Теплотехнический расчет изотермического вагона

Теплотехнический расчет производится графоаналитическим методом. Цель теплотехнического расчета – определение количества тепла, поступающего в грузовое помещение вагона при работе приборов охлаждения и теряемого при отоплении вагона, а также холодопроизводительность установки и мощность приборов отопления.

Схема железнодорожного направления с учетом расчетных температур представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема железнодорожного направления Владивосток-Москва

Общая протяженность маршрута следования составляет 9181 км.

Расчетные температурные параметры определяются на основании имеющихся материалов метеостанции на 1 и 13 часов. Эти параметры используются при построении расчетной диаграммы температурного режима, являющейся составной частью графоаналитического способа. При расчетах учитывается время простоя изотермических вагонов на станциях. Для отражения явлений теплообмена на диаграмме время простоя на станциях добавляется ко времени следования поезда по участку.

На диаграмме вниз от линии направления откладывается:

· Время следования поездов между станциями и простоев на станциях(Т). Время простоя под расформированием составляет 5-11часов, обработки транзита – 1-3 часа.

· t_I – время отправления с начальной станции и время проследования других станций с учетом простоя (время отправления – 8часов);

Время хода по каждому участку между станциями, обслуживающими РПС, определяется по формуле (5):

(5)

где l – расстояние между соседними станциями.

Время отправления с каждой станции определяется сложением времени отправления с предыдущей станции, времени хода между станциями и временем простоя на станции под экипировкой РПС.

· t_i –расчетные температуры с учетом временных и пространственных факторов.

Для каждого расчетного пункта в соответствии со временем проследования определяется расчетная наружная температура. Температурный режим меняется при перемещении вагонов по времени и в пространстве. Имеющиеся данные позволяют рассчитать температуру на данный момент и фиксированную точку t_i^н.

В период с 1 до 13 часов включительно температура рассчитывается как (6):

, ⁰С (6)

В период с 13 до 1 часа включительно температура рассчитывается как (7):

(7)

где t_I – время, для которого производится расчет;

- расчетные температуры пунктов, для которых производится расчет;

Для каждого вида теплопоступлений для условий следования по каждому участку делается расчет и строится кривая как функция времени и места. В дальнейшем все значения кривых суммируются и составляется общая кривая теплопоступлений, которая является конечным результатом настоящего пункта.

· Dt_i (t_н-t_в)– данные о разности температур внутри вагона и наружного воздуха на участке

· Q_i – расчетные данные о теплопритоках на каждом участке следования вагона.

Рассчитаем время хода по каждому участку между станциями и время отправления со станций.

Со станции Владивосток отправление в 8⁰⁰ч.

1 Владивосток – Хабаровск:

Время отправления из Хабаровска:

8⁰⁰+36+2=22⁰⁰

2 Хабаровск – Сковородино:

Время отправления из Сковородино:

22⁰⁰+56+2=8⁰⁰

3 Сковородино – ЧитаII:

Время отправления из ЧитыII:

8⁰⁰+52+10=22⁰⁰

4 ЧитаII – Иркутск:

Время отправления из Иркутска:

22⁰⁰+47+2=23⁰⁰

5 Иркутск – Красноярск:

Время отправления из Красноярска:

23⁰⁰+50+2=3⁰⁰

6 Красноярск – Омск:

Время отправления из Омска:

3⁰⁰+64+2=21⁰⁰

7 Омск – Свердловск:

Время отправления из Свердловска:

21⁰⁰+42+10=1⁰⁰

8 Свердловск – Казань:

Время отправления Казани:

1⁰⁰+41+2=20⁰⁰

9 Казань – Москва:

Время прибытия в Москву:

20⁰⁰+37+10=19⁰⁰

Расчет теплопритоков

Рассчитаем количество тепла, поступающего в вагон за счет разницы температуры, складывается из тепла, поступающего из окружающей среды и из машинного отделения. К расчету примем перевозку мяса мороженного в 5-вагонной секции БМЗ-5 с температурой в грузовом помещении – 18⁰С и в машинном отделении +45⁰С.

1 Теплоприток в грузовое помещение вагона от наружного воздуха и из машинного отделения Q₁определяется по формуле (8):

(8)

где K_н , F_н – соответственно коэффициент теплопередачи Вт/м^{2 0}К и поверхность части наружного ограждения, м² (К=0.33 Вт/м^{2 0}К, F=235,1м² );

K_м , F_м - соответственно коэффициент теплопередачи Вт/м^{2 0}К и поверхность перегородок по внутреннему контуру машинного отделения, м² (К=0.33 Вт/м^{2 0}К, F=8,5 м² );

t_н, t_в, t_м – температура наружного воздуха, в грузовом помещении и в машинном отделении, ⁰С (t_в= - 18⁰С ,t_м= +45⁰С).

t_I – время, для которого производится расчет.

1 Владивосток – Хабаровск:

2 Хабаровск – Сковородино:

, ⁰С

3 Сковородино – ЧитаII:

4 ЧитаII – Иркутск:

5 Иркутск – Красноярск:

6 Красноярск – Омск:

7 Омск – Свердловск:

8 Свердловск – Казань:

9 Казань – Москва:

2 Теплоприток в грузовое помещение от воздействия солнечной радиации Q₂ и через неровности в дверях, люках Q₃ рассчитывается по формуле (9):

(9)

1 Владивосток – Хабаровск:

2 Хабаровск – Сковородино:

3 Сковородино – ЧитаII:

4 ЧитаII – Иркутск:

5 Иркутск – Красноярск:

6 Красноярск – Омск:

7 Омск – Свердловск:

8 Свердловск – Казань:

9 Казань – Москва:

3 Теплоприток при вентилировании вагона Q₄ рассчитывается по формуле (10):

где n – кратность вентилирования;

V_в – объем воздуха, подлежащего замене, м³;

1,3 – теплоемкость воздуха, кДж/м³;

j₁, j₂ – относительная влажность воздуха, поступающего в вагон и выходящего из него (доли единицы);

q₁, q₂ – абсолютная влажность поступающего в вагон воздуха и выходящего из него воздуха, г/м³;

r – теплота конденсации водяного пара из наружного воздуха(>>0⁰C - 2,25 кДж/г;<<0⁰С – 2,89 кДж/г).

Рыба мороженая не вентилируется, поэтому Q₄ в расчетах не принимаем.

4 Теплоприток, эквивалентный работе вентиляторов в грузовом помещении вагона определяется по формуле (11):

(11)

где N – мощность электродвигателя вентилятора, кВт;

n – число электродвигателей;

h - КПД электродвигателей (0,85-0,95);

t^` - продолжительность работы электродвигателя (5-9 часов).

t - время следования по участку.

1 Владивосток – Хабаровск:

2 Хабаровск – Сковородино:

3 Сковородино – ЧитаII:

4 ЧитаII – Иркутск:

5 Иркутск – Красноярск:

6 Красноярск – Омск:

7 Омск – Свердловск:

8 Свердловск – Казань:

9 Казань – Москва:

6 Теплоприток от перевозимого груза и тары при охлаждении в вагоне Q ₆ определяется как (12):

,кВт (12)

где С_гр, С_т – теплоемкость груза и тары, кДж/кг*⁰К;

м_гр, м_т – масса груза и тары соответственно;

- начальная и конечная температура груза и тары, ⁰С;

z – время, в течение которого необходимо снизить температуру (60ч);

q_биол – биологическое тепло, выделяемое продуктами растительного происхождения.

Температура данного груза на протяжении всего пути следования остается постоянной, поэтому Q₆ к расчетам не принимаем.

Суммарный теплоприток:

Q₀=Q₁+Q₂+Q₃+Q₅, кВт (13)

1 Владивосток – Хабаровск:

Q₀=154,13+53,95+15,68=223,76 кВт

2 Хабаровск – Сковородино:

Q₀=221,74+77,61+23,93=323,28кВт

3 Сковородино – ЧитаII:

Q₀=251,47+88,02+25,58=365,07 кВт

4 ЧитаII – Иркутск:

Q₀=198,74+69,56+20,22=288,52 кВт

5 Иркутск – Красноярск:

Q₀=174,6+61,11+21,45=257,16 кВт

6 Красноярск – Омск:

Q₀=262,57+91,9+27,23=381,7кВт

7 Омск – Свердловск:

Q₀=210,91+73,82+21,45=306,18кВт

8 Свердловск – Казань:

Q₀=161,07+56,38+17,74=235,19кВт

9 Казань – Москва:

Q₀=183,33+64,17+19,39=266,89 кВт

Все рассчитанные теплопритоки сведем в таблицу 4.

Таблица 4 – Расчетные теплопритоки