Главная | Обратная связь

Расчет теплового баланса салона транспортного средства

Тепловой баланс салона автомобиля составляется для расчета необходимой теплопроизводительности системы отопления. Он учитывает теплоту, подводимую в салон и отводимую от него. Влияние в зимний период солнечной радиации из-за ее небольшой величины не учитывается, поэтому уравнение теплового баланса имеет следующий вид:

 

, (5.1)

где Q₀ – теплопроизводительность системы отопления;

Q_r – тепловой поток, поступающий в салон от водителя и пассажиров;

Q_g – тепловой поток, поступающий в салон от двигателя;

Q_c – тепловой поток, отводимый через пол, потолок, стенки и стекла салона;

Q_в – тепловой поток, удаляемый из салона вместе с выходящим наружу воздухом.

В большинстве автомобилей и автобусов двигатель расположен вне салона, отделен от него перегородками. Поэтому значение Q_g весьма мало. Для упрощения расчета им можно пренебречь. Ввиду малости, можно также пренебречь и величиной Q_r. В результате уравнение теплового баланса упрощается:

, (5.2)

Непрозрачные стенки салонов современных автомобилей состоят из нескольких слоев: металлической обшивки, антикоррозийного покрытия, термоизоляционного и противошумного слоев, гидроизоляционного пленочного покрытия. Тепловой поток, передаваемый через многослойную плоскую стенку, зависит от разности температур и условий теплообмена воздуха внутри помещения и снаружи, от свойств материалов и толщины каждого слоя (особенно термоизоляционного).

В общем случае, если стенки кабины состоят из n различных участков, то

, (5.3)

где k_i – коэффициент теплопередачи i-ого участка; F_i – площадь i-ого участка ; ∆t – разность температур воздуха внутри салона и снаружи.

Коэффициент теплопередачи i-ого участка определяется следующим образом:

, (5.4)

где α_вi и α_нi – коэффициенты теплоотдачи соответсвенно на внутренней и наружной поверхностях участка стенки; m – число слоев на данном участке; δ_i, λ_i – соответственно толщина и коэффициент теплопроводности i-го слоя.

Движение воздуха вдоль наружных поверхностей салона автомобиля имеет сложный характер. При движении автомобиля (или при стоянке на ветру) наблюдается неравномерное распределение скоростей вдоль боковых поверхностей, образование вихрей сзади автомобиля, его кабины и перед лобовым стеклом. Детальный учет этих факторов делает точное определение α_нi весьма сложным. К тому же при изменении скорости и направления движения автомобиля и ветра α_нi изменяются. Для упрощения расчетов в данной работе рекомендуется определить средний коэффициент теплоотдачи α_н по наружной поверхности кабины и считать, что он одинаков для всех ее участков, т. е. α_нi = α_н.

Для определения средних коэффициентов теплоотдачи при вынужденном обтекании плоских поверхностей потоком воздуха необходимо воспользоваться указаниями п. 9.1.1.

Внутри салона скорости движения воздуха весьма малы (не более 0,3 м/с по санитарным соображениям) и неравномерно распределены по объему. При столь малых скоростях процесс теплоотдачи на внутренней поверхности кабины обусловлен практически только естественной конвекцией. Коэффициенты теплоотдачи α_вi малы по сравнению с α_н и различны на различных участках. Например, α_в на поверхностях стекол будут больше, чем на поверхностях многослойных стенок, т. к. разность температур поверхностей и воздуха в первом случае больше, чем во втором. В данной работе с целью упрощения принято, что коэффициенты теплоотдачи на различных участках внутренней поверхности кабины одинаковы, т.е. α_вi = α_{в .} Из практики известно, что в подобных случаях α_в лежит в пределах от 6 до 20 Вт/(м²·К ). Рекомендуется принять для фургона α_в = 6÷12 Вт/(м²·К ) (утечки минимальны и скорость воздуха близка к нулю), а для кабины грузовика и салона автобуса α_в = 12÷20 Вт/(м²·К ) (воздух периодически обновляется).

Интенсивность обновления воздуха в салоне определяется кратностью циркуляции Z, т. е. числом полных смен воздуха за один час. По санитарным нормам Z = 7÷11 ч^-1 _. В фургоне, как правило, обновление воздуха связано с его утечками и, в этом случае, Z = 0,5÷1,5 ч^-1 _.

Тепловой поток Q_в, удаляемый из кабины с выходящим наружу воздухом, определяется следующим образом:

, (5.5) где – средняя массовая изобарная теплоемкость воздуха (кДж/(кг·К)) в диапазоне температур от t_нар до t_вн ( в данной работе, учитывая значения температур, можно использовать C_pв при 0 ^○С);

A_в – объемный расход воздуха (м³/с);

ρ_в – плотность воздуха в салоне (кг/м³);

t_вн и t_нар – температуры воздуха внутри и снаружи салона (^○С).

Объемный расход воздуха составит:

, (5.6)

где V – объем рассматриваемого салона автомобиля (м³);

Z – кратность циркуляцию (ч^-1).

Плотность воздуха в салоне определяется с помощью уравнения состояния идеального газа:

, (5.7)

где В – атмосферное давление (Па);

R = 287 Дж/(кг·К) – удельная газовая постоянная воздуха;

T_вн= t_вн + 273 – температура воздуха внутри помещения (К).

После того, как определены потери теплоты через стенки салона Q_c и с уходящим воздухом Q_в, из уравнения (5.2) можно найти потребную теплопроизводительность системы отопления Q₀ .