Wärmeabfuhr im Motor

flash15 · Anmeldungsdatum: 09.11.2006 Beiträge: 2

Hallo zusammen!

In unserer Semesterarbeit entwickeln wir ein wir ein Aussenborder mit Planetengetriebe und zugehöriger Wasserkühlung für den Motor, und genau da liegt das Problem. Wir suchen den erforderlichen Wasserdurchfluss um die entstehende Wärme abzuführen (für die Pumpenauslegung).

Wir haben ein Motor mit P = 75kW Abwärme, welche über die Wasserkühlung abgeführt werden muss. Das Ziel ist es den Motor auf ca. 80°C runter zu bringen. Wir gehen von einer max. Wassertemperatur von 40°C (angesaugt vom See / Meer) aus.

Die Fläche (zur Wärmeabführung) beträgt A = 80400mm^2.

Der Aufbau sieht folgendermassen aus:
Kolben => Stahlbuchse (t_St = 4mm) => Alubuchse (T_Al = 6mm) <==> Wasser

Da wir in Thermodynamik noch nicht so weit sind ist die Lösung von diesem Problem noch weit entfernt.

Eine Analytische Lösung währe echt toll!

Freundliche Grüsse

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Da steht ihr vor der Frage, wieviel Wasser pro Sekunde mindestens angesaugt werden muss, damit die 75 kW eures Motors in Erwärmung des Wassers von 40°C auf rund 80°C umgewandelt werden können. (Vielleicht könnt ihr erstmal näherungsweise annehmen, dass es der Motor an der für die Wärmeabführung zur Verfügung stehenden Fläche schafft, das angesaugte Wasser komplett auf Motortemperatur zu erwärmen: Gute Wärmetauscher schaffen das ziemlich gut; ob das bei euch auch schon so ist, müsste man vielleicht nachher in einem zweiten Überlegungsschritt abschätzen.)

Was euch da weiterhilft, ist:

Um ein Kilogramm Wasser um ein Grad Kelvin zu erwärmen, braucht man die Energie 4,2 kJ.

Oder dasselbe in Formeln (Wärmeenergie

, Wassermasse

, Temperaturdifferenz

, spezifische Wärmekapazität des Wassers

):

Kommt ihr damit schon weiter?

flash15 · Anmeldungsdatum: 09.11.2006 Beiträge: 2

Danke für die schnelle Antwort.

Wir fragen uns nun, ob die Fläche bei uns keine rolle spielt?

Sollte die Formel nicht irgendwie Flächenabhängig sein?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Formel, die ich oben genannt habe, geht davon aus, dass der Wärmeaustausch zwischen Motor und Wasser so gut funktioniert, dass das angesaugte Wasser fast ganz bis auf die Temperatur des Motors erwärmt wird, bevor es wieder in den See zurückgeleitet wird.

Ist der Wärmeaustausch zu schlecht, also zum Beispiel die Fläche für die Wärmeabgabe zu klein, oder zum Beispiel wenn man das Wasser zu kurz in Kontakt zu dieser Fläche bringt, dann braucht man entsprechend mehr Kühlwasser. (Wenn zum Beispiel das Kühlwasser durch ein langes, hin- und hergewundenes Rohr fließt, das in Kontakt zum heißen Motor ist, dann ist der Wärmeübergang bestimmt viel besser als wenn das Wasser einfach nur einmal quer über den Motor drüberfließt und dabei am Ende unter Umständen gar nicht so richtig warm geworden ist. )

Sobald die Fläche also groß genug für einen guten Wärmeaustausch ist, ist ihre genaue Größe nicht mehr für die Rechnung von Bedeutung.