1. خنک کردن موتورها: استفاده اصلی آب رادیاتور در موتورهای خودروها، موتورهای دیزل، موتورهای بنزینی و دیگر ماشین‌آلات، برای کنترل
   دمای موتور است. این مایع به دوران مستمر در سیستم خنک‌کننده موتور چرخ می‌زند و گرما را از موتور جذب کرده و به رادیاتور انتقال می‌دهد.
   در رادیاتور، هوا از طریق رئوس رادیاتور عبور می‌کند و گرما از آب رادیاتور به هوا منتقل می‌شود، سپس آب خنک شده به موتور
   بازگردانده می‌شود.
2. جلوگیری از یخ زدن: آب رادیاتور به عنوان یک آنتی‌فریز عمل می‌کند و از یخ زدن مایع در دماهای پایین‌تر جلوگیری می‌کند. این ویژگی
   مهم است، به ویژه در مناطقی با دماهای زمستانی پایین.
3. کنترل دمای داخل سیستم‌ها: آب رادیاتور نه تنها برای خنک کردن موتورها استفاده می‌شود بلکه در دیگر سیستم‌های صنعتی نیز
   می‌تواند برای کنترل دما استفاده شود. به عنوان مثال، در سیستم‌های تولید برق، کنترل دمای تراکم‌گردهای برق با استفاده از آب رادیاتور
   انجام می‌شود.
4. استفاده در سیستم‌های گرمایش مسکن: در برخی سیستم‌های گرمایش مسکن نیز از آب رادیاتور به عنوان یک منبع گرمایش
   استفاده می‌شود. آب گرم از سیستم خنک‌کننده موتور به سیستم گرمایش منتقل می‌شود. و در رادیاتور‌های مسکن تبدیل به گرما
   می‌شود.
5. استفاده در صنایع: آب رادیاتور در صنایع مختلف به عنوان مایع خنک‌کننده در دستگاه‌ها و تجهیزاتی مانند ماشین‌آلات CNC، دستگاه‌های
   تزریق پلاستیک، دستگاه‌های برش لیزر و … استفاده می‌شود.

در کل، آب رادیاتور به عنوان یک مایع خنک‌کننده حیاتی در صنعت خودروسازی و دیگر صنایع با نیاز به کنترل دما و خنک کردن موتورها و
دستگاه‌ها تاثیرگذار است.

اتومبیل و موتور سیکلتویرایش کنید

مایع خنک کننده در رادیاتور خودرو ریخته می شود

در خودروها و موتورسیکلت‌های دارای موتور احتراق داخلی مایع خنک‌شونده ، یک رادیاتور به کانال‌هایی متصل می‌شود که از طریق موتور و سرسیلندر عبور می‌کنند و از طریق آن یک مایع ( خنک کننده ) توسط پمپ خنک‌کننده پمپ می‌شود. این مایع ممکن است آب باشد (در آب و هواهایی که احتمال یخ زدن آب وجود ندارد)، اما معمولاً مخلوطی از آب و ضد یخ به نسبت مناسب آب و هوا است. خود ضد یخ معمولاً اتیلن گلیکول یا پروپیلن گلیکول (با مقدار کمی بازدارنده خوردگی ) است.

یک سیستم خنک کننده معمولی خودرو شامل:

• مجموعه ای از گالری ها در بلوک موتور و سرسیلندر ریخته شده و محفظه های احتراق را با مایع در گردش برای انتقال گرما احاطه کرده اند.
• یک رادیاتور، متشکل از لوله‌های کوچک زیادی که مجهز به لانه زنبوری باله‌ای برای دفع سریع گرما هستند، که مایع داغ موتور را دریافت و خنک می‌کند.
• یک پمپآب ، معمولا از نوع گریز از مرکز، برای گردش مایع خنک کننده در سیستم.
• یک ترموستاتبرای کنترل دما با تغییر مقدار مایع خنک کننده که به رادیاتور می رود.
• یک فن برای کشیدن هوای خنک از طریق رادیاتور.

فرآیند احتراق مقدار زیادی گرما تولید می کند. اگر اجازه داده شود گرما بدون کنترل افزایش یابد، انفجار رخ می دهد و اجزای خارج از موتور به دلیل دمای بیش از حد از کار می افتند. برای مقابله با این اثر، مایع خنک‌کننده در موتور به گردش در می‌آید که در آن گرما را جذب می‌کند. هنگامی که مایع خنک کننده گرمای موتور را جذب کرد، جریان خود را به سمت رادیاتور ادامه می دهد. رادیاتور گرما را از مایع خنک کننده به هوای عبوری منتقل می کند.

رادیاتورها همچنین برای خنک کردن مایعات گیربکس اتوماتیک ، مبرد تهویه مطبوع ، هوای ورودی و گاهی اوقات برای خنک کردن روغن موتور یا روغن فرمان استفاده می شوند . رادیاتور معمولاً در موقعیتی نصب می شود که جریان هوا را از حرکت رو به جلو خودرو دریافت می کند، مانند پشت کوره جلویی. در جایی که موتورها در وسط یا عقب نصب می شوند، معمولاً رادیاتور را در پشت کوره جلویی نصب می کنند تا جریان هوای کافی حاصل شود، حتی اگر این کار به لوله های خنک کننده طولانی نیاز دارد. از طرف دیگر، رادیاتور ممکن است هوا را از جریان بالای وسیله نقلیه یا از کوره ای که در کنار آن نصب شده است بکشد. برای وسایل نقلیه طولانی، مانند اتوبوس، جریان هوای جانبی برای خنک کردن موتور و گیربکس و جریان هوای بالا برای خنک کننده تهویه مطبوع رایج ترین است.

ساخت رادیاتورویرایش کنید

رادیاتورهای خودرو از یک جفت مخزن سربرگ فلزی یا پلاستیکی ساخته شده‌اند که توسط یک هسته با گذرگاه‌های باریک زیاد به هم متصل شده‌اند و سطح بالایی نسبت به حجم ایجاد می‌کنند. این هسته معمولاً از لایه‌های انباشته ورق فلزی ساخته می‌شود که برای تشکیل کانال‌ها فشرده شده و به هم لحیم یا لحیم می‌شوند . برای سال‌ها رادیاتورها از هسته‌های برنجی یا مسی ساخته می‌شدند که به هدرهای برنجی لحیم می‌شدند. رادیاتورهای مدرن دارای هسته های آلومینیومی هستند و اغلب با استفاده از هدرهای پلاستیکی با واشر در هزینه و وزن خود صرفه جویی می کنند. این سازه نسبت به مصالح سنتی بیشتر مستعد خرابی است و کمتر به راحتی قابل تعمیر است.

لوله های رادیاتور لانه زنبوری

یک روش ساخت قبلی رادیاتور لانه زنبوری بود. لوله های گرد در انتهای خود به شکل شش ضلعی جابجا شدند، سپس روی هم چیده شدند و لحیم شدند. از آنجایی که آنها فقط انتهای خود را لمس می کردند، در واقع مخزن آب جامد با لوله های هوای زیادی را تشکیل داد. ^[2]

برخی از خودروهای قدیمی از هسته های رادیاتور ساخته شده از لوله سیم پیچی استفاده می کنند که ساختاری کمتر کارآمد اما ساده تر است.

پمپ خنک کنندهویرایش کنید

سیستم خنک کننده ترموسیفون 1937، بدون پمپ گردش

رادیاتورها ابتدا از جریان عمودی رو به پایین استفاده کردند که صرفاً توسط اثر ترموسیفون هدایت می شد . مایع خنک کننده در موتور گرم می شود، چگالی کمتری پیدا می کند و بنابراین بالا می رود. همانطور که رادیاتور سیال را خنک می کند، مایع خنک کننده متراکم تر شده و سقوط می کند. این اثر برای موتورهای ثابت کم مصرف کافی است ، اما برای همه خودروها به جز اولین خودروها کافی نیست. سال‌هاست که همه خودروها از پمپ‌های گریز از مرکز برای گردش مایع خنک‌کننده موتور استفاده می‌کنند، زیرا گردش طبیعی سرعت جریان بسیار پایینی دارد.

بخاریویرایش کنید

معمولاً سیستمی از سوپاپ ها یا بافل ها یا هر دو، برای کار همزمان یک رادیاتور کوچک در داخل خودرو تعبیه می شود. این رادیاتور کوچک و فن دمنده مربوطه، هسته بخاری نامیده می شود و برای گرم کردن فضای داخلی کابین کار می کند. مانند رادیاتور، هسته بخاری با حذف گرما از موتور عمل می کند. به همین دلیل، تکنسین‌های خودرو اغلب به اپراتورها توصیه می‌کنند که برای کمک به رادیاتور اصلی، بخاری را روشن کرده و در صورت گرم شدن بیش از حد موتور، آن را روی بالا تنظیم کنند .

کنترل دماویرایش کنید

کنترل جریان آبویرایش کنید

ترموستات موتور خودرو

دمای موتور در خودروهای مدرن در درجه اول توسط ترموستات نوع مومی پلت کنترل می شود ، دریچه ای که پس از رسیدن موتور به دمای بهینه کار باز می شود .

هنگامی که موتور سرد است، ترموستات به جز یک جریان بای پس کوچک بسته می شود تا ترموستات تغییرات دمای مایع خنک کننده را با گرم شدن موتور تجربه کند. مایع خنک کننده موتور توسط ترموستات به ورودی پمپ سیرکولاسیون هدایت می شود و مستقیماً با دور زدن رادیاتور به موتور باز می گردد. هدایت آب برای گردش فقط از طریق موتور به موتور اجازه می‌دهد تا در سریع‌ترین زمان ممکن به دمای عملیاتی مطلوب برسد و در عین حال از “نقاط داغ” موضعی جلوگیری کند. هنگامی که مایع خنک‌کننده به دمای فعال‌سازی ترموستات رسید، باز می‌شود و به آب اجازه می‌دهد از رادیاتور عبور کند تا از افزایش دما جلوگیری کند.

ترموستات پس از رسیدن به دمای بهینه، جریان مایع خنک کننده موتور را به رادیاتور کنترل می کند تا موتور در دمای مطلوب به کار خود ادامه دهد. در شرایط اوج بار، مانند رانندگی آهسته از یک تپه شیب دار در حالی که بار سنگین در یک روز گرم است، ترموستات به طور کامل باز می شود زیرا موتور نزدیک به حداکثر توان تولید می کند در حالی که سرعت جریان هوا در رادیاتور کم است. (به عنوان یک مبدل حرارتی، سرعت جریان هوا در سراسر رادیاتور تأثیر عمده ای بر توانایی آن در دفع گرما دارد.) برعکس، هنگام حرکت سریع در سراشیبی در بزرگراه در یک شب سرد با دریچه گاز سبک، ترموستات تقریباً بسته خواهد بود. زیرا موتور قدرت کمی تولید می کند و رادیاتور می تواند گرمای بسیار بیشتری نسبت به تولید موتور دفع کند. اجازه دادن جریان بیش از حد مایع خنک کننده به رادیاتور منجر به خنک شدن بیش از حد موتور و کارکرد در دمای پایین تر از حد مطلوب می شود و در نتیجه باعث کاهش راندمان سوخت و افزایش انتشار گازهای گلخانه ای می شود. علاوه بر این، اگر اجزایی (مانند یاتاقان‌های میل لنگ ) به گونه‌ای طراحی شده باشند که انبساط حرارتی در کنار هم قرار بگیرند، گاهی اوقات دوام، قابلیت اطمینان و طول عمر موتور به خطر می‌افتد. یکی دیگر از عوارض جانبی خنک کردن بیش از حد، کاهش عملکرد بخاری کابین است، اگرچه در موارد معمولی همچنان هوا را در دمای بسیار بالاتری نسبت به محیط خارج می کند.

بنابراین ترموستات دائماً در سراسر محدوده خود در حال حرکت است و به تغییرات بار کاری خودرو، سرعت و دمای خارجی واکنش نشان می دهد تا موتور را در دمای کارکرد بهینه خود نگه دارد.

در اتومبیل‌های قدیمی ممکن است یک ترموستات از نوع بادگیر پیدا کنید که دارای دم‌های موجدار حاوی مایعات فرار مانند الکل یا استون است. این نوع ترموستات ها در فشارهای بالای 7 psi سیستم خنک کننده به خوبی کار نمی کنند. وسایل نقلیه موتوری مدرن معمولاً در حدود 15 psi کار می کنند که استفاده از ترموستات نوع دم را ممنوع می کند. در موتورهای مستقیم هوا خنک، این موضوع برای ترموستات دم که یک سوپاپ فلپ را در مسیرهای هوا کنترل می کند، نگران کننده نیست.

کنترل جریان هواویرایش کنید

عوامل دیگری مانند اندازه رادیاتور و نوع فن رادیاتور بر دمای موتور تأثیر می گذارد. اندازه رادیاتور (و در نتیجه ظرفیت خنک کنندگی آن ) به گونه ای انتخاب می شود که بتواند موتور را در دمای طراحی شده تحت شدیدترین شرایطی که یک وسیله نقلیه با آن مواجه می شود (مانند بالا رفتن از یک کوه در حالی که در یک روز گرم کاملاً بار است) نگه دارد. .

سرعت جریان هوا از طریق یک رادیاتور تأثیر عمده ای بر گرمایی است که از بین می رود. سرعت خودرو، به نسبت تقریبی با تلاش موتور، بر این امر تأثیر می‌گذارد، بنابراین بازخورد خودتنظیمی خام ارائه می‌کند. در جایی که یک فن خنک کننده اضافی توسط موتور به حرکت در می آید، سرعت موتور را نیز به طور مشابه ردیابی می کند.

فن های موتوری اغلب توسط یک کلاچ فن از تسمه محرک تنظیم می شوند که در دماهای پایین می لغزد و سرعت فن را کاهش می دهد. این کار راندمان سوخت را با هدر ندادن انرژی در راه اندازی بی مورد فن بهبود می بخشد. در وسایل نقلیه مدرن، تنظیم بیشتر سرعت خنک کننده توسط فن های رادیاتور با سرعت متغیر یا دوچرخه سواری ارائه می شود. فن های الکتریکی توسط یک کلید ترموستاتیک یا واحد کنترل موتور کنترل می شوند . فن های برقی همچنین دارای این مزیت هستند که جریان هوا و خنک کنندگی خوبی را در دورهای پایین موتور یا در حالت ایستا مانند در ترافیک آهسته دارند.

قبل از توسعه فن های ویسکوز محرک و برقی، موتورها دارای فن های ثابت ثابتی بودند که همیشه هوا را از طریق رادیاتور می کشیدند. وسایل نقلیه ای که طراحی آنها مستلزم نصب رادیاتور بزرگ برای مقابله با کارهای سنگین در دماهای بالا بود، مانند وسایل نقلیه تجاری و تراکتورها، اغلب در هوای سرد تحت بارهای سبک، حتی با وجود ترموستات ، خنک کار می کنند ، به عنوان رادیاتور بزرگ و ثابت. فن باعث کاهش سریع و قابل توجه دمای مایع خنک کننده به محض باز شدن ترموستات شد. این مشکل با برازش a قابل حل است پرده رادیاتور (یا روکش رادیاتور ) به رادیاتور که می تواند تنظیم شود تا جریان هوا را از طریق رادیاتور به طور جزئی یا کامل مسدود کند. در ساده‌ترین حالت، کور، رول موادی مانند بوم یا لاستیک است که در طول رادیاتور باز می‌شود تا قسمت مورد نظر را بپوشاند. برخی از وسایل نقلیه قدیمی مانند کارخانه هواپیماسازی سلطنتی SE5 و جنگنده های تک موتوره SPAD S.XIII در دوران جنگ جهانی اول ، دارای یک سری کرکره هستند که می توانند از روی صندلی راننده یا خلبان تنظیم شوند تا درجه ای از کنترل را فراهم کنند. برخی از خودروهای مدرن دارای یک سری کرکره هستند که به طور خودکار توسط واحد کنترل موتور باز و بسته می شوند تا تعادل خنک کننده و آیرودینامیک را در صورت نیاز فراهم کنند. ^[3]

فن خنک کننده رادیاتور برای موتور اصلی لوکوموتیو VIA Rail GE P42DCاین اتوبوس‌های AEC Regent III RT دارای پرده‌های رادیاتور هستند که در اینجا دیده می‌شود که نیمه پایینی رادیاتورها را می‌پوشاند.

فشار مایع خنک کنندهویرایش کنید

از آنجایی که راندمان حرارتی موتورهای احتراق داخلی با دمای داخلی افزایش می یابد، مایع خنک کننده در فشار بالاتر از اتمسفر نگه داشته می شود تا نقطه جوش آن افزایش یابد . یک شیر فشار کالیبره شده معمولاً در درپوش پرکن رادیاتور تعبیه می شود. این فشار بین مدل‌ها متفاوت است، اما معمولاً بین 4 تا 30 psi (30 تا 200 کیلو پاسکال) متغیر است. ^[4]

همانطور که فشار سیستم خنک کننده با افزایش دما افزایش می یابد، به نقطه ای می رسد که دریچه فشار فشار اجازه خروج فشار اضافی را می دهد. هنگامی که دمای سیستم متوقف شود، متوقف می شود. در مورد رادیاتور (یا مخزن هدر) بیش از حد پر شده، فشار با اجازه دادن به مایع کمی تخلیه می شود. این ممکن است به سادگی روی زمین تخلیه شود یا در یک ظرف تهویه شده جمع شود که در فشار اتمسفر باقی می ماند. هنگامی که موتور خاموش می شود، سیستم خنک کننده خنک می شود و سطح مایع پایین می آید. در برخی موارد که مایع اضافی در یک بطری جمع شده است، ممکن است دوباره به مدار خنک کننده اصلی “مکیده” شود. در موارد دیگر اینطور نیست.

خنک کننده موتورویرایش کنید

مقاله اصلی: خنک کننده § مایعات

قبل از جنگ جهانی دوم، خنک کننده موتور معمولاً آب معمولی بود. ضد یخ صرفاً برای کنترل یخ زدگی استفاده می شد و این اغلب فقط در هوای سرد انجام می شد. اگر آب معمولی در بلوک موتور یخ بزند، آب می تواند در حین یخ زدن منبسط شود. این اثر می تواند باعث آسیب شدید موتور داخلی به دلیل انبساط یخ شود.

توسعه در موتورهای هواپیما با کارایی بالا مستلزم خنک‌کننده‌های بهبود یافته با نقطه جوش بالاتر است که منجر به استفاده از مخلوط‌های گلیکول یا آب-گلیکول می‌شود. اینها منجر به استفاده از گلیکولها به دلیل خاصیت ضد یخ آنها شد.

از زمان توسعه موتورهای آلیاژ آلومینیوم یا مخلوط فلزات، جلوگیری از خوردگی حتی مهمتر از ضد یخ و در تمام مناطق و فصول سال شده است.

جوشیدن یا گرم شدن بیش از حدویرایش کنید

یک مخزن سرریز که خشک می شود ممکن است منجر به تبخیر مایع خنک کننده شود که می تواند باعث گرم شدن موضعی یا عمومی موتور شود. اگر اجازه داده شود وسیله نقلیه بیش از دمای هوا کار کند، ممکن است آسیب شدیدی ایجاد شود. خرابی هایی مانند واشرهای سر سیلندر منفجر شده و سرسیلندرهای تابیده یا ترک خورده یا بلوک سیلندر ممکن است نتیجه آن باشد. گاهی اوقات هیچ هشداری وجود نخواهد داشت، زیرا سنسور دمایی که داده‌های دماسنج (مکانیکی یا الکتریکی) را ارائه می‌کند، در معرض بخار آب قرار می‌گیرد، نه مایع خنک‌کننده، و یک قرائت نادرست مضر ارائه می‌دهد.

باز کردن رادیاتور داغ فشار سیستم را کاهش می دهد که ممکن است باعث جوشیدن و خارج شدن مایع داغ و بخار خطرناک شود. بنابراین، درپوش های رادیاتور اغلب دارای مکانیزمی هستند که سعی می کند قبل از باز شدن کامل درب، فشار داخلی را کاهش دهد.

سخن پایانی: