Вариант 6 КУРСОВАЯ + ЛАБЫ / Курсовая / Курсовая работа Крюков.Н.С

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

(РУТ (МИИТ))

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»

Направление (специальность) УЗС-311«Инженерная экология»

Курсовая работа

по дисциплине «Теплофизика» на тему:

«Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов в системе кондиционирования воздуха»

Выполнил: студент группы УЗС-311

Крюков Н.С.

Проверил: ктн, доцент Тимошенкова Е.В.

Москва 2017

1

2.Тепловлажностная нагрузка на кабину локомотива в летний период

2.1Работа системы кондиционирования воздуха кабины машиниста состоит в

2.2Расчетная модель тепло- и влагопоступлений в кабину в летний период года 9

6.Расчет теплообменных аппаратов, входящих в систему кондиционирования кабины

2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» (РУТ (МИИТ))

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»

Направление (специальность) УЗС-311«Инженерная экология»

ЗАДАНИЕ Студенту группы УЗС-311 Крюкову Н.С на выполнение курсовой работы на

тему:

«Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов в системе кондиционирования воздуха»

Исходные данные:

3

1.ВВЕДЕНИЕ

Системы кондиционирования воздуха применяют для создания и поддержания нормируемого микроклимата, т.е. главным образом температуры, влажности, подвижности воздуха на рабочих местах машиниста и помощника.

Рабочее место локомотивной бригады изолировано от внешней среды ограждающими конструкциями (стенами), что позволяет создать в ней определенный микроклимат. Ограждения защищают помещения от непосредственных атмосферных осадков, а климатические установки поддерживают состояние внутренней среды на определенном уровне.

Совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающие заданные условия микроклимата в помещении будем называть системой обеспечения микроклимата.

Профессия машиниста локомотива относится к группе профессий операторского типа. Данный вид деятельности с физиологической точки зрения характеризуется выраженным нервно-эмоциональным напряжением и

втоже время малоподвижностью, что требует высокого уровня комфортности.

Всистему кондиционирования любого помещения входят такие теплообменные аппараты как: испаритель и конденсатор. При проектировании данных теплообменников инженер должен учитывать не только конкретные входные и выходные данные, например, по значениям температур, но и уметь определять величину этих значений входных-выходных данных в соответствии с общей нагрузкой на систему кондиционирования помещения,

а также определять режим работы теплообменников.

Инженерно-технический расчет теплообменных аппаратов предлагается провести на примере рассмотрения системы кондиционирования воздуха,

которая устанавливается на кабину машиниста с целью обеспечения в ней комфортного температурного режима для летнего периода эксплуатации подвижного состава.

4

1.1 Метеорологические основы для проектирования систем кондиционирования

К метеорологическим основам следует отнести такие составляющие как:

погоду, климат в данной местности и наличие солнечного излучения

(климатическая зона).

Состояние погоды определяется совокупностью следующих метеорологических параметров:

-температурой наружного воздуха, 0С;

-относительной влажностью наружного воздуха, %;

-атмосферным давлением, Па (в проекте принимается атмосферное давление 760 мм рт.ст.)

-скорость движения воздушных масс, м/с (в нашем проекте данный параметр не учитывается)

Перечисленные элементы являются исходными параметрами при

проектировании систем кондиционирования.

1.2 Теплофизиологические основы проектирования систем кондиционирования

В задачу кондиционирования воздуха в кабине локомотива входит обеспечение комфортных условий для человека. Теплоотдача от человека в окружающую среду осуществляется главным образом посредством теплопроводности, конвекции, а также за счет излучения и скрытого теплообмена испарением с поверхности тела.

Чтобы обеспечить комфортные условия необходимо чтобы в любой момент времени между количеством тепла и влаги, поступающим от человека в окружающее его пространство и количеством тепла и влаги, которая среда способна поглотить, будет обеспечен нулевой баланс. Таким образом,

тепловой комфорт можно обеспечить, если окружающая среда способна поглотить, то количество тепла и влаги, которое поступает от человека.

5

Рассчитаем температуру воздуха, которая должна быть в кабине локомотива по формуле:

(1)

в = 20 + 0,4 ( н − 20)

в = 20 + 0,4 (35 − 20) = 26 tв – температура воздуха в кабине, 0С;

tн – температура наружного воздуха, 0С

1.3 Гигиенические основы

Гигиенические требования заключаются в том, чтобы подвода чистого воздуха обновлять постоянно загрязняемый человеком воздух в кабине.

Физическая очистка воздуха достигается с помощью фильтров. В

соответствии с санитарно-гигиеническими нормами для летнего режима эксплуатации кабины локомотива принимаем необходимое количество наружного воздуха на 1 человека 30 м3/ч. С учетом, что в кабине могут находиться машинист, помощник и оператор, т.е. 3 человека, то наружного воздуха необходимо подавать не менее Lнар = 90 м3/ч

6

2. Тепловлажностная нагрузка на кабину локомотива в летний период (тепловлажностный баланс)

Модель системы кондиционирования воздуха в кабине машиниста

Модель системы кондиционирования воздуха в кабине машиниста представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

2.1 Работа системы кондиционирования воздуха кабины машиниста состоит в следующем:

Охлажденный воздух подается сверху кабины через технологические отверстия системы в количестве Lобщ. Данная точка подачи воздуха называется точкой притока и для дальнейших расчетов обозначается точкой П.

Далее поток воздуха плавно опускается и достигает рабочих мест машиниста и помощника. При этом, опускаясь, он аккумулирует тепло и влагу, и поэтому достигнув рабочего пространства он уже должен иметь

7

параметры точки В, которая определяет состояние внутреннего воздуха в кабине на рабочих местах.

Далее одна часть воздуха в количестве Lрец , всасывается в возвратный воздуховод внизу кабины, а вторая часть уходит самопроизвольно на улицу через щели и технологические каналы кабины. Та часть, которая всасывается в возвратный воздуховод, называется рециркуляционным воздухом, т.е.

возвращающимся в систему кондиционирования.

С улицы, пройдя очистку через фильтры, в систему кондиционирования поступает наружный воздух в количестве Lнар. Согласно санитарным нормам наружный воздух должен подаваться в количестве не менее 30 м3/ч на человека, и с учетом присутствия трех человек в кабине (машинист,

помощник, инструктор) для всех систем кондиционирования Lнар=90 м3/ч.

Наружный воздух имеет параметры, указанные в исходных данных

(температуру и влажность) а состояние наружного воздуха отражает точка Н,

которая также, как и точка В должна быть построена на I-d диаграмме.

Далее в смесительной камере смешиваются два потока воздуха:

рециркуляционный в количестве Lрец с параметрами точки В и наружный количестве с параметрами точки Н.

При этом должно строго выполняться следующее равенство: Lрец + Lнар

= Lобщ м3/ч.

Таким образом, при смешении двух потоков воздуха должна быть определена точка смеси С: рассчитаны ее параметры (температура, влажность,

энтальпия, влагосодержание). Расчет приведен в п.4.2 данной курсовой работы.

После этого смешанный воздух в количестве Lобщ проходит через диффузор, который немного затормаживает воздушный поток для его лучшего охлаждения при прохождении через сам корпус кондиционера. В

кондиционере поток воздуха охлаждается от параметров состояния точки С до параметров состояния точки П. Далее, в конфузоре воздушный поток

8

увеличивает свою подвижность и поступает в кабину из технологического

отверстия системы (точка притока П).

2.2 Расчетная модель тепло- и влагопоступлений в кабину в летний период года

Расчетная модель тепло- и влагопоступлений в кабину в летний период года представлена на рисунке 2.

Рисунок 2

Таким образом, сумма всех теплопоступлений в кабину локомотива в летний период эксплуатации, Вт, это и есть тепловлажностный баланс:

(2)

поступления = огр + инф + изл + чел + об + скр

поступления = 459 + 0,181 + 711,993 + 184,512 + 50 + 0,132

= 1405,818 Вт

Qогр – теплопоступления через ограждения (стены, окна, пол, крыша), Вт

Qинф – теплопоступления с инфильтрационным воздухом, Вт

Qизл – теплопоступления от солнечного излучения, Вт

Qчел – теплопоступления от людей, Вт

Qоб – теплопоступления от оборудования, Вт

9

Gскр. – скрытые теплопоступления или влагопоступления от людей и с инфильтрационным воздухом, Вт

2.3 Теплопоступления через ограждения

Приток тепла через ограждения кабины происходит путем теплопередачи и определяется из общего уравнения теплопередачи:

(3)

огр = ср ср ( нар − в) , Вт

огр = 2,5 20,4(35 − 26) = 459 Вт

кср – средний коэффициент теплопередачи ограждений кабины, Вт/м2К

Fср – средняя площадь ограждений кабины, м2

tв - температура внутреннего воздуха, 0С, определяется по формуле (1) tн – температура наружного воздуха, 0С

(4)

ср = лоб.ст + бок.ст 2 + пол + крыша + задн.ст , м2

ср = 4 + 2 3,2 + 2,8 + 3,2 + 4,0 = 20,4 м2

лоб.ст − площадь лобовой стенки кабины, м2бок.ст − площадь одной боковой стенки кабины, м2пол − площадь пола кабины, м2крыша − площадь крыши кабины, м2

задн.ст − площадь задней стенки кабины, м2

2.4 Теплопоступления с инфильтрационным воздухом

Инфильтрация – это проникновение наружного воздуха под действием ветра и разности температур через неплотности в ограждающих конструкциях кабины.

(5)

инф = инф р ( нар − в) , Вт

инф = 0,00002 1005 (35 − 26) = 0,181 Вт

10