2.1. Конвективно-променистий теплообмін на поверхнях огороджень

Рух частинок повітря біля поверхні стінки вагона, що обумовлений температурою повітря і викликаютє теплову дію внутрішнього та зовнішнього повітря на стінки вагону, називається конвекцією.

Конвекція буває природня і примусова. Природня конвекція виникає внаслідок різниці щільностей холодного і теплого повітря, які зумовлені різницею температур повітря і стіни.

Конвективний теплообмін залежить від гладкості поверхні, кута обдуву поверхні і тим інтенсивніший чим більша швидкість повітря. Для розрахунків інтенсивності конвективного теплообміну використовують емпіричні формули.

Інтенсивність конвективно-променистого теплообміну характеризується коефіцієнтом тепловіддачі. Коефіцієнт тепловіддачі на зовнішній поверхні вагона визначається за формулою:

(2.2)

де α ^зп_к – конвективний коефіцієнт тепловіддачі на зовнішній поверхні кузова;

α^зп _в – коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням.

Конвективний коефіцієнт тепловіддачі розраховуємо за формулою:

(2.3)

(2.4)

(2.5)

де V – швидкість руху поїзда, V = 140км/год =38,9 м/с;

Оскільки V > 3 м/с, то другим додатком формули нехтуємо.

Для кінцевих розрахунків вибираємо найбільше значення,

Коефіцієнт тепловіддачі випромінювання визначається за формулою:

(2.6)

де С₀ – коефіцієнт випромінювання поверхні;

– середня температура поверхні кузова і оточуючих об’єктів;

– приведена ступінь чорноти зовнішньої поверхні кузова і оточуючих об’єктів, ;

(2.7)

де t_д – температура зовнішньої поверхні даху;

t_об – температура оточуючих об’єктів;

t₃ – температура зовнішнього середовища;

Приймаємо t_д вище температури зовнішнього середовища на 20 ⁰С

(2.8)

,

При розрахунку зовнішньої поверхні даху, t₃= t_в.атм.

де t_{в атм.} – температура випромінювання атмосфери

Температура випромінювання атмосфери розраховуємо за формулою:

(2.9)

Таким чином температура зовнішньої поверхні даху рівна:

Температура бокової стінки рівна:

Тоді коефіцієнт тепловіддачі випромінювання на даху рівний:

Коефіцієнт тепловіддачі випромінювання на боковій стінці рівний:

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі на зовнішній поверхні даху:

(2.10)

,

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі на зовнішній поверхні бокової стінки:

.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі на внутрішній поверхні вагона за формулою:

(2.11)

де – конвективний коефіцієнт тепловіддачі на внутрішній поверхні;

(2.12)

Коефіцієнт тепловіддачі випромінювання:

(2.13)

(2.14)

де ε_вп, ε_в.об, – коефіцієнти випромінювання відповідно внутрішньої поверхні, внутрішнього обладнання;

– температура поверхні, яка обмінюється променевою енергією.

,

(2.15)

де t_ст , t_во – температура внутрішньої поверхні та обладнання відповідно.

(2.16)

t_ст = 25+3 = 28ºC,

Температура на поверхнях внутрішнього обладнання приймаємо рівним температурі повітря в вагоні, ;

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі кузова рівний:

Коефіцієнт тепловіддачі на зовнішній поверхні набагато вище ніж на внутрішній, що пояснюється швидкістю повітря, яке обдуває зовнішню поверхню при русі поїзда.

Коефіцієнти тепловіддачі випромінювання на зовнішній і внутрішній поверхні невеликі – це зумовлено відносно невисокими температурами поверхні кузова та навколишнього середовища.