Расчет приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона

Автор: Пользователь скрыл имя, 14 Октября 2012 в 21:53, курсовая работа

Описание работы

Настоящая работа посвящена вопросам расчета теплотехнических показателей ограждения кузова пассажирских и изотермических вагонов, теплотехнического расчета вагонов и определения холодопроизводительности холодильных машин.

Содержание

Аннотация……………………………………………………………………3
Исходные данные…………………………………………………………….4
Введение……………………………………………………………………...5
1. Расчет приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона ……………………………………………………………………..8
1.1 Конструкция ограждения кузова вагона…………………………….8
1.2 Определение приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона…………………………………………..10
2. Теплотехнический расчет вагона………………………………………14
2.1 Тепловой расчет……………………………………………………..14
2.2 Расчет потребной холодопроизводительности холодильной машины…………………………………………………………………..18
3. Расчет и построение теоритического рабочего холодильного цикла на энтальпийной диаграмме P-i для хладагента ……………………..19
4. Выбор схемы холодильной машины и описание ее работы…………20
5. Расчет основных параметров холодильной машины, определение рабочих и энергетических коэффициентов компрессора.....................24
6. Расчет диаметров трубопроводов и их подбор………………………..28
7. Индивидуальное задание……………………………………………….31
Список используемой литературы………………………………………...33

Работа содержит 1 файл

ЭХС.docx

— 790.70 Кб (Скачать)

 

 

 

 

 

     Основным показателем теплотехнических качеств ограждения кузова пассажирского или изотермического вагона является приведенный коэффициент теплопередачи. Его величина является интегральной характеристикой вагона в целом и зависит от конструкции элементов кузова (крыша, пол, боковые и торцовые стены, окна), свойств изоляционных и строительных материалов, условий эксплуатации. Для тепловой изоляции ограждения кузова вагона следует выбирать высокоэффективные материалы с малыми коэффициентами теплопроводности, плохо впитывающие влагу, стойкие к механическим повреждениям и т.д.

     При вычислении коэффициентов теплопередачи каждый элемент ограждения кузова принимают как многослойную плоскопараллельную стенку и используют соответствующую формулу.

Вначале определяют значения фактических коэффициентов теплопередачи каждого i-го элемента ограждения кузова, характеризующих теплотехническое состояние нового вагона по формуле:

 

           ,        Вт/м2К

 

где αн – коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности вагона, Вт/м2К;

для пассажирских вагонов принимают αнпасс=65÷67 Вт/м2К для всех элементов;

δij – толщина j-го слоя i-го элемента ограждения, м. Значения толщин принимают по справочникам, чертежам;

λij – коэффициент теплопроводности материала j-го слоя i-го элемента ограждения, Вт/м К.

n   – количество слоев в конструкции i-го элемента;

αвi– коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности i-го элемента ограждения, Вт/м2 К;

Для пассажирских вагонов принимают αвпасс=10 Вт/м2 К для всех элементов.

 

Коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности кузова, зависящий от средней скорости движения поезда, вычисляем по формуле:

 

                                 

 

      а=9 Вт/м2К – коэффициент, учитывающий лучистый теплообмен (лето);

      W – скорость движения вагона, км/ч;

      L1 – длина огражденной части вагона, м;

 

Значения  округляют до второго знака после запятой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Кузов вагона внутри имеет продольные и поперечные элементы жесткости, выполненные из металла. В местах их размещения возникают тепловые мостики, увеличивающие коэффициент теплопередачи ограждения. Во время эксплуатации вагона возможно появление зазоров между пакетами теплоизоляции, уплотнение слоев и т.д. Поэтому при выполнении курсовой работы эти обстоятельства следует учитывать увеличением значений коэффициентов до значений расчетных коэффициентов теплопередачи i-го элемента.

 

,       Вт/м2 К  – для пассажирских вагонов;

;

;

 

     Значение приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона определяют по формуле:

 

             ,             Вт/м2 К 

 

где  Fi  – площадь поверхности i-го элемента ограждения, м2;

m – количество элементов ограждения.

В соответствии с ГОСТ 12406-79 должны выполнятся условия Кпр≤1,11 Вт/м2 К (для пассажирских вагонов).

 

 

  1. Теплотехнический расчет вагона

 

2.1 Тепловой расчет

 

     Основной целью теплотехнического расчета вагона является определение следующих величин: 1) суммарного количества тепла, поступающего во внутреннее помещение вагона от различных источников при работе энергохолодильного оборудования, либо теряемого при отоплении; 2) потребной холодопроизводительности холодильной машины; 3) тепловой нагрузки основных теплообменных аппаратов энергохолодильного оборудования.

     Теплотехнический расчет охватывает тепловой расчет, имеющий целью определение общего количества тепла, отводимого при работе холодильного оборудования, а также установление потребной холодопроизводительности холодильной машины, по которой подбирают компрессор и теплообменные аппараты.

     Тепловой расчет производится в соответствии с условиями, заданными в исходных данных.

     Поддержание в вагоне определенной температуры и влажности воздуха в летний период обеспечивается путем отвода излишних тепла и влаги.

     При комфортном кондиционировании воздуха отводится общее избыточное количество тепла, поступающего в пассажирское помещение от различных источников, включая пассажиров, а в случае осушения воздуха и от конденсата, выпадающего на поверхность испарителя из охлаждаемого воздуха.

     Расчеты параметров воздуха проводят по условию мокрого охлаждения с использованием «i-d» диаграммы влажного воздуха.

     Уравнение общего теплового баланса имеет вид:

Qобщ.пас=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 ,       Вт

где  Qобщ.пас – общий теплоприток в пассажирское помещение;

Q1 – теплоприток через ограждение кузова вследствие разности температур воздуха снаружи и внутри вагона;

Q2 – теплоприток от воздействия солнечной радиации;

Q3 – теплоприток вследствие поступления наружного воздуха через

неплотности (инфильтрация);

Q4 – теплоприток от работающего электрооборудования;

Q5 – теплоприток вследствие жизнедеятельности пассажиров;

Q6 – теплоприток вследствие подачи в вагон свежего наружного воздуха через систему вентиляции.

 

 

     Указанные выше элементарные теплопритоки вычисляются по формулам:

                              ,      Вт      

где Кпр  – приведенный коэффициент теплопередачи,  Вт/м2 К;

tн, tв – значения температур воздуха снаружи и внутри вагона, 0С;

 – среднегеометрическое значение площади поверхности кузова, м2. Для заданного вагона принимаем равным 260,5 м2.

 

,       Вт

              

где  tmax=50 0С – максимальная температура поверхности кузова;

Zсо=12÷16– продолжительность солнечного облучения в течение суток летом,час.

 

Q3=K'·Q1,       Вт

где K' – безразмерный числовой коэффициент. Для летнего периода, когда пассажиры  часто выходят из вагонов, K'=0,3

 

Q4=nдв·Nдв+ΔNаппар,       Вт

где nдв=1,0 – количество электродвигателей;

Nдв – мощность электродвигателя вентилятора. Принимают для плацкартного вагона 2800 Вт

ΔNаппар=300÷400, Вт – мощность аппаратуры автоматики.

Работа  электрокипятильника не учитывается  из-за кратковременности (3 часа в сутки).

 

Q5=qпасс·nпасс,       Вт

где  nпасс – населенность вагона;

qпасс=100÷120, Вт, (расчетное 115 Вт) – тепло, выделяемое одним   

         пассажиром:

 

,       Вт

где Vпасс=25÷36 – объем подаваемого свежего воздуха на одного пассажира летом, м3/час;

=1,17÷1,20 – плотность влажного  воздуха, кг/м3;

 – удельная энтальпия наружного  воздуха, кДж/кг. Определяется по «i-d» диаграмме для заданных в исходных данных значений tн и φн.

  – удельная энтальпия  воздуха внутри вагона, кДж/кг.

Для определения значения необходимо найти значение температуры подачи tп и влагосодержания dп всего воздуха, поступающего в вагон из системы кондиционирования.

Температура подачи tп определяется с помощью уравнения теплового баланса воздухоохладителя:

 

Qхм=Vп·ρв·Cв(tв–tп),       Вт

 

где  Vп – объемный расход подаваемого в вагон воздуха. Принимают

                1,25÷1,38 м3/с;

ρв=1,17÷1,2 кг/м3 – плотность подаваемого воздуха;

Cв=1005 Дж/кг – изобарная удельная теплоемкость воздуха.

 

Холодопроизводительность холодильной  машины Qхм равна сумме всех теплопритоков внутрь вагона. Однако, величину Q6 в первом приближении следует принять равной нулю, а в последующих приближениях вычислять после нахождения iв. Таким образом,

,       0С

 

где – сумма всех теплопритоков внутрь вагона. В последующих приближениях включается и значение Q6, Вт.

 

 

   

     Для нахождения влагосодержания dп и энтальпии iв делается предположение, которое в дальнейшем проверяется, о том, что воздух из воздухоохладителя характеризуется относительной влажностью φп=100%.

По диаграмме «i-d» для влажного воздуха в точке пересечения  линии tп с кривой φп=100% находится влагосодержание dп. В вагоне температура воздуха повышается от значения tп до значения tв благодаря притоку тепла, а влагосодержание не изменяется, т.е. dв= dп. Энтальпия iв находится в точке пересечения прямой dп и линии iв.

Проверка предположения о том, что φп=100%, состоит в следующем.

Так как воздух перед воздухоохладителем представляет собой смесь наружного  воздуха (25% от общего количества) с  параметрами tн, φн и воздуха из помещения вагона (75% от общего количества) с влагосодержанием dвых, то для влагосодержания смеси получаем:

 

dсм=0,25·dн+0,75·dвых,       г/кг сух.воз,

 

где  dн    – влагосодержание наружного воздуха. Находится на диаграмме «i-d» в точке пересечения линий tн и φн;

dвых – влагосодержание воздуха в вагоне с учетом влаговыделения пассажиров.

      Его значение определяется из выражения:

 

 

                   

,       г/кг сух. воз.,

где  n – населенность вагона;

gпасс=0,013÷0,015 г/с – влаговыделение одного пассажира.

 

dсм ≥ dп, следовательно предположение φп=100% справедливо.

 

 

 

 

 

 

 

2.2  Расчет  потребной холодопроизводительности  холодильной машины

 

 

     Общий теплоприток в вагон и, следовательно, потребная холодопроизводительность холодильной машины составит:

,    Вт

 

        

С учетом коэффициента запаса β=1,05÷1,15 можно принять:

 

,       Вт

 

     Полученное значение холодопроизводительности используют при расчете теоретического рабочего холодильного цикла, основных параметров холодильной машины и компрессора установки кондиционирования пассажирского вагона.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Расчет и построение  теоритического рабочего  холодильного цикла на энтальпийной  диаграмме P-i для хладагента

 

     Расчет теоретического рабочего холодильного цикла необходим для определения основных параметров холодильной машины, которая этот цикл осуществляет. Цикл строят по параметрам узловых точек с помощью диаграммы P-i для применяемого хладагента.

     Вначале вычисляют значения температуры кипения хладагента t0, температуры конденсации хладагента tк, и при необходимости температуры переохлаждения хладагента tп (иногда обозначают tи). Температуру всасывания паров хладагента в компрессор полагают tвс= t0.

                                                t0=tв–(12÷18)=24-18=60С,

     Для пассажирского вагона   tк=tн+(8÷12)=32+12=440С

                                                 tп=tк–(3÷5)=45-5=30 0С.

 

     Найденные значения температур дают соответствующие точки цикла на линии насыщенного сухого пара (паросодержание х=1,0) в диаграмме P-i. Спроецировав точки температур t0, tк на ось ординат, находят значения давлений P0, Pк, а на оси абсцисс находят значения энтальпий для соответствующих точек. Кроме того, по диаграмме P-i определяют удельный объем пара в т.1 и т.2.

     Результаты определения параметров узловых точек теоретического рабочего холодильного цикла сводят в таблицу 4.

 

    Таблица 4 - Параметры холодильного агента

№ п/п

Параметр

Номер точек цикла

1

А

2

3

3'

4

4'

1.

Температура, ᵒС

6

44

49

45

40

6

6

2.

Давление, МПа

0,35

1,1

1,1

1,1

1,1

0,35

0,35

3.

Энтальпия, кДж/кг

555

575

580

445

440

445

440

4.

Удельный объем пара, м3/кг

0,05

0,016

0,017

       

Информация о работе Расчет приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона