Теплотехнический расчет рефрижераторного подвижного состава

При обосновании рационального варианта организации перевозок СПГ теплотехнический расчет подвижного состава выполняют для сопоставления холодопроизводительности холодильных установок и величины теплопоступлений в грузовое помещение РПС, а также для определения нагрузки на холодильное оборудование и продолжительности его работы.

Предлагаемый метод позволяет относительно точно определить расход холода на заданном направлении для условий, соответствующих фактическим. Теплопоступления в грузовое помещение учитываются комплексно в зависимости от времени и местонахождения подвижного состава: тепловой баланс грузового помещения РПС рассчитывается с заданной достоверностью. При этом расход холода ставится в зависимость от изменяющейся температуры наружного воздуха, вида подвижного состава, заданного температурного режима перевозки.

Основными исходными данными в расчетах являются:

– маршрут следования РПС от станции погрузки до станции выгрузки с выделением спорных станций:

– величины средних и максимальных температур наружного воздуха на опорных станциях по состояние на З ч дня и 1 ч ночи:

– протяженность участков между опорными станциями, скорость перевозки грузов, простои РПС на опорных станциях:

– техническая характеристика и теплотехнические показатели используемого РПС:

– теплотехническая характеристика грузов, режим перевозки.

195. Расчёт скорости и продолжительности охлаждения воздуха и груза при транспортировке в рефрижераторных транспортных модулях

Продолжительность охлаждения воздуха ῖв и продолжительность охлаждения груза ῖг в процессе транспортировки являются основными характеристиками теплообменных процессов, которые используются в теплотехнических расчётах. Их можно определить, если знать скорости протекания теплообменных процессов, которые, в свою очередь, зависят от ряда факторов, к которым следует отнести:

● температурный напор (разность температур наружного воздуха и среднего значения температурного режима перевозки);

● фактическую температуру груза перед погрузкой;

● количество груза;

● степень плотности штабеля и скважности тары;

● интенсивность биохимической теплоты, выделяемой плодоовощами;

● тип транспортного модуля и система распределения воздуха в грузовых помещениях.

● вид и режим циркуляции воздуха в грузовом помещении;

● коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций грузового помещения;

● падение мощности холодильных машин при высоких температурах наружного воздуха;

● фактический срок службы транспортного модуля, и др.

Степень влияния этих факторов на скорость протекания теплообменных процессов до настоящего времени была мало изучена. Это создавало определённые трудности в выполнении точных теплотехнических расчётов, в частности, при перевозке неохлаждённых плодоовощей. Поэтому при определении мощности теплового потока от плодоовощей при охлаждении в пути значение ῖг принимали равным 60 ч согласно инструкциям по эксплуатации 5-вагонных рефрижераторных секций и автономных рефрижераторных вагонов, разработанным полвека назад. Результаты контрольно-опытных перевозок скоропортящихся грузов, проведённых учёными ПГУПС-ЛИИЖТа в период с 1983 по 1994 г.г. на пятивагонных рефрижераторных секциях разных типов, показали, что на самом деле величина ῖг может при определённых условиях существенно (в несколько раз) отличаться от нормативного значения. Например, в 1985 г. осуществлялась контрольно-опытная перевозка неохлаждённого раннего картофеля в пятивагонной рефрижераторной секции постройки Брянского машиностроительного завода между ст. Марнеули (тогда Закавказская ж.д.) и ст. Выборг (Октябрьская ж.д.). Картофель был уложен в сетки и поступал в вагоны с температурой 19°С. Его завозили на станцию автотранспортом непосредственно с поля. Погрузка сеток в вагоны осуществлялась на особых условиях плотным штабелем с предварительной укладкой порожних ящиков на напольные решетки. Груз следовал до Выборга 13 суток при температурном режиме 2 … 5°С. На выгрузке температура картофеля составила по краям штабеля 5 … 7°С, в центре не ниже 12°С. За это время груз так и не охладился до требуемых параметров. Многофакторный анализ и обобщение результатов контрольно-опытных перевозок позволили формализовать расчёт величин ῖг и ῖв с помощью эмпирических выражений и коэффициентов, приведённых ниже. При этом были формализованы три характеристики теплообменных процессов при охлаждении груза в пути: ● темп (скорость) первоначального охлаждения свободного воздуха в грузовом помещении (bв), °С/ч;

● темп (скорость) теплоотдачи грузом (mг), °С/ч;

● темп (скорость) охлаждения груза (bг), °С/ч.

Темп первоначального охлаждения свободного воздуха в грузовом помещении транспортного модуля можно определить по эмпирической формуле:

где числа — эмпирические коэффициенты, полученные путём статистической обработки данных контрольно-опытных перевозок скоропортящихся грузов;

kм — поправочный эмпирический коэффициент, который учитывает влияние температурного напора, теплотехнических свойств ограждений грузового помещения на скорость теплообменных процессов в транспортном модуле;

kб — то же, влияние степени биохимических тепловыделений плодоовощей;

kш — то же, влияние степени плотности штабеля груза;

kт — то же, влияние степени скважности тары;

Gбр — количество груза в вагоне или контейнере, т брутто (с учётом массы тары и средств пакетирования).

Используемые в формуле (8.5) поправочные коэффициенты также определены путём статистической обработки опытных данных.

Так, величину коэффициента kм, можно принять по таблице или рассчитать по формуле:

г де числа — эмпирические коэффициенты;

∆tм — максимальный температурный напор через ограждения кузова транспортного модуля, при котором прекращается полезная работа холодильных машин (прил. Н);

∆tр — расчётный температурный напор через ограждения кузова (разность между расчётной температурой наружного воздуха и температурным режимом перевозки), °С.

При ∆tр = ∆tм., kм = 0);

Кр — расчётный коэффициент теплопередачи через ограждения грузового помещения, Вт/(м2∙К):

где Кр.п — паспортное значение расчётного коэффициента теплопередачи (см. прил. Л), Вт/(м2∙К);

— коэффициент, учитывающий изменение свойств ограждающих конструкций грузового помещения от ряда случайных факторов (скорость движения, изменение свойств изоляционных материалов во время эксплуатации, точность и разброс значений заводских параметров изоляционных материалов, скорость и направление ветра.

Влияние этих факторов учитывается надёжностью (Р). Величину можно определить по таблице или по формуле: = exp (0,85Р4).

Коэффициент kб, учитывающий изменение скорости охлаждения воздуха и плодоовощей от интенсивности выделяемой биохимической теплоты, можно определить по таблице или формуле:

где числа — эмпирические коэффициенты;

q б — средняя мощность тепловыделений плодоовощами за время охлаждения, Вт/т, определяемая по таблице или интегральному выражению:

где qо — удельные тепловыделения одной тонны плодоовощей при температуре 0°С Вт/т;

— температурный коэффициент груза (см. там же), К-1;

tг.н — фактическая температура груза в начале перевозки (если не задана, то принимают равной расчётной температуре наружного воздуха на фронте по- грузки, tг.н = tф), °С;

t г.к — конечная температура груза (принимают среднему значению температурного режима перевозки), °С.

Коэффициенты kш и kт, характеризующие изменение скорости охлаждения воздуха и груза соответственно от степени плотности штабеля и скважности тары, определяют по таблицам или по формулам:

где числа — эмпирические коэффициенты; — соответственно степень плотности штабеля груза и степень скважности тары, доли единицы .

С корость теплоотдачи грузом mг и скорость охлаждения груза bг можно определить по формулам:

С помощью характеристик bв.и bг можно определить продолжительность первоначального охлаждения воздуха (ῖв) и груза (ῖг) в грузовом помещении вагона, контейнера, ч:

где tв.п.п — температура свободного воздуха в грузовом помещении после погрузки, оС. Её значение можно принять равным температуре груза после погрузки (tг.п.п);

tв.н — нижняя граница температурного режима перевозки груза, оС. В проектных расчётах tв.н принимают по табл., в остальных расчётах – по приложению; tв.в — то же, верхняя граница.

Для термически подготовленных скоропортящихся грузов характеристики bв , mг , bг , ῖв, ῖг определять не требуется.