Оценка теплозащитных качеств кузова крытого вагона с теплоизоляцией - Статья

Для обеспечения транспортировки нескоропортящихся продовольственных штучных, тарноштучных и пакетированных грузов, требующих защиты от атмосферных осадков и резких перепадов температур необходимо формирование парка крытых вагонов с теплоизоляцией (далее вагон). Тепловлажностная защита и герметичность кузова вагона определяется конструкцией ограждающих поверхностей, теплоизоляционными материалами, технологией изготовления и размерами закрывающих дверей. Поэтому проведение теплотехнических испытаний и оценка теплозащитных качеств кузова вагона с учетом значений кондуктивной передачи тепла и воздухообмена через неплотности определяют пути дальнейшего усовершенствования теплотехнических характеристик ограждающих конструкций кузова. Анализ показал, что основное внимание в работах уделено рассмотрению теоретических основ тепломассообмена через ограждающие конструкции изотермических вагонов, расчетным методам определения коэффициента теплопередачи, влиянию воздухопроницаемости кузова на теплопередачу через ограждение, методам и показателям экспериментального контроля теплотехнического состояния рефрижераторного подвижного состава, оценке теплозащитных качеств кузова вагона в эксплуатации. Теплотехнические испытания с целью экспериментального определения коэффициента теплопередачи ограждений кузова вагона согласно [1] производятся методом нагрева воздуха в грузовом помещении до получения стабильного перепада между температурами воздуха внутри и снаружи вагона в режиме теплопередачи, близкому к стационарному.Разработанная методика предусматривает определение истинного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона на основании расчета местного термического сопротивления кондукции при установившемся тепловом режиме.

Для обеспечения транспортировки нескоропортящихся продовольственных штучных, тарноштучных и пакетированных грузов, требующих защиты от атмосферных осадков и резких перепадов температур необходимо формирование парка крытых вагонов с теплоизоляцией (далее вагон).

Для создания и поставки на железные дороги данного типа вагонов ведется их разработка в Украине, России, созданы опытные образцы и проводятся испытания. Предварительные испытания опытных образцов вагонов дают основания для дальнейшего исследования и усовершенствования теплотехнических качеств кузова вагона.

Постановка задачи. Тепловлажностная защита и герметичность кузова вагона определяется конструкцией ограждающих поверхностей, теплоизоляционными материалами, технологией изготовления и размерами закрывающих дверей. Теплотехнические испытания вагона позволяют определить приведенный коэффициент теплопередачи, который характеризуется кондуктивной передачей тепла, воздухообменом через неплотности и определяет теплозащитные качества кузова.

Поэтому проведение теплотехнических испытаний и оценка теплозащитных качеств кузова вагона с учетом значений кондуктивной передачи тепла и воздухообмена через неплотности определяют пути дальнейшего усовершенствования теплотехнических характеристик ограждающих конструкций кузова.

Анализ исследований и публикаций. Исследованию и оценке теплозащитных качеств кузова изотермических вагонов посвящены работы Е.Т. Бартоша, Л.Я. Левенталя, В.И. Панферова, Б.Н. Китаева, К.В. Иванова, В.В. Скрипкина, Н.С. Теймуразова, С.Н. Науменко и др.. Анализ показал, что основное внимание в работах уделено рассмотрению теоретических основ тепломассообмена через ограждающие конструкции изотермических вагонов, расчетным методам определения коэффициента теплопередачи, влиянию воздухопроницаемости кузова на теплопередачу через ограждение, методам и показателям экспериментального контроля теплотехнического состояния рефрижераторного подвижного состава, оценке теплозащитных качеств кузова вагона в эксплуатации. При этом недостаточно освещены вопросы оценки теплотехнических качеств ограждающих конструкций кузова вагона.

Цель работы. Изложение основных положений предлагаемой методики оценки теплозащитных качеств кузова вагона по результатам теплотехнических испытаний методом нагрева воздуха в грузовом помещении вагона.

Основная часть

Теплотехнические испытания с целью экспериментального определения коэффициента теплопередачи ограждений кузова вагона согласно [1] производятся методом нагрева воздуха в грузовом помещении до получения стабильного перепада между температурами воздуха внутри и снаружи вагона в режиме теплопередачи, близкому к стационарному. Значение коэффициента теплопередачи определяется по формуле [1]

(1) где - коэффициент теплопередачи ограждения кузова, ;

- расход электроэнергии, ;

- среднегеометрическое значение площади поверхности кузова, ;

- время расчетного периода, ;

- средняя температура воздуха в грузовом помещении, ;

- средняя температура наружного воздуха, .

При испытании кузова вагона методом нагревания суммарный тепловой поток через ограждающие конструкции кузова записывается в виде уравнения теплового баланса [2]

, (2) где - теплопроизводительность электропечей, ;

- приведенный коэффициент теплопередачи, .

С учетом вышеизложенного можно утверждать, что установленное при испытаниях значение коэффициента теплопередачи характеризует значение приведенного коэффициента кузова вагона, который оценивает суммарный теплообмен воздуха в грузовом помещении вагона с внешнею средою и определяется по формуле [2]

, (3) где - коэффициент фильтрации;

- истинный коэффициент теплопередачи кузова, .

Кузов вагона представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из разнородных материалов разнообразной формы и различных теплопроводящих свойств. Для определения истинного коэффициента теплопередачи кузова вагона поверхность кузова разделяем на участков относительно однородной структуры, т.е. на участки сплошной изоляции и с тепловыми мостиками. Для каждого участка можно записать количество переданной теплоты [2].

, (4) где - количество теплоты переданное через i-ый участок кузова, ;

- коэффициент теплопередачи i-ого участка кузова, ;

- площадь поверхности i-ого участка кузова, .

Принимаем

, (5)

, (6)

Из выражений (3) - (6) определяем истинный коэффициент теплопередачи через локальное его значение и площади теплопередающей поверхности отдельных участков [2]

, (7)

Коэффициент теплопередачи i-ого участка кузова вагона определяем как для многослойной стенки по формуле [3]

,(8) где - коэффициент теплоотдачи от наружной обшивки к атмосферному воздуху, ;

- коэффициент теплоотдачи от воздуха в вагоне к внутренней общивки, ;

- толщина i-го слоя, ;

- коэффициент теплопроводности материала i-го слоя, ;

- термическое сопротивление конвекции, ;

- термическое сопротивление кондукции, .

, (9)

. (10)

В условиях предпосылки равенства температурных напоров при стационарных испытаниях, принимаем постоянство по поверхности кузова вагона величин и , что дает основание считать постоянное термическое сопротивление конвекции , т.е. теплоизоляция вагон герметичность

(11)

Это значит, что задача определения коэффициента теплопередачи участка поверхности кузова сводится к расчету величины местного термического сопротивления кондукции , которое определяет истинное значение коэффициента теплопередачи.

Значение отличается от тем, что последнее не учитывает теплопритоков от фильтрации воздуха через неплотности ограждения кузова, которые определяются коэффициентом фильтрации . Расчетное значение коэффициента фильтрации определим по формуле [2].

, (12) где - расход воздуха, фильтрующего через грузовое помещение, ;

- средняя удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ;

- приведенная теплота конденсации водяных паров, ;

- абсолютная влажность воздуха внутри и снаружи грузового помещения, .

Для оценки теплозащитных качеств кузова вагона значение и , полученные расчетным путем, сравниваем с значением , полученным при теплотехнических испытаниях.

Схема методики оценки теплозащитных качеств кузова вагона с теплоизоляцией приведена на рисунке 1.

Методика оценки теплозащитных качеств кузова вагона с теплоизоляцией позволяет на основании исходных данных и данных теплотехнических испытаний вагона определить истинный коэффициент теплопередачи кузова вагона и коэффициент фильтрации, которые характеризуют теплотехнические качества и герметичность кузова вагона.

Рисунок 1 - Схема методики оценки теплозащитных качеств кузова вагона с теплоизоляцией

1. Разработанная методика предусматривает определение истинного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона на основании расчета местного термического сопротивления кондукции при установившемся тепловом режиме.

Результаты теплотехнических испытаний вагона и значение истинного коэффициента теплопередачи позволяет установить величину коэффициента фильтрации, учитывающего процессы

Размещено на .ru