Определение расчётной температуры наружного воздуха

На фронте погрузки

 

Для определения теплопритоков за время погрузки вагонов и контейнеров используют расчётную температуру воздуха на грузовом фронте (t _ф). На открытых грузовых фронтах холодильников (рис. 3.3) или фронтах любого типа неохлаждаемых складов величину t _ф принимают равную расчётной температуре наружного воздуха за время погрузки, определяемой по (3.1) или (3.6) в зависимости от метода расчёта теплопоступлений, т.е. t _ф = t _р.

При погрузке вагонов на полузакрытом грузовом фронте холодильника (рис. 3.4) расчётная температура внутри дебаркадера будет отличаться от расчётной наружной температуры (табл. 3.2).

 

Рис. 3.3 Открытый грузовой фронт склада

 

 

Рис. 3.4 Полузакрытый грузовой фронт склада

Таблица3.2

 

Расчётная температура наружного воздуха в дебаркадере

Холодильного склада

 

Наименование холодильного склада	Температура хранения груза, °С	Температура воздуха в дебаркадере, °С
Овощехранилище	2 … 9	0,7 t р + 0,6
Склад с преобладанием камер хранения для охлаждённых грузов	–5 …0	0,7 t р – 0,6
То же, замороженных грузов	–6 … –20	0,6 t р – 7,2
То же, низкотемпературных грузов	–21 и ниже	0,6 t р – 10,0

ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

В ГРУЖЕНОМ РЕЙСЕ

 

Перед погрузкой термически подготовленных скоропортящихся грузов грузовые помещения рефрижераторных вагонов охлаждают или обогревают в соответствии с требованиями правил перевозок (прил. 7).

Перед погрузкой неохлаждённых грузов и грузов, не требующих поддержания температурного режима перевозки, этого делать не требуется.

В начале погрузки температура термически не подготовленных грузов (t _г.н), а также температура воздуха в грузовом помещении транспортного модуля (t _в.н.п) обычно соответствует (рис. 4.1, а, б) расчётной температуре наружного воздуха на грузовом фронте (t _ф). При поступлении таких грузов из неохлаждаемого склада возможна разница между t _г.н и t _ф, но при этом t _в.н.п = t _ф (см. рис.4.1, в, г).

В начале погрузки термически подготовленных грузов могут иметь место различные соотношения между t _г.н, t _ф, и t _в.н.п (см. рис. 4.1, д, е).

В процессе погрузки возможны теплопоступления в грузовое помещение транспортного модуля:

через ограждения кузова, если температура груза отличается от расчётной температуры наружного воздуха, а также, если вагон охлаждён или обогрет перед погрузкой;

за счёт инфильтрации воздуха через открытый дверной проём;

за счёт биохимической теплоты, выделяемой плодоовощами;

за счёт рассеянной и прямой солнечной радиации, воздействующей на часть боковой поверхности и крыши транспортного модуля при его нахождении на открытом грузовом фронте.

 

Рис. 4.1. Динамика теплообменных процессов при погрузке скоропортящихся грузов в изотермические транспортные модули в координатах t° (температура)–, t (время):

а, б, в, г, — модуль и груз термически не подготовлены к погрузке; д, е — то же, подготовлены к погрузке; t _н, t _г, t _в — соответственно изменение темпера-

туры наружного воздуха, груза и воздуха внутри грузового помещения

 

Совместное воздействие этих теплопритоков может привести к изменению температурных полей воздуха и груза внутри грузового помещения к моменту окончания погрузки (см. рис. 4.1). Обычно эти теплопритоки незначительны, если погрузка выполняется в достаточно короткие сроки (не более 2 ч), а температура груза соответствует температуре окружающей среды. Их можно не учитывать. Кроме того, биохимическая теплота, выделяемая плодоовощами, при погрузке отдельными грузовыми единицами рассеивается в окружающую среду. Результаты контрольно‑опытных перевозок скоропортящихся грузов показали, что температура груза после погрузки (t _г.п.п) может измениться не более чем на 1,5… 2,0°С.

При длительной погрузке или ожидании прицепки транспортного модуля к вагону‑электростанции необходимо определять указанные теплопоступления внутрь грузового помещения за время погрузки с последующим выходом на температуру груза после погрузки через энтальпию груза. Для упрощения такого расчёта можно воспользоваться эмпирическим выражением, приведённым в приложении 8.

Температура свободного воздуха внутри транспортного модуля после погрузки (t _в.п.п) во всех случаях, показанных на рис. 4.1, выравнивается с температурой груза.

После погрузки и закрытия дверей рефрижераторного транспортного модуля запускают дизель‑генераторы, устанавливают требуемый температурный режим и режим обслуживания груза в пути, включают холодильно‑отопительное оборудование. При этом сначала начинают работать вентиляторы‑циркуляторы, с помощью которых температурные поля свободного воздуха и груза (t _в.п.п ≈ t _г.п.п) выравниваются. Через 7...10 мин к работе вентиляторов‑циркуляторов автоматически подключаются холодильные машины или электропечи.

Рассмотрим в качестве примера два случая протекания теплообменных процессов при перевозке в рефрижераторном вагоне неохлаждённых плодоовощей (один из вариантов задан в курсовом проекте).

Первый случай. Расчётная температура наружного воздуха и начальная температура груза выше требуемого температурного режима перевозки (рис. 4.2). При этом начальная температура груза может соответствовать температуре воздуха на фронте погрузки, как показано на рис. 4.2, или не соответствовать (см. рис. 4.1, в, г).

Рис. 4.2 Динамика охлаждения воздуха и груза в вагоне при температурах наружного воздуха выше температурного режима перевозки в коор-

динатах t° (температура), t (время):

НТРП — нестационарный температурный режим перевозки; ХМ — работа холодильных машин; груз — отепление воздуха в вагоне за счёт груза; ОС — то же, за счёт окружающей среды; t _р, t _г, t _в — соответственно изменение температу-

ры наружного воздуха, груза и воздуха внутри грузового помещения вагона

 

Обычно принято считать, что начальная температура неохлаждённых плодоовощей (t _г.н) при погрузке соответствует расчётной температуре наружного воздуха на грузовом фронте (t _ф). Если учесть, что предварительное охлаждение вагона не требуется, и пренебречь теплопритоками в вагон при погрузке, то исходным условием теплообменных процессов при перевозке (на момент включения холодильных машин) будет:

 

t _в.п.п» t _г.п.п» t _ф » t _г.н.

 

При несоответствии температуры груза температуре наружного воздуха на грузовом фронте

 

t _в.н.п» t _ф, t _в.п.п» t _г.п.п.

 

После включения холодильных машин из воздухораспределителя в грузовое помещение вагона начнёт поступать холодный воздух, нагнетаемый вентиляторами‑циркуляторами, и заполнять свободное пространство вокруг и внутри штабеля груза в соответствии с применяемой схемой циркуляции воздуха. Забирая теплоту от груза и стен вагона, тёплый воздух направляется к испарителям холодильных машин, охлаждается и нагнетается в воздухораспределитель. Далее всё повторяется. За счёт работы холодильных машин происходит постепенное охлаждение циркулируемого воздуха, тары вагона и груза. Компенсируются внешние и внутренние теплопоступления.

Следует иметь в виду, что интенсивность погашения каждого теплопритока холодильным оборудованием различна в зависимости от условий протекания теплообменных процессов. Условно следует считать, что первым всегда погашается теплоприток от работающих вентиляторов‑цирку-ляторов. Затем компенсируются теплопритоки через ограждения кузова вагона, включая солнечную радиацию, и за счёт инфильтрации воздуха. Охлаждается собственная масса вагона. Одновременно с этими, но менее интенсивно, погашаются теплопритоки от дыхания плодоовощей и за счёт их термической обработки. Причём груз будет крайне медленно охлаждаться при плотной погрузке.

Фактор интенсивности погашения теплопритоков учитывают в теплотехнических расчётах с помощью соответствующих эмпирических коэффициентов (прил. 9).

Первоначальное охлаждение свободного воздуха в рефрижераторном вагоне (см. рис. 4.2) длится до тех пор, пока его температура не достигнет нижней границы требуемого температурного режима (t _в.н). После этого холодильные машины отключают. За счёт положительных суммарных теплопритоков циркулируемый воздух в вагоне будет прогреваться. При повышении температуры воздуха до верхней границы температурного режима (t _в.в) вновь включают холодильные машины. Далее процесс повторяется.

Продолжительность первоначального охлаждения воздуха в вагоне (t_в) до среднего значения температурного режима (см. рис. 4.2) называют нестационарным температурным режимом перевозки груза. 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 автоматически отключаются.

Охлаждение груза до значений температур, соответствующих стационарному температурному режиму (см. рис. 4.2), осуществляется за время t_г, которое соответствует длительности теплообменного режима охлаждение. Затем этот режим переходит в режим теплокомпенсация и сохраняется до конца перевозки.

Второй случай. Плодоовощи охлаждаются в пути при расчётной температуре наружного воздуха ниже требуемого режима перевозки (рис. 4.3).

 

 

Рис. 4.3 Динамика охлаждения воздуха и груза в вагоне при температурах наружного воздуха ниже назначенного температурного режима перевозки:

НТРП — нестационарный температурный режим перевозки; ХМ — работа холодильных машин; груз — отепление воздуха в вагоне за счёт груза; ОС — охлаждение воздуха в вагоне за счёт окружающей среды; ЭП — работа электрических печей; t _р, t _г, t _в — соответственно изменение температуры наружного воз-

духа, груза и воздуха внутри грузового помещения вагона

При такой температуре окружающей среды плодоовощи должны находиться на складах. Тем не менее, возможна ситуация, когда температура неохлаждённых плодоовощей выше температуры наружного воздуха (погрузка тепличных культур в зимний и переходный периоды года либо резкое понижение температуры наружного воздуха перед погрузкой неохлаждённых плодоовощей в вагоны).

В данном случае, разумеется, начальная температура груза (t _г.н) при погрузке не будет соответствовать расчётной температуре наружного воздуха на грузовом фронте (t _ф). Температура воздуха в грузовом помещении вагона в начале погрузки (t _в.н.п), наоборот, будет соответствовать t _ф, так как для погрузки неохлаждённых плодоовощей предварительное отепление вагонов не производят.

В процессе погрузки температура воздуха в грузовом помещении будет повышаться и к моменту закрытия дверей вагона достигнет значений, близких к температуре груза (см. рис. 4.1, в и рис. 4.3).

Охлаждение воздуха и груза в вагоне до требуемого температурного режима перевозки в пути следования будет также осуществляться с помощью холодильных машин, как и в первом случае. Однако этот процесс будет протекать значительно быстрее, так как в вагон поступает холод от окружающей среды. При значительных отрицательных температурных напорах через ограждения кузова вагона не исключается прекращение работы холодильных машин даже, когда груз ещё полностью не охлаждён.

Так, если мощность холодопритоков от наружного воздуха соответствует мощности теплоотдачи груза, то роль холодильных машин может выполнять окружающая среда.

Если же мощность холодопритоков от наружного воздуха превышает мощность теплоотдачи груза при охлаждении, то регулирование нижней и верхней границ температурного режима в рефрижераторных вагонах осуществляют периодическим включением электропечей.

По завершении охлаждения груза режим охлаждение переходит в режим хладокомпенсация, который сохраняется до конца перевозки (см. рис. 4.3). При этом регулирование требуемых границ температурного режима перевозки уже осуществляется только периодическим включением электропечей.

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

темп первоначального охлаждения свободного воздуха в грузовом помещении транспортного модуля (b _в), °С/ч;

темп теплоотдачи груза (m _г), °С/ч;

темп охлаждения груза (b _г), °С/ч;

продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении (t_в), ч;

продолжительность охлаждения груза (t_г), ч.

Значения этих параметров можно определить по эмпирическим выра-жениям (4.1 – 4.5). В этих выражениях впервые применены квантили и коэффициенты, которые учитывают фактор интенсивности погашения теп-лопритоков во времени в зависимости от количества груза и его начальной температуры, температурного напора через ограждения кузова транспортного модуля, плотности погрузки, скважности тары, интенсивности дыхания плодоовощей, системы и мощности воздухораспределения в грузовом помещении.

 

19,26 k _м∙ k _б

b _в = —————————; (4.1)

(1 + G _бр / Р _т.м)^5,5 k _ш∙ k _т

 

4,32 k _ш∙ k _т

m _г = ——————; (4.2)

1,30 + G _бр

b _г = m _г∙ k _м∙ k _б £ m _г;(4.3)

 

t _в.п.п – t _в

t_в = —————; (4.4)

b _в

 

t _г.п.п – t _в

t_г = ———––, (4.5)

b _г

 

где числа	—	эмпирические коэффициенты, полученные путём многофакторного анализа и статистической обработки данных контрольно‑опытных перевозок скоропортящихся грузов;
k м	—	поправочный эмпирический коэффициент, учитывающий влияние мощности холодильных машин и температурного напора через ограждения грузового помещения на интенсивность теплообменных процессов (табл. П9.1);
k б	—	то же, степени биохимических тепловыделений плодоовощей (табл. П9.3);
k ш	—	то же, степени плотности штабеля груза (табл. П9.4);
k т	—	то же, степени скважности тары (см. там же);
G бр	—	техническая норма загрузки транспортного модуля (заданное или расчётное количество груза с учётом массы тары и средств пакетирования), т брутто;
Р т.м	—	грузоподъёмность транспортного модуля, т;
t в.п.п	—	температура свободного воздуха в грузовом помещении транспортного модуля после погрузки, оС. Её значение принимают равным температуре груза после погрузки (t г.п.п);
t в	—	температурный режим перевозки груза, оС. В проектных расчётах t в принимают по табл. 2.1, в остальных расчётах – по прил. 2 как среднее значение между верхней и нижней его границами;
t г.п.п	—	температура груза, установившаяся после погрузки (см. прил. 8), оС;

 

При разбиении маршрута перевозки груза на участки с однородными климатическими зонами или при моделировании теплообменных процессов в грузовом помещении транспортного модуля необходимо корректировать b _в, и b _г для каждого участка маршрута.

Для термически подготовленных скоропортящихся грузов характеристики b _в, m _г, b _г, t_в, t_г определять не требуется.