Теплофизические свойства смазочных материалов и техн. жидкостей

[mvg]

Парадоксально, но в тепловых машинах практически не рассматриваются теплофизические свойства смазочных материалов и технических жидкостей, за исключением вязкости.
О таких параметрах, как теплоемкость и теплопроводность почти ничего неизвестно в открытых публикациях.
Такое впечатление, что взятый, когда-то, за основу коэфф. теплопроводности для нефтяных масел 0,12 остается неизменным для любых масел, вне зависимости от соотношения баз, присадок и условий эксплуатации.
В то же время, коэфф. теплопроводности ПАО на 20% выше, чем у нефтяных масел, у эфирных масел он еще больше.
Аналогичная ситуация с теплоемкостью http://www.synlube.com/SynLube_Magic1.htm

Thermal conductivity at 300°F (150°C) for SynLube Lube−4−Life® SAE 5W-50 Motor Oil is even higher at 0.092 Btu•ft/(h•ft2•°F), which means that SynLube™ can conduct 8% more heat than best of PAO based synthetic motor oils and almost 30% more heat than a typical mineral oil based motor oil.

oouvwbln.gif (3.65 КБ) 3258 просмотров

PAO has a higher specific heat than mineral oil, which means that the PAO is better at absorbing heat.
Yet the Colloidal SynLube™ has even higher specific heat than PAO, therefore it is even better at absorbing heat.

Since Specific Heat is both TEMPERATURE and VOLUME dependent, it is easier to explain it with Graph below:

oouvwbm1.jpg (23.1 КБ) 3258 просмотров

Принято считать, что с ростом температуры, коэфф. теплопроводности масел падает... Достоверной информации не видел в интересующем диапазоне.

Немного из термодинамики инжекторного ДВС http://im.lipetsk.ru/a_mo_gisteresis.htm

0_87c63_b64d520_L.jpg (52.59 КБ) 3258 просмотров

Количества тепла, отводимого за счет конвекции и теплового излучения сравнимо, а в ряде случаев больше, чем отводимого ОЖ. Даже если это не так, автор ошибся или был понят неверно, пренебрегать ими вряд ли стоит.
Роль масла, соприкасающегося со всеми внутренними поверхностями ДВС, как теплоносителя, играет не последнюю роль в термодинамике ДВС. Об этом много говорят, ни кто особо не возражает, но "сколько и по чем" нет знаний тоже.
В данной модели, жидкостная система охлаждения не столько охлаждает, сколько стабилизирует температуру ДВС в узком диапазоне, вне зависимости от внешних факторов.

Кстати, коэфф. теплопроводности воды примерно в 6 раз больше теплопроводности нефтяных масел - 0,6 (при 100грС), не так много. Коэфф. теплопроводности антифриза (50/50) существенно ниже. При 100 грС ~ 0,38, параметр уже сравнимый с параметром моторного масла.

Максвелл в 1881 году предложил добавить твердые частицы с высокой теплопроводностью в базовую теплопроводящую охлаждающую жидкость.

https://www.fundamental-research.ru/ru/ ... w?id=34766

С целью разработки современных инновационных охлаждающих жидкостей для систем охлаждения высокофорсированных теплоэнергетических устройств нами были рассмотрены двухфазные системы, состоящие из базовой среды (вода, этиленгликоль, масла и др.) и наночастиц, т.е. частиц с характерными размерами от 1 до 100 нм. Важной особенностью наножидкостей является то, что даже при добавлении небольшого количества наночастиц они показывают серьезное повышение в теплопроводности (иногда более, чем в 10 раз). Причем повышение теплопроводности наножидкости зависит от температуры – с ростом температуры увеличивается повышение коэффициента теплопроводности.

коэфф тепло.jpg (36.3 КБ) 3243 просмотра

[mvg]

Отвод тепла от поршня https://autology.jimdo.com/%D1%83%D1%81 ... %BD%D1%8C/

отвод-тепла-от-поршня.jpg (38.17 КБ) 3219 просмотров

1. Поступление тепла к поршню от рабочих газов, находящихся в цилиндре двигателя
2. Охлаждение поршня поступающей топливовоздушной смесью
3. Отвод тепла поршневыми кольцами (50% - 70%)
4. Отвод тепла юбкой поршня (20% - 30%)
5. Отвод тепла через внутреннюю полость поршня (5% - 10%)
6. Отвод тепла через поршневой палец и шатун
7. Охлаждающая жидкость рубашки охлаждения

Отвод тепла поршневыми кольцами

отвод-тепла-от-поршня-через-поршневые-кольца.jpg (28.78 КБ) 3219 просмотров

1. Камера сгорания
2. Стенка цилиндра
3. Рубашка охлаждения
4. Поршень
5. Первое компрессионное кольцо
6. Второе компрессионное кольцо
7. Маслосъёмное кольцо

Поршневые кольца

4px-BW84_n2rMKrJxPHZeZUFO1iUZk3GcN_QytKWrt_tBrZxxQVdUTG5E3mEnN3PUQw_KTo9SfJjMrpFnHEvZA==.jpg (21.69 КБ) 3219 просмотров

Прижатие компрессионных колец к стенкам гильзы цилиндра https://autology.jimdo.com/%D1%83%D1%81 ... %86%D0%B0/

поршневые-кольца-прижатие-поршневых-колец.jpg (25.97 КБ) 3216 просмотров

Типичное явление на моторно-стендовых испытаниях оценки высокотемпературных отложений (ВТО) - залегание второго компрессионного кольца. Длительность испытаний 60-100 часов.

[mvg]

Охлаждение поршня маслом

Многие двигатели нового поколения оснащены поршневыми охлаждающими форсунками, чтобы обеспечить должное охлаждение поршня и смазку юбки поршня. Это масло покрывает детали во время движения с целью снизить трение, и в это же время, смазка постоянно уносится от деталей, но постоянно возобновляется свежей порцией масла, разбрызгиванием или распылением в рабочую зон.
При такой системе охлаждения поршня отводиться до 50% тепла. В результате при разбрызгивании масла на внутреннюю стенку днища поршня удаётся снизить температуру днища поршня на 15 – 25ºС.

поршень-охлаждение-маслом.jpg (33.23 КБ) 3210 просмотров

Как показали стендовые испытания, в таких конструкциях, в случае нарушения подачи масла для охлаждения, поршень разрушается в течении часа, а для исправных системе возникла необходимость разработки новой методики оценки ВТО (высокотемпературных отложений), поскольку интенсивность лако и нагаро образования снижается до минимума.
Т.е. температурная разница незначительна, а эффект более чем ощутимый!!!

Не трудно догадаться (даже с 4-мя классами церковно-приходской), что в таких система теплофизические свойства масла играют решающее значение!

[8.5]

давай разберемся
говоришь ПАО на 20% теплоэффективнее, что имеется ввиду-когда масло 100% пао/эстеры ?А если 30% , а остальное кряк?То есть уже (если зависимость линейная), не на 20% порлучается, а на 6-7, что можно и во внимание не принимать ? то есть вобще гоовно вопрос, и рулят форсы
а еще интересно, как маслофорсы работают, постоянно льют, или настроены периодически в НМТ(или ВМТ) , и как это сказывается на общей давке в системе

[Vitek74]

mvg, хорошие выкладки, но не вижу рассчетов по влиянию того же бора на реальную теплопроводность при нормальной концентрации
вроде не сложная пропорция, ...какая концентрация в масле присадки? на сколько увеличивает теплопроводность, какая разница по теплоотдаче с понижением термостатирования на 5гр? 10гр?(учитывая усилившийся теплоотвод от юбки и колец) ...какая эффективность от применения поршней с большой юбкой? более толстых колец? ...более жидкого масла при охлаждении форсунками поршней изза лучшей прокачиваемости?
раз уж решил копнуть не лишне попробовать посчитать с цифрами конкретными?
почему старые двигателя с огромными поршнями и толстыми кольцами коксуются часто? масло? смесь? )

[mvg]

давай разберемся

Роль масла, соприкасающегося со всеми внутренними поверхностями ДВС, как теплоносителя, играет не последнюю роль в термодинамике ДВС. Об этом много говорят, ни кто особо не возражает, но "сколько и по чем" нет знаний тоже.

В этом и состоит проблема.

не лишне попробовать посчитать с цифрами

И здесь пока беда. Взять и просто так чего-то насыпать, не значит получить нужное. На форуме есть тема без участия компаний типа Xenum - предлагают h-BN с эфирами. Измерителя теплопроводности у меня нет, тем паче, в тонких пленках. Результаты есть у амеров, но они перестали публиковать инфу...

Могу лишь обратить внимание, что во всех присадках, где так или иначе есть место коллоидным растворам, заявлено снижение температуры, но ни где нет результатов с исчезающе малым износом металлов конструкции.

Почему остановился на h-BN? - все просто, на поверхности ничего инородного не формируется. Не понравилось, достаточно не использовать.

Что есть - выложу. ИМХО, надо вместе разбираться, если есть интерес. Все знать невозможно, как и проверить.

Отправлено спустя 1 час 24 минуты 27 секунд:

а на 6-7, что можно и во внимание не принимать

удаётся снизить температуру днища поршня на 15 – 25ºС

От 250гр, это 6-10%...
Может, все же, принять во внимание? Из мелочей все и складывается, но об этом чуть позже.

Много ведь тоже не хорошо. Рабочий диапазон достаточно узкий. Фотографии двигателей после разборки Высоко и низко температурных отложений хватает...

[mvg]

Непонятки. Начнем с куперов.

Масло Cupper SAE 5W-40. ПАО+эфиры, вероятно, в равных пропорциях + медь.
Свежее масло

post-2-0-76948000-1429764685.jpg (170.93 КБ) 3155 просмотров

По всем канонам, уж за 15.000 пробега должно окислиться конкретно, ..., а оно не хочет...

post-8061-0-66915600-1454933597.jpg (165.21 КБ) 3155 просмотров

Многие присадочники соскочили с этой темы. Поднять щелочное в кислой среде...??? - но масло-то особо не окисляется... Каких-то 1,63 да за 15.000 км, поднявшись чуть больше, чем на единичку! В чем фишка?

О Xenum позднее, пока о Cupper.
Другие анализы в том же духе
В чем цимес?

финик купер.jpg (180.71 КБ) 3155 просмотров

p.s. В Инете не нашел поршней после этого масла, с движками на купере не было проблем?

[mvg]

Сила действия равна противодействию. Агрессивный и "экономичный" режимы вождения

Залегание второго компрессионного (универсального) кольца на стендовых испытаниях обусловлено режимом (4000 об. + 80% от максимальной нагрузки. Иначе агрессивный режим) и, как следствие, тепловыми нагрузками на масло.


Увеличенный зазор первого кольца, более высокие температуры и малое количество масла в зонах контакта сдерживают формирование высокотемпературных отложений.
Для "скребка" все с точностью до наоборот. Постепенно или не очень второе кольцо теряет подвижность и залегает...
С т.з. температур, теряется теплоотвод в районе 20%, не считая того, что в зоне первого кольца растет толщина масляной пленки, что тоже не снижает температуру


Рост температур в зоне маслосъемного кольца быстро делает его бесполезным. Приехали. Доливаем масло литрами, раскоксовка бессильна.
Как правило, даже если удается раскоксовать компрессионные кольца, эффект временный, дренаж отвода масла остается забитым.

Примерно тоже самое в "экономичном режиме" на повышенных передачах и низких оборотах. Давление газов при сгорании ни сколько не уменьшается, а нагрузка на валу чрезмерная. Не лучшим образом обстоит дело и с подшипниками из-за низких оборотов - высокая нагрузка/низкое давление масла.

[mvg]

Тепловой баланс бензинового двигателя http://www.denisov-vinskiy.ru/energoaud ... ing-syste/

risunok-_1-teplovoy-balans-benzinovogo-dvigatelya-kopiya.jpg (34.57 КБ) 3125 просмотров

32% - теплота, преобразованная в полезную работу;
28% - теплота, отведённая в систему охлаждения;
2% - теплота, возникшая при трении поршня;
38% - теплота, отведённая с отработавшими газами.

Не совсем ясно, какая доля тепла приходится непосредственно на поршень. Конструкторы стараются сделать поршень, как можно легче. Площадь контакта со стенкой цилиндра минимальная (через кольца). Передать большое количество тепла весьма проблематично.
ИМХО, большая часть тепла (тепловая нагрузка) отводится не через поршень, но при прямом огневом контакте стенок цилиндра, головки блока и т.д.

Т.е. задача сводится к поддержанию оптимального теплового режима самого поршня

[mikong]

mvg, это все понятно, но хотелось бы увидеть про Ксенум, как он лучше отводит тепло.
ЗЫ, так и не понял при чем тут Купер и окисление

[mvg]

так и не понял при чем тут Купер и окисление

Щелочное число свежего масла исчезающе мало...

Отправлено спустя 5 минут 24 секунды:

хотелось бы увидеть про Ксенум

Не про Ксенум, а про h-BN...и коллоидные растворы. Как время будет.

[Дмитрий Анатольевич]

32% - теплота, преобразованная в полезную работу;

Работает давление, а не теплота. В науке бардак))
Об этом недавно смотрел Травникова , в теории очень много допущений и тепловые процессы вообще темный лес

[mvg]

давление

Давление следствие, но не причина... Как посмотреть. Пусть будет часть энергии в результате сгорания топлива, преобразованная в полезную работу. Остальное в тепло и механические потери, хотя последние ведь тоже в тепло
Если учесть все потери, общий КПД совсем уж незначительный при перемещении тела из А в Б.

[mvg]

хотелось бы увидеть про

Rice team develops thermal nano-oil with high thermal conductivity and good insulation properties

h-BN.jpg (38.41 КБ) 3100 просмотров

The researchers discovered that a very tiny amount of hexagonal boron nitride (h-BN) particles, two-dimensional cousins to carbon-based graphene, suspended in standard mineral oils are highly efficient at removing heat from a system. The team found that 0.1 wt. % of h-BN in mineral oil enhanced thermal conductivity by nearly 80%; at 0.01 wt. %, the enhancement was around 9%.

Nanofluid-based heat transfer plays an important role in diverse fields such as microelectronics, high voltage power transmission systems, automobiles, solar cells, biopharmaceuticals, medical therapy/diagnosis, and nuclear cooling. The miniaturization and high efficiency of electrical/electronic devices in these fields demand successful heat management and energy-efficient fluid-based heat-transfer systems. High thermal conductivity is essential for such heat-transfer fluids. Conventional heat-transfer fluids such as water, ethylene glycol, and engine/transformer oils are typically low-efficiency heat-transfer fluids.

...Heat transfer using fluids is a complex phenomenon, and various factors such as fluid stability, composition, viscosity, surface charge, interface, and morphology of the dispersed particles influence the observed results. The reported high thermal conductivity values of nanofluids are far from satisfactory for practical implementations. The improvement in thermal conductivity cannot be achieved by increasing the solid filler amount beyond a limit because increase in filler concentration will increase the viscosity which will adversely affect the fluid properties. Hence, the search for new nanofillers which can get high thermal conductivities at lower filler fractions is important. Moreover, fillers that would provide increased thermal conductivities but do not increase electrical conductivity are mostly ceramic particles, and conventional ceramic particles often have dispersion or settling problems and are not well-dispersible.
—Taha-Tijerina et al.

The h-BN particles, about 600 nanometers wide and up to five atomic layers thick, disperse well in mineral oil and, unlike highly conductive graphene, are highly resistant to electricity. The team determined that the oil’s viscosity is minimally affected by the presence of the nanoparticle fillers.

http://www.greencarcongress.com/2012/02 ... 20202.html
Как-то так

Столкнувшись с непонятками при использовании "белых масел" Ксенум, попытался прояснить ситуацию в оил-клубе, но... был не так понят В результате копал сам. Мы ж, вроде, активно занимаемся импортозамещением... Цены Ксенум, лично для меня, оказались не в подъем. Сейчас Лукойл + h-BN от LM (Cera Tec), сдобренный молибденом.

[Дмитрий Анатольевич]

+ h-BN от LM (Cera Tec)

А там в итоге концентрация как в ксенуме получается по цвету? Или как в полимериуме?