2.3 Характеристика и основные и параметры теплообменных процессов в гружёном рейсе

Характеристика теплообменных процессов в гружёном рейсе

В грузовое помещение вагона поступают неохлаждённая брусника при температуре t_г.н = 7 °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 ^{= −8,84°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 ^{= −8,84°С [4, разд.4].}

В процессе погрузки температура воздуха в вагоне будет понижаться до значения, близкого к температуре брусники (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. Температура брусники будет повышаться, но незначительно. К концу погрузки её значение t_г.п.п условно можно принять равной t_г.н, т.е. t_г.п.п = t_г.н = 7°С [4, разд.4].

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 начинают работать вентиляторы-циркуляторы, с помощью которых температурные поля свободного воздуха и груза выравниваются, т. е. t_в.п.п = t_г.п.п = 7 °С. Через 7...10 мин после включения вентиляторов-циркуляторов 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 поступает в воздухораспределитель. Так происходит охлаждение воздуха, тары вагона и груза [4, разд.4].

Первоначальное охлаждение воздуха в вагоне (_в) будет длиться до тех пор, пока его 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.

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; _в – продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении; _г – продолжительность охлаждения груза;  _г.р – продолжительность гружёного рейса

Рисунок 1 – Динамика охлаждения воздуха и брусники в вагоне в координатах t° (температура),  (время)

Теплотехнические характеристики неохлаждённой брусники

К таким характеристикам относят условный коэффициент скважности применяемой тары (_т), условный коэффициент плотности штабеля груза (_ш), удельные тепловыделения плодоовощей в среднем за время охлаждения (q_бох) и после охлаждения (q_бр), скорость теплоотдачи груза (m_г).

Упаковка брусники отсутствует, в качестве тары принят ящик-лоток открытый деревянный. Штабель груза в вагоне сформирован плотно- вертикальным способом (см. табл. 2).

В этом случае:

– степень скважности тары _т = 0,80 [4, прил. Д];

– степень плотности штабеля груза _ш = 0,5 [4, прил. Е];

– удельные тепловыделения брусники в среднем за время охлаждения с 7 °С до 3,5 °С q_бох = 45 Вт/т (интерполирование данных применительно к клюкве [4, табл. Г.2]);

– удельные тепловыделения гранатов в среднем после охлаждения q_бр = 40 Вт/т (данные применительно к клюкве [2, табл. Г.1]);

Скорость теплоотдачи груза, °С/ч, определяют по формуле:

,

где числа – эмпирические коэффициенты; k_ш – поправочный эмпирический коэффициент, который учитывает степень плотности штабеля груза, k_ш = 1,41 (при _ш = 0,5 [4, табл. И.3]); k_т – то же, учитывает степень скважности тары, k_т = 1,10 (при _т = 0,80 [4, табл. И.3]); G_бр – количество груза в вагоне по заданию, G_бр = 20, т брутто (груз + тара).

Тогда  m_г = (4,3  1,41  1,10) : (1 + 20) = 0,318 (°С/ч).

Теплотехнические характеристики грузового рефрижераторного вагона АРВ-Э

К ним относят расчётный температурный напор (t_р), максимальный температурный напор (t_м) и коэффициент теплопередачи (k_р) через ограждения кузова вагона.

Расчётный температурный напор через ограждения кузова вагона t_р, К, определяют вычитанием среднего значения температурного режима (t_в = 3,5 °С) из расчётной температуры наружного воздуха (t_р = −8,84°С).

Тогда  t_р = −8,84 – (5+2) : 2 = −12,34 (К).

Максимальный расчётный температурный напор t_м, при котором прекращается полезная работа холодильных машин, является характеристикой вагона, зависит от года его выпуска [4, прил. А]. Год выпуска установлен (условно) вычитанием заданного срока службы вагона из текущего года выполнения курсового проекта. Тогда год выпуска АРВ-Э 2014 – 15 = 1999. Значит, 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 = 0,35 Вт/(м²∙К) [4, прил. А]; _о – коэффициент, учитывающий изменение свойств ограждающих конструкций грузового помещения от случайных факторов, _о = 1,75 (при Р = 0,90 [4, табл. 6.1]).

Тогда k_р = 0,35  1,75 = 0,61 (Вт/(м²∙К)).

Основные параметры теплообменных процессов

Это скорость охлаждения свободного воздуха в грузовом помещении (b_в), скорость охлаждения груза (b_г), продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении (_в), продолжительность охлаждения груза (_г).

Скорость охлаждения воздуха в грузовом помещении рефрижераторного вагона, °С/ч, определяют 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 = 11,29 (при t_р = −12,34 К, t_м = 70 К, k_р = 0,61 Вт/(м²∙К)) с учётом интерполирования данных [4, табл. И.1] применительно к вагону секции АРВ-Э выпуска после 1985 г.); k_б – эмпирический коэффициент, учитывающий степень биохимических тепловыделений плодоовощей при охлаждении, k_б = 0,97 (при q_бох = 45 Вт/т [4, табл. И.2]); Р_в – заданная грузоподъёмность вагона, Р_в = = 24 т; G_бр , k_ш , k_т –определены выше.

Тогда b_в = (19,3  11,29  0,97) : {[1 + (20 : 24)]^5,5  1,41  1,10} = 4,86 (°С/ч).

Скорость охлаждения брусники в грузовом помещении рефрижераторного вагона АРВ-Э, °С/ч, определяют по формуле:

,

где m_г, k_м, k_б – величины, определённые ранее; ограничение b_г по m_г связано с необходимостью регулирования температурного режима в заданных границах.

Тогда b_г = 0,318  11,29  0,97 = 3,483 (°С/ч). С учётом ограничения по m_г принимаем b_г = 0,318 (°С/ч).

Продолжительность охлаждения воздуха (_в) и груза (_г) в гружёном рейсе, ч, определяют:

_в = (t_в.п.п – t_в.н) : b_в = (7 – 2) : 4,86 = 1 (ч);

_г = (t_г.п.п – t_в.в) : b_г = (7 – 5) : 0,318 = 6 (ч).

При общей продолжительности рейса _г.р = 24_у = 24  5 = 120 (ч) груз успевает охладиться в пути и будет следовать в охлаждённом виде 114 ч.