湖北程力冷藏车、保温车汽车车藏隔热壁的传热系数计算

 车厢隔热壁传热系数K是冷藏车保温车热工计算的一个重要参数。它可按稳定传热和非稳定传热两种方法求解。鉴于冷藏车保温车实际运行的车厢温度场是随时间不断变化,因此,按非稳定传热工况计算更切合实际。然而实际运行的环境温度,空气的相对流速,厢内温度不均匀性等多种因素的变化极为复杂,加之非稳定传热计算异常繁琐,故厢壁传热系数一般仍采用稳定传热的方法计算。

     稳定传热是指隔热厢壁的温 度分布和热流大小不随时间而改变,即具有稳定的温度场,但是,理论上的稳定传热在实际使用条件下是不存在的。如果把某一时间内的环境温度视为定值,并借助制冷或加热设备使车厢内的温度保持稳定,这样按稳定传热计算是可行的。并可大简化计算。
1、车厢隔热壁的传热过程
   车厢各壁板(包括顶板,底板,左右侧壁、前壁以及后门等)均视为隔热平壁(平板)。由于车厢壁板内外存在温度差,因此就必然产生热传导现象。当热量从隔热平壁(平板)。由于车厢壁板内外存在温度差,因此就必然产生热传导现象。当热量从隔热平壁一侧传至另一使时,一般经历三个过程,即:高温空气中的热量传至高温一侧平壁表面,隔热平壁内的热传导,即热量从隔热平壁高温一侧表面传到低温一侧表面,热量从隔热平壁低温一侧表面传至低温一侧的空气中,上述传热平壁高温一侧表面传到低温一侧表面,热量从隔热平壁低温一侧表面传至低温一侧的空气中。上述传热过程可以看成是以热传导为主要形式的隔热平壁内的传热和以对流换热,热辐射为主要形式的隔热壁面的边界传热。
对于材质均匀的隔热平壁,单位时间内通过平壁的热量Q为:
       
式中--隔热平壁的传热系数(=, 1/R)[W/(m2·K)],R为隔热平壁的传热阻(m2·K/W);
   F—隔热平壁的传热面积(m2)
   --隔热平壁的两侧温度差(K)。
        值反映了车厢平壁的传热程度,值越大,传热过程越强烈,也就是说,在同样传热面积和车厢内外温差的情况下,传递的热量越多,车厢隔热性能越差,反之,车厢隔热性能越好。
2、车厢隔热平壁内的传热
车厢隔热平壁内部的传热形式主要是热传导。如果把单位时间和单位面积所通过的热量称为热流密度q(W/m2),则由傅立叶定律表述为:
 
式中--温度梯度(K/m);
    --材料导热系数[W/(m·K)]
 式中负号表示热量传递方向与温度梯度方向相反,即指向温度降低的方向,导热系数表示材料导热能力的大小,其值与材料的种类有关,一般金属材料的导热系数较高,非金属材料的导热系数较低,空气的导热系数最小,车厢骨架常用材料在常温压下的导热系数值见表2-7
 
    (1)单层均匀平壁导热计算,当隔热平壁的长度和宽度比其厚度大得多,而且平壁两侧面分别保持温度T1和T2时,可视其热量仅沿壁面法线方向传导导,即温度只沿垂直于壁面X方向变化(见图2-39)。
       
设距离左侧壁X处,厚度为dx的薄层温度差为,根据傅立叶定律,经过该薄层的热流密度为:
式中--隔热平壁两侧面的温度差(K);
 R—隔热平壁的热阻(m2·K/W).
(2)多层均匀平壁导热计算,实际的车厢壁板除了隔热层以外,还有内外蒙皮,因此可视其为多层均匀的平壁,其导热模型如图2-40所示。
假设平壁面积很大,各层厚度为各层材料的导热系数分别,并均视为常数,已知平壁内外侧表面的温度分别为T1和T4,且T1>T4,设多层平壁各层之间接触良好,无接触热阻产生,故分界面接触处无温度骤降。在稳定导热的情况下,平壁释放的热量应和它吸收的热量相等,因此通过各层热量也必然相等,根据式(2-7),每层的热流密度为:
将上式各层温差加并简化得:
(3)多层非均匀平壁导热计算,当因热桥而形成的热流短路时,平壁的温度分布就不能按一维稳定温度场来研究,具有热桥短路的多层非均平壁导热可按圆弧热流法进行计算。圆弧热流法基于下列假设
①凡与外壁金属板相边接的多属骨架,其温度与外壁金属板的温度相同,细小金属连接体的导热不予考虑;
 
②热流在金属骨架两侧按圆弧状流线从高温向低温流动,在转过90度角度后,热流垂直于壁板(见图2-41);
 
③不同材料相互密接,接触结构如图2-41所示,图中可将两根金属骨架之间的区域划分成一个单元,其中包含4个热流区,即ⅠⅡⅢ和Ⅳ区,各区传热过程如下:
Ⅰ区:此区宽度就是图示的金属骨架宽度
(木楞宽度)b,根据假设沿宽度b向的温度和外壁表面温度相同,当内外壁面的温度差为1K时,则通过该区传热面积为F的热量为:
如取隔热壁的高度(其方向垂直于宽度b向)为1m,则1区面积F=bx1m,因此通过该传热面积F的热量为:
 
式中h1—金属骨架筋板厚度(m)
 h2—断热桥(木楞)厚度(m)
 h3—断热桥(木夹板)厚度(m)
  金属材料的导热系数[W/(m·K)]
  断热桥材料的导热系数[W/(m·K)].
Ⅰ区:热流从金属骨架之筋板右缘向右沿圆弧方向通过隔热材料到达图示A-A线,然后沿着垂直于A-A线方向流向内壁。由金属骨架筋板传出的热流路程是逐渐变化的,也就是说,热流的最小圆弧半径=0,热流最大圆弧半径可根据从外壁面传入的热流与金属骨架筋板右缘传出的热流抵达A-A线时,热阻值应相等的条件,即:
 
 
3、车厢隔热壁边界的传热
(1)空气与隔热壁表面的对流换热,对流换热是流体与某一固体表面相接触所产生的换热过程,它是由于流体的对流和流体分子间的导热联合作用的结果,对流换热可分为自然对流和强制对流。自然对流是由于流体各部冷热不均而引起的流动,强制对流则由于外部的作用,例如风机或其他压差作用而产生的流体流动。无论是哪种形式的对流换热,单位时间,单位面积上所交换的热量均可用牛顿公式计算:
2、隔热车厢的热负荷计算
   冷藏车、保温车隔热车厢热负荷的计算是设计,选用制冷装置和加温设备的依据,隔热车厢热负荷计算分别如下:
(1)从车厢外经隔热壁传入车厢内的热量Q1
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