Графоаналитический метод расчета теплопритоков

 

Для того чтобы определить, как изменяются параметры внешней среды можно использовать графоаналитический метод расчета. Он позволяет с большой степенью достоверности определить все изменения, а так же учесть все теплопоступления и динамику теплового баланса во времени.

Суть метода заключается в графическом сопоставлении теплопритоков хладопроизводительности холодильной установки для каждого момента суток. Для этого разбиваем рейс на расчетные промежутки, в которых изменение температуры незначительно.

Для каждого промежутка рассчитываем теплопритоки, учитывая время суток и продолжительность нахождения на данном интервале. После чего по полученным измерениям строим диаграмму изменения теплопритоков, на которую наносим кривые разовых, периодических и непрерывных теплопоступлений.

Определяем периоды отключения холодильной установки.

Определение основных расчетных параметров

 

Основными данными для графоаналитического метода являются: период когда осуществляется перевозка, тип ИПС, режим перевозки, технологические нормы простоя и дневные и ночные температуры наружного воздуха на станциях, протяженность участков и скорость на каждом участке.

Для каждого интервала определяется время входа Т_вх и выхода Т_вых

Время входа на станцию А - Т_вх=12ч (по заданию);

t_i=13-технологическое время простоя РПС на станции А.

Время выхода из станции А - Т_вых=12+13=1ч

Время нахождения РПС на участке определяется как:

 

t_i=l_уч/V_уч,

 

где l_уч-протяженность участка, км; (4.1)

V_уч-средняя участковая скорость,V_уч=26км/ч;

Время нахождения РПС на участке а-б

 

t_i=430/26=17ч

 

По опорным станциям средняя температура наружного воздуха на 13 часов определяется по формуле:

 

t¹³_р=t_д+b×s_д, (4.2)

 

По опорным станциям средняя температура наружного воздуха на 1 час определяется по формуле:

 

t¹_р=t_н-b×s_н, (4.3)

 

где t_д, t_н - средняя температура наружного воздуха соответственно на 13 часов и на 1 час, оС;

1 параметр, зависящий от уровня надежности расчета при уровне доверительной вероятности 0,95, b=1,645;

s_д, s_н - среднеквадратическое отклонение соответственно дневных и ночных температур, ^оС.

 

t¹³_р=34+1,645×1,2=36 ^оС, t¹_р=10-1,645×1=8,4 ^оС

 

Для расчетных интервалов устанавливаются расчетные температуры на момент входа и выхода. Для опорных станций температура в любой момент времени находится:

 

t= t_ср+ Dt×cos ((T-13/12) ×p) (4.4)

 

где t_ср - среднесуточная температура на опорной станции:

 

t_ср= (t¹³_р+ t¹_р) /2; (4.5)

 

Dt - максимальное абсолютное отклонение температуры от среднего значения:

 

Dt= (t¹³_р - t¹_р) /2; (4.6)

 

Среднесуточная температура на станции А:

 

t_ср= (36+ 8,4) /2=22,2 ^оС;

 

Максимальное абсолютное отклонение температуры от среднего значения:

 

Dt= (36 - 8,4) /2=13,8 ^оС;

 

Средняя температура воздуха на входе станции А:

 

t= 22,2+ 13,8×cos ((12-13) ×p/12) =35,5 ^оС;

 

Определяются средние температуры наружного воздуха за время нахождения на станции:

 

t_i^cт=t_ср+12×Δt× (sin α - sin φ) / (p×t_i); (4.7)

α= (Т_вх+t_i-13) /12×p; (4.8)

φ= (Т_вх-13) /12×p; (4.9)

 

Определяются средние температуры наружного воздуха за время нахождения на участке:

 

t_i^уч= (t'_ср+ t''_ср) /2+12× [Δt' (sin α - sin φ) +Z] / (p×t_i); (4.10)

Z= (Δt'' - Δt') × [ (t_i+12 (sin α - sin φ)) / p] /t_i (4.11)

 

где t'_ср,t''_ср-среднесуточные температуры соответственно по начальной и конечной станциях участка;

Δt', Δt'' - максимальное отклонение температур, соответственно на начальной и конечной станциях участка.

Средняя температура наружного воздуха за время нахождения на станции А определяется:

 

α= (12+13-13) /12×p=3,1рад;

φ= (12-13) /12×p=-0,3рад;

t_i^cт=22,2+12×13,8× (sin 3,1 - sin (-0,3)) / (p×13) =23,6 ^оС;

Z= (12,3 - 13,8) × [ (13+12 (sin 1,3 - sin (-3,1))) / p] /13=-0,9_i^уч= (22,2+ 22,7) /2+12× [13,8 (sin 1,3 - sin (-3,1)) - 0,9] / (p×13) =25 ^оС;

 

Аналогично определяются параметры для остальных опорных станций и участков, результаты расчетов сводятся в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Параметры	Интервалы
	А	а-б	Б	б-в	В	в-г	Г	г-д	Д
ti, ч	13	17	7	19	6	9	7	11	9
Твх, ч	12	1	18	1	20	2	11	18	5
Твых, ч	1	18	1	20	2	11	18	5	14
t13р, oС	36	-	35	-	34	-	33	-	32
t1р, oС	8,4	-	10,4	-	12,4	-	14,4	-	16,4
tср, oС	22,2	-	22,7	-	23,2	-	23,7	-	24,2
Dt, oС	13,8	-	12,3	-	10,8	-	9,3	-	7,8
tвх, oС	35,5	8,4	25,9	10,4	20,4	12,8	31,8	26,1	20,3
tвых, oС	8,4	25,9	10,4	20,4	12,8	31,8	26,1	20,3	31,7
ti, oС	23,2	25	16,2	25	14,8	22,2	31,1	18,6	27,9

 

Расчет теплопритоков

 

Общие теплопоступления в вагоне определяется суммой составляющих их теплопритоков:

 

Q_о = Q_н + Q_п + Q_р, (4.12)

 

где Q_н,Q_п,Q_р-соответственно непрерывные, периодические, разовые теплопритоки;

К непрерывным теплопритокам относятся:

 

Q_н= Q₁ + Q₂ + Q₃+Q₄, (4.13)

 

где Q₁-теплоприток через ограждения кузова;

Q₂-теплоприток от инфильтрации;

Q₃-тепло отводимое при охлаждении кузова;

Q₄-физиологическое тепло.

К периодическим теплопритокам относятся:

 

Q_п=Q₅ + Q₆ + Q₇ + Q₈, (4.14)

 

где Q₅ - теплоприток от солнечной радиации;

Q₆-теплоприток от вентилирования вагона;

Q₇-тепло от электродвигателей циркуляторов;

Q₈-теплоприток при снятии снеговой шубы

К разовым теплопритокам относятся: (4.15)

 

Q_p=Q₉ + Q_10,

 

где Q_{9 -} тепло, отводимое от вагона при охлаждении;

Q₁₀ - теплоприток через двери.

Теплоприток через ограждения кузова:

 

Q₁=[k_р×F_р (t_i-t_в)] t_i ×3,6×10^-3, мДж/ваг; (4.16)

 

где k_р - расчетный коэффициент теплопередачи, k_р=0,5Вт/ (м^2.К);

F_p - расчетная поверхность ограждения кузова, F_p =233м²;

t_i - расчетная температура в интервале, ⁰С;

t_в-температурный режим перевозки, ⁰С;

 

Q₁=[0,5×233 (23,2+1)] ×13 ×3,6×10^-3= 131,9 мДж/ваг

 

Теплоприток от инфильтрации:

 

Q₂=V_в С_в r × (t_i+t_в) t_i ×10^-3, мДж/ваг (4.17)

 

где V_в - интенсивность проникновения наружного воздуха через неплотности в дверях, V_в=95 м³/ч

r_в - плотность наружного воздуха, r_в =1,2 кг/м³;

С_в - теплоемкость наружного воздуха воздуха, С_в= 1 кДж/кг К.

 

Q₂=95×1,2×1× (23,2+1) ×13 ×10^-3=35,9 мДж/ваг

 

Тепло отводимое при охлаждении кузова:

 

Q₃=G_гр×(Сг ×(1-ψ)+Ст× ψ)×(t_гр-t_в) ×10^-3, мДж/ваг; (4.18)

 

где G_гр - масса брутто груза в вагоне, кг;

Сг, Ст - теплоемкость тары и груза;

ψ - доля тары в общей массе груза.

Так как пресервы рыбные принимаются к перевозке термически подготовленными, то Q₃=0.

Физиологическое тепло:

Физиологическое тепло выделяемое плодами и овощами в процессе жизнедеятельности, учитывается только при перевозке охлажденных растительных грузов, следовательно для пресерв рыбных его не рассчитываем.

Теплоприток от солнечной радиации:

 

Q₅= [F_p×t_эр+ (F_бс×t_эпв+F_к×t_эпг) μ_c ]×k_p×t_ci×3,6×10^-3, мДж/ваг; (4.19)

 

где t_эр - дополнительный нагрев поверхности вагона за счет рассеянной солнечной радиации, t_эр= 1,5^oС;

t_эпв t_эпг-дополнительный нагрев вертикальных и горизонтальных поверхностей вагона от прямых солнечных лучей t_эпв=5,5⁰С, t_эпг=11,5⁰С;

F_бс F_к-теплопередающая поверхность, соответственно боковых стен и крыши, F_бс=110м², F_к=67м²;

t_c - продолжительность воздействия солнца в течении суток;

 

Q₅=[233×1,5+ (110×5,5+67×11,5) ×0,45]×0,5×9×3,6×10^-3= 15,7 МДж/ваг;

 

Теплоприток от вентилирования вагона:

 

Q₆= nr×V_p (i_н-i_в) ×t_в×10^-3, МДж/ваг; (4.20)

 

где n-кратность вентилирования объемов за час;

r - плотность наружного воздуха;

V_p - объем вагона не занятый грузом;

i_н i_в - соответственно, энтальпия наружного воздуха и воздуха внутри грузового помещения;

t_в - продолжительность вентилирования вагона.

Так как данный груз в пути не вентилируется, то принимаем величину Q₆ равной нулю. Тепло от электродвигателей циркуляторов:

 

Q₇= N×n_э×h×t_ц×3,6, МДж/ваг; (4.21)

 

где N - мощность электродвигателя, вентилятора и циркулятора, N=1,2 кВт;

n_э-число электродвигателей в вагоне, n_э= 2;

t_{ц -} продолжительность работы циркуляторов.

h-коэффициент тепловых потерь электродвигателя, h=0,07.

 

Q₇=1,2×2×0,07×4,8×3,6=2,9 мДж/ваг;

 

Теплоприток при снятии снеговой шубы:

 

Q₈= q_m×t_об/n_от; МДж/ваг; (4.22)

 

где q_m - удельное теплопоступление при оттаивании снежной шубы из-за остановки холодильной машины и подачи тепла на испаритель, q_m=100 мДж/ваг;

t_об-общая продолжительность груженого рейса;

n_от - интервал, через который рекомендуется снимать снеговую шубу;

Средняя температура наружного воздуха за время груженого рейса определяется:

 

t_ср=? (t_i t_i) / t_об; (4.23)

t_ср= 22,6 ^оС;

 

По температуре t_ср определяем интервал через который снимается снеговая шуба, он равен 5 суток, а время груженого рейса 4 суток, следовательно необходимость снятия шубы отпадает.

Тепло, отводимое от вагона при охлаждении:

 

Q₉=7190× (t_н-t_в) ×10^-3 МДж/ваг (4.24)

 

где t_н - расчетная температура наружного воздуха на станции погрузки А; t_в - температура воздуха внутри;

 

Q₉=7190× (23,2+1) ×10^-3=174 МДж/ваг

 

Теплоприток через двери:

 

Q₁₀= F_дв×k_дв× (t_н-t_в) ×t_пв×3,6×10^-3, МДж/ваг (4.25)

 

где F_дв - площадь дверного проема, F_дв =4,4 м²;

k_дв - коэффициент теплопередачи:

 

k_дв=0,11×(t_пп-t_в) +3,5; (4.26)

 

t_пп - температура воздуха в пункте погрузки;

 

t_пп= t_н-5^оС (4.27)

t_пп= 23,2-5=18,2^оС

 

t_пв - продолжительность погрузки одного вагона.

 

k_дв=0,11 (18,2+1) +3,5=5,6

Q₁₀=4,4×5,6× (23,2+1) ×2,2×3,6×10^-3=4,7 мДж/ваг;

 

Аналогичные вычисления производим для станции и участков, результаты расчетов сводим в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2

Тепло-	Расчетные интервалы
приток	А	а-б	Б	б-в	В	в-г	Г	г-д	Д	Всего
Q1	131,9	185,4	50,5	207,2	39,8	87,6	94,2	90,4	109,1	996,1
Q2	35,9	50,4	13,7	56,3	10,8	23,8	25,6	24,6	29,7	270,8
Q3
Q4
Итого Qн	167,8	235,8	64,2	263,5	50,6	111,4	119,8	115	138, 8	1266,9
Q5	15,7	20,9	5,2	24,4	1,7	8,7	12,2	5,2	14	108
Q6
Q7	2,9		2,9		2,9		2,9		2,9	14,5
Q8
Итого Qн	18,6	20,9	8,1	24,4	4,6	8,7	15,1	5,2	16,9	122,5
Q9	174									174
Q10	4,7									4,7
Итого Qр	178,7									178,7
Всего	365,1	256,7	72,3	287,9	55,2	120,1	134,9	120,2	155,7	1568,1