Теплотехнический расчёт рефрижераторного вагона для гружёного рейса с плодоовощами
Второй раздел курсового проекта «Теплотехнический расчёт рефрижераторного вагона для гружёного рейса с плодоовощами»выполняется только для плодоовощей. Тип вагона, количество груза и другие исходные данные определены заданием.
В пункте «2.1 Цели и методы расчета, состав теплопоступлений» необходимо пояснить, для какой цели выполняется расчёт (проектной или эксплуатационной), и каким методом решается задача (аналитическим или графоаналитическим) [4, разд. 1] или [7, разд. 1]. В данном курсовом проекте цель теплотехнического расчёта эксплуатационная, поскольку по результатам этого расчёта уточняется способ обслуживания груза в пути, определяются возможность полного охлаждения груза в пути и расход дизельного топлива на маршруте. Задача решается аналитическим методом, так как задан маршрут перевозки с однородными климатическими условиями.
Далее необходимо перечислить все девять видов теплопоступлений в рефрижераторный вагон при перевозке неохлаждённых плодоовощей (Q т, Q и, Q б, Q с, Q ц, Q в, Q ш, Q г, Q к) [4, табл. 2.2], из которых складывается суммарная мощность теплового потока (S Q), которая должна быть компенсирована холодильным (S Q > 0) или отопительным (S Q < 0) оборудованием.
Пункт « 2.2 Расчётная температура наружного воздуха на маршруте» [4, разд. 3] или [7, разд. 3] поясняется на примере 13.
Пример 13
Определить расчётную температура наружного воздуха на маршруте следования плодоовощей при заданной средней температуре наружного воздуха: t с = 12 °С.
|
|
|
В теплотехнических расчётах используют не среднесуточную, а расчётную температуру наружного воздуха:
,
где Х – квантиль надёжности расчёта теплопритоков, Х = 0,84 (при заданном значении Р = 0,80 [4, табл. 3.1],); s – заданное среднеквадратичное отклонение температуры наружного воздуха от её среднего значения, s = 5.
Произведение «X × s» принято со знаком «+», так как перевозка осуществляется в переходный период года (сентябрь – октябрь). Следовательно: t р = 12 + 0,84 ´ 5 = 16,2 (°С).
В пункте «2.3 Характеристика теплообменных процессов в гружёном рейсе» необходимо:
– описать характер теплообменных процессов в грузовом помещении рефрижераторного вагона при погрузке и перевозке плодоовощей [4, разд. 4] применительно к заданию с учётом данных таблиц 1 и 2 (пример 14);
– дать графическую интерпретацию теплообменных процессов с указанием режима и источника погашения теплопоступлений, способа обслуживания рефрижераторного вагона (см. пример 14);
– определить теплотехнические характеристики груза (пример 15): условный коэффициент скважности применяемой тары (rт), условный коэффициент плотности штабеля груза (rш), удельные тепловыделения плодоовощей в среднем за время охлаждения (q бох) и после охлаждения (q бр), скорость теплоотдачи грузом (m г);
|
|
|
– определить теплотехнические характеристики грузового вагона: расчётный температурный напор (D t р), максимальный температурный напор (D t м) и коэффициент теплопередачи (k р) через ограждения кузова вагона (пример 16);
– определить основные характеристики теплообменных процессов (примеры 17, 18), а именно: скорость охлаждения свободного воздуха в грузовом помещении (b в), скорость охлаждения груза (b г), продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении (tв), продолжительность охлаждения груза (tг);
– определить продолжительность гружёного рейса (tг.р), сравнить её с tг и сделать вывод о том, успеет охладиться груз до конца перевозки или нет (см. пример 18).
Пример 14
Описать теплообменные процессы в грузовом помещении рефрижераторного вагона при погрузке и перевозке гранатов.
В грузовое помещение вагона поступают неохлаждённые гранаты при температуре t г.н = 12 °С (по заданию). Поскольку тип грузового фронта и время погрузки заданием не определены, следует принять расчётную температуру воздуха на фронте погрузки (t ф) и расчётную температуру наружного воздуха (t р) одинаковыми, т. е. t ф = t р = 16,2 °С (рисунок 1). По Правилам предварительное охлаждение рефрижераторных вагонов для неохлаждённых грузов не производят. Значит, температура воздуха в вагоне на момент начала погрузки будет такая же: t в.н.п = 16,2 °С.
|
|
|
В процессе погрузки температура воздуха в вагоне будет понижаться до значения, близкого к температуре гранатов (см. рис. 1). Образуется температурный напор, и появляются теплопритоки через ограждения вагона и открытую дверь. В дневное время действует солнечная радиация. Кроме того, груз выделяет биохимическую теплоту. Поэтому температура гранатов будет несколько повышаться. В курсовом проекте температуру груза после погрузки t г.п.п не рассчитывают, а принимают равной t г.н, т. е. t г.п.п = t г.н = 12 °С.
После погрузки и закрытия дверей рефрижераторного вагона запускают дизель-генераторы, устанавливают температурный режим (t в.в = 5 °С, t в.н = 2 °С) и включают холодильное оборудование. При этом сначала работают только вентиляторы-циркуляторы, с помощью которых температурные поля свободного воздуха и груза выравниваются, т. е. t в.п.п = t г.п.п = = 12 °С. Через 7...10 мин автоматически включаются холодильные машины. Из воздухораспределителя в грузовое помещение вагона начинает поступать холодный воздух, нагнетаемый вентиляторами-циркуляторами, и заполнять свободное пространство вокруг и внутри штабеля груза. Нагретый от груза и стен вагона тёплый воздух направляется к испарителям холодильных машин, охлаждается и снова нагнетается в воздухораспределитель. Так происходит охлаждение воздуха, тары вагона и груза.
|
|
|
Рисунок 1 – Динамика охлаждения воздуха и гранатов в вагоне
в координатах t° (температура), t (время):
НТРП – нестационарный температурный режим перевозки; ХМ – работа холодильных машин;
Г – груз (источник теплопоступлений); ОС – окружающая среда (источник теплопоступлений);
t ф, t р – расчётные температуры наружного воздуха на грузовом фронте и в гружёном рейсе, °С, 
, 
– соответственно изменение температуры, груза и воздуха внутри грузового помещения вагона; tв – продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении; tг – продолжительность охлаждения груза; t г.р – продолжительность гружёного рейса
Время первоначального охлаждения воздуха в вагоне (tв) будет длиться до тех пор, пока температура не достигнет нижней границы температурного режима (t в.н = 2 °С). Холодильные машины отключают. За счёт теплопритоков от груза и окружающей среды воздух в вагоне будет нагреваться. При повышении температуры воздуха до верхней границы температурного режима (t в.в = 5 °С) вновь включают холодильные машины, и процесс повторяется. По мере охлаждения груза интервалы между выключением и включением холодильных машин заметно увеличиваются. При продолжительности пауз в работе холодильных машин более 9 мин вентиляторы-циркуляторы (на время пауз) автоматически отключаются.
Охлаждение груза до верхней границы температурного режима (см. рис. 2), осуществляется за время tг, соответствующее длительности теплообменного режима «охлаждение груза», затем наступает режим «теплокомпенсация», который сохраняется до конца перевозки.
Пример 15
Установить теплотехнические характеристики неохлаждённых гранатов, имеющих температуру 12 °С.
В рассматриваемом примере упаковка груза отсутствует, в качестве тары принят (самостоятельно) закрытый ящик из дощатых планок и шпона с просветами между планками до 1 см.Штабель груза в вагоне сформирован плотно-вертикальным способом (см. табл. 2).
В этом случае:
– степень скважности тары rт = 0,30 [4, прил. Д];
– степень плотности штабеля груза rш = 0,95 [4, прил. Е];
– удельные тепловыделения гранатов в среднем за время охлаждения с 12 °С до 3,5 °С q бох = 64 Вт/т (интерполирование данных применительно к малине [4, табл. Г.2]);
– удельные тепловыделения гранатов в среднем после охлаждения (в режиме перевозки) q бр = 29 Вт/т (данные применительно к малине [4, табл. Г.1]);
Скорость теплоотдачи груза определяют, °С/ч:
,
где числа – эмпирические коэффициенты; k ш – поправочный эмпирический коэффициент, который учитывает степень плотности штабеля груза, k ш = 0,74 (при rш = 0,95 [4, прил. Е]); k т – то же, учитывает степень скважности тары, k т = 0,96 (при rт = 0,3 [4, прил. Д]); G бр – количество груза в вагоне по заданию, G бр = 45 т брутто (груз + тара).
Тогда m г = (4,3 ´ 0,74 ´ 0,96): (1 + 45) = 0,067 (°С/ч).
Пример 16
Определить расчётные значения температурного напора и коэффициента теплопередачи через ограждения кузова вагона рефрижераторной секции БМЗ.
Расчётный температурный напор через ограждения кузова вагона D t р, К, определяют вычитанием среднего значения температурного режима (t в = 3,5 °С) из расчётной температуры наружного воздуха (t р = 16,2 °С), которые определены в предыдущих примерах.
Тогда D t р = 16,2 – (5+2): 2 = 12,7 (К).
Максимальный расчётный температурный напор D t м, при котором прекращается полезная работа холодильных машин, является характеристикой вагона, зависит от года его выпуска [4, прил. А)] или [7, прил. 1]. Год выпуска можно установить (условно) вычитанием заданного срока службы вагона из текущего года выполнения курсового проекта. В данном примере год выпуска секции БМЗ составит: 2012 – 20 = 1992. Значит, D t м = 70 К.
Расчётный коэффициент теплопередачи k р определяют, Вт/(м2×К), по формуле:
,
где k р.п – паспортное значение расчётного коэффициента теплопередачи, k р.п = 0,32 Вт/(м2∙К) [4, прил. А]; mо – коэффициент, учитывающий изменение свойств ограждающих конструкций грузового помещения от случайных факторов, mо = 1,42 (при Р = 0,8 [4, табл. 6.1]).
Тогда k р = 0,32 ´ 1,42 = 0,45 (Вт/(м2∙К)).
Пример 17
Определить скорости охлаждения воздуха и груза в вагоне рефрижераторной секции постройки БМЗ.
Скорость охлаждения воздуха в грузовом помещении рефрижераторного вагона определяют, °С/ч, по формуле:
,
где числа – эмпирические коэффициенты; k м – эмпирический коэффициент, который учитывает влияние температурного напора и свойств изоляции вагона на скорость теплообменных процессов в грузовом помещении, k м = 2,2 (при D t р = 12,7 К, D t м = 70 К, k р = 0,45 Вт/(м2∙К)) с учётом интерполирования данных [4, табл. И.1] применительно к вагону секции БМЗ выпуска после 1985 г.); k б – эмпирический коэффициент, учитывающий степень биохимических тепловыделений плодоовощей, k б = 0,96 [4, табл. И.2] (при q бох = 64 Вт/т); Р в – заданная грузоподъёмность вагона, Р в =
= 49 т; G бр, k ш, k т – см. в примере 15.
Тогда b в = (19,3 ´ 2,2 ´ 0,96): {[1 + (45: 49)]5,5 ´ 0,75 ´ 0,96} = 1,56 (°С/ч).
Скорость охлаждения гранатов в грузовом помещении рефрижераторного вагона РС-4 БМЗ определяют, °С/ч, по формуле:
,
где m г, k м, k б – величины, определённые в примерах 15, 17.
Ограничение b г по m г связано с необходимостью регулирования температурного режима в заданных границах. Внешний источник холода не должен забирать теплоту от груза со скоростью, которая больше скорости теплоотдачи груза, иначе произойдёт нежелательное переохлаждение наружного слоя штабеля перевозимой продукции.
В рассматриваемом примере b г = 0,067 ´ 2,2 ´ 0,96 = 0,142 (°С/ч). С учётом ограничения по m г принимаем b г = 0,067 (°С/ч).
Пример 18
Рассчитать продолжительность охлаждения воздуха и груза в вагоне рефрижераторной секции постройки БМЗ применительно к данным и результатам из примера 17.
Продолжительность охлаждения воздуха (tв) и груза – гранатов (tг) в грузовом помещении вагона определяют, ч:
tв = (t в.п.п – t в.н): b в = (12 – 2): 1,56 = 6 (ч);
tг = (t г.п.п – t в.в): b г = (12 – 5): 0,067 = 104 (ч).
При общей продолжительности рейса tг.р = 24×tо = 24 ´ 9 = 216 (ч) груз успевает охладиться в пути и будет следовать в охлаждённом виде 112 ч.
В пункте «2.4 Мощность теплопоступлений в грузовое помещение вагона» определяют мощность каждого теплопритока в отдельности аналитическим методом [4, разд. 7], а потом их алгебраическую сумму в двух вариантах (таблица 3). Один вариант суммы должен соответствовать набору теплопоступлений при охлаждении груза в пути, другой – в процессе перевозки груза уже в охлаждённом состоянии. Если tг ³ tг.р, то колонку таблицы «Плодоовощи охлаждены» исключают. Ниже приводятся примеры расчёта мощности теплопоступлений в рефрижераторный вагон при перевозке гранатов.
Пример 19
Определить мощность теплового потока вследствие теплопередачи через ограждения кузова вагона, кВт/ваг.:
,
где F р – полная расчётная поверхность грузового помещения, F р = 234 м2 [4, прил. А]; t р – расчётная температура наружного воздуха на направлении перевозки, t р = 16,2 °С (см. прим. 13); t в – среднее значение температурного режима перевозки груза (см. табл. 2), t в = (2 + 5): 2 = 3,5(°С); F м – расчётная поверхность машинных отделений, контактирующих с грузовым помещением, F м = 7,8 м2 [4, прил. А]; t м – температура воздуха в машинном отделении, оС, которая выше расчётной температуры наружного воздуха на 4 °С вследствие теплоотдачи холодильными машинами, t м = 16,2 + 4 = = 20,2 (°С); k р – расчётный коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций грузового помещения вагона, k р = 0,45 Вт/(м2∙К), определен в примере 16.
Тогда Qт = [234 (16,2 – 3,5) + 7,8(20,2 – 3,5)] 0,45 ´ 10-3 = 1,40 (кВт/ваг.).
Таблица 3
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 26; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!