Способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства Советский патент 1992 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств и может быть использовано для определения коэффициента теплопередачи кузовов автомобилей, железнодорожных вагонов, фюзеляжей самолетов, грузовых помещений рефрижераторных судов, строительных конструкций и тд

Известен способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства, заключающийся в нагреве воздуха внутри кузова при помощи источника тепла до установления стационарного режима и расчете коэффициента теплопередачи по известным формулам.

Недостатком этого способа является то, что он требует значительного времени и больших затрат энергии на поддержание стационарного режима теплопередачи и многократных измерений. По указанному способу измерения коэффициента теплопередачи иногда длятся несколько суток, так как для получения достоверного результата минимальная продолжительность расчетного периода со стабильным установившимся перепадом температур внутреннего и

СА) О

СП

VJ ю

ружного воздуха должна быть не менее 12 ч. При этом в случае колебаний температуры наружного воздуха или мощности нагревательного устройства разброс значений перепада температур внутреннего и наружного воздуха может быть достаточно значительным, что требует увеличения длительности способа определения коэффициента теплопередачи.

Наиболее близким по технической сущ- ности к изобретению является способ опре- деления среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства, заключающийся в нагреве воздуха внутри кузова при помощи источника тепла, мощность которого измеряют в процессе нагрева, до установления стационарного режима теплопередачи, отключении в этот момент источника тепла, регистрации перепада температур воздуха внутри и снаружи кузова в процессе его естественного охлаждения и в стадии регулярного режима по темпу охлаждения, определении установившегося значения перепада температур и расчете на основании его коэффициента теплопередачи,

Недостатком известного способа является то, что он требует достижения стацио- нарного режима теплопередачи, что приводит к необходимости достаточно больших затрат времени и энергии. Кроме того, весьма сложным является точное определение момента установления стационарного режима теплопередачи, что также затрудняет реализацию способа.

Цель изобретения - уменьшение продолжительности и трудоемкости.

Изобретение основано на том обстоятельстве, что процессы нагрева и охлажде- ния воздуха в кузове состоят каждый из двух стадий - нерегулярного и регулярного режима, отличающихся друг от друга характером изменения темпа нагрева (охлаждения). На регулярных участках изменение темпа пе- репада температур происходит в соответствии с известным дифференциальным уравнением теплового баланса вида

Р W

KH W

в

О)

где в - перепад температур воздуха внутри и снаружи кузова;

т - время;55

бв

-г- - темп изменения перепада темпеи т

ратур;

Р - мощность источника тепла; W - водяной эквивалент кузова;

К - коэффициент теплопередачи кузова;

Н - площадь теплопередающей поверхности кузова.

В связи с тем, что W и КН являются физическими константами кузова, уравнег и

ние (1) в координатах-т- - в представляет

собой уравнение прямой.

Вместе с тем установлено, что в начальный нерегулярный период нагрева или охлаждения вследствие наличия тепловой

бв инерции кузова характер изменения

dr

отклоняется от установленного уравнением (1).Это изменение происходит в соответствии с уравнением типа

(2)

10 15 0 5

0 5

0 5

0

5

где А и В - постоянные коэффициенты.

Переход от нерегулярного режима к регулярному происходит в точке касания прямой вида (1) и кривой вида (2). Решение уравнений кривых вида (2) для этапов нагрева и охлаждения совместно с уравнениями касательных к этим кривым, характеризующих стадию регулярного режима по темпу изменения перепада температуры, дает возможность после ряда преобразований получить выражение для определения коэффициента теплопередачи, в котором К является функцией параметров А и В нестационарных участков нагрева и охлаждения и при использовании которого не требуется достижения как регулярного, так и стационарного по темпу нагрева или охлаждения режимов теплопередачи. Система уравнений имеет решение в том случае, когда мощность источника тепла при охлаждении вагона не равна нулю.

На чертеже показаны в сопоставлении графики изменений во времени перепада температур воздуха внутри и снаружи кузова при реализации различных рассматриваемых способов: прототипа кривая 1 и предлагаемого - кривая 2.

Последовательность действий для реализации предлагаемого способа на примере рефрижераторного вагона следующая.

Воздух во внутреннем объеме кузова вагона с известной среднегеометрической теплопередающей поверхностью Н (Н 218 м) начинают нагревать при помощи источников тепла (электронагревателей) мощностью Р 6,73 кВт и через интервалы времени Дг 1 ч, выполняют п 12 замеров перепада температур. Этого количества замеров достаточно для определения коэффициента теплопередачи с заданной точностью. Аппроксимируют полученные значения t и в уравнением вида т Ан в в + Сн. Для этого вычислятюся величина среднегеометрической разности температур для процесса нагрева.

0гн 7 012н

где0он, 012н - разности температур, соот- ветствующие нулевому и последнему (12) замерам в процессе нагрева.

Среди текущих значений перепадов температуры в н путем сравнения отыскивается значение, равное (до третьей знача- щей цифры) соответственно значению 0гн . Соответствующая найденному значению величина ты обозначается как rSH . Если среди значений нет равных 0ГН , то rSH , отвечающее величине в Гн , определяется посредством выражения

, , 7(| 1)н - Г|Н (а л л

TSH - ин -г л/ | ,д- (угн - щн)

v(j -MJH - PIH ч

где 01Н,0(| + i)H - следующие друг за другом пары значений разности температур в про- цессе нагрева, между которыми находится соответственно величина 0ГН

,т( + 1)н - значение времени, соответствующего величинам 0|Hl0(i + 1)H .

Определяется значение коэффициента Сн по формуле

Сн

-(н)

Т12Н - 2 TSH

Коэффициенты аппроксимации Вн и Ан определяются из выражений

В результате получаем аппроксимирующее уравнение нестационарного участка нагрева вида

ГН 0,0726. 0Н М219 + (-0,1406).

10

15 0

5

n

5

0

После этого снижают мощность источника тепла до такой величины Р0 2,275 кВт, чтобы воздух в вагоне стал охлаждаться (температура воздуха в вагоне и перепад температур внутри и снаружи понижается), но нельзя допускать полного отключения источника тепла (Р0 г-0). Выполняют действия, аналогичные этапу нагрева, и получают уравнение вида

ТЬ АО Во Со

Для этого вычисляется величина среднегеометрической разности температур для процесса охлаждения

#го V00o 0120

где 000,0120 - разности температур, соответствующие нулевому и последнему (12) замерам в процессе охлаждения вагона.

Среди 0ю путем сравнения отыскивается значение, равное (до третьей значащей цифры) соответственно значению 0ГО . Соответствующая найденному значению 0ю ве- личинагю обозначается как rso .Если среди значений 0Ю нет равных 0ГО , то rso , отвечающая величине 0Го , определяется посредством выражения

(0г0-010) ,

Изобретение относится к области испытаний транспортных средств и может быть использовано для определения коэффициента теплопередачи кузовов различных транспортных средств. Цель изобретения - уменьшение продолжительности и трудоемкости . Внутри кузова транспортного средства размещают источник тепла и нагревают воздух внутри кузова до заданной температуры, регистрируя температуры воздуха внутри и снаружи кузова, а также мощность источника тепла. До установления стационарного теплового режима мощность источника тепла уменьшают до фиксированной величины, не равной нулю, и в процессе охлаждения измеряют температуры внутри и снаружи кузова. Полученные значения температур воздуха используют для нахождения зависимости указанных значений от времени, которую аппроксимируют уравнениями степенной функции, с последующим вычислением искомой характеристики. 2 табл., 1 ил. СП с

| ig(Ti-CH)- 2 Ig (Т|-Сн) 45

I 0I 6.

11

2 tg 0, - 2 ig 0.

i 0i 6

A AH

Ig (TJ - CH) - BH2 Ig Й

i 0

n/2

где n 12 - число замеров при нагреве.

Результаты замеров температур и порядок выполнения аппроксимации зависимости 0ц(тн) представлены в табл. 1.

где 0io,0(i + 1)0 - следующие друг за другом пары значений разности температур в процессе охлаждения, между которыми находятся соответственно величина 0ГО ;

Гю,г(| + i)o - значения времени, соответствующее величинам 0j0 и 9( + ч)0 Определяются значения коэффициента С0 по формуле

55

С0

-frio)

Г120 - 2 Гзо

Коэффициенты аппроксимации В0 и А0 определяются из выражений

2 Ig (r Co) - 2 Ig (ti

B0

I -О

i 6

Ј igfl-Ј igfl

I 0

I 6

A0

2 ig fc - Co) - Bo 2 3o

i 0i o

П/2

где n 12 - число замеров при охлаждении.

Результаты замеров температур и порядок выполнения аппроксимации зависимости в0(т) представлены в табл. 2.

В результате получают аппроксимирующее уравнение нестационарного участка охлаждения вида

То 1,37985 х 1011 .90 7 1988 +(-1,5264)

После этого, используя полученные значения Рн, Ро, АН, АО. Вн, Во, рассчитывают средний коэффициент теплопередачи К:

К

D

LR-IVM MH

Рн(Вн -1)

гдео

DH

L

АН

м )

М Вн(1 - Вн)

R

S

1

т

ВоВн

1BO

ВоBH

-Bo BO - BH

H - среднегеометрическая теплопере- дающая поверхность кузова;

Р - мощность источника тепла; н, о - индексы, соответствующие этапам нагрева и охлаждения.

Предлагаемый способ предполагает со- 5 кратить продолжительность определения коэффициента теплопередачи вагона не менее, чем в 3-5 раз по сравнению с прототипом. При использовании высокочувствительной аппаратуры, источника тепла достаточно

0 большой мощности ЭВМ для обработки полученных данных, продолжительность способа можно сократить до нескольких минут. Соответственно, резко снижаются трудо- и энергазатраты на проведение эксперимен5 та, а также удельные затраты на деповский ремонт и простой вагонов.

Формула изобретения Способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортно0 го средства, заключающийся в нагреве воздуха внутри кузову при помощи источника тепла, измерении мощности этого источника, охлаждении воздуха внутри кузова по достижении заданной температуры внутри

5 и снаружи кузова и последующем расчете искомой характеристики, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения продолжительности и трудоемкости, дополнительно в процессе нагрева измеряют температуры

0 внутри и снаружи кузова, при охлаждении воздуха, которое начинают до установления стационарного теплового режима, мощность источника тепла уменьшают до величины, не равной нулю, измеряют ее в

5 процессе охлаждения, аппроксимируют значения перепада температуры воздуха внутри и снаружи кузова и соответствующих моментов времени для нагрева и охлаждения уравнениями степенной функции, вида

0 t №i+ С, а искомую характеристику определяют по формуле

С к LR /W -NT-Hгде А, В, С - константы; 5D Рн(Вн - 1)/Вн;

Р - мощность источника тепла; L АН/Ао;

М Вн(1 -Во)/Во(1 -Вн); N Ро/Рн; 0 R-1/(Bo-BH):

S (1 - Во)/(Во - Вн); Т -Во/(Во-Вн);

Н - среднегеометрическая теплопере- дающая поверхность кузова; 5 н, о - индексы соответствующие этапам нагрева и охлаждения.

Таблица 1

Таблица 2