Условия перевозки скоропортящихся грузов на направлении

В процессе погрузки температура воздуха  в вагоне будет понижаться до значения, близкого к температуре лука (см. рис. 2). Образуется температурный напор, и появляются теплопритоки через ограждения вагона и открытую дверь. В дневное время действует солнечная радиация. Кроме того, груз выделяет биохимическую теплоту. Температура лука будет повышаться, но незначительно. К концу погрузки её значение t_г.п.п условно можно принять равной t_г.н, т. е. t_г.п.п = t_г.н = 21 °С.

После погрузки и закрытия дверей рефрижераторного вагона запускают дизель-генераторы, устанавливают температурный режим (t_в.в = 5 °С, t_в.н = 2 °С) и включают холодильное оборудование. При этом сначала начинают работать вентиляторы-циркуляторы, с помощью которых температурные поля свободного воздуха и груза выравниваются, т. е. t_в.п.п = t_г.п.п = 21°С. Через 7...10 мин после включения вентиляторов-циркуляторов автоматически включаются холодильные машины.

Из воздухораспределителя в  грузовое помещение вагона начинает поступать холодный воздух, нагнетаемый вентиляторами-циркуляторами, и заполнять свободное пространство вокруг и внутри штабеля груза. Нагретый от груза и стен вагона тёплый воздух направляется к испарителям холодильных машин, охлаждается и снова поступает в воздухораспределитель. Так происходит охлаждение воздуха, тары вагона и груза.

 

 

НТРП – нестационарный температурный режим перевозки; ХМ – работа холодильных 
машин; Г – груз (в данном случае источник теплопоступлений); ОС – теплопоступления 
от окружающей среды; t_р, t_г, t_в – соответственно изменение температуры наружного воздуха,  
груза и воздуха внутри грузового помещения вагона; t_в – продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении; t_г – продолжительность охлаждения груза; 
t_об – общая продолжительность обслуживания груза в пути

Рисунок 2 – Динамика охлаждения воздуха и лука в вагоне 
в координатах t° (температура), t (время)

 

Время первоначального охлаждения воздуха в вагоне (t_в) будет длиться до тех пор, пока температура не достигнет нижней границы температурного режима (t_в.н = 2 °С). Холодильные машины отключают. За счёт теплопритоков от груза и окружающей среды воздух в вагоне будет нагреваться. При повышении температуры воздуха до верхней границы температурного режима (t_в.в = 5 °С) вновь включают холодильные машины, и процесс повторяется. По мере охлаждения груза интервалы между выключением и включением холодильных машин заметно увеличиваются. При продолжительности пауз в работе холодильных машин более 9 мин вентиляторы-циркуляторы (на время пауз) автоматически отключаются.

Охлаждение груза до верхней  границы температурного режима (см. рис. 2), осуществляется за время t_г, соответствующее длительности теплообменного режима «охлаждение груза», затем наступает режим «теплокомпенсация», который сохраняется до конца перевозки.

Теплотехнические характеристики лука зелёного

К таким характеристикам относят  условный коэффициент скважности применяемой тары (r_т), условный коэффициент плотности штабеля груза (r_ш), удельные тепловыделения плодоовощей в среднем за время охлаждения (q_б1) и после охлаждения (q_б2), скорость (темп) теплоотдачи груза (m_г).

Упаковка у лука отсутствует, в качестве тары принят (самостоятельно) поддон ящичный складной сетчатый с крышкой или без крышки. Штабель груза в вагоне сформирован плотно-вертикальным способом (см. табл. 2).

В этом случае:

– степень скважности тары r_т = 0,9 [4, прил. Д];

– степень плотности штабеля груза r_ш = 1,12 [4, прил. Е];

– удельные тепловыделения лука в среднем за время охлаждения с 21 °С до 3,5 °С q_б1 = 96 Вт/т (интерполирование данных применительно к луку [4, прил. Г.2]);

– удельные тепловыделения крыжовника в среднем после охлаждения q_б2 = 185 Вт/т (данные применительно к луку [4, прил. Г.1]);

Скорость теплоотдачи груза, °С/ч, определяют по формуле:

 

,

 

где числа – эмпирические коэффициенты; k_ш – поправочный эмпирический коэффициент, который учитывает степень плотности штабеля груза, k_ш = 0,87 (при r_ш = 1,12 [4, прил. Е]); k_т – то же, учитывает степень скважности тары, k_т = 1,12 (при r_т = 0,9 [4, прил. Д]); G^_бр – количество груза в вагоне по заданию, G^_бр = 38 т брутто (груз + тара).

Тогда  m_г = (4,3 ´ 0,87 ´ 1,12) : (1 + 38) = 0,1 (°С/ч).

Теплотехнические  характеристики РС-4 (Дессау)

К ним относят расчётный температурный напор (Dt_р), максимальный температурный напор (Dt_м) и коэффициент теплопередачи (k_р) через ограждения кузова вагона.

Расчётный температурный напор  через ограждения кузова вагона Dt_^р, К, определяют вычитанием среднего значения температурного режима (t_в = 3,5 °С) из расчётной температуры наружного воздуха (t_^р = 26,12 °С).

Тогда  Dt_^р = 26,12 – (5+2) : 2 = 22,62 (К).

Максимальный расчётный температурный  напор Dt_м, при котором прекращается полезная работа холодильных машин, является характеристикой вагона, зависит от года его выпуска [4, прил. А]. Год выпуска установлен (условно) вычитанием заданного срока службы вагона из текущего года выполнения курсового проекта. Тогда год выпуска вагона РС-4 (Дессау) 2013 – 24 = 1989. Значит, Dt_м = 65 К.

Расчётный коэффициент теплопередачи k_р определяют, Вт/(м²×К), по формуле:

 

,

где k_р.п – паспортное значение расчётного коэффициента теплопередачи, k_р.п = 0,35 Вт/(м²∙К) [4, прил. А]; m_о – коэффициент, учитывающий изменение свойств ограждающих конструкций грузового помещения от случайных факторов, μ_о  = 1,75 (при Р = 0,90 [4, табл. 6.1]).

Тогда k_р = 0,35 × 1,75 = 0,61 (Вт/(м²∙К).

 

Основные параметры теплообменных процессов

Это скорость охлаждения свободного воздуха в грузовом помещении (b_в), скорость охлаждения груза (b_г), продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении (t_в), продолжительность охлаждения груза (t_г).

Скорость охлаждения воздуха в  грузовом помещении рефрижераторного вагона, °С/ч, определяют по формуле:

 

,

 

где числа – эмпирические коэффициенты; k_м – эмпирический коэффициент, который учитывает влияние температурного напора и свойств изоляции вагона на скорость теплообменных процессов в грузовом помещении, k_м = 0,7 (при Dt^_р = 22,62 К, Dt_м = 65 К, k^_р = 0,61 Вт/(м²∙К)) с учётом интерполирования данных [4, прил. И.1] применительно к вагону РС-4 (Дессау) выпуска после 1985 г.); k_б1 – эмпирический коэффициент, учитывающий степень биохимических тепловыделений плодоовощей при охлаждении, k_б1 = 0,94 (при q_б1 = 96 Вт/т [4, прил. И.2]); Р_в – заданная грузоподъёмность вагона, Р_в = 42 т; G_б^р , k_ш , k_т –определены выше.

Тогда b_в = (19,3 ´ 0,7 ´ 0,94) : {[1 + (38 : 42)]^5,5 ´ 0,87 ´ 1,12} = 0,38 (°С/ч).

Скорость охлаждения лука в грузовом помещении рефрижераторного вагона РС-4 (Дессау), °С/ч, определяют по формуле:

 

,

 

где m_г, k_м, k_б – величины, определённые ранее; ограничение b_г по m_г связано с необходимостью регулирования температурного режима в заданных границах

Тогда b_г = 0,1 ´ 0,7 ´ 0,94 = 0,066 (°С/ч). С учётом ограничения по m_г принимаем b_г = 0,066 (°С/ч).

Продолжительность охлаждения воздуха  (t_в) и груза (t_г) в гружёном рейсе, ч, определяют:

 

t_в = (t_в.п.п – t_в.н) : b_в = (21 – 2) : 0,37 = 52 (ч);

 

t_г = (t_г.п.п – t_в.в) : b_г = (21 – 5) : 0,066 = 242 (ч).

 

При общей продолжительности рейса t_об = 24×t_о = 24 ´ 13 = 312 (ч) груз успевает охладиться в пути и будет следовать в охлаждённом виде 18 ч.

 

3.4 Мощность теплопоступлений в грузовое помещение вагона

Сначала определяют мощность каждого теплопритока в отдельности аналитическим методом [4, разд. 7] , а потом их алгебраическую сумму в двух вариантах (таблица 3). Один вариант суммы соответствует набору теплопоступлений при охлаждении груза в пути, другой – в процессе перевозки груза уже в охлаждённом состоянии. Ниже приводится расчёт мощности теплопоступлений в рефрижераторный вагон при перевозке лука.

Мощность теплового потока вследствие теплопередачи через ограждения кузова вагона, кВт/ваг.:

 

,

где F_^р – полная расчётная поверхность грузового помещения, F_^р = 227 м² [4, прил. А]; t_^р – расчётная температура наружного воздуха на направлении перевозки, t_^р = 26,12 °С (см. п. 3.2); t_в – среднее значение температурного режима перевозки груза (см. табл. 2), t_в = 2 + 5 = 3,5(°С); F_м – расчётная поверхность машинных отделений, контактирующих с грузовым помещением, F_м = 10,8 м² [4, прил. А]; t_м – температура воздуха в машинном отделении, которая на 4 °С выше расчётной температуры наружного воздуха вследствие теплоотдачи холодильными машинами, t_м = 26,12 + 4 = 30,12 (°С); k_^р – расчётный коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций грузового помещения вагона, k_^р = 0,61 Вт/(м²∙К), определен в п. 3.3.

Тогда Q_т = [227(26,12 – 3,5) + 10,8 (30,12 – 3,5)] 0,61´ 10^-3 = 3,3 (кВт/ваг.).

Мощность теплового потока от инфильтрации свежего воздуха внутрь грузового помещения вагона, кВт/ваг.:

 

,

где r_н – плотность наружного воздуха, r_н = 1,166 кг/м³ (при t_р = 26,12 °С [4, прил. К.1]); m_и – кратность инфильтрации воздуха в ограждениях грузового помещения и в вентиляционной системе, m_и = 0,38 ч^–1 (при средней скорости движения вагона 25 км/ч и сроке службы вагона 24 года [4, прил. Л]); V_п – полный объём грузового помещения вагона, V_п = 113,0 м³ [4, прил. А]; i_н – удельное теплосодержание наружного воздуха при температуре 26,12°С и влажности 39 %, i_н = 47 кДж/кг [4, прил. К.2]); i_в – удельное теплосодержание воздуха внутри грузового помещения в режиме перевозки и при относительной влажности 90 %, i_в = 14 кДж/кг [4, прил. К.2].

Тогда Q_и = 1,166 ´ 0,38 ´ 113,0 ´ 3600^–1 ´ (47– 14) = 0,65 (кВт/ваг.).

Мощность теплового потока от плодоовощей при дыхании, кВт/ваг., определяют дважды: при охлаждении лука от t_г.н до t_в (Q_б1) и после охлаждения (Q_б2):

 

;    ,

 

где q_б1 – удельные тепловыделения плодоовощей при их охлаждении, q_б1 = 
= 96 Вт/т (см. п. 3.3); q_б2 – то же, в режиме «теплокомпенсация», когда груз охладился, q_б2 = 185 Вт/т (см.п.3.3); G_гр – масса перевозимого груза, G_гр = 34 т нетто (по заданию).

Тогда: q_б1 = 96 ´ 34 ´ 10^–3 = 3,2 (кВт/ваг.);

           q_б2 = 185 ´ 34´ 10^–3 = 6,3 (кВт/ваг.).

Мощность теплового потока от воздействия солнечной радиации, кВт/ваг.:

 

,

 

где F_б.с – поверхность боковых стен вагона, F_б.с = 55 м² [4, прил. А]; F_к – то же, крыши, F_к = 67 м² (см. там же); t_э.р – эквивалентная температура рассеянной радиации, соответствующая разности температур на поверхности вагона при наличии и отсутствии солнечной радиации на условно заданной широте местности 56 град с. ш. в летний период, t_э.р = 1,4 К [4, прил. М.1]; t_э.в – то же, прямой радиации на вертикальные поверхности (см. там же), t_э.в = 5,5 К; t_э.г – то же, прямой радиации на горизонтальные поверхности (см. там же), t_э.г = 13,5 К; m_c – заданная вероятность солнечных дней в году, m_c = 0,45, доли ед.; t_c – продолжительность воздействия солнечной радиации, t_c = 16 ч/сут [4, прил. М.2].

Тогда Q_с = [227´ 1,4 + (55 ´ 5,5 + 67 ´ 13,5) 0,45] 0,61 ´ 16 ´ 24^–1 ´ 10^–3 = 
= 0,022 (кВт).

Мощность теплового потока, эквивалентного работе вентиляторов-циркуляторов, кВт/ваг., определяют дважды: при охлаждении груза (Q_ц1) и после охлаждения (Q_ц2):

 

;   ,

 

где N_ц – суммарная мощность электродвигателей вентиляторов-циркуляторов, N_ц = 1,8 кВт/ваг. [4, прил. А]; x – коэффициент трансформации механической энергии вентиляторов-циркуляторов внутри воздуховода в тепловую, x = 0,10; t_в – продолжительность охлаждения воздуха в вагоне, t_в =52 ч (см. п. 3.3); u_ц1 –коэффициент рабочего времени вентиляторов-циркуляторов при охлаждении груза; u_ц1 = 0,8 (при t_р – t_в = 26,12 – 3,5 = 22,62 °С и при Dt_г = 0,5(t_г.н + t_в) = 8,75 °С [4, прил. Н]); u_ц2 – то же, после охлаждения груза, u_ц2 = 0,4 (при t_р – t_в = 26,12 – 3,5 = 22,62 и при Dt_г = 0 °С [4, прил. Н]); t_г – продолжительность охлаждения груза, t_г = 242 ч (см. п. 3.3).

Тогда: Q_ц1 = 1,8 ´ 0,1[52 + 0,8× (242 – 52)] : 242 = 0,15 (кВт/ваг.);

            Q_ц2 = 1,8 ´ 0,1 ´ 0,4 = 0,072 (кВт/ваг.).

Мощность теплового потока от свежего воздуха, поступающего внутрь грузового помещения вагона при вентилировании, не рассчитывают, так как вентилирование лука в пути не производится (см. табл. 2).

Мощность теплового потока, эквивалентного оттаиванию снеговой шубы на воздухоохладителях холодильных машин, кВт/ваг.:

 

,

 

где q_ш – удельные теплопоступления, эквивалентные теплоте горячих паров хладагента, подаваемых в воздухоохладитель для снятия снеговой шубы, а также теплоте, погашаемой при восстановлении температурного режима перевозки, q_ш = 120 мДж (норматив); t_об – общая продолжительность перевозки, t_об = 312 ч (см. п. 3.3); n_ш – количество раз снятия снеговой шубы за перевозку, определяемое по формуле:

 

,

 

где ^e{} – логическая операция округления результата деления до целого числа в меньшую сторону; n_от – периодичность снятия снеговой шубы в зависимости от температуры и кратности инфильтрации наружного воздуха, температуры воздуха и груза внутри вагона, n_от = 3,1 сут (при m_и = 0,38 и Dt_р = 22,62 °С [4, прил. П]).

Тогда n_ш = ^e{312 : (24 * 3,1)} = ^e{4,19} = 4, а Q_ш = 120 ´ 4 : (3,6 * 312) = = 0,42 (кВт/ваг.). Этот тепловой поток будет учитываться один раз и только на первом участке, где охлаждается груз.

Мощность теплового потока от груза и тары при охлаждении, кВт/ваг.:

 

,

где С_г – теплоёмкость груза (лука);С_г = 3,93 кДж/(кг∙°С) [4, прил. В];C_т – теплоёмкость тары (ящика деревянный), C_т = 2,50 кДж/(кг∙°С) [4, прил. В]; G_г – масса груза (по заданию), G_г = 34 т; G_т – масса тары (по заданию), G_т = 22 кг; t_г.п.п – температура груза в вагоне после погрузки, t_г.п.п = t_г.н = 21 °С; t_в.в = 5 °С; t_г – продолжительность охлаждения груза, t_г = 242 ч (см. п. 3.3).