Nog even goed nieuws zo net op de woensdagmiddag. Had de dichtheid van lucht genomen in plaats van water dus ik zit er een factor 1000 naast. Gelukkig scheelt dat niet zoveel.
Benodigde waterflow komt dan opeens op 0,032L/s en dat is een stuk realistischer.
Ik heb nog even over de benodigd hoeveelheid koelwater (qua flow) nagedacht. Het volgende is een puur theoretische beschouwing, gebaseerd op aannames (en praktijkervaring)
Eerste punt van overweging, is welke delta-T we over de motor willen hebben. Een algemeen gangbare waarde in de grote motorenbouw is 10~20 graden. Laten we 20 graden nemen, dan kunnen we met een wat kleinere flow toe. Voor deze berekening doet de daadwerkelijke temperatuur er niet of nauwelijks toe ( de soortelijke warmte van water verandert maar weinig met oplopende temperatuur).
Voor deze delta-T, is per kW weg te koelen warmte een waterflow nodig van ((1kg/4.2)/20)=0.0119 kg/sec. Accepteren we een grotere delta-T waarde, dan word per kW restwarmte, de benodigde hoeveelheid water overeenkomstig kleiner.
De vraag is, hoeveel warmte er weggekoeld moet worden.
Om heel eerlijk te zijn durf ik deze vraag niet goed stellig te beantwoorden, maar gezien het feit dat het thermodynamisch rendement van onze methanolmotoren erg slecht is (wat gewoon betekent dat het leeuwendeel van de toegevoerde energie onbenut via de uitlaat verdwijnt) is het niet aannemelijk dat het aan de cylinder weg te koelen vermogen erg groot is
Gebaseerd op ervaring durf ik echter wel te stellen, dat het weg te koelen vermogen kleiner is dan het asvermogen ( ik ben in mijn werk nog nooit een motor tegen gekomen, die meer koelverlies dan asvermogen had, en de waardes varieren van 15 tot 50 % van het asvermogen), dus voor de veiligheid stel ik het gelijk aan het asvermogen. Ik denk dat we dan een heel ruime veiligheidsmarge hebben.
Dan kunnen we dus al gewoon verwachten, dat voor een delta-T van 20 graden, ongeveer 11 gram/sec per kW (of 9 gram/sec per PK) nodig zullen hebben. Mijn persoonlijke verwachting is dat de werkelijke waardes lager liggen, maar dat is iets wat de praktijk uit moet gaan wijzen.
Aangezien de delta-T over de motor op 20 graden gesteld is, is de delta-T over de radiator ook 20 graden. Nu zouden we bijvoorbeeld een koelwatertemperatuur van om en nabij de 80 graden willen hebben. Dan is de gemiddelde temperatuur in de radiator 70 graden, en volgens mij moet het nu mogelijk zijn, om te bepalen wat het oppervlak van de radiator
per kW moet zijn om deze warmte door convectie over te dragen aan de lucht. Iedere CV-installateur zou hiervoor de gegevens moeten hebben liggen. Dit oppervlak zou dan voldoende moeten zijn, om de motor te koelen met een radiator die uit de wind (maar niet in een afgesloten ruimte) opgesteld staat. Nu is het systeem min of meer zelfregelend, de temperatuur stelt zich automatisch in. Best mogelijk, dat met een
uit de wind opgestelde radiator de benodigde oppervlaktes onhanteerbaar groot worden, maar ik verwacht van niet, gezien het voorbeeld van dat Grossi motortje.
Even op Wikipedia gekeken: en die gegevens variëren nogal ruim.... Wel is duidelijk, dat met geforceerde ventilatie (hoeft niet per sé met een fan, vliegwind is hier al afdoende) de radiator tussen de 5 en de 10 keer kleiner gekozen kan worden. Uitgaande van een buitenlucht temperatuur van 20 graden:
In het ongunstigste geval kom ik op 3.3 vierkante meter per kW warmteoverdracht, (laagste coëfficient, ongeventileerd) in het gunstigste geval op 0.06 vierkante meter (hoogste coëfficient, geforceerde ventilatie).
Ik kan deze getallen niet helemaal rijmen met het kleine radiatortje van die Grossi motor (met een opgegeven vermogen van 3 PK ofwel 2.2 kW) dus ik kan eigenlijk niet anders dan concluderen, dat de aannames van het weg te koelen vermogen verkeerd zijn, en het daadwerkelijk weg te koelen vermogen in werkelijkheid véél kleiner is dan we denken!
Want terug redenerend kom ik op een koelend oppervlak van een helimotor van tussen de 10 en de 15 cc ergens in de buurt van de 300 tot 400 cm2 ofwel 0.03 tot 0.04 m2.
Bij de gunstigste overdrachtscoëfficient en een oppervlaktetemperatuur van 100 graden kom ik dan op een maximaal haalbaar afgestaan vermogen van plm 800 Watt.
Dat is het koelend vermogen wat we nu met de luchtgekoelde motoren ter beschikking hebben in het gunstigste geval, in werkelijkheid ligt het lager. Dit koelend vermogen kunnen we met waterkoeling al bereiken met een radiator ter grootte van een pak speelkaarten, geplaatst in de vliegwind of een andere geschikte luchtstroom.
Ik wil nu niet beweren, dat dit keiharde gegevens zijn, ik durf ondertussen wel te stellen, dat het benodigde koelvermogen véél kleiner is dan we denken, en dat we met een redelijk compacte waterkoeling, de temperatuurshuishouding van onze helimotor véél beter in de hand gaan krijgen, en dus de motoren met veel betere rendementen (en mogelijk hogere vermogens) kunnen laten draaien
Groet, Bert
PS: zo langzamerhand beginnen de benodigde flow, oppervlakken en temperaturen een beetje beter inzichtelijk te worden.
Mogelijk moeten we het eens in een overzicht gaan plaatsen, zodat we wat gerichtter kunnen proberen een systeem te "ontwerpen"....
, maar ik denk dat dat zelfs helemaal niet nodig is, een plekje waar gewoon wat luchtdoorstroming is zal al gauw wel voldoende zijn. Een heli heeft zelfs in hoover natuurlijk al voldoende luchtstroming langs de romp, er zit per slot van rekening een heel grote "koelventilator" bovenop
)
