2 Расчет изоляции грузового помещения вагона-холодильника и опредегение приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона

Колебания температуры внутри охлаждаемого помещения связаны с изменениями теплового потока, проходящего через ограждение, представляющее собой сочетание несущей конструкции, тепло- и влагоизоляционных материалов. Проникновение тепла и влаги в охлаждаемое помещение приводит к увеличению тепловой нагрузки на холодильное оборудование вагона. Конструкция кузова вагона должна иметь определенное термическое сопротивление и обеспечивать поддержание температуры внутри грузового помещения на заданном уровне. Основной задачей при расчете ограждающей конструкции вагона-холодильника является определение рациональной толщины теплоизоляционного слоя в зависимости от технических требований и экономической целесообразности.

По таблице 1 [3] для перевозимого груза (огурцы) принимаем режим перевозки с температурой внутри грузового помещения tв = -2°С. По таблице 4 [3] при среднегодовой температуре 12,6°С (г. Новоросийск) нормативный коэффициент теплопередачи для стен Kст = 0,353 Вт/(м²*К), для крыши Ккр = 0,298 Вт/(м²*К).

Таким образом, наибольшие теплопритоки будут поступать через ограждение пола, поэтому для него необходимо определить толщину изоляционного слоя.

Значения коэффициент теплопередачи для пола принимаем на 12...14 % больше, чем для стен Кпол = 0,316 Вт/(м²*К).

Первый слой - резина δ1=0,004м, λ1=0,16Вт/(м*К); второй-дерево δ2 = 0,045 м, λ2 = 0,14 Вт/(м*К); третий -пенополистирол δ3 =0,080м, λ3=0,038Вт/(м*К); четвертый-сталь δ4=0,003м, λ4=58Вт/(м*К).

Определение потребной толщины, м, изоляционного слоя ограждения производится, исходя из условия обеспечения наименьшего значения коэффициента теплопередачи ( интенсивность теплопритоков или теплопотерь ) при заданном температурном напоре:

, (2.1)

где - толщина изоляционного и других слоев материалов,

составляющих

ограждающую конструкцию, м;

- коэффициенты теплопроводности, Вт/(м К), изоляционного и

других слоев конструкции ограждения вагона;

К_н - нормативный коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К);

- коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м² К), из внешней среды к

наружной поверхности вагона и от внутренней поверхности

ограждения кузова к воздуху внутри вагона. Значение

принимаем 5.8 Вт/(м² К).

При ориентировочных расчетах для определения величины коэффициента радиационного и конвективного теплообменов можно пользоваться формулой [ с.10,(1)]

(2.2)

где - коэффициент радиационного теплообмена, =9.3 Вт/(м² К);

V - скорость движения вагона, V=100 км/ч;

l - длина омываемой воздухом поверхности, l=21 м.

Подставляя численные значения, получаем, для пола

Вт/(м² К).

Значения коэффициента αв для стен и крыши кузова можно принимать – 8,7, для пола – 5,8 Вт/(м² К).

Определяем толщину изоляционного слоя, подставляя значения в формулу (2.1) получаем:

.

Конструктивное оформление ограждения влияет на условия теплопередачи, поэтому при определении теплопритоков (теплопотерь) в вагон-холодильник пользуются приведенным коэффициентом теплопередачи для всей площади ограждения кузова

Величина приведенного коэффициента теплопередачи для ограждения, определяется по формуле :

, (2.3)

где 1.3 – коэффициент, учитывающий наличие тепловых мостиков в элементах

ограждения и старение теплоизоляции;

к_i – коэффициент теплопередачи отдельной части ограждения, Вт/(),

Fi - площадь теплопередающей поверхности отдельного элемента.

Определяем площади теплопередающих поверхностей ограждения кузова.

Наружные размеры кузова: длинна по концевым балкам Lк =21м, ширина грузового помещения B=3,1м, высота боковой стены снаружи H=2,7м, радиусы сечения крыши вагона в средней части R1=2м, у боковых стен R2=0,4м.

Площадь боковой стены

.

Площадь пола

.

Площадь крыши

,

где - длины дуг, образующие крышу, м.

Длина дуги определяется по формуле

,

где R-образующий дугу радиус,м;

φ-угол, ограничивающий дугу, град.

Угол φ1 можно определить

,

,

.

Площадь торцевой стены

.

Площадь сектора и треугольника определяются по формулам

.

Тогда

,

.

Общая площадь теплопередающей поверхности

.

Подставив в формулу (3) расчетные данные получим

Вт/(),

В дальнейших расчетах курсового проекта будем использовать значение коэффициент теплопередачи ограждения кузова вагона полученного по формуле (2.3) и равного – 0,329 Вт/().