Оценка теплотехнических показателей кузовов изотермических вагонов при испытаниях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ности контроля. Предложена методика расчета коэффициента безразборного диагностирования для встроенных средств контроля букс.

The generalised structure axle box knot as object of diagnosing is considered. Qualitative

dependence of expenses for the control and operation буксового knot from reliability of the control is presented. The design procedure of factor of not folding diagnosing for the built-in test equipment of axle boxes is offered.

УДК 629.463.12

ИЩЕНКО В Н., к.т.н., доц. (ДЕТУТ); ОСЬМАК В.Е,. старший преподаватель (ДЕТУТ).

Оценка теплотехнических показателей кузовов изотермических вагонов при испытаниях

Введение

При проведении предварительных, приемочных, периодических и типовых испытаний предусматривается определение теплотехнических параметров изотермических вагонов. Теплотехнические испытания проводятся с целью проверки приведенного коэффициента теплопередачи ограждений кузова вагона и показателей его герметичности для установления их соответствия требованиям технической документации.

При проведении теплотехнических испытаний приведенный коэффициент теплопередачи ограждений кузова вагона чаще всего определяется методом внутреннего нагрева с выходом на равновесный тепловой режим [1]. Оценка герметичности вагонов осуществляется двумя способами: измерением объемов расхода воздуха через неплотности при создании (наддува) в кузове вагона постоянного избыточного давления (подпора) 49Па и измерением периода времени падения подпора с 130 до 70 Па после прекращения наддува [1, 2].

Практика теплотехнических испытаний показывает, что в настоящее время нет достаточно надежных и универсальных методов оценки коэффициента теплопередачи и воздухообмена со средой в реальном тепловом процессе из за отсутствия в большинстве специализированных испытательных подразделениях специальных изотермических помещений для проверки общего теплотехнического состояния изотермических вагонов. В этой связи представляется целесообразным использовать такие методы контроля, которые с некоторым ущербом для точности позволяли бы оценть теплотехнические показатели кузова вагона путем испытаний и несложных расчетов.

Постановка задачи

Суммарный тепломассообмен груза и воздуха в грузовом помещении вагона с внешней средой происходит за счет кон-дуктивной передачи тепла и воздухооб-

мена через неплотности кузова. Характеризует суммарный тепло и массообмен между внешней средой и грузовым помещением вагона приведенный коэффициент теплопередачи. Величину приведенного коэффициента теплопередачи можно рассматривать как произведение истинного (преимущественно кондуктивного) коэффициента теплопередачи на коэффициент инфильтрации, учитывающий относительное увеличение теплопритоков (теп-лопотерь) через ограждения за счет воздухопроницаемости кузова.

Истинный коэффициент теплопередачи и коэффициент инфильтрации являются наиболее характерными показателями теплотехнических качеств вагона и оценить их значение в реальном тепловом процессе предлагается расчетным путем по результатам испытаний проверки приведенного коэффициента теплопередачи и показателей герметичности кузова.

Анализ исследований и публикаций

Изучением теплотехнических качеств кузовов изотермических вагонов занимались и продолжают заниматься многие отечественные и зарубежные ученые и специалисты. Анализ работ по методам и показателям экспериментального контроля теплотехнических характеристик изотермических вагонов дает возможность сделать вывод о целесообразности разработки практических методик, дающих наибольшее приближение расчетных и истинных средних теплотехнических характеристик ограждения кузова вагона.

Цель работы

Изложение подхода к упрощенному расчету показателей теплопередачи и гер-

метичности кузовов изотермических вагонов при теплотехнических испытаниях.

Основная часть

Расчетное определение теплотехнических показателей кузова вагона осуществляется на основании данных реального теплового процесса, полученных при испытаниях. Для получения необходимых данных для расчета истинного коэффициента теплопередачи и коэффициента фильтрации кузова вагона производятся испытания с целью определения приведенного коэффициента теплопередачи и показателя герметичности - площади эквивалентного отверстия фильтрации.

Определение приведенного коэффициента теплопередачи кузова вагона производится в реальном тепловом процессе методом нагрева воздуха в грузовом помещении до получения стабильного перепада между температурами воздуха внутри и снаружи вагона в режиме теплопередачи, близкому к стационарному.

При проведении испытаний приведенный коэффициент теплопередачи определяется по формуле [1].

к _ 1000-Ж Кп = ¥-т-^ -<я)

(1)

где Кпр - приведенный коэффициент теплопередачи, Вт/м К;

Ж - расход электроэнергии нагревателями, КВт-ч;

¥ - среднегеометрическое значение площади поверхности кузова, м2, (без учета гофр);

т - время расчетного периода, ч;

- средняя температура воздуха в грузовом помещении, К;

- средняя температура наружного воздуха, К;

(¿в - 1Н ) = А^ - перепад температуры воздуха внутри грузового помещения и наружного воздуха, К.

ри испытании для определения показателя герметичности в кузов вагона от воздушной магистрали нагнетается воздух в объеме, необходимом для поддержания стабильного избыточного давления на уровне, равном 49Па при одновременном измерении объемного расхода нагнетаемого воздуха.

Расход воздуха через обычное отверстие с проходным сечением Fэкв определяется по формуле [2]

Ц = * - ¥кШ , (2)

где Ь0 - объемный расход воздуха, м3/с;

* - средняя скорость течения в отверстии при подпоре АР =49Па, м/с;

Fэкв - площадь эквивалентного отверстия фильтрации, м2.

Средняя скорость течения в отверстии при подпоре АР определяется по формуле [2]

2 АР

* =

^ Р , (3)

где АР - подпор воздуха в кузове вагона, Па;

р - плотность воздуха, кг/м3.

Из формулы (2) определяем площадь эквивалентного отверстия фильтрации

F = (4)

экв ' V у

Для определения истинного коэффициента теплопередачи и коэффициента фильтрации разработана математическая модель, которая отображает связь термодинамических параметров при теплотехнических испытаниях вагона в системе «грузовое помещение вагона - кузов -окружающая среда».

Грузовое помещение вагона характеризуется следующими параметрами:

- параметры воздуха в вагоне (температура Тв, К; относительная влажность

рв, %; давление Рв, Па; теплосодержание ^, Дж/кг; плотность рв, кг/м );

- параметр электронагревательных приборов (мощность Wm , Вт).

Кузов характеризуется следующими параметрами:

- теплоизоляционные параметры (среднегеометрическое значение площади поверхности кузова Н , м2; приведенный коэффициент теплопередачи Кпр, Вт/м К;

истинный коэффициент теплопередачи К, Вт/м К;

локальный коэффициент теплопередачи К, Вт/м К; площадь локального участка кузова Н1, м2; тепловой поток через ограждение кузова Qогр, Вт);

- параметры герметичности (площадь эквивалентного отверстия фильтрации Fэкв, м ; объемный расход воздуха через неплотности при подпоре 49Па Ь0,

33

м /с; плотность воздуха р , кг/м ; скорость воздуха через неплотности *, м/с; тепловой поток от фильтрации воздуха Qф, Вт).

Окружающая среда характеризуется следующими параметрами:

- параметры окружающего воздуха (температура Тн, К; относительная влажность рн, %; давление Рн, Па; теплосодержание Ин, Дж/кг; плотность рн, кг/м ).

На основании проведенных теоретических исследований математическая модель с учетом реального теплового процесса нагрева воздуха в грузовом помещении вагона описывается системой уравнений [3, 4, 5].

Тепловой баланс системы

Wнn = Qогр + Qф Wнn = Кпр - Н-(Тв - Тн) (5)

Кпр = Р- К

Тепловой поток через ограждение кузова за счет кондуктивной передачи тепла

=к-н т - тн)

1 "

к =—У Кгн,

Я ¿-и 1 1

1=1

К

я я,

(6)

Тепловой поток от фильтрации воздуха через неплотности кузова

а=Gф \к - к)

^ = ¥эк

-w-р

(7)

w =

Ш - к)

При решении системы уравнений следует иметь ввиду, что по решению Международного института холода (МИХ), членом которого является Украина, при определении коэффициента теплопередачи в качестве расчетной принимается средняя геометрическая величина наружной и внутренней поверхностей; при наличии гофров учитывается прямая поверхность на уровне их основания.

Коэффициент фильтрации не является постоянной величиной, так как зависит от разности температур в вагоне и окружающей среды. Это значит, что для использования коэффициента фильтрации в качестве критерия герметичности необходимо регламентировать температурные режимы, при которых оцениваются теп-лопритоки кондукцией и инфильтрацией.

Математическую модель исследуемой системы «грузовое помещение вагона - кузов - окружающая среда» для определения теплотехнических показателей кузова вагона изобразим в виде следующей схемы: выходных .

данных; параметров, полученных при испытании; решения и результатов.

Исходные данные

Параметры полученные при испытаниях

Приведенный коэффициент ттеплопердачи: Кпр Объемный р асход возду ха чер ез неплотност и : L0 Площадь эквивалентного отверстия фильтрации : ¥эк

\7

Решение Жнп -1,41-¥экв р-К - К ^ н-т - Тн)

к

К

к =

Т , ф , Рн , К , Рн , Т , ф , Р , К , рв , Жнп , Н }

\7

Результаты [Истинный коэффициент ттеплопер дачи : К1 [ Коэффициент инфильтрации : / \

Рис. 1. Схема математической модели для определения теплотехнических показателей кузова вагона при теплотехнических испытаниях.

В настоящее время на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» Государственного экономико-технологического университета транспорта проводится исследования методов и показателей экспериментального контроля теплотехнических характеристик изотермических вагонов для получения наибольшего приближения расчетных и истинных средних теплотехнических характеристик ограждения кузова вагона при теплотехнических испытаниях._

Вывод

>

Разработана математическая модель «грузовое помещение вагона - кузов -окружающая среда», которая позволяет определить коэффициент теплопередачи и коэффициент фильтрации в реальном тепловом процессе нагрева воздуха в грузовом помещении вагона при теплотехнических испытаниях и несложных расчетах.

Список литературы

1. ОСТ 24.050.65-86 Вагоны рефрижераторные. Методика проведения теплотехнических испытаний УДК629.463.125.001.4.Группа Д59.

2. Верников Г.И., К оценке герметичности вагонов. Труды ВНИИ вагоностроения, - М.: Транспорт, 1983. с.57-61.

3. Бартош Е.Т. Энергетика изотермического подвижного состава. - М.: Транспорт, 1976. 304с.

4. Левенталь Л.Я. Энергетика и технология хладотранспорта

/ Л.Я. Левенталь, Н.Е. Лысенко,

Д.И. Сучков, А. Хенаг. Учебное пособие для вузов железнодорожного транспорта // Под редакцией Л.Я. Левенталя. - М.: Транспорт, 1993. 228с.

5. Китаев Б.Н. Теплообменные процессы при эксплуатации вагонов, - М.: Транспорт, 1984. 184с

Аннотации:

В статье изложен подход к упрощенному расчету наиболее характерных показателей теплопередачи и герметичности кузовов изотермических вагонов при теплотехнических испытаниях.

У статп викладеш тдходи к спрощеному розрахунку характерних показнишв теплопередачi та герметичносп кузовiв iзотермiчних вагошв при теплотехнiчних випробуваннях.

The article describes a simplified approach to the calculation of the most characteristic indicators of body heat and tightness in thethermal insulated wagons trials.Ill. - 1, the list of lit. - 5 names