Доста свободен, но верен превод на статията Heat Exchanger Theory and Intercoolers от John
Веднага отбелязвам, че температурите, наляганията и т.н. в тази статия са дадени в "имперски" измерения (градуси по Фаренхайт, паундове на квадратен инч и т.н.), което отговаря на оригинала. В скоби ще дам стойностите и коефициентите за преобразуване от метрични в имперски единици.
Интеркулер (intercooler - междинен охладител, английски) е топлообменник. Това означава, че има две или повече среди (газообразни или течни), които не се допират, но между тях протича топлообмен.
При широко отворена дроселова клапа и пълно форсиране (максимално форсирано налягане), температурата на въздуха, подаван от турбокомпресора, достига 250 - 350°F (
120 - 180°C, 1°F се равнява на 1,8°C) в зависимост от използвания TCR, налягането на форсиране, температурата на околната среда и др. Необходимо е да се охлади, за да се увеличи плътността му. Това ще ни помогне да намалим склонността на двигателя да детонира и да увеличим мощността на двигателя.
Как работи междинният охладител? Горещият въздух от турбината преминава през тръби вътре в междинния охладител. В този случай се осъществява пренос на топлина. Тръбите се нагряват и въздухът се охлажда. Извънбордовият въздух (или вода, ако междинният охладител е течен) духа върху тръбите и перките, механично свързани с тях, като ги охлажда. Отново възниква топлообмен, но вече между тръбите и външния въздух. По този начин топлината се пренася от заредения въздух през междинния охладител към външния въздух.
Факторите, които влияят на преноса на топлина, са взаимосвързани и могат да бъдат изразени в уравнения (функции). Тези формули са добри не само за междинни охладители, но и за всякакви топлообменници, като радиатори или климатици. Струва си да разгледаме някои от тях, за да разберем какво е важно за преноса на топлина и какво не.
Първото уравнение описваобщ топлопренос
Qе количеството пренесена топлинна енергия,
U— коефициент на топлопроводимост,
Aе областта, участваща в топлообмена, т.е. площта на външната повърхност на тръбите и перките.
DTlmе параметър, показващ общата средна разлика в температурата на въздуха между входа и изхода на междинния охладител [2].
DT1— температура на въздуха на входа на междинния охладител,
DT2— температура на въздуха на изхода на междинния охладител,
F— коефициент на корекция (виж по-долу).
Въздухът, който духа над междинния охладител, се затопля неравномерно (колкото по-близо до входа, толкова по-горещ). Следователно, за да измерите правилно температурата на изходящия въздух, е необходимо да съберете целия изходящ въздух и да го смесите. :)
Fе параметър, който отчита неравномерното нагряване на въздуха, обдухващ междинния охладител.
За да го изчислите, трябва да изчислите две количества:
P =турбо температура на въздуха навън - температура на турбо въздуха навътре
външна температура на въздуха - температура на турбо въздух в
R =външна температура на въздуха на входа - външна температура на въздуха навън
Turbo air temp out - Turbo air temp in
След това намерете тези две стойности в графиката по-долу:
Така съотношение #1 ни дава насока за подобряване на ефективността на междинния охладител. Колкото повече топлина предаваме (колкото повече Q), толкова по-студен е въздухът, излизащ от междинния охладител. Продължавай.
Той описва колко градуса газът (течността) е загубил или спечелил от едната страна на топлообменника (т.е. само турбо въздух или само външен въздух):
m— въздушен поток (lbs/min),
DT— температурна разлика между входа и изхода на топлообменника. Ако имаме 200 °F вход и 125 °F изход, тогава DT = 75. Не забравяйте, че температуратана изхода - средната "смесена" температура.
И така, какво може да бъде полезно от горните уравнения?
1. Колкото по-голяма е температурната разлика (по-голямото DTlm (1.1)), толкова по-интензивен е преносът на топлина. Колкото по-близо е температурата на изхода на междинния охладител до температурата на околната среда, толкова по-лош ще бъде топлопредаването.
2. Разликата между изходната температура на междинния охладител и външната температура се нарича приближение (подход). Ако е 100°F навън и 140°F след междинния охладител, тогава приблизителната стойност е 40 градуса (140-100=40). Колкото по-малка е тази стойност, толкова по-добре. От друга страна, може да срещнете ефекта на „обратната връзка“. За по-голяма яснота записваме уравнение 1.1 катоQ/DTlm=U*A. Всеки път, когатоDTlmнамалява (получаване на по-добро приближение), Q се увеличава (пренасяне на повече топлина, получаване на по-ниска изходяща температура). ФункциятаQ/DTlmрасте много по-бързо отU*A. По този начин, за всяка намалена степен на приближаване, е необходимо все повече да се увеличава площта и топлопроводимостта на междинния охладител.
3. Авторът смята, че приближаването на 20°F може да се счита за много добър показател и този параметър може да бъде подобрен само чрез смяна на междинния охладител.
4. Колкото по-голяма е площта, участваща в преноса на топлина, толкова повече топлина може да се пренесе. Това означава, че интеркулера трябва да е с възможно най-дълги тръби, да са повече, както и перките. Повечето тунинг интеркулери са направени с тази философия.
От друга страна, колкото по-голяма е площта, участваща в преноса на топлина, толкова по-малък е въздушният поток. Това следва от уравнение [2]. Следователно е необходимо да се намери баланс между загубите и преноса на топлина.
5. Смесването на въздуха в тръбите насърчава преноса на топлина. Понякога в междинните охладители се използват "вихри". От друга страна, това създавасъпротивление на потока.
Почистването на междинния охладител от масло също насърчава преноса на топлина (U в [1.1]).
7. Намаляване на температурата на входа на междинния охладител. Колкото турбината е по-близо до режима на максимална ефективност, толкова по-слабо се нагрява въздухът, който излиза от нея. Можете да намалите температурата на изхода по няколко начина: като намалите налягането, като намалите съпротивлението на потока между въздушния филтър и TCR, като изберете по-ефективна турбина. Повече за това по-късно. Ако намалите налягането на изхода на турбината с 2 psi (poun на квадратен инч - паунда на квадратен инч, 1 psi = 0,0689 bar = 0,068 atm.) или увеличите налягането на входа на турбината с 1 psi, температурата на изхода ще спадне
при 16°F (в зависимост от ефективността на компресора и налягането на усилване). Ако въздухът, който влиза в интеркулера е с 16 градуса по-студен, на изхода е с 10 градуса по-студен, пак ще е по-добре, отколкото беше.
Друг аспект, който си струва да се обсъди, е спадът на налягането в междинния охладител. Налягането, което виждаме на манометъра :) е налягането във всмукателния колектор. Това не е същото налягане, което имаме на изхода на компресора. Представете си сламка. Въздухът в него не се движи, докато не го вземем в зъбите си и създадем налягане в един от краищата (удар). По същия начин налягането на изхода на турбокомпресора винаги ще бъде по-високо от налягането в колектора, в противен случай въздухът няма да се движи.
Индикатор за аеродинамичното съпротивление на междинния охладител, всмукателните тръби и дросела ще бъде разликата в налягането, необходима за даден обем въздух, за да се премести от TKR към всмукателния колектор.
Съпротивлението на междинния охладител е важен фактор като Колкото по-високо е изходното налягане на турбината, толкова по-висока е температурата. Чрез намаляване на налягането на изхода на турбината, ние намаляваме температурата не само на турбината, нои на изхода на междинния охладител. Може да не е правопропорционално, но също помага. Колкото по-големи са дроселът, маркучите и колкото по-ниско е съпротивлението на междинния охладител, толкова по-малко работи турбината, за да създаде същото налягане в колектора. Същото важи и за входа на турбината. Колкото по-ниско е съпротивлението на DMRV, въздушният филтър, толкова по-ниска е работата и следователно температурата.
А МОЯТ ИНТЕРКУЛЕР?
Ще поставим датчика за температура на изхода на интеркулера, като го поставим на тънка жица вътре в маркуча и ще отидем на пробно шофиране. При външна температура 80-85°F, на изхода виждаме 140°F, т.е. приблизителното е 55-60 градуса. Това предполага, че е необходим по-ефективен междинен охладител. Ако намалите температурата до 100 градуса, плътността на въздуха ще се увеличи със 7%, съответно двигателят ще получи 7% повече въздух. В идеалния случай мощността ще се повиши със същите 7%. За 350 к.с ще е 25к.с печалби. За 450 к.с е 30 к.с печалби. Не е зле.:)
Следващият тест е да се измери спадът на налягането. Най-добрият начин е да използвате диференциален манометър. Той измерва разликата в налягането между двете точки, към които е свързан.
Свързваме една линия към изхода на турбината, а втората към изхода на междинния охладител или към всмукателния колектор (тогава ще измерим спада по целия път). Можете да използвате 2 манометъра, но не и факта, че те са еднакво калибрирани. Освен това можете да развалите манометъра, свързан към турбината, т.к. при затваряне на дросела може да възникне скок на налягането (в зависимост от наличието на изпускателен клапан).
Ако спадът на налягането е повече от 4 или 5 psi, тогава си струва да помислите за по-ефективен междинен охладител.