Коэффициент теплопередачи

Содержание 

1. Введение
2. Теоретическая часть
• Расчет коэффициента теплопередачи
• Расчет теплопритоков
3. Расчетная часть
• Расчет коэффициента теплопередачи
• Расчет теплопритоков

      4.   Заключение

5. Список используемой литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

Кондиционирование воздуха – это поддержание  параметров воздушной среды, наиболее благоприятной для самочувствия людей, ведения технологического процесса, независимо от изменения параметров наружно воздуха.

Цель данной курсовой работы – рассчитать коэффициент теплопередачи в вагоне электропоезда пригородного сообщения на разных скоростях движения, а также рассчитать теплопритоки в условиях Карелии в вагон для определения производительности системы кондиционирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Теоретическая часть 

1. Расчет  коэффициента теплопередачи

 

Основным показателем  теплотехнических качеств кабины транспортного  средства является коэффициент теплопередачи  его ограждений К , (Вт/м²*К).

Коэффициентом теплопередачи характеризуется количество тепла, проходящее в течение 1 с через 1 м²  площади ограждений при перепаде температур по её сторонам в 1 градус.

Коэффициент теплопередачи  кабины считают по формуле 

К = Σ(Ki*Fi)/ΣFi    (1)

Где Ki – коэффициент теплопередачи стенки. Коэффициент теплопередачи многослойной однородной стенки обратно пропорционален её общему термическому сопротивлению Ro, которое равно сумме термических сопротивлений каждого слоя и термических сопротивлений теплоотдаче от поверхностей стенки к наружному и внутреннему воздуху :

Ro = ΣRi + Rн + Rвн  (2)

Где Ri – внутреннее термическое сопротивление каждого слоя стенки;

Rн – термическое сопротивление теплоотдаче от наружного воздуха к наружной поверхности стенки;

Rвн – термическое сопротивление теплоотдаче от наружной поверхности стенки к воздуху внутри салона кабины.

Ri =δi / λi   (3)

где δi – толщина каждого однородного слоя стенки [м]

λi - коэффициент теплопроводности материала соответствующего слоя стенки [Вт/м*К]

Rн обратно пропорционален коэффициенту теплоотдачи наружной поверхности стенки к наружному воздуху αн.

Rвн обратно пропорционален коэффициенту теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности стенки αвн.

Подставив значения выражений для Ri, Rн, Rвн в формулу К = 1/ Ro =>

К = 1/( ΣRi + Rн + Rвн), получим общую развернутую формулу:

К = 1 / [Σ(δi / λi) + (1/ αн) + (1/ αвн.)]  (4)

Значения δi берутся из чертежей, значения λi  берутся из справочных таблиц.

Величина  αн зависит от скорости и характера воздушного потока, обдувающего наружную поверхность транспортного средства. Чем больше скорость, тем больше значение αн.

Для кабин направление  поток воздуха и обдуваемой поверхности  или совпадает, или поток находится под небольшим углом к большей части поверхности – стенам, крыше, полу.

Для определения  αн будем пользоваться эмпирической формулой, в которой переменными величинами являются лишь скорость движения транспортного средства и его длина:

 αн = 15 + 3*U/ lº² ;  (5)

где U – скорость транспортного средства, м/с

l – длина кабины, м

Величина αвн. зависит от этих же параметров, но скорости движения воздуха внутри потока от работы вентиляции значительно меньше скорости наружного воздуха.

Конвективные  скорости в результате теплообмена  между внутренними поверхностями  и воздухом в кабине значительно  уменьшаются вследствие загроможденности, поэтому величина αвн меньше величины αн , даже в стоящем транспорте.

Примем значение αв равным 10 Вт/(м²*К).

При расчетах К  предполагается, что тепло направлено перпендикулярно плоскости стенки. 
 
 

Расчет всех параметров будем вести для вагона электропоезда. Определим технические характеристики объекта. Кузов вагона состоит из рамы, боковых и торцевых стен и крыши. Рама является основанием вагона. Она выполнена из стальных балок толщиной 10 мм. Боковые стены вагона снаружи обшивают стальными гофрированными листами толщиной 2 мм. Внутренняя обшивка боковых стен состоит из деревянного каркаса, выполненного из вертикальных и горизонтальных брусков толщиной 20 мм. Между элементами деревянной обрешетки укладывают теплоизоляционные пакеты из пенопласта или мипоры толщиной 60 мм. Затем кузов вагона обшивают фанерой толщиной 3 мм.

Торцевые стенки имеют стальной каркас толщиной 10 мм и обшиты стальными гофрированными листами толщиной 2 мм. Внутренняя обшивка  торцевых стен такая же, как и  обшивка боковых стен. Поперечные стенки выполнены в виде щитов, в которых установлены раздвижные двери салона.

Каркас крыши  вагона сварен из стальных дуг, сверху которых приварены стальные гофрированные  листы толщиной 1,5 мм. К обрешетке  потолка, которая состоит из деревянных брусков толщиной 20 мм, крепят обшивку из твердых древесно-волокнистых плит толщиной 20 мм. Потолок утеплен пакетами из мипоры толщиной 70 мм.

Пол вагона состоит  из деревянного каркаса, т.е. из продольных и поперечных брусков из сосны. К  этим брускам прибиты ДВП толщиной 25 мм. Между плитами и полом укладывают теплоизоляционные пакеты с мипорой толщиной 90 мм. Сверху пол покрывают линолеумом толщиной 5 мм. Т.к. расчет ведется для теплого периода, окна вагона состоят из однослойного стекла толщиной 5 мм.

Для расчета  коэффициента теплопередачи, необходимо знать коэффициенты теплопроводности каждого материала.

2. Расчет теплопритоков в кузов вагона

 

2.1. Теплопритоки через ограждения

Расчет теплопритоков  в салон кабины транспортного  средства производства для определения  производительности системы кондиционирования. Теплопритоки поступают через ограждения, вследствие перепада температур снаружи и внутри кабины снаружи и внутри транспортного средства, в результате инфильтрации, из-за тепловыделений пассажиров, в результате работы установленного в кабине оборудования и освещения.

Теплопритоки  через ограждения определяются как : Q1 = K * F * (tн – tвн)  (6)

Q1 – теплоприток через отдельный элемент кабины;

K - Коэффициент теплопередачи элемента, Вт/м²*К

F – Площадь элемента кабины, м²

tн – Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца;

tвн – температура внутри салона кабины (берется из ГОСТ 12.1.005-88); 

2. Теплопритоки от инфильтрации

Теплопритоки  от инфильтрации воздуха находятся  в прямой зависимости от перепада температур между температурами  воздуха внутри и снаружи и  от частоты открывания дверей. Инфильтрация через небольшие неплотности ограждений не учитывается, т.к. при работающей системе вентиляции и образующемся при этом перепаде воздуха наружный воздух через эти неплотности внутрь не проходит.

Поскольку теплоприток  через ограждения Q1 также пропорционален перепаду между температурами воздуха внутри и снаружи вагона, теплоприток от инфильтрации Q2 определяют как некоторую часть Q1, по формуле :

Q2 = Кʹ * Q1  (7)

где Кʹ - безразмерный числовой коэффициент, равный 0,3. 

2.3. Тепловыделения пассажиров

Различными исследователями  установлено, что для человека теплоотдача за счет конвекции при комфортных условиях составляет 33-35% всей теплоотдачи организма. Количество теплоты, отдаваемое излучением, составляет 42-44%. Теплоотдача испарением составляет 20-25% отдаваемой теплоты. При температуре воздуха ниже температуры кожи человека количество испаряемой влаги остается практически постоянным. При более высоких температурах влагоотдача возрастает. Потоотделение начинается при температуре выше 28-29 градусов по Цельсию, а при температуре выше 34 С теплоотдача испарением и  является практически единственным способом теплоотдачи организма.