Пример 13

Описать теплообменные процессы в грузовом помещении рефрижераторного вагона при погрузке и перевозке гранат.

В грузовое помещение вагона поступают неохлаждённые гранаты при температуре t _г.н =12°С (по заданию). Поскольку тип грузового фронта и время погрузки заданием не определены, будем считать, что температура воздуха на фронте погрузке t _ф = t _р=16,2°С (рис. 1). По действующим Правилам предварительное охлаждение рефрижераторного вагона для неохлаждённых грузов не требуется. В этом случае температура воздуха в вагоне на момент начала погрузки будет t _в.н.п =16,2°С.

НТРП — нестационарный температурный режим перевозки; ХМ — работа холодильных машин; Г — в данном случае источник теплопоступлений; ОС — теплопоступления от окружающей среды; t _р, t _г, t _в — соответственно изменение температуры наружного воздуха, груза и воздуха внутри грузового помещения вагона; t_в — продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении; t_г — продолжительность охлаждения груза; t_о.б — общая продолжительность обслуживания груза в пути

Рис. 1 — Динамика охлаждения воздуха и гранат в вагоне в координатах t° (температура), t (время)

В процессе погрузки воздух в вагоне будет охлаждаться, его температура будет стремиться выровняться с температурой гранат (см. рис. 1). Образуется температурный напор, и появляются теплопритоки через ограждения вагона, открытую дверь. В дневное время действует солнечная радиация. Кроме того, груз выделяет биохимическую теплоту. Температура гранат будет несколько повышаться. При желании можно вычислить температуру груза после погрузки (t _г.п.п), пользуясь [4, прил. 8]. Но делать этого не нужно. Достаточно принять, что к концу погрузки и на момент включения холодильных машин температура груза практически не изменится, т. е. t _г.п.п.= t _г.н =12°С.

После погрузки и закрытия дверей рефрижераторного вагона запускают дизель-генераторы, устанавливают температурный режим (t _в.в. =5°С, t _в.н. =2°С) и включают холодильное оборудование. При этом сначала начинают работать вентиляторы-циркуляторы, с помощью которых температурные поля свободного воздуха и груза, показанные на рис. 1, выравниваются, т. е. температура свободного воздуха внутри вагона после погрузки (t _в.п.п) становится примерно равной t _г.п.п., т. е 12°С. Через 7...10 мин после включения вентиляторов-циркуляторов автоматически включаются холодильные машины.

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

Первоначальное охлаждение свободного воздуха в рефрижераторном вагоне (t_в) будет длиться до тех пор, пока его температура не достигнет нижней границы требуемого температурного режима (t _в.н=2°С). 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=5°С) вновь включают холодильные машины. Далее процесс повторяется.

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. 1), осуществляется за время t_г, которое соответствует длительности теплообменного режима охлаждение груза. Затем этот режим переходит в режим теплокомпенсация и сохраняется до конца перевозки.

Пример 14

Установить теплотехнические характеристики перевозимых плодоовощей.

В рассматриваемом примере к погрузке предъявлены неохлаждённые гранаты, имеющие температуру 12°С. Упаковка груза отсутствует, в качестве тары принят закрытый ящик из дощатых планок и шпона с просветами между планками до 1 см. Штабель груза в вагоне сформирован плотно-вертикальным способом.

В этом случае:

– условный коэффициент скважности применяемой тары, r_т = 0,30 [2, табл. Т.4] или [4, прил. 5];

– условный коэффициент плотности штабеля груза, r_ш = 0,9 [2, табл. Т.3] или [4, прил. 6];

– удельные тепловыделения гранат в среднем за время охлаждения с 12°С до режима перевозки, q _б1 = 64 Вт/т (интерполирование данных применительно к малине [2, табл. Г.2] или [4, табл. П4.2]);

– удельные тепловыделения гранат в среднем после охлаждения, q _б2 = 29 Вт/т (интерполирование данных применительно к малине [2, табл. Г.1] или [4, табл. П4.1]);

Скорость теплоотдачи грузом m _г определяют, °С/ч:

2,94 k _ш× k _т

m _г = —–———,

1,9 + G _бр

где числа — эмпирические коэффициенты; k _ш — поправочный эмпирический коэффициент, который учитывает степень плотности штабеля груза, k _ш = 0,75 (при r_ш = 0,9 [2, табл. Т.3] или [4, табл. П9.4]); k _т — то же, степень скважности тары, k _т = 0,96 (при r_т = 0,3 [2, табл. Т.3] или [4, табл. П.9.4]); G _бр — количество груза в вагоне по заданию, G _бр = 45 т брутто (груз +тара).

Тогда m _г =(2,94)´0,75´0,96:(1,9 + 45)= 0,045 (°С/ч).

Пример 15

Определить расчётные значения температурного напора и коэффициента теплопередачи через ограждения кузова вагона рефрижераторной секции БМЗ.

Расчётный температурный напор через ограждения кузова вагона D t _р, К, определяют вычитанием среднего значения температурного режима (t _в =3,5°С) из расчётной температуры наружного воздуха (t _р=16,2°С), которые определены в предыдущих примерах.

Тогда D t _р = 16,2 – (5+2):2=12,7 (К).

Максимальный расчётный температурный напор D t _м, при котором прекращается полезная работа холодильных машин, является характеристикой вагона, зависит от года его выпуска [2, табл. Т.1] или [4, табл. П9.1]. Поскольку в задании указан срок службы вагона, то год выпуска можно установить (условно) вычитанием срока службы вагона из текущего года выполнения курсового проекта. В нашем примере год выпуска секции БМЗ составит 2010-20=1990. Значит D t _м = 65 К.

Расчётный коэффициент теплопередачи k _р определяют, Вт/(м²×К):

k _р = k _р.п×m_о,

где К_р.п — паспортное значение расчётного коэффициента теплопередачи, К_р.п = 0,32 Вт/(м²∙К) [2, прил. Н] или [4, прил. 1]; m_о — коэффициент, учитывающий изменение свойств ограждающих конструкций грузового помещения от случайных факторов, m_о =1,42 (при Р =0,8) [2, табл. 8.5] или [4, табл. П9.2].

Тогда k _р = 0,32´1,42 = 0,45 (Вт/(м²∙К)).