Способ определения коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства Советский патент 1993 года по МПК B60H3/00 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, касается преимущественно способов определения коэффициентов теплопередачи кузовов пассажирских и рефрижераторных вагонов и может быть использовано также для других транспортных средств.

Средний коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций кузова (коэффициент теплопередачи кузова) является основным теплотехническим показателем - интегральной характеристикой, включающей влияние теплотехнических качеств отдельных конструкций и относительной герметичности их соединений. Для транспортных средств коэффициент теплопередачи кузова следует рассматривать как функцию скорости движения, так как от нее зависит интенсивность теплоотдачи на наружных поверхностях и воздухообмен через неплотности.

Известен ряд способов определения коэффициента теплопередачи кузова путем нагрева или охлаждения воздуха внутри кузова источниками определенной мощности до достижения стационарного режима теплопередачи, а также способы ускоренного определения по графику изменения температуры. Способы ускоренного определения требуют строгого соблюдения условий проведения испытаний, которые практически могут быть осуществлены только в закрытых помещениях, причем необходимая точность, результатов в большинстве случаев не обеспечивается.

Определение коэффициента теплопередачи кузова наиболее целесообразно проводить способом нагрева воздуха электропечами, на основании результатов измерения температур и расхода электроэнергии в течение некоторого периXI00 Ю СО

S

ода после достижения стационарного режима, по формуле

+

«н

р.

(2)

Сущность изобретения: при определении коэффициента теплопроводности кузовов известным способом (без учета солнечной радиации) дополнительно замеряется количество энергии, поступающее через поверхности кузова вследствие солнечной радиации, которое учитывается при расчетах.

k

F(tB -tH)

где Р - мощность источника, кВт;

F - среднегеометрическое значение площадей наружной и внутренней поверхности кузова, кВт;

te и tH - средние значения температур воздуха внутри и снаружи кузова за расчетный период стационарного режима теплопередачи, °С,

Этот способ не требует применения сложной аппаратуры и вместе с тем обеспечивает высокую точность определения.

Этот способ позволяет достаточно точно определить коэффициент теплопередачи кузова на стоянке, в закрытом помещении. Вне помещения на открытой местности такие определения возможны только при сплошной облачности, исключающей воздействие прямой солнечной радиации и при относительно малых колебаниях температуры наружного воздуха. Недостатком данного способа, как и других известных способов, является то, что возможность проведения эксперимента ставится в зависимость от наличия закрытого помещения для испытаний транспортных средств, а определение в движении практически исключается.

Изобретение существенно расширяет возможность определения коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства, так как допускает это определение при периодических суточных колебаниях температуры наружного воздуха и воздействии прямой солнечной радиации, что обеспечивает также возможность определения этого ко- эффициента в движении и выявление зависимости от его скорости. Н.г.-5олее эффективно применение предлагаемого способа в условиях замкнутого транспортного кольца. Суточная повторяемость наружных тепловых воздействий на ограждающие конструкции кузова, обусловленная изменениями температуры воздуха и интенсивности солнечной радиации, наблюдается нередко, особенно летом.

Известно, что тепловое воздействие солнечной радиации на ограждающие конструкции, не пропускающие солнечных лучей, может быть учтено путем эквивалентного повышения температуры наружного воздуха tH и заменой этой температуры условной (суммарной) наружной температурой, определяемой по формуле

где р - коэффициент поглощения солнеч- 5 ной радиации;

I - интенсивность солнечной радиации, Вт/м2;

Он - коэффициент теплопередачи на наружных поверхностях, Вт/(м2 К). Так как эти температуры не одинаковы для различных ограждающих конструкций, то условная наружная температура определяется как приведенная суммарная наружная температура по формуле

10

15

. -Tin +

«н

ikjFilj

i 1 n 2k|Fi

I 1

(3)

причем коэффициент а принят одинаковым на всех поверхностях. Определяется се с помощью измерителей теплового потока (тепломеров), установленных на одной или нескольких затененных наружных поверхностях, и вычисляется по формуле

30

Он

1нп tn

(4)

где q - тепловой поток, Вт/м2;

т.нп - температура наружной поверхности, °С.

Ограждающие конструкции обычно представляют собой слоистые стенки с металлическими и другими каркасами, элементы которых находятся в термоизоляционном слое. Вследствие этого коэффициенты теплопередачи в различных местах ограждающей конструкции не одинаковы. Для нахождения условной наружной температуры определяющее значение имеют

,не абсолютные величины этих коэффициентов, входящих в формулу 3, а их соотношения. Поэтому достаточно с помощью тепломеров найти значения этих коэффициентов только в отдельных сравнимых ча

стях, например, в местах, где нет элементов каркаса в теплоизоляционном слое. Тепломеры должны быть установлены на внутренних поверхностях конструкций, а коэффициенты теплопередачи определены по формуле

k,-9L

®

причем, с целью повышения точности эти

определения целесообразно проводить в период, когда , например ночью.

Условная наружная температура определяется по указанной выше формуле 3 с достаточно высокой степенью точности, относительная погрешность не превышает 2%.

Предлагаемый способ экспериментального определения коэффициента теплопередачи кузова заключается в нагреве воздуха внутри кузова источниками тепла известной мощности Р до достижения установившегося температурного режима, характеризующегося постоянством среднесуточных значений температуры внутри и снаружи кузова, т.е. te и в течение достаточно продолжительного периода (не менее двух суток), включающего периодические суточные колебания температур и интенсивности солнечной радиации, причем применяется следующая формула

k

Р + N

F(tB-tc)

(6)

где N - интенсивность теплопоступлений от проникновения солнечной радиации через окна, а также остекленные двери, люки и т.п., Вт/м.

С целью повышения точности определения коэффициента теплопередачи кузова, теплопоступления от проникновения солнечной радиации через окна и другие остек- ленные конструкции целесообразно снижать, перекрыв их металлизированной пленкой или бумагой, эффективно отражающей солнечные лучи. Перекрытия и установку тепломеров на этих перекрытиях производят внутри транспортного средства.

Точность определения коэффициента теплопередачи кузова для различных транспортных средств требуется неодинаковая. Например, при испытаниях пассажирских вагонов обычно допускается точность до 5%. В этом случае, как показывают расчеты и экспериментальные данные, режим теплопередачи можно считать установившимся при следующих условиях: если в течение не менее двух суток разность среднесуточных значений условной наружной температуры не превышает 1°С, а экстремальные значения этой температуры в первые и вторые сутки не отличаются более, чем на 3°С; если разность среднесуточных значений температур воздуха внутри помещения не превышает 0,5°С, а экстремальные значения не отличаются более, чем на 1,5°С; если интенсивность (мощность) теплопоступлений в помещение от электропечей и проникновения солнечной радиации в первые и вторые

сутки не отличается более, чем на 0,3 кВт при суточных колебаниях ее в пределах ±1,5%,

В качестве примера приводим определение коэффициента теплопередачи кузова пассажирского вагона открытого типа при воздействии солнечной радиации и периодических колебаниях температуры наружного воздуха.

Схема расположения аппаратуры внутри вагона для определения коэффициента теплопередачи кузова представлена на чертеже.

Для определения коэффициента теплопередачи кузова вагона устанавливаем в нем 11 электропечей Гмощнйстью 0,6 кВт каждая. Расход электроэнергии измеряем счетчиками. Среднюю температуру воздуха в вагоне находим по измерениям дистанционнымитермометрами 2, распределенными равномерно вдоль вагона в трех уровнях по высоте. Температура наружного воздуха измеряется в тени, не менее, чем в трех местах. Пиронометрами и альбедометрами

Янишевского измеряется интенсивность солнечной радиации, направленной на крышу и стены вагона, а также интенсивность отраженной ими радиации. Находим коэффициенты поглощения. На внутренних поверхностях крыши, стен и пола в местах, где нет элементов каркаса, устанавливаем тепломеры, определяем тепловые потоки и находим по формуле 5 коэффициенты теплопередачи. По формуле 3 вычисляем условную наружную температуру .

С целью снижения теплопоступлений от солнечной радиации через окна перекрываем их изнутри вагона белой бумагой, на которой устанавливаем не менее двух

тепломеров на окнах двух противоположных боковых стен вагона. Поскольку одна из сторон всегда затенена, то разность тепловых потоков через противоположные окна определяет теплопоступление от солнечной

радиации, т.е.

N(qi-q2)F oK ,

где qi и Q2 - тепловые потоки, соответственно, с теневой и солнечной стороны, кВт/м ;

Р ок - площадь окон солнечной стороны, м2.

При сильном воздействии солнечной радиации возможно, что в этом случае величина N будет отрицательной,

. Фиг.2 представлены результаты определений средней температуры воздуха в вагоне 1, условной наружной температуры 2, температуры наружного воздуха 3, величины расхода электроэнергии 4 и суммарной величины расхода электроэнергии и теплопоступлений от солнечной радиации через окна 5. В данном примере за 48 часовой расчетный период (р.п.) получены следующие значения величин, входящих в формулу

Формула изобретения Способ определения коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства, заключающийся в нагреве воздуха внутри кузова источниками тепла до достижения установившегося режима, определении мощности источников тепла для поддержания упомянутого температурного режима и использовании полученных данс , ч в н я я

В-Е. Г-Г, Е-Е.К-Х

6: te 46°C; tH 17°C; t c 24°C; P+N 8 кВт; м . По формуле 6 получим, что коэффициент теплопередачи кузова ,2 Вт/(м2 К).

ных при расчетах, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей проведения испытаний в различных условиях путем учета поступления энергии вследствие солнечной радиации, дополнительно

производят замер теплопоступлений через различные поверхности кузова от солнечной радиации и расчеты производят с уче- том упомянутых замеров.

в-в

А-А, И-И