывает разрушение (размораживание) системы охлаждения при низких температурах.

Вода имеет сравнительно низкую температуру кипения, поэтому в системе охлаждения современных двигателей поддерживают температуру 80...90 °С. При эксплуатации двигателей в условиях жаркого климата, особенно в южных районах страны, температура воды может достигать 95... 100 °С. Во избежание больших потерь жидкости системы охлаждения двигателей герметизируют. На пробке радиатора устанавливают клапан, который открывается только при повышении давления в системе охлаждения. Это позволяет несколько повысить температуру кипения воды и снизить ее потери от испарения.

Н едостатком воды, как охлаждающей жидкости, является также способность образовывать в системе накипь и шлам. Накипь образуется на горячих стенках за счет выпадения солей из водного раствора. Под шламом имеют ввиду илистые отложения минерального или органического происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения двигателя и в нижнем бачке радиатора.

Рис. 1 Влияние отложений накипи в системе

охлаждения на расход топлива

Слой накипи имеет очень малую теплопроводность, т.е. ухудшает теплоотвод. Одновременно уменьшается сечение трубок радиатора, что также ведет к перегреву двигателя и как следствие - к увеличению расхода топлива (рис.1).

Соли кальция и магния, находящиеся в растворенном состоянии, придают воде свойства, которые получили название «жесткость».

Чем выше содержание в воде солей магния и кальция, тем больше ее жесткость. За единицу жесткости принимают миллиграмм-эквивалент солей на 1 л воды. Если жесткость воды равна 1 мг·экв/л, то это означает, что в 1 л воды содержится 20,04 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов магния. Различают жесткость временную, постоянную и общую.

Временная жесткость характеризует содержание в воде в основном двух соединений - бикарбоната кальция Ca(НСО₃)₂ и бикарбоната магния Мg(НСО₃)₂. Эти соли могут находиться в воде в растворенном состоянии только в присутствии некоторого количества свободной углекислоты. При кипячении воды свободная углекислота из нее удаляется и соли временной жесткости распадаются на карбонаты, выпадающие в осадок, и диоксид углерода, уходящий в атмосферу. Таким образом, при кипячении бикарбонаты удаляются из воды, поэтому обусловленную их присутствием жесткость называют временной или устранимой.

Постоянная жесткость определяется присутствием в воде более стойких солей, таких, как СаSО₄, СаСI₂, МgSО₄, МgСI₂, СаSiO₃, МgSiO₃ и др. Эти соединения при кипячении не разлагаются и не выпадают в осадок, если их концентрация не превосходит предела насыщения.

В образовании накипи в системе охлаждения участвуют соли как временной, так и постоянной жесткости. Но больший вред приносят соли временной жесткости. Первое же закипание воды в системе охлаждения приводит к выпадению карбонатов и образованию накипи. При этом происходит снижение временной жесткости воды.

Соли постоянной жесткости принимают участие в образовании

накипи только после испарения части воды, т.е. когда их концентрация в воде превышает предел насыщения. При перегреве двигателя вода, соприкасаясь с сильно нагретыми поверхностями, образует пузырьки пара, а выпадающие соли оседают на перегретой поверхности. Сумму временной и постоянной жесткостей называют общей жесткостью. Вода считается мягкой, если она содержит солей не более 3, средней - 3...6 и жесткой - более 6 мг·экв/л.

По степени пригодности для систем охлаждения двигателей природные воды можно распределить в следующем порядке: атмосферная (дождевая, снеговая) - мягкая; речная или озерная - мягкая или средняя; колодезная, ключевая или морская - жесткая.

Воду средней или высокой жесткости перед использованием в системах охлаждения рекомендуется «смягчить» или смешивать со специальными добавками - антинакипинами. Простейшим способом смягчения воды является кипячение, при котором бикарбонаты разлагаются и карбонаты выпадают из воды в виде осадка. После фильтрования воду можно использовать для систем охлаждения.

С мягчение воды можно достичь ее химической обработкой. Добавление соды и извести (гашеной) приводит к выпадению соединений кальция и магния в осадок. Известково-содовый способ смягчения воды эффективнее кипячения.

Весьма простой и эффективный способ смягчения воды - фильтрование через катиониты. Промышленность выпускает типовые установки для смягчения воды с помощью катионитовых фильтров.

Рис. 2 Влияние антинакипина на процесс образования накипи.

Достигается это за счет перевода солей, дающих накипь, в рыхлое состояние или за счет удержания таких солей в воде в виде перенасыщенных растворов. В качестве антинакипинов используют различные составы (таблица 1).

Воду, предназначенную для систем охлаждения, необходимо предохранять от загрязнения нефтепродуктами. Попадание топлив и масел в воду часто сопровождается интенсивным вспениванием и выбросом охлаждающей жидкости из системы.

Таблица 1. - Составы для удаления накипи

Примечание: * - нельзя использовать для очистки деталей из алюминия и его сплавов

При температурах окружающего воздуха ниже 0 °С необходимо заливать в жидкостные системы охлаждения вместо воды низкозамерзающие жидкости - антифризы. В качестве антифризов можно использовать смеси воды со спиртами, смеси воды с глицерином, смеси углеводородов и ряд других веществ. Наибольшее распространение в качестве низкотемпературных охлаждающих жидкостей получили водные растворы этиленгликоля.

4. Этиленгликолъ - двухатомный спирт, представляет собой прозрачную бесцветную вязкую жидкость без запаха. Цвет технического этиленгликоля слегка желтоватый. При небольшой температуре застывания чистого этиленгликоля, его смеси с водой застывают при более низких температурах. Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с температурой застывания от 0 до минус 70°С (рис. 3).

Рис. 3 Кривая кристаллизации водно-этиленгликолевой смеси

Основные показатели этилен гликоля следующие:

• плотность при 20 °С, кг/м³ 1,113

• коэффициент рефракции 1,4318

• температура плавления, °С 11,5

• температура кипения, °С 197,4

• коэффициент объемного расширения 0,00062

• удельная теплоемкость при 20°С, кДж/(кг · °С) 2,40

• температура вспышки, °С 122

• температура воспламенения, °С 140

Технический этиленгликоль и жидкости, в которых он содержится, являются весьма токсичными.

Поскольку вода и этиленгликоль имеют разную плотность, а при их смешении плотность изменяется пропорционально, определить температуру застывания можно по изменению плотности.

В связи с тем, что этиленгликоль оказывает коррозионное действие на металлы, в состав антифризов вводят антикоррозионные присадки. Для предотвращения вспенивания в антифризы добавляют антипенные присадки.

При испарении водных растворов этиленгликоля выделяющиеся пары всегда содержат значительно больше воды, чем этиленгликоля. В условиях эксплуатации от испарения теряется практически только вода. При понижении уровня охлаждающей жидкости (в случае отсутствия подтеканий) доливать необходимо дистиллированную воду.

Этиленгликолевые жидкости имеют