Параметры микроклимата «Автомобиля Chevrolet Niva»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ПЕТРОЗАВОДСКИЙ
Кафедра: Энергообеспечение предприятий и энергосбережения
Курс: Теоретические основы теплотехники
Курсовая работа:
ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА
«Автомобиля Chevrolet Niva».
Работу выполнил:
Студент гр.213ХХ
Работу принял:
г. Петрозаводск 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ......................
1. Состояние вопроса по системам кондиционирования воздуха……...4
2.Технические характеристики а
3.Определиние расчетного коэффициента
теплопередачи ограждений кузова........................
4.Теплотехнический расчет автомобиля
в летнее время........................
4.1.Теплопритоки через
ограждения....................
4.2.Теплопритоки от
4.3.Тепловыделения пассажиров.
4.4.Теплопритоки от освещения и электрооборудования...........
4.5.Теплопритоки от солнечной радиации......................
4.6.Суммарные теплопритоки..................
ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................
Список литературы.............
Основные задачи транспорта
– своевременное, качественное и
полное удовлетворение потребностей народного
хозяйства и населения в
Система отопления, вентиляции и кондиционирования автомобиля предназначена для создания и поддержания комфортных условий в салоне автомобиля.
Система отопления служит для обогрева салона автомобиля. Направление теплого воздуха осуществляется обычно к ветровому стеклу, боковым передним окнам, в салон автомобиля на уровне лица и ног человека.
Система вентиляции служит для охлаждения воздуха в салоне автомобиля, а также его очистки. Она использует конструктивные элементы системы отопления (вентилятор, направляющие каналы). Система вентиляции также комплектуется фильтром очистки (т.н.салонный фильтр). Фильтр задерживает пыль и твердые частицы, а также может улавливать запахи и вредные вещества.
Система кондиционирования служит для создания микроклимата в салоне автомобиля. Система имеет возможность, как охлаждать, так и нагревать воздух в салоне автомобиля. Типичная система кондиционирования включает автомобильный кондиционер. Современные автомобили оборудуются системой климат-контроля. Такие системы поддерживают заданные параметры микроклимата в салоне автомобиля независимо от температуры наружного воздуха. Конструкции отдельных климатических установок предусматривают раздельное регулирование температуры в разных частях салона автомобиля, т.н. раздельный климат-контроль.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО СИСТЕМАМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА.
Кондиционер представляет собой замкнутую герметичную систему, в которой принудительная циркуляция хладагента обеспечивает отвод тепла из салона автомобиля. Работа кондиционера возможна только при работающем двигателе автомобиля. Принцип работы можно свести к следующему.Компрессором 1, рис.1, постоянно обеспечивается сжатие и циркуляция хладагента. При сжатии газообразный хладагент переходит в жидкое состояние, конденсируясь в теплообменнике-конденсаторе с выделением тепла. Далее, при обратном переходе в газообразное состояние (испарение), в теплообменнике-испарителе происходит поглощение тепла
Рис.1. Схема работы кондиционера.
Находящийся в салоне автомобиля испаритель 5 постоянно снижает температуру воздуха. Хладагент переносит "скрытое" тепло в конденсатор 2, расположенный за пределами салона, и освобождается от него. Этот цикл непрерывно повторяется и, соответственно, постоянно отводится тепло из салона в атмосферу. Органы управления и исполнительные устройства позволяют поддерживать желаемый микроклимат.
Внимание: в системе кондиционирования автомобиля ШЕВРОЛЕ НИВА применяется хладагент R 134а.
Управление системой кондиционирования производится в ручном режиме, включением кнопки (А/С) 1, рис.3, управления кондиционером, ручки 5 регулирования температуры с синей и красной зонами, переключателем 2 оборотов электродвигателя вентилятора системы отопления, переключателем 4 распределения потоков воздуха по салону (вверх, вниз, центральная часть).
Рис.2. Блок управления отопителем и кондиционером:
2.ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ:
Таблица 1. Основные размеры автомобиля
Размер, м |
Количество посадочных мест |
Регион |
3,9× 1,7 × 1,64 |
5 |
Калининград |
В качестве изучаемого объекта я взяла Ваз 2123, в котором установлен кондиционер с потребляемой механической мощностью 2,1 кВт. Элементы конструкции кузова - это потолок, стены, пол, двери и окна. Все эти элементы выполнены из определенных материалов. Мы будем считать приблизительно, что все они имеют форму прямоугольника. Поэтому для каждого из элементов конструкции мы будем искать площадь как для прямоугольника.
Где:
- a – ширина конструкции;
- b- Длина конструкции.
Расчетная площадь
теплопередающей поверхности
где и соответственно, наружная и внутренняя площади поверхностей ограждения.
Рассчитаем площадь наружной поверхности
1) Площадь пола:
2) Площадь боковых стен:
3) Площадь торцовых стен:
4) Площадь крыши:
5) Площадь окон:
Лобовое окно:
Боковое переднее:
Боковое заднее:
Заднее окно:
,
где длина окна ,
ширина окна ;
количество окон
Рассчитаем площадь внутренней поверхности
1) ;
2) ;
3) ;
4) ;
Тогда ;
(без площади окон).
Общая площадь кузова автомобиля:
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО
Определение приведенного коэффициента теплопередачи будем вести по формуле:
где коэффициент теплопередачи.
Где коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки к наружному воздуху (или от наружного воздуха к поверхности стенки), Вт/(м2×К);
коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности стенки (или наоборот), Вт/(м2×К).
Таблица 2. Характеристики материалов теплоизолирующих поверхностей элементов ограждения кузова автомобиля
|
Материал |
Позиция |
Толщина однородного слоя , м |
Коэффициент теплопроводности слоя материала , Вт/(м2×К) |
Площадь , м2 | |
|
I. Крыша: Стальная обшива Мастика Фанерная обшивка Резопласт Изофлекс |
1 2 3 4 5 |
0,002 0,001 0,004 0,003 0,050 |
47,00 0,230 0,250 0,045 0,035 |
| |
|
II. Боковые и торцовые стены: Фанера ДВП Пенополеуретан Мастика Стальная обшива Резопласт Изофлекс |
1 2 3 4 5 6 7 |
0,004 0,020 0,063 0,001 0,002 0,003 0,050 |
0,250 0,055 0,035 0,230 47,00 0,045 0,035 |
| |
|
III. Пол: Резина Пенополеуретан Сталь Изофлекс Резопласт |
1 2 3 4 5 |
0,003 0,088 0,002 0,050 0,003 |
0,160 0,035 47,00 0,035 0,045 |
| |
|
IV. Окна: Стекло лобовое Стекло боковое Стекло заднее |
1 2 3 |
0,001 0,003 0,004 |
0,650 0,650 0,650
|
3,99 м² | |
Величина αн зависит от скорости и характера воздушного потока, обдувающего наружную поверхность. Чем больше скорость, тем больше масса воздуха, вступающего в теплообмен с поверхностью стен, и, значит, тем больше значение αн. Характер потока - спокойный (ламинарный), при котором струи воздуха переменны, или с завихрениями (турбулентный) - зависит от угла его направления к обдуваемой поверхности, от характера самой поверхности и ее площади. При большом угле направления потока и при неровной (шероховатой и с выступающими частями) поверхности образуются завихрения, большая масса воздуха входит в соприкосновение с поверхностью и значение αн увеличивается. При ровной поверхности, чем больше ее площадь (точнее протяженность в направлении потока), тем спокойнее характер потока и тем меньше значение αн.
Для автомобиля направление потока воздуха и обдуваемой поверхности или совпадает, или поток находится под небольшим углом к большей части поверхности - боковым стенам, крыше, полу. Конфигурация и характер поверхности автомобилей, в основном ровные и примерно одинаковые, поэтому для определения значения αн можно пользоваться эмпирической формулой, в которой переменными величинами являются лишь скорость движения автомобиля и его длина:
Где :
- U - скорость автомобиля, м/с;
- ℓ - длина кузова, м.
Рассчитаем величину αн для различных скоростей в интервале от 0 до 75 км/ч и занесем результаты в таблицу 4.
Таблица 3. Коэффициенты теплоотдачи
U, км/ч |
0 |
15 |
25 |
35 |
45 |
55 |
65 |
75 |
αн, Вт/(м²∙К) |
15,00 |
49,35 |
72,25 |
95,15 |
118,05 |
140,95 |
163,85 |
186,76 |
Величина αв зависит от тех же показателей и параметров, что и величина αн. Но скорости движения воздуха внутри потока от работы вентиляции значительно меньше скоростей атмосферного воздуха, а конвективные скорости в результате теплообмена между внутренними поверхностями и воздухом в вагоне значительно уменьшаются вследствие загроможденности. Поэтому величина αв меньше величины αн, даже в стоящем вагоне. По рекомендациям, значение αв может быть принято равным: αв =10 Вт/(м² ∙ К).
Рассчитаем коэффициенты теплопередачи при различных скоростях с учетом площади элементов конструкции автомобиля и занесем данные в таблицу 4.
Таблица 4. Коэффициенты теплопередачи при различных скоростях с учетом площади
U, км/ч |
0 |
15 |
25 |
35 |
45 |
55 |
65 |
75 |
Кср |
|
Пол |
2,39 |
2,45 |
2,457 |
2,462 |
2,464 |
2,466 |
2,467 |
2,469 |
2,453 |
Стены |
3,37 |
4,015 |
4,022 |
4,026 |
4,029 |
4,030 |
4,031 |
4,032 |
3,944 |
Потолок |
2,015 |
2,073 |
2,081 |
2,086 |
2,088 |
2,089 |
2,091 |
2,092 |
2,077 |
Окна |
20,67 |
27,33 |
28,5 |
29,34 |
29,75 |
29,98 |
30,18 |
30,43 |
28,273 |
Кср |
7,11 |
8,97 |
9,26 |
9,48 |
9,58 |
9,64 |
9,69 |
9,76 |
9,186 |
График 1. Зависимость коэффициента теплопередачи от скорости.
4. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ В ЛЕТНЕЕ ВРЕМЯ.
Расчет теплопритоков в автомобиле в летнее время производится для определения производительности системы охлаждения.
Общий теплоприток в автомобиль определяется по следующей формуле:
где теплоприток в машину поступающий через ограждение кузова в следствии перепада температур воздуха снаружи и внутри автомобиля, кВт;
теплоприток от инфильтрации воздуха, кВт;
теплоприток от солнечной радиации, кВт;
теплоприток от тепловыделения пассажиров, кВт;
тепловыделение работающего в автомобиле оборудования, кВт;
приток наружного воздуха, подаваемого в автомобиль вентиляцией, кВт.
Находим каждый вид теплопритоков:
4.1. Теплопритоки через ограждения:
где
К – коэффициент теплопередачи элемента, Вт/(м2∙К),
F – площадь элемента кабины, м2 (табл. 4).
наружная температура воздуха летом (июль);
температура воздуха в салоне машины.
Принимаем .
Вычислим разницу температур: ∆t = tн-tв = 2,4ºС
Определим теплопритоки через отдельные элементы. Для этого площадь данного элемента будем умножать на коэффициент теплопередачи для данного элемента при различных скоростях и на ∆t. Расчет Q1 , Вт при различных скоростях.
Таблица 5. Значения теплопритоков при различных скоростях
U, км/ч |
0 |
15 |
25 |
35 |
45 |
55 |
65 |
75 |
Q1ср |
|
Пол |
28,106 |
28,812 |
28,894 |
28,953 |
28,977 |
29,000 |
29,012 |
29,035 |
28,849 |
Торц.Стены |
45,099 |
53,730 |
53,824 |
53,878 |
53,918 |
53,931 |
53,944 |
53,958 |
52,785 |
Бок.стены |
103,46 |
123,26 |
123,48 |
123,59 |
123,69 |
123,72 |
123,75 |
123,78 |
121,09 |
Крыша |
169,40 |
223,01 |
232,56 |
239,41 |
242,76 |
244,64 |
246,26 |
248,31 |
230,79 |
∑Q1ср |
86,52 |
107,20 |
109,69 |
111,46 |
112,34 |
112,82 |
113,24 |
113,77 |
108,38 |
Из таблицы видно, что средний суммарный теплоприток через ограждения равен: Q1=0,108 кВт
График 2. Зависимость теплопритоков от скорости.
4.2.Теплопритоки от инфильтрации.
Теплопритоки от инфильтрации воздуха находятся в прямой зависимости от перепада температур между температурами воздуха внутри и снаружи и от частоты открывания дверей. Инфильтрация через небольшие неплотности ограждений не учитывается, так как при работающей системе вентиляции и образующимся при этом перепаде воздуха наружный воздух через эти не плотности внутрь не проходит. Поскольку теплоприток через ограждения Q1 , также пропорциональны перепаду между температурами воздуха внутри и снаружи вагона, теплоприток от инфильтрации Q2 определяют как некоторую часть Q1 , по формуле:
Q2=K′∙Q1
Где K'- безразмерный числовой коэффициент. В нашем случае его принимают K' = 0,3
Q2 = K′∙Q1 = 0, 3∙0,137 = 0,041 кВт,
таким образом, теплопритоки от инфильтрации Q2=0,041 кВт
4.3.Тепловыделения пассажиров.
Различными исследователями установлено, что теплоотдача за счет конвекции при комфортных условиях составляет 33-35% всей теплоотдачи. Количество теплоты, отдаваемое излучением, находится в пределе 42-44%. Теплоотдача испарением составляет 20-25% отдаваемой теплоты. При температуре воздуха ниже температуры кожи человека количество испаряемой влаги остается практически постоянным. При более высоких температурах влагоотдача возрастает. Потоотделение начинается при температуре выше 28-29 °С, а при температуре выше 34 °С теплоотдача испарением и потоотделением является практически единственным способом теплоотдачи организма. При температуре воздуха 38 оС и влажности 56% наступает предел естественной терморегуляции тела; при легкой одежде этот предел 38 °С и 43%, при обычной одежде 38 °С и 39%.
Определяются по формуле:
Q3=q1∙n,
где qл - суммарное (сухое и влажное) тепло, выделяемое одним пассажиром, Вт; n - количество пассажиров, исходим от количества сидячих мест.
Пассажиры находятся в помещении с малой кубатурой. Это несколько ухудшает условия их пребывания и одновременно предъявляет повышенные требования к обеспечению состояния и состава воздуха в пассажирском помещении. Тепловой комфорт пассажиров зависит от правильного выбора параметров метеорологического состояния воздуха в помещении с учетом времени года и климатических условий местности, по которой будет курсировать транспортное средство. При этом имеется в виду, что пассажир находится в спокойном состоянии.
Общая теплоотдача пассажира,
находящегося в спокойном состоянии,
при нормальных условиях составляет
около 100 ккал/ч. За счет этого тепла
температура воздуха в пассажир
qл = 117 Вт .
Q3 = 117∙5 = 585 Вт=0,585 кВт
Q3 = 0,585 кВт
4.4.Теплопритоки от освещения и электрооборудования.
Cоставляют: Q4 = 47 Вт = 0,047 кВт.
4.5.Теплопритоки от солнечной радиации.
Основные поступления
тепла в помещение летом
Теплопритоки от солнечной радиации рассчитываются по формуле:
Где Ак и Ас - коэффициенты теплопоглощения солнечных лучей соответственно крышей и стенами вагона, равные Ак=0,5 и Ас=0,7 для крыши и стен серого цвета; Iг и Iв - интенсивность солнечной радиации для горизонтальной (крыша) и вертикальной (стены и окна) поверхностей кузова вагона, зависящая от географической широты местности. По справочникам для широты 60° (Республика Карелия г. Петрозаводск) Iг=319 Вт/м2 и Iв=206 Вт/м2 .
Кк и Кс - коэффициенты теплопередачи ограждений крыши и стен (без окон). Кк=8.39 Вт/м2 и Кс=8.49 Вт/м2.
Кок - коэффициент пропускания солнечных лучей окнами с двойными стеклами, определяемый как произведение коэффициента пропускания солнечных лучей стеклами К1=0,4 (окно с метеллическим переплетом, двойное) и поправочных коэффициентов, учитывающих загрязнение стекол К2=0,9 и применение сплошных солнечных штор с темной наружной стороной К3=0.2.
Кок = 0.6∙К3К1∙К2+0,4К2К1=0,6∙0,4∙0,
Fк, Fс и Fок - площади соответственно крыши, одной боковой стены (без окон) и окон на одной боковой стене. Площадь пола и теневой боковой стены в расчет не принимается из-за очень малой величины рассеянной солнечной радиации.
Fк=3,4 м2
Fс= 12,792м2
Fок= 1,03м2
- коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности, определяемый по эмпирической формуле:
Где:
- скорость движения поезда, принимаемая равной 60 км/ч;
- длина боковой стены
Q5=343 Вт = 0,343 кВт
4.6.Суммарные теплопритоки
Q∑= Q1+Q2+Q3+Q4+Q5
Q∑=0,108+0,041+0,585+0,047+0,
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
В данной работе я рассмотрела показатели теплотехнических качеств кузова, которыми являются: коэффициент теплопередачи и теплопритоки в салон.
Коэффициент теплопередачи кузова автомобиля марки Chevrolet Niva усреднённый по всем скоростям в интервале от 0 до 75 км/ч равен Кср = 9,19 Вт/(м² ∙ К). Теплопритоки в кузов автомобиля составляют 1,153 кВт. Применяемая в автомобиле система кондиционирования с потребляемой механической мощностью 2,1 кВт удовлетворяет условиям.
- А.С. Устинов, И. К. Савин, Теплотехника. - Петрозаводск,2010.
- Интернет ресурсы.
