1.4 Stoffwerte für Wasser, Kühlmittelgemische, Luft

Wasser:

Reines Wasser wird im Allgemeinen wegen seiner korrosionsbeschleunigenden Wirkung, des fehlenden Frostschutzes und seines hohen Dampfdruckes nicht mehr in Kfz-Kühlkreisläufen eingesetzt. Bei der Vermessung von Kühlkreislaufbauteilen und der Kühlmittelpumpe kann wegen der dort verwendeten großen Fluidmengen aus ökonomischen Gründen oft kein Kühlmittelgemisch wie im Kfz-Kühlkreislauf verwendet werden. Die auf den Prüfständen mit reinem Wasser ermittelten Kenngrößen können dann auf die relevanten Betriebsbedingungen bei Fahrzeugbetrieb mit Kühlmittelgemisch umgerechnet werden.
Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften des Kühlmittels Wasser sind im Bild unten links dargestellt, mit \varrho Dichte;  \lambda Wärmeleitzahl;  \eta dynamische Zähigkeit.

Kühlmittelgemische:

Beim Gefrieren des Kühlmittels Wasser tritt eine Volumenvergrößerung von etwa 9% ein, die zur Zerstörung der Kühlkreislaufbauteile, insbesondere der Wärmetauscher und des Motorblockes, führen kann. Durch den Zusatz von geeigneten Gefrierschutzmitteln, z.B. Ethandiol, mit Antikorrosions- und Antischaumzusätzen wird der Gefrierpunkt je nach Mischungsverhältnis herabgesetzt, Bild oben rechts.

Mit steigendem  Frostschutzmittelanteil fällt zunächst  der Gefrierpunkt des Gemisches bis zum Eutektikum auf 217K und steigt danach bis auf den Schmelzpunkt an. Der Übergang von einem Aggregatzustand in den anderen erfolgt fließend über ein von der Gemischzusammensetzung abhängiges Temperaturgefälle (Eisflockpunkt und Stockpunkt).

Mit Kühlmittelgemischen kann wegen ihres kleineren Dampfdruckes eine Steigerung der Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf erreicht werden.
Dichte und Zähigkeit steigen mit zunehmender Konzentration des Gemisches an, während die spezifische Wärme und der Dampfdruck mit steigender Gemischkonzentration sinken (vgl. nachfolgende Bilder):

Für aktuell z.B. bei Pumpenprüfstandsuntersuchungen oder bei Strömungsberechnungen verwendeten Kühlmittelgemischen sollten vom Kühlmittelhersteller die Stoffwerte angefordert werden, da diese teilweise von den hier gezeigten Werten abweichen. Schon verschiedene Kühlmittel eines Herstellers unterscheiden sich wesentlich z.B. in Dichte und Dampfdruck! Auch Kühlmittel von unterschiedlichen Herstellern weisen Stoffwertedifferenzen auf. Nachfolgendes Bild zeigt vergleichend diese Unterschiede bei verschiedenen Herstellern für kinematische Viskosität und Dichte bei 50%igem Frostschutzanteil:

Luft:

Die Stoffwerte von Luft werden zur Ermittlung der Kühlleistung und zur luftseitigen Auslegung von Kühlkreislaufbauteilen wie Kühler oder Heizung verwendet, mit \varrho Dichte;  \lambda Wärmeleitzahl;  \eta dynamische Zähigkeit.