1.2 Теплотехнические расчеты рефрижераторного подвижного состава

Цель теплотехнических расчетов – определить количество тепла (Q_общ), поступающего в грузовое помещение вагона для расчета холодопроизводительности приборов охлаждения и мощности приборов отопления. В курсовом проекте рассмотрена перевозка апельсинов в автономном рефрижераторном вагоне – АРВ 21 м.

Общее количество тепла, которое должно быть отведено через поверхность приборов охлаждения определяется по формуле:

, (1.4)

где – количество тепла поступающего в грузовое помещение вагона от наружного воздуха и воздуха машинного определения через ограждения кузова вагона, Вт, рассчитывается по формуле:

, (1.5)

где – площадь теплопередающей поверхности грузового помещения, м²;

, (1.6)

где – площадь соответственно наружной и внутренней теплопередающих поверхностей, м²

– коэффициент теплопередачи кузова вагона, Вт/м² (принимается на 20% больше конструктивного, указанного в приложении А) равен 0,42;

– расчетная температура наружного воздуха, °С, определяется по формуле:

, (1.7)

где – соответственно усредненные среднемесячная и максимальная температура в заданный период на направлении перевозки, °С, принимается не менее чем по трем пунктам следования груза (по данным приложения Д).

– температура воздуха внутри грузового помещения вагона при перевозке заданного груза (температура перевозки), °С (принимается в соответствии с Правилами [1] и таблице 2 настоящего указания) принимаем +5;

– площадь перегородок, отделяющих грузовое помещение вагона от машинного отделения, м²;

– коэффициент теплопередачи перегородки, отделяющих грузовое помещение вагона от машинного отделения Вт/м², (принимается на 20% больше конструктивного, указанного в приложении А) принимаем 0,42;

– температура воздуха в машинном отделении, °С , .

Для определения принимаем параметры (табл.3.2 учебного пособия) для автономного рефрижераторного вагона – АРВ 21 м:

• длина кузова вагона наружная (a) – 21,0 м;

• ширина кузова вагона наружная (b) – 3,1 м;

• высота по середине вагона (c) – 2,354 м.

, (1.8)

Для определения принимаем параметры (табл.3.2 учебного пособия) для автономного рефрижераторного вагона – АРВ 21 м:

• полная длина грузового помещения (a) – 17,850 м;

• полная ширина грузового помещения (b) – 2,700 м;

• высота по боковой стенке (c) – 2,665 м.

, (1.9)

Расчетную температуру наружного воздуха (среднюю и максимальную) для заданного периода (с мая по октябрь включительно) на направлении Владивосток – Пенза, принимаем по приложению Д.

Таблица 1.3 – Средняя/ максимальная температура воздуха

Месяц	Владивосток	Красноярск	Пенза
Май	9,0/13,0	8,8/14,2	13,4/19,0
Июнь	13,0/16,4	15,8/21,6	17,6/23,3
Июль	17,5/23,2	18,7/24,2	19,8/25,2
Август	20,0/22,8	15,5/20,7	18,1/23,5
Сентябрь	15,9/19,3	9,1/13,7	11,8/16,7
Октябрь	8,8/12,5	1,4/5,2	4,3/7,6
Итого	14,0/17,8	11,5/16,6	14,2/19,2

– количество тепла, поступающего в грузовое помещение вагона от воздействия солнечной радиации, рассчитывается по формуле:

, (1.10)

где – наружная поверхность кузова вагона подверженная воздействию солнечной радиации, м² , принимается (0,7…0,8) ;

– максимальная температура нагрева наружней поверхности вагона, °С, принимается ;

Z – продолжительность воздействия солнечной радиации, ч, в летний период принимается равной 10…18 ч, в зависимости от климатической зоны;

=0,42 Вт/м^{2 *} К

= +5

Z=15 ч

– количество тепла, поступающего в грузовое помещение через неплотности кузова вагона, рассчитывается по формуле:

), (1.11)

где – объем воздуха, поступающего в грузовое помещение через неплотности кузова вагона, м³/ч, принимается равным полному объему грузового помещения вагона (табл 3.2 учебного пособия) равен 102,2 м³;

– плотность наружного воздуха, кг/м³, принимается равной 1,165 кг/м³;

– теплосодержание (энтальпия) наружного и воздуха в грузовом помещении вагона, кДж/кг;

3,6 – коэффициент перевода кДж/ч в Вт.

Теплосодержание наружного воздуха в грузовом помещении принимается по диаграмме (приложение Е). Теплосодержание определяется графически: из точки пересечения линии температуры и кривой относительно влажности, проводят прямую линию по углу 45° к осям координат, получаемая точка пересечения этой прямой и кривой влажности 100%, по шкале теплосодержания и дает искомое значение.

Значение энтальпий наружного и внутреннего воздуха составляют соответственно 27,5 кДж/кг при и 6,6 кДж/кг (при = +5 ), тогда теплоприток через неплотности равен:

– количества тепла, поступающего в грузовое помещение от перевозимого груза и тары при охлаждении в вагоне, рассчитывается по формуле:

, (1.11)

где – масса груза и тары, кг, масса груза принимается равной одного вагона, масса тары составляет для деревянной 10 - 15%, картонной 5% от ;

– теплоемкость груза и тары, кДж/кг∙К, теплоёмкость груза определяется по данным Приложения Ж, для картона теплоёмкость принимается равная 1,1 кДж/кг·К, для дерева – 2,5 кДж/кг·К;

– начальная (наружного воздуха) и конечная (перевозки) температура груза и тары, С°;

– продолжительность охлаждения, ч, принимается по данным Приложения А;

– биологическое тепло, выделяемое плодоовощами, кДж/т∙ч, принимается по данным таблицы 1.11 [3]

;

Таким образом, общий теплоприток, который должен быть отведен через поверхность приборов охлаждения составляет:

Потребная рабочая часовая холодопроизводительность компрессора при заданном режиме работы холодильной установки для выработки холода (в сутки 2 часа затрачивается на выполнение технического обслуживания холодильной машины), необходимо для обеспечения сохранности качества груза, может быть определена по формуле:

, (1.12)

где 22 – количество часов работы компрессора.

Для того чтобы сделать вывод о достаточности установленного компрессора и коэффициенте его использования, необходимо провести сравнение потребной холодопроизводительности компрессора с фактической.

Перевод потребной рабочей холодопроизводительности компрессора в стандартную осуществляется по формуле:

, (1.13)

где – объемная холодопроизводительность при рабочих и стандартных условиях, принимается по приложению И в зависимости от значения температуры кипения хладагента – и переохлаждения – кДж/м³;

, – коэффициент зависимости подачи при рабочих и стандартных, в зависисмости от отношения давления в конденсаторе – к давлению в испарителе – .

Рабочие условия:

Стандартные условия:

Полученную холодопроизводительность при стандартных условиях сравниваем с фактической стандартной холодопроизводительностью компрессора, установленного в заданном виде подвижного состава.

Коэффициент использования устанавливаемого компрессора для работы в летний или переходной период года определяется по формуле:

, (1.14)

где - фактическая стандартная холодопроизводительность, Вт, принимается в соответствии с данными таблицы 3.3 учебного пособия.

Коэффициент , следовательно одного компрессора достаточно, а следовательно, сохранность груза обеспечивается.

Расчет площадей теплообменных аппаратов: воздухоохладителей, конденсаторов сводится к определению площади их теплоотдающей поверхности:

• для воздухоохладителей:

, (1.15)

где – рабочая холодопроизводительность компрессора, Вт;

К – коэффициент теплопередачи воздухоохладителя, Вт/(м²·К);

– средняя разность температур между хладагентом и омываемой средой, ;

– удельная тепловая нагрузка на воздухоохладитель, Вт/м².

• для конденсаторов:

, (1.16)

где – тепловая нагрузка на конденсатор, Вт/( м² ·К);

К – коэффициент теплопередачи Вт/(м²·К);

– средняя разность температур между хладагентом и охлаждаемой средой, ;

– удельная тепловая нагрузка конденсатора, Вт/м².

, (1.17)

где – холодильный коэффициент, принимается в интервале 4-8.

Расчет воздухоохладителей:

,

Следовательно, одного воздухоохладителя достаточно для обеспечения требуемой холодопроизводительности.

Расчет конденсаторов:

,

Следовательно, одного конденсатора достаточно для обеспечения требуемой холодопроизводительности.

Вывод: Площади теплоотдающей поверхности конденсатора и компрессора достаточно. Для обеспечения сохранной перевозки груза необходимо: 1 воздухоохладитель, 1 конденсатор, 1 компрессор.