Готовая практическая работа

Практическое занятие
Теплотехнический расчет изотермических фургонов
Цель занятия: ознакомиться с конструктивными особенностями
изотермических фургонов и получить навыки теплотехнического расчета.
1 Общие сведения о назначении и конструкции
Для перевозки скоропортящихся продуктов используется
специализированный подвижной состав, включающий изотермические,
рефрижераторные и отапливаемые транспортные средства — автофургоны,
выполненные на базе автомобиля, прицепа или полуприцепа.
В соответствии с ГОСТ Р 59483-2021 «Колесные транспортные средства.
Термины и определения», изотермический кузов (фургон) - это закрытый кузов
специализированного транспортного средства, снабженный слоем
изоляционных материалов, ограничивающих теплообмен между внутренней и
наружной поверхностями кузова.
Изотермические фургоны используются для развозки замороженных или
охлажденных скоропортящихся продуктов на небольшие расстояния и в
городских условиях.
К рефрижераторам относятся изотермические фургоны с системами
машинного или безмашинного охлаждения, которое позволяет понижать
температуру внутри грузового помещения до заданной по условиям
сохранности перевозимого груза, а затем поддерживать ее на этом уровне.
Рефрижераторы и отапливаемые фургоны в основном используются для
дальних перевозок (до 1000 км) скоропортящихся продуктов.
Кузов и оборудование изотермического подвижного состава должны
обеспечивать стабильную температуру в грузовом помещении с минимальными
ее колебаниями по всему объему; быстрое и равномерное охлаждение
неохлажденных грузов; интенсивную циркуляцию воздуха в грузовом
помещении; вентиляцию грузового помещения; возможность ведения
погрузочно-разгрузочных работ с использованием подъемно-транспортного
оборудования; удобство обслуживания холодильного и отапливаемого
оборудования.
Конкретные требования к различным видам изотермического подвижного
состава оговорены международными и государственными стандартами.
Особенность конструкции изотермических фургонов, фургоноврефрижераторов и обогреваемых фургонов состоит в том, что они имеют
термоизоляцию, располагающуюся между наружной и внутренней
облицовками.
Конструктивно кузов фургона выполняется с каркасом или имеет
бескаркасное исполнение.
Фургоны с каркасами обычно применяются на рефрижераторах,
предназначенных для перевозки грузов, подвешиваемых к крюкам на крыше
(например, мясных туш). Каркасы современных фургонов изготавливают из
алюминиевого или стального профиля. Элементы крепления внутренних и
внешних панелей к каркасу расположены со стороны каркаса и закрываются
внешней или внутренней обшивкой. В такой конструкции устраняются
«тепловые мостики» — места соединения металлического каркаса с
облицовкой.
Термоизоляция осуществляется напылением изоляционного слоя снаружи
или изнутри кузова до установки наружной или внутренней облицовок либо
заполнением полости между обшивками пенообразующим раствором, который
при последующем вспенивании расширяется и заполняет пустоты.
Для покрытия пола используется рифленный алюминий, полиуретановая
заливка, оцинкованная сталь. Для наружной обшивки используют сталь,
пластик, алюминий.
Рисунок 1 – Внутренняя отделка изотермического фургона
При конструировании дверей особое внимание уделяется эффективности
уплотнений, которые обычно состоят из двух прокладок: внешней,
контактирующей с атмосферой, и внутренней — теплоизолирующей.
Рисунок 2 – Уплотнение дверей
2 Порядок изотермического расчета
Теплотехнический расчет при проектировании изотермических фургонов
производится для оценки теплоизоляционных качеств кузова фургона,
определения необходимых хладопроизводнтельности холодильной установки
или мощности приборов отопления.
Предварительные расчеты обычно производятся для стационарного
теплового режима в грузовом помещении. Для расчета теплоизоляции
охлаждаемых перемещений при стационарном тепловом режиме наиболее
часто применяется зональный метод.
При зональном методе поверхность ограждения грузового помещения
(стены, крыша, пол и т. д.) делится на зоны, характеризуемые одинаковым
конструктивным решением.
Коэффициент теплопередачи Вт/(м2К) в каждой j-й зоне рассчитывается по
формуле
kj = (1/н + Σδi/i+ 1/в)
-1
,
где н — коэффициент теплопередачи от окружающего воздуха к наружной
поверхности ограждения грузового помещения при охлаждении или от
наружной поверхности к окружающему воздуху при отоплении кузова,
Вт/(м2К);
δi — толщина i-го однородного слоя рассматриваемой конструкции
ограждения, м;
i— коэффициент теплопроводности i-го слоя ограждения, Вт/(м∙К);
в — коэффициент теплопередачи от внутренней стенки ограждения к
воздуху внутри кузова при охлаждении или от воздуха к внутренней стенке при
отоплении, Вт/(м2К).
Коэффициент теплопередачи равен количеству теплоты, передаваемой от
одной среды к другой через единицу поверхности стенки в единицу времени
при разности температур сред в один градус. Величину, обратную
коэффициенту теплопередачи, называют полным термическим сопротивлением
теплопередачи R.
Значение коэффициента теплопередачи не может быть больше самого
малого значения α1, α2 и λ/δ
k < min (α1, α2 , λ/δ)
Коэффициент н для фургонов, имеющих гладкие и ровные поверхности,
определяется по эмпирической зависимости
н в   4,915 v
Коэффициент в зависит от скорости воздушного потока внутри кузова и
определяется по формуле
в = 5,3+ 3,6vц,
где vц — скорость циркуляции воздуха, составляет 0,1...0,3 м/с при
естественной циркуляции и 0,5...0,8 м/с при принудительной вентиляции.
Средний коэффициент теплопередачи для кузова фургона
р
m
j
k k j Aj
/ A
1


 ,
где



m
j
Aр Aj
1
,
m — число рассматриваемых зон.
Расчетная площадь теплопередающей поверхности в j-й зоне
Aj= (AнjAвj)
0,5
,
где Aнj, Aвj — площади соответственно наружной и внутренней поверхности
в рассматриваемой зоне ограждения.
Кузов фургона имеет продольные и поперечные элементы жесткости.
В местах их размещения создаются несквозные «тепловые мостики», через
которые происходит передача теплоты. Наличие тепловых мостиков
учитывается увеличением среднего коэффициента теплопередачи на 10...30 %
(меньшие значения относятся к ограждениям типа «сэндвич»), т. е.
действительный коэффициент теплопередачи равен 1,1…1,3) k.
Во время эксплуатации фургонов коэффициент теплопередачи
увеличивается на 3...5 % в год из-за увлажнения, усадки и старения
теплоизоляции, ослабления уплотнений кузова и т. п.
Количество теплоты, передаваемое за время τ через теплоотдающую
поверхность при заданном коэффициенте теплопередачи рассчитывается как
Q = k(tн - tв)∙Ар τ, Дж.
Повышение температуры Δt внутри фургона за малый промежуток
времени τ можно найти из уравнения теплового баланса
Q= k(tн - tв)∙Ар τ = (cг∙mг+стmт)∙Δt,
где cг, ст — удельные теплоемкости груза и тары,
mг, mт— массы теплоемкости груза и тары соответственно.
Δt = Q/(cг∙mг+стmт).
3 Индивидуальное задание
Задавшись исходными данными из таблицы 1 и используя приведенные
выше формулы:
- рассчитайте коэффициент теплопередачи, количество теплоты,
отдаваемое за единицу времени;
- постройте график повышения температуры внутри фургона для
указанного в задании промежутка времени.
Указание: для расчета повышения температуры разбейте заданный
промежуток времени на интервалы, рассчитайте Δti для i-го интервала
температур и используйте эту величину для определения нового значения
температуры внутри фургона на каждом из временных интервалов.
Таблица 1 — Исходные данные для расчета
№ варианта
Габариты фургона, мм
Толщина стенки, δс, м
м
Коэффициент
теплопроводност
и
материала стенки, λс,
Вт/(м∙К)
Толщина теплоизоляции,
δи, мм
Коэффициент
теплопроводности
материала теплоизоляции,
δи, Вт/(м∙К)
Скорость автомобиля,
va,
км/ч
Скорость циркуляции
воздуха, vц, м/с
Температура окружающей
среды, tн, °C
Температура внутри
фургона, tв, °C
Масса груза, кг
Масса тары, кг
Теплоемкость груза,
сг,
Дж/(кг∙К)
Теплоемкость тары, ст,
Дж/(кг∙К)
Время движения,
τ, ч
Длина,
L
Ширина,
B
Высота,
H
1 3900 2500 3000 0,5 40 35 0,030 40 0,3 +20 0 5000 500 3500 1500 4
2 7700 2580 2715 0,8 230 40 0,035 60 0,5 +15 3 6000 200 3000 2000 6
3 900 1200 1000 0,5 30 60 0,028 80 0,2 +10 -2 300 30 3600 1500 3
4 5300 2500 2500 0,5 45 45 0,029 70 0,4 +15 -5 4000 400 2800 1600 4
5 7800 2500 2500 0,5 40 35 0,033 90 0,1 +20 -10 1000
0
200 2500 2200 5
6 4000 2000 2000 1,0 30 60 0,040 50 0,5 +35 -5 1000 90 3000 1500 4
7 3000 2000 1700 0,5 40 50 0,032 60 0,3 +20 +5 1200 50 3200 2000 6
8 3900 2500 3000 0,5 45 40 0,035 50 0,2 +30 +10 4000 100 2200 1800 5
9 7700 2580 2715 0,6 200 50 0,040 80 0,1 +25 0 4200 100 2600 1200 4
10 5300 2500 2500 1,0 25 60 0,042 90 0,4 +30 +2 3000 100 3800 2500 6