Регистрация Войти
Вопрос

Замена охлаждающей жидкости двигателя на масло с аналогичными свойствами

Мне было интересно, почему в качестве охлаждающей жидкости для двигателя используются специальные охлаждающие жидкости или дистиллированная вода, а не отдельный масляный контур с каким-либо маслом в качестве охлаждающей жидкости.



Если не брать в расчёт стоимость, то, полагаю, существует (или может быть создано) масло, свойства которого (вязкость, теплоотдача, теплоёмкость) схожи со свойствами дистиллированной воды или охлаждающих смесей. Даже если потребуется изменить конструкцию некоторых элементов двигателя (трубок радиатора, насосов охлаждающей жидкости и т. д.), чтобы учесть разницу в свойствах жидкостей, разве не будет преимуществом смешивание масел в случае повреждения прокладки, а также если эти два масла будут иметь одинаковые свойства (а поскольку охлаждающая жидкость не нагревается до такой степени, чтобы ухудшаться её свойства, вы можете использовать имеющееся «охлаждающее» масло при замене моторного масла)?



Какие проблемы могут возникнуть при реализации этой идеи?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/72662/switching-engine-coolant-with-similar-properties-oil
1
+ Читать

25 Комментариев

  1. На этот вопрос есть очень простой ответ: вода гораздо лучше переносит тепло, чем масло.



    Даже если бы вам удалось решить проблемы с безопасностью и конструкцией, о которых говорится в других ответах, вам всё равно пришлось бы смириться с тем, что вода обладает огромным преимуществом в передаче тепла по сравнению с другими распространёнными жидкостями (включая масло). Вода, по сути, является наилучшей из возможных жидкостью с точки зрения теплопроводности. Единственные жидкости, которые превосходят её по этому показателю, — это металлы в жидком состоянии (что непрактично для охлаждения автомобильного двигателя, изготовленного из металла). При температуре 75 °C теплопроводность воды составляет около 0,65 Вт/м·К. Типичные теплоносители имеют коэффициент теплопередачи около .14 Вт/мК.



    Конечно, охлаждающая жидкость в обычном автомобиле — это не вода, а вода, смешанная со спиртом. Из-за типичных смесей теплопроводность снижается, потому что вода лучше отводит тепло, чем спирт, но даже у чистого этиленгликоля теплопроводность составляет 0,27 Вт/м·К. Типичная смесь 50/50 даёт теплопроводность около 0,45 Вт/м·К, а это значит, что типичная охлаждающая жидкость на водной основе проводит тепло в три раза лучше, чем специальное масло для теплопередачи.



    Вдумайтесь в это. Если бы вы хотели охлаждать двигатель своего автомобиля с помощью масла для теплопередачи, а не обычной охлаждающей жидкости на водной основе, то с точки зрения теплопроводности вы бы работали в три раза хуже. По сути, это означает, что ваша система охлаждения должна быть в три раза больше, чтобы иметь такую же производительность. Размер радиатора уже является своего рода ограничивающим фактором с точки зрения конструкции передней части автомобиля. Я не думаю, что кому-то захочется водить машину, в которой радиатор должен быть в три раза больше, чем в обычном автомобиле.



    Масло действительно используется для теплопередачи только в тех случаях, когда применение воды нецелесообразно — из-за коррозии, проводимости, испарения, требований к давлению или температуре, превышающих допустимые для воды, или других ограничивающих факторов. Как отмечалось в других вопросах на сайте mechanics.SE, связанных с воздушным и водяным охлаждением, переход на двигатели с водяным охлаждением произошёл в основном из-за этого факта. Двигатель с «воздушным охлаждением», который обычно использует не только воздушное, но и масляное охлаждение, просто не может конкурировать. При использовании масляного или воздушного охлаждения в конкретной задаче необходимо строго ограничивать тепловую нагрузку. Другими словами, при заданном размере корпуса добиться большей производительности и эффективности с помощью водяного охлаждения проще, чем с помощью масляного и/или воздушного охлаждения.
  1. @BuddhaBuck Ртуть примерно в 13 раз плотнее воды, что значительно увеличивает энергию, необходимую для её перекачки по системе, и вес двигателя. Кроме того, у неё гораздо более высокое поверхностное натяжение. И, конечно, она намного дороже. А ещё она довольно токсична.
  1. В большинстве двигателей используется вода и этиленгликоль. В качестве антифриза можно использовать спирт, но он гораздо менее распространен, чем антифриз на основе этиленгликоля.
  1. При температуре 75 °C теплопроводность аммиака составляет около 0,35 Вт/м·К. Это хуже, чем у чистой воды и обычных водно-спиртовых смесей. Кроме того, аммиак, возможно, небезопасен и непрактичен по сравнению с водой. Но я не увидел упоминания аммиака в вопросе и не понимаю, почему это важно для ответа.
  1. почему бы не использовать аммиак в качестве теплоносителя — он гораздо лучше отводит тепло, чем вода...
  1. Вы сослались на сайт mechanics.SE... значит, эти двигатели подходят. Я просто пытаюсь ответить на заданный вопрос, который касался типичных автомобильных двигателей. Может быть, нам стоит перенести обсуждение в чат или задать отдельный вопрос, если вы хотите поговорить о других типах двигателей.

  1. Вода обладает приятным свойством: она закипает при довольно низкой температуре, поэтому давление пара быстро возрастает с повышением температуры, и можно легко спроектировать надёжную защиту от избыточного давления (простую подпружиненную крышку для наполнения). Кроме того, вода не воспламеняется.



    У масла нет таких полезных свойств, и выход из строя системы охлаждения, в результате которого под высоким давлением и при высокой температуре выделяется масло, температура самовоспламенения которого может быть выше, — не лучшая идея.



    Кроме того, гибкие шланги (и их соединители) для масла, работающего под высоким давлением и при высокой температуре, будут более проблематичными, чем водяные шланги, поэтому, возможно, вам придётся переделать автомобильный радиатор, чтобы он был жёстко соединён с блоком двигателя, а также решить проблему передачи тепла в систему кондиционирования.



    Конечно, масло уже используется для охлаждения двигателя, где это сочетается с необходимостью смазки, например подшипников, толкателей клапанов и т. д.

  1. Масло используется в качестве теплоносителя во многих областях применения (особенно при высоких температурах), но в двигателях более высокая вязкость требует большей мощности насоса, а значит, большей мощности привода от ремня и, соответственно, большей мощности двигателя.



    Кроме того, есть проблемы с затратами... и, конечно же, с заменой жидкости, если вы находитесь далеко от магазина автозапчастей.
  1. Похоже, что хорошей охлаждающей жидкостью была бы ртуть. Широкий диапазон рабочих температур, отличная теплопроводность (в 15 раз выше, чем у воды), низкая вязкость и т. д. «Число Муромоцева», которое я рассчитал для неё, в 10 раз больше, чем для воды. Просто спроектируйте двигатель так, чтобы в нём использовались железные каналы охлаждения и нереактивная система трубопроводов. В радиаторе нельзя использовать алюминиевые или медные трубки, но я уверен, что можно найти какие-то альтернативные материалы.
  1. Обратите внимание, что теплопроводность — не единственный важный показатель для теплоносителя. Плотность, вязкость и удельная теплоёмкость также играют роль. Согласно статье, которую я нашёл, на самом деле важно «число Муромото». (Как оказалось, вода по-прежнему выигрывает, но вполне возможно, что вещество с более высокой теплопроводностью будет хуже в качестве теплоносителя, если его другие свойства хуже).
  1. насос с большей производительностью потребляет всего на несколько лошадиных сил больше Я не понимаю, почему вы оставляете комментарии, противоречащие вашему собственному ответу.
  1. Вы упомянули сайт mechanics.SE... значит, эти двигатели подходят...
  1. И в 3 раза больше сопротивление для большего радиатора — насос с большей производительностью требует всего на несколько лошадиных сил больше...
  1. И я не уверен, что знаю хоть один современный автомобиль с радиальным двигателем воздушного охлаждения. Я не думал, что типичные области применения радиальных двигателей имеют отношение к этому вопросу.
  1. А что касается размера радиатора, то почему бы вместо этого не увеличить скорость потока... так будет намного проще...
  1. До сих пор используются высокомощные двигатели с воздушным охлаждением, например радиальные двигатели...
  1. Масло используется для охлаждения внутри электрических трансформаторов, где применение воды было бы нецелесообразным.
  1. Хотя в мире по большей части отказались от масляного охлаждения в пользу водяного, я знаю одно заметное исключение — линейка двигателей SACS производства Suzuki . В течение многих лет я владел Katana 600 с одним из таких двигателей, и это был очень мощный и надёжный мотоцикл.
  1. почему бы вместо этого не увеличить скорость потока... так будет намного проще — вы сами ответили на этот вопрос — потери при перекачке. Чтобы прокачать вязкое масло через радиатор в три раза быстрее, чем вы можете прокачать через него воду, потребуется гигантский насос с большими потерями. Переход с масла на воду «бесплатен» с точки зрения общего энергопотребления и позволяет увеличить производительность в три раза.
  1. Для решения описанных вами проблем существуют системы контроля давления. В некоторых системах масло используется при более высоких температурах, чем в системах охлаждения двигателей, — например, в системах солнечного отопления. Одним из очевидных преимуществ было то, что масло не воспламенялось при нагревании в случае случайного выброса... но из-за стоимости по сравнению с водой и других факторов эта технология вышла из моды...
  1. Добавьте коэффициент для всего, что связано с «теплом». Вода не воспламенится и не загорится...
  1. Большинство людей используют в своих двигателях просто воду или воду с антифризом. В минеральной воде часто содержится слишком много ... минералов... чтобы быть действительно полезной. Кроме того, в большинстве мест вы можете купить минеральную воду только в бутылках по глупо высоким ценам (по сравнению с водой из кранов в вашем доме.]
  1. Если вы думаете, что замена масла сейчас обходится дорого, то представьте, сколько бы вы потратили, если бы вам пришлось менять 5 с лишним литров масла, необходимого для смазки двигателя и 6–8 с лишним литров масла, необходимого для его охлаждения?!??!?
  1. @WeatherVane во многих автомобилях есть охладители моторного масла и охладители масла в коробке передач (есть даже охладители масла в мостах) в дополнение к стандартной системе охлаждения. Не думаю, что автор вопроса имел в виду это.
  1. Возможный дубликат с масляным охлаждением или с водяным охлаждением. В мотоциклах действительно есть масляные радиаторы. Но из-за требований к уровню шума водяная рубашка вокруг двигателя помогает приглушить звук, а в более современных мотоциклах используется водяное охлаждение.
Вы уже ответили на этот вопрос