Способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства
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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 N 25/18
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,- . (л)
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4774819/25 (22) 02.01.90 (46) 30.04.92. Бюл. М 16 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (72) И,П.Екимовский, А.В.Коковихин, А.А.Крылов, С.К;Куликов, Н.С.Теймуразов, Е.Б.Ферштер и Е.Д.Шарденков (53) 536.6(088.8) (56) Методика определения среднего коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций кузовов пассажирских вагонов в установках стоянки — ОСТ, 24,05015-79, 1979, с.14.
Авторское свидетельство СССР
N 1030713, кл. G 01 N 25/20, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО
КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ КУЗОВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
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 т.д.
Известен способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства, заключающийся в нагреве воздуха внутри кузова при помощи источника тепла до установления стацио1 (57) 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 ап п рокси ми руют уравнениями степен ной функции, с последующим вычислением искомой характеристики. 2 табл., 1 ил. нарного 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 на1730572 ружного воздуха должна быть не менее 12 ч. При этом в случае колебаний температуры наружного воздуха или мощности нагревательного устройства разброс значений перепада температур внутрен него и наружного воздуха может быть достаточно значительным, что требует увеличения длительности способа определения коэффициента теплопередачи.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения 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 стационарного 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 охлаждения 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 перепада температур происходит в соответствии с известным дифференциальным уравнением теплового баланса вида
d0 Р КН вЂ” = — — — 0 ° (1)
dт W W где 0 — перепад температур воздуха внутри и снаружи кузова; — время; бΠ— темп изменения перепада температур;
P — мощность источника тепла;
И/ — водяной эквивалент кузова;
К вЂ” коэффициент теплопередачи кузова;
Н вЂ” площадь теплопередающей поверхности кузова.
В связи с тем, что W и КН являются
5 физическими константами кузова, уравнение (1) в координатах — — 0 представляет бд
dz собой уравнение прямой.
Вместе с тем установлено, что в началь10 ный нерегулярный период нагрева или охлаждения вследствие наличия тепловой инерции кузова характер изменения отdО б7 клоняется от установленного уравнением
15 (1).Это изменение происходит в соответствии с уравнением типа — =ВФ (2) 20 где А и  — постоянные коэффициенты.
Переход от нерегулярного режима к регулярному происходит в точке касания прямой вида (1) и кривой вида (2). Решение
25 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
30 возможность после ряда преобразований получить выражение для определения коэффициента теплопередачи, в котором К является функцией параметров А и В
35 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
40 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
45 температур воздуха внутри и снаружи кузова при реализации различных рассматриваемых способов: прототипа кривая 1 и предлагаемого — кривая 2.
Последовательность действий для реа50 лизации предлагаемого способа на примере рефрижераторного вагона следующая.
Воздух во внутреннем объеме кузова вагона с известной среднегеометрической теплопередающей поверхностью Н (Н = 218
55 м) начинают нагревать при помощи источников тепла (электронагревателей) мощностью P = 6,73 кВт и через интервалы времени Л г = 1 ч, выполняют п = 12 замеров перепада температур, Этого количества замеров достаточно для определения коэффи1730572
0гн = Юон 012н т, = Ao. Bo+ Co
« Ч
Йо = VUoo 0120 (Огн Йн) .> 25
Гзн =цн+
С- -(а) т12н — 2 Tsí
40 (Й о Йо) Tsp — т1о +
5 11
19Й вЂ” g !ЯЙ
i =0
i =6
Ig (Ti - С.) - B.$ Ig 0
Aí
i=0
55 циента теплопередачи с заданной точностью. Аппроксимируют полученные значения т и 0 уравнением вида т = A 0 + Сн, в
Для этого вычислятюся величина среднегеометрической разности температур для процесса нагрева, где 0o, 0 12н — Разности темпеРатУР, соответствующие нулевому и последнему (12) замерам в процессе нагрева.
Среди текущих значений перепадов температуры 0 i< путем сравнения отыскивается значение, равное (до третьей значащей цифры) соответственно значению 0гн .
Соответствующая найденному значению 0i величина Т н обозначается как ts . Если
СРЕДИ ЗНаЧЕНИй 01н НЕт РаВНЫХ 0гн, тО т,н, отвечающее величине 0 гн, определяется посредством выражения где Йн,0(i + 1)н — следующие друг за другом пары значений разности температур в процессе нагрева, между которыми находится соответственно величина Огн цн, (l + 1), — значение времени, соответствующего величинам Йн,0(i+ f)H
Определяется значение коэффициента
Сн по формуле
Коэффициенты аппроксимации Вн и Ан определяются из выражений
5 11, . Ig (й — Сн) —,, Ig (ri — C„)
=о i=6
Вн где п = 12 — число замеров при нагреве.
Результаты замеров температур и порядок выполнения аппроксимации зависимости 0„(T;, представлены в табл. 1, В результате получаем аппроксимирующее уравнение нестационарного участка нагрева вида гн Q,0726 0 1.4219+ (Q,1406) После этого снижают мощность источ10 ника тепла до такой величины Po = 2,275 кВт, чтобы воздух в вагоне стал охлаждаться (температура воздуха в вагоне и перепад температур внутри и снаружи понижается), но нельзя допускать полного
15 откл ючен ия источ ни ка тепла (P o -О). В ыполняют действия, аналогичные этапу нагрева, и получают уравнение вида
Для этого вычисляется величина среднегеометрической разности температур для процесса охлаждения
ГдЕ 0оо,012Π— раЗНОСтИ тЕМПЕратур, СООтветствующие нулевому и последнему (12) замерам в процессе охлаждения вагона.
Среди Йо путем сравнения отыскивается значение, равное (до третьей значащей цифры) соответственно значению Ого, Соот35 ветствующая найденному значению 0о величинато обозначается как Tsp . Если среди значений Йо нет равных Ого, то г» отвечающая величине О,о, определяется посредством выражения
45 где Йо,0(i + 1)о — следующие друг за другом пары значений разности температур в процессе охлаждения, между которыми находятся соответственно величина 0го, Г;о, Г(; + 1)o — ЗНаЧЕНИЯ ВРЕМЕНИ, СООт50 ветствующее величинам Йо и 0(i +1)o
Определяются значения коэффициента Со по формуле
Коэффициенты аппроксимации Во и Ао определяются из выражений
1730572
5 11
Я Ig (т1 — Со) Х Ig (tl — Со)
I =6
Во
11
g дО -,, Ig 9
l=o
I =6
i=î
Aî где n = 12 — число замеров при охлаждении, Результаты замеров температур и порядок выполнения аппроксимации зависимости Оо(т) представлены в табл. 2, B результате получают аппроксимирующее уравнение нестационарного участка охлаждения вида
Tо = 1,37985 х 10 .0о + (-1,5264)
После этого, используя полученные значения Рн, Ро, Ан, Ао, Вн, Во, рассчитывают средний коэффициент теплопередачи К:
IR IO N H где ц (н )
Вн
Ан
L=—
Ао
В. 1 — В.) н н
R—
Во Вн
1 — Во
S=
Во Вн — Во
Во Вн
Ро
N-—
Рн
Н вЂ” среднегеометрическая теплопередающая поверхность кузова;
P — мощность источника тепла; н, о — индексы, соответствующие этапам нагрева и охлаждения.
Предлагаемый способ предполагает со5 кратить продолжительность определения коэффициента теплопередачи вагона не менее. чем в 3 — 5 раз по сравнению с прототипом.
При использовании высокочувствительной аппаратуры, источника тепла достаточно
10 большой мощности ЭВМ для обработки полученных данных, продолжительность способа можно сократить до нескольких минут.
Соответственно; резко снижаются трудо- и энергазатраты на проведение эксперимен15 та, а также удельные затраты на деповский ремонт и простой вагонов.
Формула изобретения
Способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортно20 го средства, заключающийся в нагреве воздуха внутри кузова при помощи источника тепла, измерении мощности этого источника, охлаждении воздуха внутри кузова по достижении заданной температуры внутри
25 и снаружи кузова и последующем расчете искомой характеристики, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения продолжительности и трудоемкости, дополнительно в процессе нагрева измеряют температуры
30 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
35 процессе охлаждения, аппроксимируют значения перепада 6температуры воздуха внутри и снаружи кузова и соответствующих моментов времениБ для нагрева и охлаждения уравнениями степенной функции, вида
40 = А&+ С, а искомую характеристику опредев ляют по формуле
С
К=
LR.)Ah NT где А, В, С вЂ” константы;
45 D - Рн(Вн -1)/Вн;
P — мощность источника тепла; = Ан/Ао;
М = Вн(1- Во)/Во(1- Вн);
N = Ро/Рн;
50 R = 1/(Во - Вн);
S =(1- Bo)/(Во - Вн);
Т=-Во/(Во - Вн);
Н вЂ” среднегеометрическая теплопередающая поверхность кузова;
55 н, о — индексы соответствующие этапам нагрева и охлаждения.
1730572
55
Таблица 1
Таблица 2
1730572
Составитель В,Марченко
Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова
Редактор М.Товтин
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 1510 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
