2.3 Характеристика и основные и параметры теплообменных процессов в гружёном рейсе

Характеристика теплообменных процессов в гружёном рейсе

В грузовое помещение вагона поступают неохлаждённые гранаты при температуре t_г.н = 12 °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= 16,2 °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= 16,2 °С [4, разд. 4].

В процессе погрузки температура воздуха в вагоне будет понижаться до значения, близкого к температуре гранатов (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 гранатов будет повышаться, но незначительно. К концу погрузки её значение t_г.п.пусловно можно принять равной t_г.н, т. е.t_г.п.п=t_г.н= 12 °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= 12 °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 гранатов в вагоне в координатах t° (температура),(время)

Охлаждение груза до верхней границы температурного режима (см. рис. 1), осуществляется за время _г, соответствующее длительности теплообменного режима «охлаждение груза», затем наступает режим «теплокомпенсация», который сохраняется до конца перевозки.

Теплотехнические характеристики неохлаждённых гранатов

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 гранатов отсутствует, в качестве тары принят (самостоятельно) закрытый ящик из дощатых планок и шпона с просветами между планками до 1 см. Штабель груза в вагоне сформирован плотно-вертикальным способом (см. табл. 2).

В этом случае:

– степень скважности тары _т= 0,30 [4, прил. Д];

– степень плотности штабеля груза _ш= 0,95 [4, прил. Е];

– удельные тепловыделения гранатов в среднем за время охлаждения с 12 °С до 3,5 °Сq_бох= 64 Вт/т (интерполирование данных применительно к малине [4, табл. Г.2]);

– удельные тепловыделения гранатов в среднем после охлаждения q_бр = 29 Вт/т (данные применительно к малине [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= 0,74 (при_ш= 0,95 [4, табл. И.3]);k_т– то же, учитывает степень скважности тары,k_т= 0,96 (при_т= 0,3 [4, табл. И.3]);G_бр– количество груза в вагоне по заданию,G_бр= 45 т брутто (груз + тара).

Тогда  m_г= (4,30,740,96) : (1 + 45) = 0,067 (°С/ч).

Теплотехнические характеристики грузового вагона рефрижераторной секции постройки БМЗ

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= 16,2 °С).

Тогда  t_р= 16,2 – (5+2) : 2 = 12,7 (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 секции БМЗ 2012 – 20 = 1992. Значит,t_м= 70 К.

Расчётный коэффициент теплопередачи k_ропределяют, Вт/(м²К), по формуле:

,

где k_р.п– паспортное значение расчётного коэффициента теплопередачи,k_р.п= 0,32 Вт/(м²∙К) [4, прил. А]; _о– коэффициент, учитывающий изменение свойств ограждающих конструкций грузового помещения от случайных факторов,_о= 1,42 (приР= 0,8 [4, табл. 6.1]).

Тогда k_р= 0,321,42 = 0,45 (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= 2,2 (приt_р= 12,7 К,t_м= 70 К,k_р= 0,45 Вт/(м²∙К)) с учётом интерполирования данных [4, табл. И.1] применительно к вагону секции БМЗ выпуска после 1985 г.);k_б– эмпирический коэффициент, учитывающий степень биохимических тепловыделений плодоовощей при охлаждении,k_б= 0,96 (приq_бох= 64 Вт/т [4, табл. И.2]);Р_в– заданная грузоподъёмность вагона,Р_в == 45 т; G_бр,k_ш,k_т–определены выше.

Тогда b_в = (19,3  2,2  0,96) : {[1 + (45 : 49)]^5,5  0,75  0,96} = 1,56 (°С/ч).

Скорость охлаждения гранатов в грузовом помещении рефрижераторного вагона РС-4-БМЗ, °С/ч, определяют по формуле:

,

где m_г,k_м,k_б– величины, определённые ранее; ограничениеb_гпоm_гсвязано с необходимостью регулирования температурного режима в заданных границах.

Тогда b_г= 0,067  2,2  0,96 = 0,142 (°С/ч). С учётом ограничения поm_гпринимаемb_г= 0,067 (°С/ч).

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

_в= (t_в.п.п–t_в.н) : b_в= (12 – 2) : 1,56 = 6 (ч);

_г=(t_г.п.п–t_в.в) : b_г= (12 – 5) : 0,067 = 104 (ч).

При общей продолжительности рейса _г.р= 24_у= 24  9 = 216 (ч) груз успевает охладиться в пути и будет следовать в охлаждённом виде 112 ч.