रेडिएटरची कूलिंग सिस्टम

अंतर्गत ज्वलन इंजिनांची थर्मल कार्यक्षमता अंतर्गत तापमानासह वाढते, कूलंटचा उत्कलन बिंदू वाढवण्यासाठी ते वातावरणाच्या दाबापेक्षा जास्त दाबावर ठेवले जाते. कॅलिब्रेटेड प्रेशर-रिलीफ व्हॉल्व्ह सहसा रेडिएटरच्या फिल कॅपमध्ये समाविष्ट केले जाते. हा दबाव मॉडेल्समध्ये बदलतो, परंतु सामान्यतः 4 ते 30 psi (30 ते 200 kPa) पर्यंत असतो.[4]

तापमानात वाढ झाल्यामुळे शीतलक प्रणालीचा दाब वाढल्याने, ते त्या ठिकाणी पोहोचेल जिथे दाब आराम झडप अतिरिक्त दाब बाहेर पडू देतो. जेव्हा सिस्टम तापमान वाढणे थांबते तेव्हा हे थांबेल. जास्त भरलेल्या रेडिएटरच्या बाबतीत (किंवा हेडर टाकी) थोडासा द्रव बाहेर पडू देऊन दाब बाहेर काढला जातो. हे फक्त जमिनीवर वाहून जाऊ शकते किंवा वायुमंडलीय दाबावर राहणाऱ्या एका हवेच्या कंटेनरमध्ये गोळा केले जाऊ शकते. जेव्हा इंजिन बंद होते, तेव्हा शीतकरण प्रणाली थंड होते आणि द्रव पातळी कमी होते. काही प्रकरणांमध्ये जेथे बाटलीमध्ये जास्त द्रव गोळा केला जातो, तो मुख्य शीतलक सर्किटमध्ये परत 'चोखला' जाऊ शकतो. इतर बाबतीत, ते नाही.

दुसऱ्या महायुद्धापूर्वी, इंजिन शीतलक सामान्यतः साधे पाणी होते. अँटीफ्रीझचा वापर केवळ अतिशीत नियंत्रित करण्यासाठी केला जात असे आणि हे बर्याचदा फक्त थंड हवामानात केले जाते. जर इंजिनच्या ब्लॉकमध्ये साधे पाणी गोठण्यासाठी सोडले तर ते गोठल्यावर पाणी विस्तारू शकते. बर्फाच्या विस्तारामुळे या प्रभावामुळे इंजिनचे गंभीर नुकसान होऊ शकते.

उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या विमान इंजिनांच्या विकासासाठी उच्च उकळत्या बिंदूंसह सुधारित शीतलकांची आवश्यकता असते, ज्यामुळे ग्लायकॉल किंवा वॉटर-ग्लायकॉल मिश्रणाचा अवलंब होतो. यामुळे त्यांच्या अँटीफ्रीझ गुणधर्मांसाठी ग्लायकोलचा अवलंब करण्यात आला.

अॅल्युमिनियम किंवा मिश्र-धातूच्या इंजिनच्या विकासापासून, गंज प्रतिबंधक अँटीफ्रीझपेक्षा आणि सर्व प्रदेशांमध्ये आणि ऋतूंमध्ये अधिक महत्त्वाचे बनले आहे.

ओव्हरफ्लो टाकी जी कोरडी चालते त्यामुळे शीतलक वाष्पीकरण होऊ शकते, ज्यामुळे इंजिनचे स्थानिकीकरण किंवा सामान्य ओव्हरहाटिंग होऊ शकते. वाहनाला तापमानापेक्षा जास्त चालवण्याची परवानगी दिल्यास गंभीर नुकसान होऊ शकते. उडवलेले हेड गॅस्केट, आणि विकृत किंवा क्रॅक सिलेंडर हेड किंवा सिलेंडर ब्लॉक्स यांसारख्या बिघाडांचा परिणाम असू शकतो. काहीवेळा कोणतीही चेतावणी दिली जाणार नाही, कारण तापमान मापक (यांत्रिक किंवा इलेक्ट्रिकल) साठी डेटा प्रदान करणारा तापमान सेंसर हा पाण्याच्या वाफेच्या संपर्कात असतो, द्रव शीतलक नाही, हानीकारकपणे चुकीचे वाचन प्रदान करतो.

गरम रेडिएटर उघडल्याने सिस्टमचा दाब कमी होतो, ज्यामुळे ते उकळू शकते आणि धोकादायकपणे गरम द्रव आणि वाफ बाहेर पडू शकते. म्हणून, रेडिएटर कॅप्समध्ये सहसा अशी यंत्रणा असते जी कॅप पूर्णपणे उघडण्यापूर्वी अंतर्गत दाब कमी करण्याचा प्रयत्न करते.

ऑटोमोबाईल वॉटर रेडिएटरच्या शोधाचे श्रेय कार्ल बेंझ यांना दिले जाते. विल्हेल्म मेबॅकने मर्सिडीज 35hp साठी पहिले हनीकॉम्ब रेडिएटर डिझाइन केले

जेव्हा मूळ रेडिएटरचा आकार वाढवता येत नाही तेव्हा शीतकरण क्षमता वाढवण्यासाठी कारला सेकंद, किंवा सहायक, रेडिएटरसह सुसज्ज करणे आवश्यक असते. दुसरा रेडिएटर सर्किटमधील मुख्य रेडिएटरसह मालिकेत प्लंब केलेला आहे. ऑडी 100 ला पहिल्यांदा टर्बोचार्ज करून 200 तयार करण्यात आले तेव्हा ही परिस्थिती होती. इंटरकूलरमध्ये हे गोंधळून जाऊ नये.

काही इंजिनांमध्ये ऑइल कूलर असतो, इंजिन ऑइल थंड करण्यासाठी वेगळा छोटा रेडिएटर असतो. ऑटोमॅटिक ट्रान्समिशन असलेल्या कारमध्ये अनेकदा रेडिएटरशी अतिरिक्त कनेक्शन असते, ज्यामुळे ट्रान्समिशन फ्लुइडला त्याची उष्णता रेडिएटरमधील कूलंटमध्ये हस्तांतरित करता येते. हे एकतर तेल-एअर रेडिएटर्स असू शकतात, जसे की मुख्य रेडिएटरच्या लहान आवृत्तीसाठी. अधिक सोप्या भाषेत ते तेल-वॉटर कूलर असू शकतात, जेथे पाण्याच्या रेडिएटरमध्ये तेलाची पाईप घातली जाते. पाणी सभोवतालच्या हवेपेक्षा जास्त गरम असले तरी, त्याची उच्च औष्णिक चालकता कमी जटिल आणि त्यामुळे स्वस्त आणि अधिक विश्वासार्ह ऑइल कूलरमधून तुलना करता येण्याजोगे शीतलक (मर्यादेच्या आत) देते. कमी सामान्यपणे, पॉवर स्टीयरिंग फ्लुइड, ब्रेक फ्लुइड आणि इतर हायड्रॉलिक फ्लुइड्स वाहनावरील सहाय्यक रेडिएटरद्वारे थंड केले जाऊ शकतात.

टर्बो चार्ज केलेल्या किंवा सुपरचार्ज केलेल्या इंजिनमध्ये इंटरकूलर असू शकतो, जो एअर-टू-एअर किंवा एअर-टू-वॉटर रेडिएटर आहे जो येणारा एअर चार्ज थंड करण्यासाठी वापरला जातो—इंजिन थंड करण्यासाठी नाही.

लिक्विड-कूल्ड पिस्टन इंजिन असलेल्या विमानांना (सामान्यतः रेडियलऐवजी इनलाइन इंजिन) देखील रेडिएटर्सची आवश्यकता असते. कारच्या तुलनेत एअरस्पीड जास्त असल्याने, ते उड्डाण करताना कुशलतेने थंड केले जातात आणि त्यामुळे त्यांना मोठ्या भागांची किंवा कूलिंग फॅन्सची आवश्यकता नसते. तथापि, अनेक उच्च-कार्यक्षम विमाने जमिनीवर सुस्त असताना अति उष्णतेचा त्रास सहन करतात - स्पिटफायरसाठी फक्त सात मिनिटे.[6] हे आजच्या फॉर्म्युला 1 कारसारखेच आहे, जेव्हा इंजिन चालू असलेल्या ग्रिडवर थांबवल्या जातात तेव्हा त्यांना जास्त गरम होण्यापासून रोखण्यासाठी त्यांच्या रेडिएटर पॉड्समध्ये नलिकायुक्त हवा लावावी लागते.

कूलिंग सिस्टीमच्या डिझाइनसह ड्रॅग कमी करणे हे विमानाच्या डिझाइनमधील प्रमुख उद्दिष्ट आहे. सुरुवातीचे तंत्र म्हणजे विमानाच्या मुबलक वायुप्रवाहाचा फायदा घेऊन हनीकॉम्ब कोर (अनेक पृष्ठभाग, पृष्ठभाग ते व्हॉल्यूमच्या उच्च गुणोत्तरासह) पृष्ठभाग-आरोहित रेडिएटरने बदलणे. या पृष्ठभागाच्या मागील बाजूस असलेल्या पाईप्समधून शीतलक वाहत असलेल्या फ्यूसेलेज किंवा विंग स्किनमध्ये मिश्रित एकल पृष्ठभाग वापरला जातो. अशा डिझाईन्स मुख्यतः पहिल्या महायुद्धाच्या विमानांवर दिसत होत्या.

ते एअरस्पीडवर खूप अवलंबून असल्याने, जमिनीवर चालत असताना पृष्ठभागाचे रेडिएटर्स जास्त गरम होण्याची शक्यता असते. सुपरमरीन S.6B सारखे रेसिंग विमान, त्याच्या फ्लोट्सच्या वरच्या पृष्ठभागावर तयार केलेले रेडिएटर्स असलेले रेसिंग सीप्लेन, त्यांच्या कामगिरीची मुख्य मर्यादा म्हणून "तापमान मापकावर उड्डाण करणे" असे वर्णन केले गेले आहे.[7]

सरफेस रेडिएटर्सचा वापर काही हाय-स्पीड रेसिंग कारद्वारे देखील केला गेला आहे, जसे की 1928 च्या माल्कम कॅम्पबेलच्या ब्लू बर्ड.

कूलिंग फ्लुइडला उकळू न देणे ही सामान्यत: बहुतेक शीतकरण प्रणालींची मर्यादा असते, कारण प्रवाहात वायू हाताळण्याची गरज डिझाइनमध्ये मोठ्या प्रमाणात गुंतागुंत निर्माण करते. वॉटर कूल्ड सिस्टीमसाठी, याचा अर्थ असा होतो की उष्णता हस्तांतरणाची कमाल रक्कम पाण्याची विशिष्ट उष्णता क्षमता आणि सभोवतालच्या आणि 100 डिग्री सेल्सिअसमधील तापमानातील फरकाने मर्यादित आहे. हे हिवाळ्यात किंवा जास्त उंचीवर जेथे तापमान कमी असते तेथे अधिक प्रभावी थंडावा प्रदान करते.

विमान कूलिंगमध्ये आणखी एक प्रभाव जो विशेषतः महत्वाचा आहे तो म्हणजे विशिष्ट उष्णता क्षमता बदलते आणि उत्कलन बिंदू दाबाने कमी होतो आणि हा दाब तापमानातील घसरणीपेक्षा उंचीवर अधिक वेगाने बदलतो. अशाप्रकारे, सामान्यतः, विमान चढत असताना द्रव शीतकरण प्रणालीची क्षमता कमी होते. 1930 च्या दशकात जेव्हा टर्बोसुपरचार्जरच्या परिचयाने प्रथम 15,000 फूट उंचीवर सोयीस्कर प्रवास करण्याची परवानगी दिली तेव्हा कामगिरीवर ही एक मोठी मर्यादा होती आणि कूलिंग डिझाइन हे संशोधनाचे प्रमुख क्षेत्र बनले.

या समस्येचे सर्वात स्पष्ट आणि सामान्य उपाय म्हणजे संपूर्ण कूलिंग सिस्टम दबावाखाली चालवणे. यामुळे विशिष्ट उष्णता क्षमता स्थिर मूल्यावर कायम राहिली, तर बाहेरील हवेचे तापमान कमी होत गेले. अशा प्रणाल्यांनी चढाई करताना थंड करण्याची क्षमता सुधारली. बर्‍याच वापरासाठी, यामुळे उच्च-कार्यक्षमता पिस्टन इंजिनांना थंड करण्याची समस्या सोडवली गेली आणि द्वितीय विश्वयुद्ध कालावधीतील जवळजवळ सर्व द्रव-कूल्ड विमान इंजिनांनी हे समाधान वापरले.

तथापि, प्रेशराइज्ड सिस्टीम देखील अधिक क्लिष्ट होत्या आणि नुकसानास जास्त संवेदनाक्षम होत्या - कूलिंग फ्लुइड दबावाखाली असल्याने, एकल रायफल-कॅलिबर बुलेट होल सारख्या कूलिंग सिस्टममध्ये किरकोळ नुकसान देखील द्रव वेगाने बाहेर पडण्यास कारणीभूत होते. छिद्र कूलिंग सिस्टममधील बिघाड हे आतापर्यंत इंजिनच्या बिघाडाचे प्रमुख कारण होते.

स्टीम हाताळण्यास सक्षम असलेले विमान रेडिएटर तयार करणे अधिक कठीण असले तरी ते अशक्य नाही. वाफेला पंपांमध्ये परत जाण्यापूर्वी आणि कूलिंग लूप पूर्ण करण्याआधी ते द्रवपदार्थात घनरूप करणारी प्रणाली प्रदान करणे ही मुख्य आवश्यकता आहे. अशी प्रणाली वाष्पीकरणाच्या विशिष्ट उष्णतेचा फायदा घेऊ शकते, जी पाण्याच्या बाबतीत द्रव स्वरूपात विशिष्ट उष्णता क्षमतेच्या पाच पट असते. वाफेला जास्त गरम होऊ देऊन अतिरिक्त नफा मिळू शकतो. बाष्पीभवन कूलर म्हणून ओळखल्या जाणार्‍या अशा प्रणाली 1930 च्या दशकात लक्षणीय संशोधनाचा विषय होत्या.

20 डिग्री सेल्सिअस सभोवतालच्या हवेच्या तपमानावर कार्य करणार्‍या दोन कूलिंग सिस्टम्सचा विचार करा ज्या अन्यथा समान आहेत. सर्व-द्रव डिझाइन 30 °C आणि 90 °C दरम्यान कार्य करू शकते, उष्णता वाहून नेण्यासाठी 60 °C तापमानाचा फरक प्रदान करते. बाष्पीभवन शीतकरण प्रणाली 80 °C आणि 110 °C दरम्यान कार्य करू शकते. पहिल्या दृष्टीक्षेपात हा तापमानाचा फरक खूपच कमी असल्याचे दिसते, परंतु हे विश्लेषण वाफेच्या निर्मितीदरम्यान 500 °C च्या समतुल्य उष्णतेच्या ऊर्जेकडे दुर्लक्ष करते. प्रभावीपणे, बाष्पीभवन आवृत्ती 80 °C आणि 560 °C दरम्यान कार्यरत आहे, 480 °C प्रभावी तापमान फरक आहे. अगदी कमी प्रमाणात पाणी असतानाही अशी यंत्रणा प्रभावी ठरू शकते.

बाष्पीभवन शीतकरण प्रणालीची नकारात्मक बाजू म्हणजे वाफेला उकळत्या बिंदूच्या खाली परत थंड करण्यासाठी आवश्यक कंडेन्सर्सचे क्षेत्र आहे. पाण्यापेक्षा वाफेची घनता खूपच कमी असल्याने, वाफेला परत थंड करण्यासाठी पुरेसा वायुप्रवाह प्रदान करण्यासाठी त्याच प्रमाणात मोठ्या पृष्ठभागाची आवश्यकता असते. 1933 च्या Rolls-Royce Goshawk च्या डिझाइनमध्ये पारंपारिक रेडिएटर सारखी कंडेन्सर वापरली गेली आणि हे डिझाइन ड्रॅगसाठी एक गंभीर समस्या असल्याचे सिद्ध झाले. जर्मनीमध्ये, गुंटर बंधूंनी बाष्पीभवन शीतकरण आणि विमानाच्या पंखांवर, फ्यूजलेजवर आणि अगदी रडरवर पसरलेल्या पृष्ठभागाच्या रेडिएटर्सना एकत्रित करून पर्यायी डिझाइन विकसित केले. त्यांच्या डिझाइनचा वापर करून अनेक विमाने तयार केली गेली आणि अनेक कामगिरीचे रेकॉर्ड स्थापित केले, विशेषत: हेंकेल हे 119 आणि हेंकेल हे 100. तथापि, या प्रणालींना स्प्रेड-आउट रेडिएटर्समधून द्रव परत करण्यासाठी असंख्य पंपांची आवश्यकता होती आणि ते योग्यरित्या चालू ठेवणे अत्यंत कठीण असल्याचे सिद्ध झाले. , आणि लढाईच्या नुकसानास जास्त संवेदनाक्षम होते. ही प्रणाली विकसित करण्याचे प्रयत्न साधारणपणे 1940 पर्यंत सोडून दिले गेले होते. इथिलीन ग्लायकोल आधारित शीतलकांच्या व्यापक उपलब्धतेमुळे बाष्पीभवन शीतकरणाची गरज लवकरच नाकारली जाणार होती, ज्याची विशिष्ट उष्णता कमी होती, परंतु पाण्यापेक्षा जास्त उकळते.

डक्टमध्ये असलेले एअरक्राफ्ट रेडिएटर त्यातून जाणारी हवा गरम करते, ज्यामुळे हवेचा विस्तार होतो आणि वेग वाढतो. याला मेरेडिथ इफेक्ट असे म्हणतात, आणि उत्तम डिझाइन केलेले लो-ड्रॅग रेडिएटर्ससह उच्च-कार्यक्षमता असलेले पिस्टन विमान (विशेषत: P-51 मस्टँग) त्यातून जोर मिळवतात. रेडिएटर बंदिस्त असलेल्या डक्टचा ड्रॅग ऑफसेट करण्यासाठी थ्रस्ट पुरेसा लक्षणीय होता आणि त्यामुळे विमानाला शून्य कुलिंग ड्रॅग मिळवता आले. एका क्षणी, रेडिएटर नंतर एक्झॉस्ट डक्टमध्ये इंधन टाकून आणि प्रज्वलित करून, सुपरमरीन स्पिटफायरला आफ्टरबर्नरने सुसज्ज करण्याची योजना होती [उद्धरण आवश्यक]. मुख्य ज्वलन चक्राच्या डाउनस्ट्रीम इंजिनमध्ये अतिरिक्त इंधन इंजेक्ट करून आफ्टरबर्निंग साध्य केले जाते.