Теплопоступления через ограждения

2.3.1 общие положения

Приток тепла через ограждения кабины происходит путем теплопередачи и определяется из общего уравнения теплопередачи: Q_огр = к_срF_ср(t_нар – t_в)

к_ср – средний коэффициент теплопередачи, Вт/м²К, задан в исходных данных

F_ср – средняя площадь ограждений, м²

t_в - температура внутреннего воздуха, ⁰С, определяется по формуле (1)

t_н – температура наружного воздуха, ⁰С, задана в исходных данных

Однако данное уравнение не учитывает «неоднородности» ограждений кабины, т.е. кабина локомотива включает в себя непрозрачные ограждения (стены) и прозрачные (окна). Процесс теплопроводности, проходящий через непрозрачные ограждения (стены) значительно отличается от процесса теплопроводности, проходящий через окна. Поэтому, в настоящем проекте необходимо точно учесть значения потоков тепла, проходящих через стены и отдельно через окна кабины.

Это определяется по следующей методике.

Средний коэффициент теплопередачи представляет собой удельную величину теплопритоков, которые передаются согласно теории тепломассообмена тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Поэтому, средний коэффициент теплопередачи имеет три составляющие:

к_ср = к_ист+к_инф+Δк_луч

к_ист – «истинный» коэффициент теплопередачи, характеризует процесс переноса тепла путем теплопроводности, т.е. на практике характеризует качество теплоизоляции стен кабины, Вт/м²К;

к_инф – коэффициент инфильтрации, характеризует процесс переноса тепла путем конвекции,

Вт/м²К

Инфильтрация – это проникновение наружного воздуха под действием ветра и разности температур через неплотности в ограждающих конструкциях кабины. Поэтому коэффициент инфильтрации характеризует долю проникновения воздуха в кабину через щели, неплотности и технологические отверстия кабины, т.е. оценивает герметичность кабины. Т.к. герметичность кабины нормируется санитарными нормами, то на стадии проектирования для всех вариантов курсовой работы принимаем герметичность кабины соответствующую нормам, т.е. к_инф =0,19 Вт/м²К.

Δк_луч – поправка (коэффициент) учитывающая дополнительные поступления тепла через между ограждениями за счет излучения ими лучистой энергии. На стадии проектирования для всех вариантов курсовой работы принимаем Δк_луч = 0,05 Вт/м²К.

Т.к. к_ср, к_инф, Δк_луч заданы, то определяем значение коэффициента к_ист:

к_ист = к_ср – к_инф – Δк_луч, Вт/м²К (2)

Для определения теплопритоков в кабину с учетом ее «неоднородностей» необходимо все ограждения кабины разделить на прозрачные (окна) и непрозрачные (стены) и рассчитать величину теплопритоков отдельно через окна и отдельно через стены.

Для этого сначала рассчитаем значение коэффициента теплопередачи через непрозрачные ограждения (стены) к_непр используя балансовое уравнение теплопередачи:

, Вт/м²К (3)

где

F_окна – площадь всех окон кабины, м²,

Площадь любого окна, что с внутренней стороны кабины, что с внешней стороны – одинакова.(см. исходные данные)

к_окна – коэффициент теплопередачи через окна кабины, Вт/м²К

Для всех вариантов курсовой работы принимаем следующее исполнение окон: двойное остекление в металлическом переплете с к_окна =2,94 Вт/м²К.

F_непр – средняя площадь всех непрозрачных ограждений кабины:

(4)

 

- суммарная площадь всех наружных непрозрачных ограждений (стен) кабины,м², определяется по формуле:

- общая наружная площадь лобовой стенки кабины,м², (см. исходные данные)

- площадь окна лобовой стенки кабины,м², (см. исходные данные)

- общая наружная площадь боковой стенки кабины,м², (см. исходные данные)

- площадь окна лобовой стенки кабины,м², (см. исходные данные)

Т.к. боковых стенок две, они имеют одинаковые размеры, то расчетную величину для одной можно удвоить.

- общая наружная площадь пола кабины,м², окон нет (см. исходные данные)

- общая наружная площадь крыши кабины,м², окон нет (см. исходные данные)

- общая наружная площадь задней стенки кабины,м², окон нет (см. исходные данные)

- суммарная площадь всех внутренних непрозрачных ограждений (стен) кабины,м², определяется по формуле:

- общая внутренняя площадь лобовой стенки кабины,м², (см. исходные данные)

- площадь окна лобовой стенки кабины,м², (см. исходные данные)

- общая внутренняя площадь боковой стенки кабины,м², (см. исходные данные)

- площадь окна лобовой стенки кабины,м², (см. исходные данные)

Т.к. боковых стенок две, они имеют одинаковые размеры, то расчетную величину для одной можно удвоить.

- общая внутренняя площадь пола кабины,м², окон нет (см. исходные данные)

- общая внутренняя площадь крыши кабины,м², окон нет (см. исходные данные)

- общая внутренняя площадь задней стенки кабины,м², окон нет (см. исходные данные)

Таким образом, теплопоступления через ограждения кабины с учетом ее «неоднородности» определяются по формуле:

Вт (5)

2.3.2 Теплопоступления через лобовую стенку кабины локомотива

 

, Вт

 

, Вт – теплопоступления через непрозрачные ограждения лобовой стенки кабины

 

, Вт – теплопоступления через окно лобовой стенки кабины

 

2.3.3 Теплопоступления через боковую стенку кабины локомотива

 

, Вт

 

, Вт – теплопоступления через непрозрачные ограждения боковой стенки кабины

 

, Вт – теплопоступления через окно боковой стенки кабины

2.3.4 Теплопоступления через пол кабины локомотива

 

, Вт, окон нет

 

, Вт – теплопоступления через непрозрачные ограждения пола кабины

 

, ⁰С – температура, которая наблюдается под полом кабины, на стоянке на открытых путях при солнечной погоде, т.к. под полом кабины и рельсами образуется полузакрытое непроветриваемое пространство, температура воздуха в котором по данным исследований будет значительно выше, чем наружная.

2.3.5 Теплопоступления через крышу кабины локомотива

 

, Вт, окон нет

 

, Вт – теплопоступления через непрозрачные ограждения крыши кабины

 

 

2.3.6 Теплопоступления через заднюю стенку кабины локомотива

 

, Вт, окон нет

 

, Вт – теплопоступления через непрозрачные ограждения задней стенки кабины