Патент на изобретение №2269768

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2269768 (13) C1
(51) МПК

G01N25/18 (2006.01)
G01M17/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 12.01.2011 – действует

(21), (22) Заявка: 2004129988/11, 12.10.2004

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

12.10.2004

(45) Опубликовано: 10.02.2006

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
SU 1730572 A1, 30.04.1992. JP 2272334 А, 07.11.1990. JP 1086048 А, 30.03.1989. GB 2122347 А, 11.01.1984. JP 10048166 А, 20.02.1998.

Адрес для переписки:

105425, Москва, Сиреневый б-р, 12, корп.1, кв.50, пат. пов. Т.Г. Горячкиной

(72) Автор(ы):

Науменко Сергей Николаевич (RU),
Теймуразов Николай Сергеевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Науменко Сергей Николаевич (RU),
Теймуразов Николай Сергеевич (RU)

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ КУЗОВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств и может быть использовано для определения среднего коэффициента теплопередачи кузовов транспортных средств. Способ состоит в нагреве воздуха внутри кузова источником тепла, в момент включения которого начинают замер температур воздуха внутри и снаружи кузова и, продолжая нагрев, выполняют одновременные замеры температур воздуха внутри и снаружи кузова в течение минимального времени, необходимого для аппроксимации с заданной точностью изменения мгновенных значений перепада температур. Заканчивают замеры задолго до установления стационарного теплового режима внутри кузова, дважды аппроксимируют их полную и усеченную выборку уравнениями степенных функций типа В+С, где – период времени; – перепад значений температур; А, В, С – константы аппроксимирующих уравнений, используя константы полученных уравнений, вычисляют коэффициент теплопередачи по формуле

где Н – среднегеометрическая теплопередающая поверхность; Р – мощность источника тепла; An, Вn, Aу, Bу – константы аппроксимирующих уравнений; n, у – индексы, соответствующие полному и усеченному рядам аппроксимируемых значений времени и перепадов температур. Технический результат заключается в снижении длительности и трудоемкости испытаний за счет упразднения процесса остывания воздуха в кузове. 1 табл.

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств и может быть использовано для определения среднего коэффициента теплопередачи кузовов железнодорожных вагонов, автомобилей, фюзеляжей самолетов, грузовых помещений рефрижераторных судов, строительных конструкций и т.д.

Наиболее распространенным является способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства, заключающийся в нагреве воздуха внутри кузова до установления стационарного температурного режима при помощи источника тепла известной постоянной мощности и последующем расчете коэффициента теплопередачи как отношения мощности источника тепла к площади теплопередающей поверхности кузова и установившейся в стационарном режиме разности температур воздуха внутри и снаружи кузова (см. “Методы и порядок проведения измерений и контроля изотермических свойств и эффективности оборудования для охлаждения и обогрева специальных транспортных средств”. Соглашение о международных перевозках скоропортящихся пищевых продуктов и о специальных транспортных средствах, предназначенных для этих перевозок, 1970 г. Женева).

Недостатком этого способа является необходимость затрат значительного времени труда и энергии на нагрев кузова последовательно в нерегулярном и регулярном режиме для достижения и поддержания стационарного температурного режима. По указанному способу испытания могут продолжаться сутками, так как любой сбой температур ведет к увеличению длительности эксперимента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства без достижения в нем установившегося режима температур воздуха, заключающийся в нагреве воздуха внутри кузова в нерегулярном режиме источником тепла известной постоянной мощности и одновременном измерении температур воздуха внутри и снаружи кузова в течение минимального времени, необходимого для аппроксимации в процессе нагревания хода изменения во времени разностей наружной и внутренней температур воздуха уравнением степенной функции, снижении мощности источника до известной величины, измерении температур воздуха снаружи и внутри кузова в течение минимального времени, необходимого для аппроксимации в процессе остывания хода изменения во времени разностей наружной и внутренней температур воздуха уравнением степенной функции и последующем расчете среднего коэффициента теплопередачи по найденным константам уравнений, аппроксимирующих процессы нагрева и остывания воздуха в кузове транспортного средства (А.с. №1730572, G 01 N 25/18, публ. 30.04.92, Бюл. №16).

Недостатком известного способа является необходимость последовательной реализации примерно равных по длительности процессов нагрева и остывания воздуха в кузове вагона.

Техническая задача – снижение длительности и трудоемкости испытаний за счет упразднения процесса остывания воздуха в кузове вагона.

Техническая задача достигается тем, что в известном способе определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства, в котором осуществляют нагрев воздуха внутри кузова посредством источника тепла, замер мощности источника тепла, замер температур воздуха внутри и снаружи кузова и последующий расчет коэффициента теплопередачи, процесс замеров температур начинают в момент включения источника тепла, продолжая нагрев выполняют одновременные замеры температур воздуха внутри и снаружи кузова в течение минимального времени, необходимого для аппроксимации с заданной точностью изменения мгновенных значений перепада температур, заканчивают замеры задолго до установления стационарного теплового режима воздуха внутри кузова, дважды аппроксимируют их полную и усеченную выборку уравнениями степенных функций типа

В+С,

где – период времени;

– перепад значений температур;

А, В, С – константы аппроксимирующих уравнений,

используя константы полученных уравнений, вычисляют коэффициент теплопередачи по формуле

где Н – среднегеометрическая теплопередающая поверхность;

Р – мощность источника тепла;

An, Вn, Aу, Bу – константы аппроксимирующих уравнений;

n, у – индексы, соответствующие полному и усеченному рядам аппроксимируемых значений времени и перепадов температур.

Пояснение к предлагаемому способу.

По известному способу определение искомого коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства достигается за счет того, что процессы нагрева и остывания воздуха в кузове состоят каждый из двух стадий – нерегулярного и регулярного режима, отличающихся друг от друга характером изменения темпа перепада температур при нагреве или остывании. На регулярных участках изменение темпа перепада температур происходит в соответствии с известным дифференциальным уравнением теплового баланса вида

где – перепад значений температур воздуха внутри и снаружи кузова;

– период времени;

d/d – темп изменения перепада температур;

Р – мощность источника тепла;

W – водяной эквивалент кузова;

К – коэффициент теплопередачи кузова;

Н – площадь теплопередающей поверхности кузова.

В связи с тем, что W, К и Н являются физическими константами, уравнение (1) в координатах (d/d; ) представляет собой уравнение прямой.

Вместе с тем, в известном способе установлено, что в начальный период нагрева и остывания вследствие наличия тепловой инерции кузова характер изменения d/d отклоняется от регулярного, предписанного уравнением (1), и подчиняется зависимости вида

где А и В – постоянные коэффициенты.

Переход от нерегулярного режима к регулярному при нагреве и остывании происходит в точках касания кривых (2) и прямых вида (1). Совместное решение уравнений нерегулярных участков нагрева и остывания вида (2) и касательных вида (1) к этим кривым, соответствующих стадиям регулярных режимов нагрева и остывания после ряда преобразований по известному способу, позволяет получить зависимость искомого среднего коэффициент теплопередачи К от параметров А и В уравнений нестационарных участков нагрева и остывания.

Упразднение процесса остывания по предлагаемому способу достигается за счет того, что найдена возможность один и тот же процесс нагрева воздуха в кузове транспортного средства, соответствующий нагреву по известном способу, дважды аппроксимировать двумя разными уравнениями типа d/dB, которые с точки зрения конечного результата адекватно заменяют участки нерегулярного нагрева и охлаждения. Совместное решение уравнений предлагаемых двух аппроксимаций нерегулярного участка нагрева и касательной вида (1) к этим кривым, соответствующей стадии регулярного режима нагрева, после некоторых преобразований позволяет получить зависимость искомого коэффициента теплопередачи К от параметров А и В уравнений, аппроксимирующих нерегулярный участок нагрева воздуха в кузове транспортного средства.

Последовательность действий для реализации предлагаемого способа на примере рефрижераторного вагона следующая.

Воздух во внутреннем объеме кузова вагона с известной среднегеометрической теплопередающей поверхностью Н (Н=200 м2) начинают нагревать при помощи источников тепла (электронагревателей) мощностью Р=6,73 кВт и через интервалы времени =1 ч выполняют n=12 замеров внутренней и наружной температур воздуха.

Этого количества замеров в данном случае достаточно для определения коэффициента теплопередачи с заданной точностью. Перепад температур вычисляется как разность одновременно замеренных температур воздуха внутри и снаружи кузова. Первый раз аппроксимируют уравнением вида B+С полный ряд всех 12 значений от =0 до =11 ч и соответствующих значений , а второй раз усеченный ряд из 10 этих же замеров от =0 до =9 ч, при условии, что нулевому интервалу времени =0 усеченного ряда ставится в соответствие второе значение перепада температур из полного ряда и так последовательно до последнего значения усеченного ряда =9 ч, которому в этом случае будет соответствовать предпоследнее, десятое в полном ряду значение .

Параметрам полного ряда присваивают индекс “n”, а параметрам усеченного ряда – индекс “у” и выполняют обе аппроксимации (см. табл.1).

Таблица 1.
№замера Время замера, n, (ч) Перепад температур внутри и снаружи вагона, n, (°с) lg(1 Cn) lgn lg(1– Cn) Время замера, у, (ч) Перепад температур внутри и снаружи вагона, у, (°с) lg(1– Су) lgу lg(1у)
1 0 1,53 -0,8520 1,1847 1,3607 0 6,67 -0,0733 0,8241 1,9167
2 1 6,67 0,0571 0,8241 5,5664 1 10,87 0,2659 1,0362 4,4366
3 2 10,87 0,3305 1,0362 2 14,4 0,4540 1,1584
4 3 14,4 0,4970 1,1584 lgn 3 17,62 0,5848 1,2460 lgу
5 4 17,62 0,6171 1,2460 5,7628 4 20,58 0,6853 1,3134 5,5781
6 5 20,58 0,7110 1,3134 8,7205 5 23,22 0,7668 1,3659 7,1982
7 6 23,22 0,7882 1,3659 6 25.51 0,8353 1,4067
8 7 25,51 0,8537 1,4067 В=1,4219 7 27,96 0,8946 1,4465
9 8 27,96 0,9106 1,4465 8 30,14 0,9467 1,4791
10 9 30,14 0,9609 1,4791 А=0,0726 9 31,62 0,9932 1,5000
11 10 31,62 1,0061 1,5000 А=0,04447 В=1,5554
12 11 33,29 1,0469 1,5223 К=0,000547

Для этого вычисляют среднегеометрические разности температур для полного и усеченного рядов rn=1n12n; =1у10у, где rn, , 1n, , 12n, 10у – соответственно значения среднегеометрических, первых и последних перепадов температур для полного и усеченного рядов перепадов температур.

rn и , соответствующие rn и определяются посредством интерполяции из выражений

где in и (in+1), и (iу+1) – следующие друг за другом пары значений перепадов температур, между которыми находятся соответственно величины rn и .

in, (in+1), , (iу+1) – значения интервалов времени, соответствующие величинам in, (in+1), , (iу+1) соответственно для полного и усеченного рядов.

Определяются значения коэффициентов Сn и Су по формулам

Величины среднегеометрических перепадов температур r, соответствующих им моментов времени r и коэффициентов С, вычисленных по приведенным выше формулам, соответственно для полного и усеченного рядов измерений составили rn=7,1368; =14,5256; rn=1,1111; =2,0391; Сn=-0,145; Су=-0,8447.

Коэффициенты уравнения аппроксимации Bn, An и Bу, Aу определяются из выражений

где Nn и Nу – соответственно число замеров для полного и усеченного рядов.

Искомый средний коэффициент теплопередачи кузова вагона К определятся из выражения

Таким образом, снижение времени, необходимого для определения среднего коэффициент теплопередачи, примерно в два раза за счет упразднения процесса остывания кузова с одной стороны приводит к соответствующему снижению эксплуатационных затрат, таких, как расходы на энергоносители, аренду помещений, техническое обслуживание и т.д., а с другой стороны соответственно увеличивает доходы за счет возрастания производительности тех специализированных помещений, в которых выполняются работы по определению искомого коэффициента.

Формула изобретения

Способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства, в котором осуществляют нагрев воздуха внутри кузова посредством источника тепла, замер мощности источника тепла, замер температур воздуха внутри и снаружи кузова и последующий расчет коэффициента теплопередачи, отличающийся тем, что в нем процесс замеров температур начинают в момент включения источника тепла, продолжая нагрев, выполняют одновременные замеры температур воздуха внутри и снаружи кузова в течение минимального времени, необходимого для аппроксимации с заданной точностью изменения мгновенных значений перепада температур, заканчивают замеры задолго до установления стационарного теплового режима внутри кузова, дважды аппроксимируют их полную и усеченную выборку уравнениями степенных функций типа

В+С,

где – период времени;

– перепад значений температур;

А, В, С – константы аппроксимирующих уравнений,

используя константы полученных уравнений, вычисляют коэффициент теплопередачи по формуле

где Н – среднегеометрическая теплопередающая поверхность;

Р – мощность источника тепла;

An, Вn, Aу, Bу – константы аппроксимирующих уравнений;

n, у – индексы, соответствующие полному и усеченному рядам аппроксимируемых значений времени и перепадов температур.

Categories: BD_2269000-2269999