Rumore di gorgoglio del radiatore del riscaldatore: cause, soluzioni di progettazione e ottimizzazione della produzione

Un rumore di gorgoglio, bollicine o acqua che scorre da dietro il cruscotto è un problema comune nei sistemi di riscaldamento automobilistici. Il rumore spesso diventa più evidente quando il veicolo passa dal minimo all'accelerazione.

Nella maggior parte dei casi, la causa principale è l'aria intrappolata all'interno del radiatore del riscaldatore. Aria e liquido refrigerante formano un flusso bifase e le bolle risultanti possono impattare le pareti interne e generare rumore. Altre cause includono velocità eccessiva del liquido refrigerante, scarsa progettazione del serbatoio di espansione, distribuzione non uniforme del flusso e spurgo insufficiente del sistema.

Risolvere il problema in modo efficace richiede più del semplice spurgo del sistema di raffreddamento. La progettazione del radiatore del riscaldatore, il percorso del liquido refrigerante, la qualità di produzione, l'assemblaggio e le strategie di controllo del veicolo dovrebbero essere tutti presi in considerazione.

1. Ottimizzare la progettazione del radiatore del riscaldatore

Progettazione del serbatoio di espansione

Il serbatoio di espansione influisce direttamente sulla distribuzione del liquido refrigerante e sull'accumulo di aria. Diversi miglioramenti progettuali possono aiutare a ridurre la turbolenza e l'aria intrappolata:

• Aggiungere strutture di guida del flusso e di smorzamento attorno all'ingresso per evitare che il liquido refrigerante ad alta velocità impatti direttamente la parete del serbatoio. Smussi e nervature di guida possono ridurre l'impatto del getto e la turbolenza locale.
• Aggiungere una tasca o scanalatura di raccolta dell'aria nel punto più alto del serbatoio di espansione, consentendo all'aria intrappolata di spostarsi verso l'uscita.
• Evitare gradini interni e angoli acuti. Utilizzare transizioni arrotondate per ridurre le zone di vortice a bassa pressione dove si possono formare bolle.
• Posizionare l'uscita nel punto geometricamente più alto quando possibile. Evitare di posizionare sia l'ingresso che l'uscita nella parte inferiore del nucleo, il che può lasciare aria intrappolata nella sezione superiore.

Ottimizzazione del flusso nei tubi piatti

Una velocità locale eccessiva del flusso può creare pressione negativa e favorire la formazione di bolle. Un intervallo di velocità raccomandato del liquido refrigerante nei tubi piatti è 0,6-1,2 m/s, con simulazioni CFD utilizzate per verificare la distribuzione del flusso.

Le restrizioni improvvise agli ingressi dei tubi dovrebbero anche essere minimizzate. Gli ingressi smussati possono ridurre le perdite di pressione locali, mentre un flusso bilanciato tra i tubi aiuta a prevenire zone morte a basso flusso dove l'aria può accumularsi.

Qualità e pulizia della saldatura

La qualità di produzione può influenzare direttamente il comportamento del flusso interno.

Un eccessivo accumulo di saldatura alle giunzioni tra serbatoio e tubi può disturbare il flusso del liquido refrigerante e creare vortici locali. Il raccordo di saldatura dovrebbe rimanere uniforme e correttamente controllato.

La pulizia interna è ugualmente importante. I trucioli di alluminio e i residui di flussante per saldatura possono diventare siti di nucleazione per le bolle. Una corretta pulizia e uno spurgo d'aria post-produzione possono aiutare a ridurre questo rischio.

2. Ottimizzare il sistema di percorso del liquido refrigerante

Il radiatore del riscaldatore è spesso situato in un punto localmente alto nel circuito di raffreddamento, quindi il percorso dei tubi è fondamentale.

Prevenire le trappole d'aria

Il tubo dall'uscita del radiatore del riscaldatore verso il serbatoio di espansione dovrebbe salire continuamente quando possibile. Evitare sezioni a U basse, poiché possono trattenere aria che in seguito ritorna al radiatore del riscaldatore.

Aggiungere una linea di ritorno dell'aria

Una soluzione efficace è collegare una piccola linea di ritorno dell'aria dal punto più alto del serbatoio di espansione del radiatore del riscaldatore al serbatoio di espansione.

Ciò fornisce un percorso diretto per la fuoriuscita dell'aria accumulata. Strutture simili sono ampiamente utilizzate nei sistemi di riscaldamento per veicoli a nuova energia.

Il diametro interno raccomandato della linea di ritorno dell'aria è 2-4 mm. Non dovrebbe essere sovradimensionato perché potrebbe verificarsi un flusso eccessivo di liquido refrigerante attraverso il circuito di ritorno.

Ottimizzare tubi e valvole del riscaldatore

Il diametro interno del tubo dovrebbe corrispondere alle connessioni del radiatore del riscaldatore. Cambi di diametro improvvisi e curve strette possono creare restrizioni e turbolenza.

La valvola del riscaldatore è preferibilmente posizionata sul lato di uscita piuttosto che sul lato di ingresso. Restringere l'ingresso può creare una caduta di pressione che favorisce la formazione di bolle e aumenta il rumore del flusso d'acqua.

3. Migliorare il riempimento del liquido refrigerante e l'assemblaggio

Anche un radiatore del riscaldatore ben progettato può sviluppare rumore se viene introdotta aria eccessiva durante l'assemblaggio del veicolo.

Un sistema di riempimento del liquido refrigerante sottovuoto dovrebbe essere utilizzato invece del semplice riempimento per gravità. Il sistema di raffreddamento dovrebbe essere sufficientemente evacuato prima che venga aggiunto il liquido refrigerante.

Dopo il riempimento, il processo di spurgo può includere:

1. Impostare il riscaldatore alla massima temperatura.
2. Ciclo del motore tra minimo e velocità più elevata.
3. Lasciare che la ventola di raffreddamento elettronica si avvii e si fermi almeno due volte.
4. Sollevare leggermente la parte anteriore del veicolo per aiutare l'aria a spostarsi verso il serbatoio di espansione.

Durante l'assemblaggio dei tubi, evitare schiacciamenti locali, piegature eccessive o sezioni a sacco che possono creare sacche d'aria.

4. Ottimizzare le strategie di controllo del veicolo

Il controllo della pompa dell'acqua può anche influenzare il rumore del radiatore del riscaldatore.

Durante l'avviamento a freddo, un flusso immediato elevato di liquido refrigerante può disturbare l'aria intrappolata e generare rumore di gorgoglio. Il flusso del circuito di riscaldamento può quindi essere temporaneamente ridotto durante la fase iniziale.

Per i veicoli convenzionali, l'apertura del termostato può aumentare improvvisamente il flusso di liquido refrigerante attraverso il circuito di riscaldamento. Una strategia di aumento graduale del flusso può ridurre questo disturbo.

Per i sistemi di pompa di calore e riscaldamento ad acqua di nuova energia, evitare frequenti operazioni di avvio-arresto della pompa e bruschi cambi di velocità. Una strategia di rampa di velocità della pompa può ridurre i disturbi all'aria intrappolata.

5. Strategia di sviluppo e risoluzione dei problemi

Per lo sviluppo di nuovi radiatori del riscaldatore, l'approccio preferito è identificare potenziali problemi prima della produzione di massa.

La simulazione di flusso bifase CFD può essere utilizzata per identificare le aree di accumulo d'aria e ottimizzare il serbatoio di espansione, le posizioni di ingresso/uscita e la linea di ritorno dell'aria.

I test su banco NVH possono quindi simulare le condizioni di flusso e pressione del veicolo per valutare il rumore del flusso d'acqua e stabilire una soglia di rumore appropriata.

Per i pezzi di produzione di massa che consentono piccole modifiche hardware, l'aggiunta di una linea di ritorno dell'aria nel punto più alto, la modifica dell'angolo di ingresso/uscita o il miglioramento della struttura di guida del flusso del serbatoio di espansione possono essere efficaci.

Quando le modifiche hardware non sono pratiche, concentrarsi su riempimento sottovuoto, procedure di spurgo e controllo della rampa di velocità della pompa.

6. Lista di controllo diagnostico post-vendita

Quando si indaga sul rumore del flusso d'acqua del radiatore del riscaldatore, controllare:

• Livello del liquido refrigerante: Un basso livello di liquido refrigerante può consentire all'aria di entrare nel sistema.
• Serbatoio di espansione: Bolle grandi continue possono indicare una micro-perdita o un ingresso continuo di aria.
• Valvola del riscaldatore: Verificare se la valvola sta restringendo il lato di ingresso.
• Tubi del liquido refrigerante: Cercare sezioni a U o altre aree di intrappolamento dell'aria.
• Radiatore del riscaldatore: Testare il nucleo separatamente su un banco di circolazione esterno per determinare se il rumore proviene dal nucleo o dal sistema di raffreddamento del veicolo.

Fraintendimenti comuni

Aumentare il flusso del liquido refrigerante non risolve necessariamente il problema. Una velocità eccessiva può aumentare la turbolenza, il rumore correlato alla cavitazione e il rumore del flusso d'acqua.

Lo spurgo del veicolo da solo potrebbe non fornire una soluzione permanente. Se il radiatore del riscaldatore o il percorso del liquido refrigerante hanno una scarsa gestione dell'aria nei punti più alti, l'aria può ritornare dopo vibrazioni e ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento.

È anche irrealistico aspettarsi che un radiatore del riscaldatore non contenga assolutamente bolle d'aria. L'obiettivo della progettazione è garantire che le bolle non rimangano intrappolate per lunghi periodi e possano essere continuamente trasportate dal flusso del liquido refrigerante.

La qualità di produzione conta

Il rumore del flusso d'acqua del radiatore del riscaldatore non è solo un problema di calibrazione del veicolo. La progettazione del passaggio del flusso, la formazione delle alette, l'assemblaggio del nucleo, la qualità della saldatura, la pulizia interna e il test di tenuta contribuiscono tutti a prestazioni costanti del prodotto.

Per i produttori che sviluppano o aggiornano la produzione di radiatori del riscaldatore e scambiatori di calore, SUNHOPE fornisce attrezzature che coprono la formazione delle alette, l'assemblaggio del nucleo, la saldatura in alluminio, il test di tenuta e i relativi processi di produzione di radiatori e scambiatori di calore.

Una formazione costante, un assemblaggio accurato del nucleo, una saldatura controllata e un test di tenuta affidabile forniscono una base più solida per prestazioni stabili dello scambiatore di calore e una produzione di massa affidabile.

FAQ

Perché un radiatore del riscaldatore emette un rumore di gorgoglio?

La causa più comune è l'aria intrappolata all'interno del radiatore del riscaldatore o del circuito del liquido refrigerante. Anche una velocità eccessiva del liquido refrigerante, un percorso dei tubi inadeguato e uno spurgo insufficiente possono contribuire.

Qual è la velocità raccomandata del liquido refrigerante nei tubi piatti?

L'intervallo raccomandato è 0,6-1,2 m/s, con simulazioni CFD utilizzate per verificare la distribuzione del flusso e il potenziale accumulo d'aria.

Come si può rimuovere l'aria intrappolata da un radiatore del riscaldatore?

Una linea di ritorno dell'aria nel punto più alto collegata al serbatoio di espansione può fornire un percorso diretto per la fuoriuscita dell'aria accumulata. Il diametro interno raccomandato è 2-4 mm.

La qualità di produzione può influire sul rumore del flusso d'acqua del radiatore del riscaldatore?

Sì. Un accumulo di saldatura non uniforme, contaminazione interna, geometria inadeguata del passaggio del flusso e assemblaggio incoerente del nucleo possono influire sul flusso del liquido refrigerante e contribuire alla turbolenza o alla ritenzione d'aria.