Kühlwasserpumpe optimieren

[bora33]

Original von kettcarkalle
Hallo Bora,

kann ich den Massenstrom den beliebig erhöhen um eine bessere Kühlung zu erreichen?

Natürlich gibt es praktische Grenzen. Die Dicke der laminaren Grenzschicht kann theoretisch auf eine Atomlage heruntergefahren werden. Die van-der-Waals-Kräfte halten diese Lage an der Oberfläche der zu kühlenden Grenzfläche. Der Aufwand hierfür steigt aber exponentiell, bzw. nähert sich der Wirkungsgrad der Kühlung asymptotisch dem theoretischen Optimum. Dies gilt aber nur für die Wärmeabfuhr an dieser Stelle. Der mechanische Energieeintrag für die Pumpe steigt natürlich dramatisch an. Diese Leistung muss zusätzlich abgeführt werden, weil die Bewegungsenergie letztlich durch Reibung teilweise aufgezehrt wird. In einem extremen System kann es erforderlich sein, NACH der Pumpe einen Zwischenkühler zu verbauen.



Ich gehe davon aus das es in einem geschlossenen System Grenzen für einen Turbulenten Massenstrom gibt.

Natürlich! Das sind der Flusswiderstand und die Kavitationsgrenzen der Fördereinheit.

Nach deinen Ausführungen hört es sich so an als wenn man durch Erhöhung des Massenstroms einen kleineren Kühler fahren kann.

Das ist richtig. Betrachten wir mal nicht den Wärmeübergang im Zylinder, sondern die Wärmeabfuhr im Kühler. Die Leistung des Kühlers ergibt sich aus den zwei Massenströmen des inneren und des äußeren Kühlmediums, der Temperaturdifferenz und der beiden Wärmeübergangszahlen Kühlwasser - Kühlerwand innen und Kühlerwand außen - Umgebungsluft. Die Wärmeleitung im Kühlermetall spielt aufgrund der hohen Leitwerte und der minimalen Wegstrecken keine leistungslimitierende Rolle.

Gelänge es dem Kühler aufgrund seiner Eigenschaften das Kühlwasser im Laufe der Kühlerwegstrecke auf Umgebungstemperatur abzukühlen beträgt ab diesem Punkt die Leistung des Kühlers Null! Es liegt ja keine Temperaturdifferenz mehr vor. Erhöhe ich den Durchsatz, verringert sich die Spreizung, aber es kann mehr Leistung - wenngleich auf höherem Temperaturniveau abgeführt werden.

Das Wechselspiel der Massenströme findet im Kart ja ständig statt! Das stehende Kart hat Kühlwasser- und Luftdurchsatz Null! Bei Höchstgeschwindigkeit ist die Leistungsabfuhr am höchsten.

Aus Motorensicht ein nicht sehr schöner Zustand, aber zum Glück hilft uns hier die Wärmekapazität des Systems.

Erhöht sich nicht der Druck im Kühlsystem wenn ich den Massenstrom beliebig erhöhe?

Es erhöhen sich die Druckverluste, also die Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite der Pumpe und an allen anderen Stellen, an denen es Querschnittsübergänge und Wandungsreibung gibt.

Sind dem Massenstrom nicht Grenzen durch Querschnitte und Reibung gesetzt.

Klar! Der Druckverlust steigt im Quadrat mit dem Massenstrom.

Danke und Gruß,
Kai

[kettcarkalle]

Hallo Bora,
vielen Dank für deine Ausführungen, sehr interessant.

Gruß Kai