Хладотранспорт / 02-Студентам Хладотранспорт и доставка-2013-2 / 01-Учебник / 3-Главы 7-9-У

охлаждение циркулируемого воздуха, тары вагона и груза. Компенсируются внешние и внутренние теплопоступления.

Результаты контрольно-опытных перевозок, проведённых учёными ПГУПС, показали, что интенсивность погашения теплопоступлений холодильным оборудованием различна. Первым всегда погашается теплоприток от вентиляторов-циркуляторов. Затем компенсируются теплопритоки через ограждения кузова вагона, включая солнечную радиацию, и за счёт инфильтрации воздуха. Охлаждается кузов вагона. Одновременно, но менее интенсивно, погашаются теплопритоки от плодоовощей. Причём груз будет крайне медленно охлаждаться при плотной погрузке. Фактор интенсивности погашения теплопритоков учитывают при определении основных характеристик теплообменных процессов.

Первоначальное охлаждение воздуха в рефрижераторном вагоне (см. рис. 8.4) будет длиться до тех пор, пока его температура не достигнет ниж-

ней границы требуемого температурного режима (tв.н). После этого холо-

дильные машины отключают. За счёт положительных суммарных теплопритоков циркулируемый воздух в вагоне будет прогреваться. При дости-

жении температуры воздуха верхней границы режима перевозки (tв.в) вновь включают холодильные машины, процесс повторяется.

Продолжительность первоначального охлаждения воздуха в вагоне

( в) до нижней границы температурного режима (см. рис. 8.4) называют нестационарным температурным режимом перевозки (НТРП). Дальнейшая циклическая работа холодильного оборудования для поддержания температурного режима между нижней и верхней границами осуществляется в стационарном температурном режиме перевозки.

По мере охлаждения груза интервалы между выключением и включением холодильных машин в стационарном режиме 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. 8.4), осуществляется за время г, которое соответствует длительности режима конвективного теплообмена «охлаждение груза». Затем наступает режим «теплокомпенсация», который сохраняется до конца перевозки.

Вариант 2. Неохлаждённые плодоовощи грузятся и охлаждаются в пути при расчётной температуре наружного воздуха ниже требуемого режима перевозки (рисунок 8.5).

244

В данном примере начальная температура груза (tг.н) при погрузке не соответствует расчётной температуре воздуха на грузовом фронте (tф). Температура воздуха в грузовом помещении вагона в начале погрузки

(tв.н.п), наоборот, соответствует tф, так как для погрузки неохлаждённых плодоовощей предварительное отепление рефрижераторных вагонов не производят.

Рисунок 8.5 – Динамика охлаждения воздуха и груза в вагоне при температурах наружного воздуха ниже

назначенного температурного режима:

НТРП – нестационарный температурный режим перевозки; ХМ – работа холодильных машин; Г – груз (источник теплопритока); ОС – окружающая среда (источник холодопритока); ЭП – работа электрических печей; tр, tг, tв – соответственно изменение температуры наружного воздуха, груза и воздуха внутри вагона; в – продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении; г – продолжительность охлаждения

груза; г.р – продолжительность гружёного рейса

245

К моменту закрытия дверей вагона температура воздуха в грузовом помещении станет близкой к температуре груза (см. рис. 8.3, в и рис. 8.5), и

на момент включения холодильных машин будем иметь: tв.п.п = tг.п.п. Охлаждение воздуха и груза в вагоне будет также осуществляться с

помощью холодильных машин, как и в первом случае, но значительно быстрее, так как в вагон поступает холод от окружающей среды. Если мощность холодопритоков от наружного воздуха соответствует мощности теплоотдачи груза, то работу холодильных машин может полностью выполнять окружающая среда. Если же мощность холодопритоков от наружного воздуха превышает мощность теплоотдачи груза, то регулирование нижней и верхней границ температурного режима при охлаждении груза осуществляют периодическим включением электропечей.

По завершении охлаждения груза наступает теплообменный режим «хладокомпенсация», который сохраняется до конца перевозки (см. рис. 8.5). При этом регулирование границ температурного режима перевозки осуществляется только периодическим включением электропечей.

8.5 Факторы, влияющие на продолжительность охлаждения грузов в рефрижераторных вагонах и контейнерах

При перевозках неохлаждённых грузов (плодоовощи) возникает необходимость охлаждения их в пути. Скорость и продолжительность охлаждения воздуха и груза в РТМ являются основными характеристиками протекания теплообменных процессов в грузовом помещении и используются в теплотехнических расчётах. Их величина варьируется в широком диапазоне в зависимости от ряда факторов, приведённых на рисунке 8.6. По взаимодействующим системам эти факторы представлены тремя группами: факторами груза, транспортного модуля, внешней среды.

Факторы груза

Количество груза в РТМ (Gбр) может варьироваться от нескольких тонн до технической нормы загрузки. С увеличением Gбр значительно возрастает продолжительность охлаждения плодоовощей.

Фактическая температура груза перед погрузкой (tг.н). Чем выше температура груза, тем дольше он охлаждается.

Степень плотности штабеля груза ( ш) является характеристикой способа формирования штабеля груза в транспортном модуле (приложение

246

Е). Чем выше степень плотности штабеля, тем дольше охлаждаются плодоовощи в вагоне, контейнере.

Рисунок 8.6 – Факторы, влияющие на продолжительность охлаждения плодоовощей в рефрижераторных вагонах и контейнерах

Интенсивность (мощность) биохимической теплоты, выделяемой плодоовощами (qб) характеризует ферментальные процессы дыхания плодоовощей, зависит от температурного коэффициента и фактической температуры груза (см. п. 2.4). Чем больше мощность дыхания плодоовощей, тем медленнее охлаждаются плодоовощи.

Степень скважности тары ( т) характеризует воздухопроницаемые свойства тары, в которую уложен груз (см. прил. Ж). Воздухопроницаемая тара способствует ускорению охлаждения груза в вагоне, контейнере.

Скорость теплоотдачи груза (mг) характеризует способность груза изменять свою температуру с определённой скоростью при конвективном теплообмене.

Факторы окружающей среды

Расчётная температура наружного воздуха (tр) сильно влияет на скорость охлаждения груза. Её повышение увеличивает долю мощности холодильных машин на погашение теплового потока через ограждения кузова РТМ, что приводит снижению скорости охлаждения груза.

247

Расчётный температурный напор ( tр) возникает при разнице в тем-

пературах наружного воздуха и воздуха внутри грузового помещения РТМ

(tр – tв). Увеличение tр снижает скорость теплообменных процессов.

Факторы РТМ

Максимальный температурный напор ( tм) является характеристикой холодильного оборудования РТМ (см. прил. Г). С увеличением фактиче-

ского температурного напора ( tр) мощность холодильных машин падает.

При tр = tм полностью прекращается отвод теплоты холодильными машинами в окружающую среду, а вместе с этим процессы охлаждения.

Тип РТМ и его техническое состояние влияет на величину максималь-

ного температурного напора. В процессе эксплуатации мощность компрессора холодильной установки снижается, что отрицательно влияет на скорость теплообменных процессов.

Система распределения воздуха в грузовых помещениях характеризует конструктивные особенности циркуляционно-вентиляционной системы, от которых может зависеть продолжительность охлаждения груза.

Коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций грузового помещения (kр) характеризует мощность теплового потока через огражде-

ния грузового помещения. Увеличение kр при положительном температурном напоре увеличивает продолжительность охлаждения плодоовощей.

8.6 Определение скорости и продолжительности охлаждения грузов в рефрижераторных вагонах и контейнерах

Основными характеристиками теплообменных процессов в грузовом помещении транспортного модуля, используемыми в теплотехнических расчётах, являются:

– скорость первоначального охлаждения свободного воздуха в грузо-

вом помещении транспортного модуля (bв), °С/ч;

–скорость теплоотдачи груза (mг), °С/ч;

–скорость охлаждения груза (bг), °С/ч;

–продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузо-

вом помещении ( в), ч;

– продолжительность охлаждения груза ( г), ч.

248

Ниже приводятся эмпирические формулы для определения указанных характеристик теплообменных процессов. В них впервые формализованы рассмотренные в п. 8.5 факторы груза, РТМ и окружающей среды.

Скорость первоначального охлаждения свободного воздуха в

грузовом помещении РТМ, °С/ч, можно определить по формуле:

где числа – эмпирические коэффициенты; kм – поправочный эмпирический коэффициент, который учитывает влияние температурного напора и теплотехнических свойств ограждений грузового помещения РТМ на скорость протекания теплообменных процессов (формула 8.7); kбох – то же, учиты-

вающий влияние биохимических тепловыделений плодоовощей при охла-

ждении (формула 8.9); kш – то же, учитывающий влияние степени плотно-

сти штабеля груза (формула 8.10); kт – то же, учитывающий влияние сте-

пени скважности тары (формула 8.11); Gбр – количество груза в РТМ, т

брутто; Рт.м – грузоподъёмность РТМ.

Расчёт величин поправочных коэффициентов, используемых в формуле (8.6), приводится ниже.

Так, величину коэффициента kм, можно рассчитать по формуле:

где числа – эмпирические коэффициенты; tм – максимальный темпера-

турный напор через ограждения кузова РТМ, при котором прекращается полезная работа холодильных машин (см. прил. Г); tр – расчётный темпе-

ратурный напор (tр – tв) через ограждения кузова РТМ, К; kр – расчётный

коэффициент теплопередачи через ограждения грузового помещения,

Вт/(м2∙К):

249

где kр.п – паспортное значение расчётного коэффициента теплопередачи

(см. прил. Г), Вт/(м2 К); о – коэффициент, учитывающий изменение свойств ограждающих конструкций грузового помещения случайных факторов (скорость движения, срок эксплуатации, точность и разброс значений заводских параметров изоляционных материалов, скорость ветра).

Величину о можно определить по формуле:

о е(0,85Р4 ).

где Р – заданная надёжность теплотехнического расчёта.

Коэффициент, учитывающий влияние биохимических тепловыделений плодоовощей при охлаждении (kбох) или в режиме перевозки (kб) можно определить по таблице И.2 или по формуле:

где числа – эмпирические коэффициенты; qбох(б) – средняя мощность теп-

ловыделений плодоовощами за время охлаждения или в режиме перевозки, Вт/т, определяемая по интегральному выражению (см. формулу (2.2)).

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

где числа – эмпирические коэффициенты; ш и т – соответственно сте-

пень плотности штабеля груза и степень скважности тары, доли единицы

(см. табл. Е.1 и Ж.1).

Скорость теплоотдачи груза (mг) и скорость охлаждения груза (bг)

можно определить, °С/ч, по формулам:

250

При разбиении маршрута перевозки груза на участки с однородными климатическими зонами или при моделировании теплообменных процес-

сов в грузовом помещении РТМ необходимо корректировать bв, и bг для каждого участка маршрута.

Для термически подготовленных скоропортящихся грузов характери-

стики bв , mг , bг , в, г определять не требуется.

8.7Аналитический расчёт мощности теплопоступлений

врефрижераторные вагоны и контейнеры для условий эксплуатации в однородной климатической зоне

Расчёт выполняют в киловаттах на одну грузовую единицу (вагон, контейнер).

Мощность теплового потока вследствие теплопередачи через ограждения кузова вагона (контейнера), кВт/ед.:

где Fр – полная расчётная поверхность грузового помещения (см. прил. Г),

м2; tр – расчётная температура наружного воздуха на направлении перевоз-

ки (см. формулы (8.1, 8.5)), °С; tв – среднее значение между верхней и нижней границами требуемого температурного режима перевозки груза

(см. прил. Д), °С; Fм – расчётная поверхность машинных отделений, кон-

тактирующих с грузовым помещением (см. прил. Г), м2; tм – температура воздуха в машинном отделении, °С, которая выше расчётной температуры наружного воздуха за счёт теплоотдачи холодильными машинами и дизелями (на 4°С – для вагонов рефрижераторных секций, на 16 и 7°С – при использовании АРВ-Э и рефрижераторных контейнеров соответственно); kр – расчётный коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций грузового помещения вагона или контейнера (см. формулу (8.8)), Вт/(м2 К).

Мощность теплового потока от инфильтрации свежего воздуха внутрь грузового помещения транспортного модуля, кВт/ед.:

252

где н – плотность наружного воздуха [5], кг/мз; и – кратность инфильтрации воздуха через неплотности в ограждениях грузового помещения и в вентиляционной системе (формула 8.19), ч–1; Vп – полный объём грузового помещения транспортного модуля (см. прил. Г), м3; iн – удельное теплосодержание наружного воздуха в зависимости от его температуры и влажно-

сти [5], кДж/кг; iв – то же, воздуха внутри грузового помещения в режиме перевозки и при относительной влажности 90…95 % [5], кДж/кг.

Значения и, указанные в таблице 8.6, определены в зависимости от скорости движения и срока службы рефрижераторных вагонов и контейнеров по эмпирическому выражению, ч–1:

где числа – эмпирические коэффициенты; Тэ – продолжительность экс-

плуатации вагона, контейнера с момента изготовления, лет; Vуч – средняя участковая скорость движения вагона, км/ч, которую можно определить исходя из норм суточного пробега.

Мощность теплового потока от плодоовощей при дыхании,

кВт/ед., определяют (см. рис. 8.4 и 8.5) при охлаждении груза от tг.н до tв

(Qб1) и когда груз охладился (Qб2):

Qб2 qб Gгр 10 3,

где qбох – удельные тепловыделения плодоовощей при их охлаждении (см.

формулу (2.2)), Вт/т; qб – то же, в режимах «теплокомпенсация» или «хладокомпенсация», т. е. когда груз охладился до среднего значения темпера-

турного режима перевозки (см формулу (2.1)), Вт/т; Gгр – масса перевозимого груза (без учёта массы тары, упаковки и средств пакетирования), т.

Если плодоовощи погружены в охлаждённом виде (температура груза находится в границах температурного режима перевозки), то определяют только Qб2. Если плодоовощи за время перевозки не успевают охладиться

( г.р г), то определяют только Qб1

253