Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Безопасность и качество скоропортящихся продуктов питания 9
1.1. Состояние вопроса безопасности и качества продуктов питания в Рос сийской Федерации 9
1.1.1. Проблемы здорового питания населения страны 9
1.1.2. Законодательство в области хранения и транспортировки пищевых продуктов 9
1.1.3. Вопросы экологической безопасности и качества пищевых продуктов 10
1.2. Правила и условия погрузки скоропортящихся грузов 14
L3. Причины снижения качества продуктов питания и методы поддержа ния их сохранности при перевозках 17
Глава 2. Особенности перевозок скоропортящихся пищевых продуктов 29
2.1. Законодательная и нормативно-техническая документация в области хладотранспорта 29
2.2. Современное состояние холодильной техники на транспорте 34
2.2.1. Особенности конструкций рефрижераторных и изотермических кон тейнеров 34
2.2.2. Анализ конструктивных недостатков транспортных холодильных систем 39
2.3 Особенности организации воздухоподачи в транспортных и стационар ных холодильных устройствах 40
2.3.1 Теоретические предпосылки решения задач совершенствования систем воздухораспределения 40
2.3.2 Холодильные системы с теплозащитной рубашкой 41
2.3.3 Организация воздухораздачи в транспортных холодильных системах 45
2.4. Совершенствование конструкций систем воздухораспределения с теплозащитной рубашкой 49
2.5. Выводы и рекомендации к главе 2 56
Глава 3. Моделирование транспортных систем охлаждения 58
3.1. Теоретические основы метода математического моделирования 58
3.1.1. Принципы математического моделирования 58
3.1 2. Требования к моделям исследуемых технических объектов 61
3.1.3. Геометрическое моделирование 62
3.1.4. Моделирование воздуховодов 62
3.1.5. Моделирование тепловых процессов теплообменных аппаратов 64
3.1.6. Определение условий моделирования системы воздухораспределе- ния холодильного устройства 66
3.2. Программное обеспечение в задачах моделирования 66
3.3. Средства моделирования тепловых полей программного пакета MatLab 68
3.3.1. Назначение ToolBox PDE 68
3.3.2. Применение МКЭ для решения ДУ 69
3.3.2.1. Развитие МКЭ 69
3.3.2.2. Типы конечных элементов 72
3.3.2.3. Математическое описание процессов теплопроводности 73
3.3.2.4. Применение МКЭ для решения ДУ 76
3.4. Конструкция исследуемого технического устройства 79
3.4.1. Устройство кузова контейнера 79
3.4.2. Работа системы воздухораспределения контейнера 83
3.5. Методика моделирования аэродинамических и тепловых процессов в контейнере 85
3.5.1. Параметры функциональной модели контейнера 85
3.5.2. Алгоритм решения тепловых и аэродинамических задач в среде Mat-Lab 89
3.5.3. Функциональная модель контейнера 91
3.6. Моделирование аэродинамических и тепловых процессов в контейнере 103
3.6.1. Эффективность системы охлаждения с термоактивной изоляцией 103
3.6.2. Постановка задачи моделирования тепловых полей фрагмента ограждения контейнера 120
3.6.3. Исследования модели варианта «А» 123
3.6.4. Исследования распределения температурных полей модели варианта «В» 126
3.6.5. Исследования распределения температурных полей модели варианта «К» 127
3.6.6. Результаты расчета температурных полей модели варианта «Г» 130
3.7. Теоретическое подтверждение методов расчета моделей 137
3.8. Выводы и рекомендации к главе 3 139
Глава 4. Результаты эксплуатационных испытаний рефрижераторного контейнера 142
4.1. Особенности конструкции опытного контейнера 142
4.2. Распределение температур в грузовом помещении опытного контейнера 144
4.3. Выводы по главе 4 150
Общие выводы 154
Литература 156
Приложение 171
- Правила и условия погрузки скоропортящихся грузов
- Современное состояние холодильной техники на транспорте
- Программное обеспечение в задачах моделирования
- Распределение температур в грузовом помещении опытного контейнера
Введение к работе
Развитие экономики нашей страны и ее конкурентоспособность во многом определяются совершенствованием технологий услуг. В первую очередь услуги железнодорожного транспорта, который вьтолняет 80 процентов всего грузооборота. Повышение эффективности перевозок грузов на железнодорожном транспорте является одной из основных задач отраслевой науки. Одним из приоритетных направлений по решению этой задачи является внедрение энергосберегающих технических средств и технологий, что подтверждается принятием «Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года».
Среди мер по снижению потребления энергоресурсов на хладотранспор-те, а также повышению безопасности и качества перевозимых скоропортящихся грузов важное значение имеют вопросы совершенствования теплоэнергетических и эксплуатационных показателей транспортных холодильных устройств.
В эксплуатационных затратах холодильного транспорта доля энергозатрат на охлаждение составляет более 50 %. По теплоэнергетическим показателям находящийся в эксплуатации рефрижераторный подвижной состав не отвечает современным требованиям. Многочисленные исследования и опыт эксплуатации показывают, что существующие конструкции транспортных холодильных устройств не обеспечивают поддержание температуры перевозки по всему грузовому объему с требуемой точностью. Это приводит к ухудшению качества и порче груза.
Одним из путей решения этих проблем является применение конструкции ограждения с теплозащитной воздушной рубашкой, которая позволяет снизить энергопотребление холодильной системы на циркуляцию воздуха до 11 раз, улучшить сохранность перевозимых грузов в 1,5 — 2 раза [26, 27, 28]. Воздушная теплозащитная рубашка до настоящего времени на транспортных холодильных устройствах не применялась, что актуализирует разработку методики проектирования и создание конструкции ограждения кузова с более высокими экономическими и теплотехническими показателями.
Физическое старение средств доставки СПГ на железнодорожном транспорте в нашей стране приведет к тому, что в 2010 году закончится срок службы практически всего парка рефрижераторных вагонов ОАО «РЖД». Поэтому была поставлена задача усовершенствования конструкции рефрижераторного контейнера и создания методики, позволяющей ускорить и упростить процесс разработки транспортных холодильных устройств и снизить затраты при их проектировании.
В «Основах политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу», утверждённых 30 марта 2002 г. определены важнейшие направления государственной политики в области науки и технологий. Определены цели государственной политики в области развития науки и технологий - прикладные исследования и разработки, формирование национальной инновационной политики, повышение эффективности использования результатов научной и научно-технической деятельности, развитие международного научно-технического сотрудничества и др. Поставлена задача - ориентировать прикладные исследования и разработки на решение комплексных научно-технических и технологических проблем. Одним из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники признано направление «Технология живых систем», включающее исследования и разработки по проблемам перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса [98].
Перевозки скоропортящихся продуктов, являющиеся неотъемлемой частью агропромышленного комплекса, очевидно, нуждаются в обеспечении высокой степени ответственности за качество и безопасность доставляемых продуктов питания. Успех перевозки скоропортящихся пищевых продуктов во многом зависит от правильного выбора организации термообработки продуктов питания и технического совершенства средств доставки.
В этом отношении рефрижераторный контейнер является наиболее подходящим устройством для транспортировки продуктов на дальние и сверхдальние расстояния.
В настоящее время перевозки в рефрижераторных контейнерах являются динамично развивающимся сектором мировых интермодальных перевозок скоропортящихся грузов, которые обеспечивают высокую сохранность транспортируемых пищевых продуктов, позволяют организовать доставку от двери до двери без перевалки и принимать к перевозке практически любые по объему партии груза (от 20 т и выше).
В 2004 год мировой парк рефрижераторных контейнеров превысил 780 000 единиц в двадцатифутовом эквиваленте, что больше на 430 % в сравнении с 1990 г. Наиболее часто перевозимыми в контейнерах грузами являются бананы (35%), цитрусовые (17%), овощи (10%), мясо (8%) и рыба (8%) [89].
Рост контейнерных перевозок: скоропортящихся грузов наблюдается и в России. По оценке авторов, парк рефрижераторных контейнеров в нашей стране за последние годы увеличился на несколько сотен единиц в двадцатифутовом эквиваленте. Контейнерные линии протянулись от портов Балтики и Москвы в сторону государств Средней Азии, а также Владивостока, Магадана и Камчатки.
В настоящей работе авторами предпринята попытка исследовать вопросы энергосбережения, обеспечения надлежащего температурного режима и установить причины порчи пищевых продуктов, применительно к перевозкам в рефрижераторных контейнерах. Запатентованы холодильные устройства, обеспечивающие поддержание минимальной разности температур в грузовом помещении [58, 60, 66, 67]. Выполнена оценка современного состояния холодильной техники на транспорте. Выявлены недостатки конструкций транспортных холодильных систем. Рассмотрены существующие подходы и тенденции теоретических предпосылок для решения задач совершенствования систем возду-хораспределения, применяемых на хладотранспорте [53, 57].
Разработаны алгоритмы методики решения задач, описывающих аэродинамические и тепловые процессы в рефрижераторном контейнере с новым типом конструкции ограждения, позволяющие выполнять оценку энергетической и экологической эффективности холодильного устройства на этапе проектирования и определять в эксплуатации теплотехническое состояние кузова контейнера. Проведены исследование математических моделей новых конструкций рефрижераторных контейнеров с усовершенствованной изоляцией. Численно исследовано методом конечных элементов распределение двумерных температурных полей в моделях изоляции холодильных устройств [47].
В работе использованыследующие сокращения:
ГКЭ - граничный конечный элемент;
ДУ — дифференциальное уравнение;
КПД - коэффициент полезного действия;
КРК — крупнотоннажный рефрижераторный контейнер;
КЭ — конечный элемент;
МКЭ — метод конечных элементов;
СПГ - скоропортящиеся грузы;
ХОУ — холодильно-отопительная установка.
Правила и условия погрузки скоропортящихся грузов
Для устранения неравномерности температурных полей пищевых продуктов по объему грузового помещения контейнера воздух должен иметь возможность свободно циркулировать вдоль внутренних поверхностей кузова, независимо от применяемого вида укладки. Равномерность распределения воздуха, охлаждающего груз, определяется в зависимости от способа укладки груза. Очевидно, что разнообразные размеры коробок требуют различных способов укладки в штабель. Высокое сопротивление давлению воздуха, нагнетаемого вентиляторами, приводит к уменьшению объема воздуха, омывающего груз. Следствием этого является более низкая величина коэффициента теплоотдачи от груза к воздуху.
При большом сопротивлении потоку воздуха, скорость воздуха, проходящего сквозь штабель груза, будет относительно небольшой, либо полностью отсутствовать. Наоборот, при укладке груза с большими промежутками штабель будет обладать низким сопротивлением. Следовательно, при такой укладке воздух, пройдя зону минимального сопротивления по короткому циклу, возвратится к холодильной установке, не охладив большую часть груза. Необходимо отметить, что решением задачи равномерного охлаждения груза может явиться организация однородного распределения воздуха в грузовом объеме контейнера.
При перевозке замороженных пищевых продуктов ящики рекомендуется укладывать плотным штабелем. Целью плотной укладки является защита груза от теплового потока, проникающего через ограждение транспортного средства.
Отметим, что в эксплуатации КРК имеет место погрузка ящиков или коробок на всю высоту до потолка, при которой сечение, необходимое для прохода возвратного воздуха к испарителю, ограниченное верхней частью штабеля и потолком уменьшается. В случае загрузки тарой различного размера, либо при неполном заполнении грузом контейнера, рекомендуется дополнительно запол нять свободное пространство пустыми картонными коробками или другим материалом для образования воздушных каналов.
Способы погрузки должны разрабатываться с учетом требований к уменьшению площади контакта продукта со стенами и полом. В большей степени это требование относится к рефрижераторным транспортным средствам, стены которых не оборудованы ребрами. Уменьшение площади контакта улучшает температурные условия перевозки и снижает возможность перегрева (переохлаждения) груза.
В процессе работы ХОУ при температуре испарителя ниже О С происходит выпадение инея, что приводит к ухудшению циркуляции воздуха, падению холодопроизводительности установки и повышению расхода энергии. Этот процесс происходит в присутствии влаги в воздухе. При перевозке неупакованных продуктов влага переходит в воздух и переносится циркуляционным потоком к испарителю.
В целях достижения максимальной эффективности нижнего воздухорас-пределения, используемого в рефрижераторных контейнерах, необходимо выполнять плотную загрузку пищевых продуктов и вьщерживать зазор между верхним уровнем штабеля и потолком для прохода возвратного воздуха к испарителю. Этот зазор (расстояние от потолка до погрузочной линии красного цвета) должен составлять не менее 100 мм. Если расстояние от верха штабеля до потолка будет менее установленного, циркуляция воздуха нарушится, что может привести локальным нарушениям температурного режима перевозки, отмечаемого, как правило, в зоне дверей. Нарушение циркуляции воздуха проявляется в большей степени, при неравномерной укладке груза, что заставляет воздух циркулировать коротким циклом в зоне ХОУ. Кроме того, необходимо соблюдать условие, при котором Т-образные направляющие пола под грузом от ХОУ до дверей должны быть перекрыты для снижения потерь давления воздуха под грузом. В этих целях применяют укладку плотного картона на направляющие пола.
Охлажденный воздух при циркуляции в грузовом помещении нагревается, следовательно, температура входящего в испаритель воздуха всегда будет выше температуры выходящего. Следовательно, при установке температуры в контейнере, необходимо принимать во внимание эту разность.
Некоторые ХОУ имеют способ управления пуск-остановка. Включение установки осуществляется при снижении температура возвратного воздуха до установленной на регуляторе температуры. Для исключения слишком частого включения - выключения ХОУ, установки не включаются до тех пор, пока температура воздуха не превысит на I - 2 С установленную температуру. Это означает, что в рабочем цикле температура возвратного воздуха будет на 1 - 2 С, а на подаче на 3 - 6 С выше установленной температуры.
Необходимо отметить важность улучшения циркуляции воздуха для поддержания температурного режима в грузовом помещении, которое обеспечивается:- равномерным воздухораспределением по всему объему грузового помещения;- солюдением зазора между задними дверями и грузом, составляющего 50 мм, что необходимо для поддержания циркуляции воздуха на требуемом уровне. Образование воздушного канала в зоне дверей обеспечивается надлежащей погрузкой;- максимальным закрытием направляющих пола грузом для предотвращения возникновения короткого цикла циркуляции воздуха;- применением дополнительных мер для организации циркуляции воздуха в зоне боковых стен контейнера, поглощающего трансмиссионный тепло-приток. Для транспортных холодильных устройств, не имеющих оребрения внутренних поверхностей, рекомендуется крепить на стенах гофры, либо устанавливать рейки для организации циркуляции воздуха между стеной и грузом.
Кроме того, рекомендуется поддерживать циркуляцию воздуха на уровне не менее 60 - 80 объемов грузового помещения в час, как для замороженных,
Современное состояние холодильной техники на транспорте
В группу специализированных контейнеров входят рефрижераторные, которые конструктивно представляют контейнеры с термоизолированным корпусом и холодильно-отопительным устройством. Теплоизоляция ограничивает передачу теплоты между внутренней и внешними средами, а температура внутри контейнера регулируется в зависимости от условий перевозки гру зов. Рефрижераторные контейнеры должны обеспечивать внутреннюю температуру от - 25 до + 12 С при расчетной наружной температуре от 40 до -40 С и поддерживать автоматически заданную температуру с точностью ± 1 С [17].
В транспортной холодильной технике наиболее широко применяются ХОУ известных зарубежных фирм Carrier Transicold Ltd, ThermoKing Corporation, Sea Containers Ltd, Mitsubishi Heavy Industries Ltd, Daikin Industries Ltd и Sabroe Reefer Cooll.
Современные ХОУ, служащие для охлаждения и отопления контейнера, выполняют контроль температур в грузовом помещении с помощью температурных датчиков, расположенных в зоне подачи и возврата циркулирующего воздуха. Холодильные установки оснащаются устройствами (регуляторами), которые одновременно выполняют как регулировку, так и запись температур воздуха. С помощью этих устройств регулируется производительность ХОУ и поддерживается требуемая температура подаваемого воздуха. Блок управления регулятора содержит блок микрокомпьютера и блок коммутационной аппаратуры.
Сигналы от датчиков (значения температуры воздуха) заносятся в память регистратора, наряду с другой информацией для последующего перевода в бумажный вид и дальнейшего изучения. Распечатку данных можно получать с использованием персонального компьютера или портативного компьютера. Это позволяет получать отчеты температур в течение груженого рейса с высокой точностью.
Регуляторы имеют дополнительные функции. Например, с помощью функции «РгеТгір» (Предрейсовая диагностика) осуществляется проверка работоспособности всех систем ХОУ перед погрузкой.
В зависимости от установленной температуры контроль температур осуществляется с помощью датчика подаваемого воздуха (при заданной температуре выше от - 9 до - 4 С, что зависит от настройки регулятора), в противном случае регулятор автоматически переключается на выполнение контроля температуры посредством датчика возвратного воздуха.
С помощью таких управляющих систем, может поддерживаться температура контролируемого воздуха в пределах ± 0,2 С от установленной [163].
Регистраторы температуры, как правило, записывают температуру воздуха, и в настоящее время это считается достаточным. Температура возвратного или подаваемого воздуха не может служить показателем при несоответствии температуры продукта требуемым параметрам по всему объему груза. Некоторые компании помещают в штабеле груза один, два или даже несколько автономных прибора, которые производят запись для документальной регистрации температуры перевозимого груза.
Для создания и поддержания определенных требуемых условий в грузовом помещении, с целью сохранения высокого качества перевозимого груз:, независимо от условий окружающей среды, в контейнеры встраиваются устройства регулирования температуры, влагосодержания воздуха, а также газовой среды. К таким устройствам относятся ХОУ, служащие для компенсации теп-лопритоков, установки для подачи влаги, устройства регулирования газовой среды (РГС), устройства для сжигания этилена, различные системы фильтров для уничтожения посторонних запахов, удаления пыли и бактерий.
Наиболее распространены КРК стандарта ИСО длиной 6059 и 12192 мм.Техническая характеристика контейнера повышенной вместимости длиной 12,2 м («High-cube»):Длина: снаружи - 12192 мм; внутри - 11575 мм.Ширина: снаружи - 2438 мм; внутри - 2294 мм.Высота: снаружи - 2896 мм; внутри - 2560 мм; погрузочная - 2440 мм.Вес брутто - 32500 кг.Коэффициент теплопередачи К кузова контейнера - не более 0,4 Вт/(м -град).Полезный объем - 68 MJ, масса тары - 4300 кг, грузоподъемность - 28200 кг.
Основными несущими элементами конструкции крупнотоннажных контейнеров являются продольные и поперечные балки, стенки, крыша и пол контейнера. Наружная обшивка стен и крыша состоит из стальных или алюминиевых листов. Поверхность обшивки гладкая или гофрированная. Внутренняя обшивка стен должна обеспечивать необходимую циркуляцию воздуха в грузовом объеме. Для этого обшивка выполняется с гофрированием. Материал обшивки - листы нержавеющей стали, алюминия или стеклопластика.
Верхний настил пола выполняют из экструдированного алюминия с выступами Т - образного профиля, образующими продольные каналы, что позволяет равномерно распределять охлаждающий воздух под грузом и осуществлять его циркуляцию в охлаждаемом объеме контейнера.
В качестве теплоизоляционного материала используют фреононаполнен-ный пенополиуретан с объемной массой 35 - 40 KT/MJ с коэффициентом теплопроводности 0,019 - 0,023 Вт/(м-К).
Дверные проемы оснащаются двустворчатыми дверями с углом поворота створок до 270. Чаще всего их размещают в торцевой стенке. Иногда контейнеры имеют дополнительно одну или две двери на боковых стенках, что позволяет ускорить и упростить их загрузку, особенно на железнодорожном транспорте.
Герметизацию дверных проемов осуществляют уплотнениями - наружными и внутренними. Для предохранения металлических деталей контейнера от метеорологических воздействий применяют разнообразные синтетические лакокрасочные покрытия, стойкие к температурным воздействиям в диапазоне от -40 до 80 С. Некоторые детали контейнера (шарниры, крепежные детали) изготавливают из нержавеющей стали.
Для закрепления контейнеров на транспортных средствах при перевозке, а также при штабелировании, они снабжены восемью угловыми фитингами.
Программное обеспечение в задачах моделирования
Прогресс в области вычислительной техники способствует внедрению современных мето дов анализа данных на качественно новом уровне. Такое внедрение обусловлено не только ростом производительности персональных компьютеров, но и появлением соответствующего программного обеспечения в виде многофункциональных систем математических команд.
Научное программное обеспечение и математические пакеты играют важную роль в современном естествознании и технике. Такие пакеты как Axiom, Derive, Macsyma, Maple, MatLab, MathCAD, Mathematica широко распространились в университетах, исследовательских центрах и компаниях развитых стран. Научное программное обеспечение компании MathWorks в своих разработках используют крупнейшие предприятия во многих развитых странах [160].
В последнее время системы аналитических вычислений оснащаются развитыми средствами визуализации и насыщаются эффективными процедурами численного решения, а вычислительные пакеты дооборудуются компонентами компьютерной алгебры. В результате MatLab (фирма MathWorks Inc.) и MathCAD (фирма MathSoft Inc.) получили ядро для выполнения аналитических вычислений, разработанное фирмой Maple Software Inc для пакета Maple.
Компания MathWorks Inc. создала пакет MatLab около 20 лет назад как программное средство для решения задач с данными, представленными в матричной форме. В дальнейшем специалисты компании значительно расширили возможности пакета и усовершенствовали заложенные алгоритмы.
В настоящее время с пакетом MatLab поставляются приложения, ориентированные на решение широкого спектра проблем: задачи математической физики, оптимизационные и статистические задачи, матричный анализ, обработка изображений и сигналов, работа с картографическими изображениями, обработка и визуализация данных, нечеткая логика, нейронные сети и многие другие. Открытость кода, обширная и удобная справочная система, прилагаемые электронные книги в формате PDF, содержащие теоретические сведения и математическую базу описываемых средств, достаточно большое количество примеров использования имеющихся функций пакета позволяет как начинающим, так опытным пользователям разобраться в запрограммированных алгоритмах и, при необходимости, изменить их. Легкость программирования при создании собственных алгоритмов для решения практически важных задач обеспечивает простой встроенный язык программирования. MatLab поддерживает связь с Microsoft World, Excel, Access и SQL, Oracle, С и Fortran, что расширяет возможности пакета и позволяет пользователю существенно экономить время при подготовке данных и облегчает работу.
Решения различных задач в среде MatLab представлены в работах А.К. Гультяева, В. Г. Потемкина, Ю. Лазарева, Н. Н. Мартынова, В.П. Дьяконова, Дж. Г. Метьюз, Б.Р. Андриевского, Y.W. Know и других авторов. Разделу Toolboxes научного программного обеспечения MatLab посвятили свои работы К.А. Алексеев, И.Е. Ануфриев, К.Г. Жуков, И.М. Журавель, З.В. Мищенко, Е.В. Никульчев, Г.Н. Рогачев, А.Б.Сергиенко, И.В.Черных, С.Д. Штовба, Ю.Б. Дро-бот и другие разработчики методик расчета различных задач в среде MatLab.
Решения задач математической физики в пакете MatLab представлены обстоятельными описаниями М.Г. Семененко [125], А.А. Андрижиевского, О.Н. Веремеевой. и А.Г. Трифонова [126], В.Е. ПІмелева [145, 146], Г.Л. Коткіша и B.C. Черкасского [73] и других авторов.
Доступность и обширность справочного материала MatLab, как и самого пакета, оказали решающие значение при выборе программного средства для теплотехнических и аэродинамических исследований.. Инструментом для решения задач дифференциальных уравнений в частных производных с пространственно распре деленными параметрами в среде MatLab является программа Toolbox Partial Differential Equation (Toolbox PDE).
Стандартный набор функций ToolBox PDE позволяет решать двумерные стационарные и нестационарные задачи теплопроводности в ограниченных областях. Кроме того, возможно решение задач теории упругости, течения в пористых средах, задач диффузии, ламинарного течения жидкости, электростатические задачи, т.е. практически любых задач, описываемых уравнением или системой дифференциальных уравнений (ДУ) в частных производных.
Для более наглядной иллюстрации исследуемых данных с помощью ToolBox PDE реализуется графическое представление объекта.
Моделирование распределения тепловых полей в пакете MatLab осуществляется с помощью Toolbox PDE, позволяющего воспроизводить двумерные объекты графики, путем решения граничных задач для ДУ в частных производных в рассматриваемых областях с помощью МКЭ.
При исследовании тепловых полей в определенной области конструкции изоляции авторами написано приложение, позволяющее путем изменения численных значений координат получать модели различных геометрических размеров.
Возможность реализации решения краевых задач механики сплошной среды с помощью МКЭ появилась с разработкой в строительной механике физической дискретизации и матричных методов в 40 гг. прошлого века. [93].
Вариационный МКЭ был развит независимо в прикладной математике (хотя и под другим названием). В 1943 г. Курант описал процедуру решения, основанную на вариационном принципе минимизации потенциальной энергии, используя линейные аппроксимации на треугольных элементах. До 50-х гг. ма
Распределение температур в грузовом помещении опытного контейнера
К перевозке по ст. Краснодар Северо-Кавказской железной дороги был предъявлен сок в стеклянной таре, упакованной в картонные ящики, назначением ст. Находка Дальневосточной железной дороги с температурным режимом от + 25 С до + 9 С. Протяженность рейса с грузом составляла 10140 км. Контейнер был погружен плотным табелем ящиков до полной вместимости. Вес груза составлял 15,3 тонн.
Энергоснабжение контейнера, установленного на электрифицированную платформу для перевозки крупнотоннажных контейнеров, осуществлялось от дизель-генераторной установки служебного вагона постройки ПО БМЗ.
Исследования неравномерности температур в контейнере проводились с 21 января по 3 февраля во время груженого рейса и в ожидании выгрузки контейнера с 4 февраля по 2 марта 2000 года.
Перед погрузкой было произведено уплотнение погрузочных дверей полиуретаном, во избежание подсоса холодного наружного воздуха в контейнер, так как опыт эксплуатации вагонов и контейнеров, а также проведенные ранее А.В. Коковихиным [51], исследования эффективности работы рефрижераторных вагонов показали неблагополучное положение с соблюдением температурного режима в зоне боковых дверей.
Замеры значений температур в различных зонах грузового помещения контейнера проводились на стоянке с помощью электронных показывающих приборов и термостанции. Во время движения контейнерного сцепа имелась возможность выполнять только дистанционный контроль температуры воздуха в нижней зоне грузового помещения. Управление установками контейнера осуществлялось в ручном режиме. Установки во время рейса работали как одновременно, так и в отдельности.
Колебания температур наружного воздуха в период перевозки составляли от - 35 С до + 8 С. Наибольший интерес представляют данные значений температур в нижней части грузового помещения, так как в этой зоне наиболее вероятно возникновение переохлаждения (подморозки) перевозимого груза, что может повлечь за собой понижение качества и порчу продуктов питания. График, представленный на рис. 4.2, показывает, что в течение всего рейса перевозки температура воздуха в нижней зоне грузового помещения не понижались ниже установленного значения. Тем не менее, широта распределения (размах колебаний) максимальных и минимальных значений температур в верхней и нижней зонах грузового помещения при неработающем отопительном оборудовании контейнера, представленная в виде точечной диаграммы и аппроксимирующей линии на рис. 4.2, в среднем составляет около 4 С, что допустимо для перевозки консервированных продуктов.
В случае транспортировки свежих плодов и овощей в зимний период (температурный режим + 2 С), понижение температуры до требуемой в нижней зоне грузового помещения привело бы к перегреву груза в верхней части штабеля. Возможно повышение температуры в верхней зоне до + 6 С. При поддержании в верхней части грузового помещения температуры в пре делах 2 С в условиях перевозки в летний период возможно возникновение переохлаждения (подморозка) груза в нижней части штабеля. В этом случае вероятно понижение температуры до -2 С, даже при умеренных отрицательных температур наружного воздуха.
Включение в работу установок контейнера снижает вероятность переохлаждения груза в нижней зоне грузового помещения, но не уменьшает широту распределения максимальных и минимальных значений температур в верхней и нижней зонах грузового помещения, составляющую в среднем около 3,6 С. Точечная диаграмма и аппроксимирующая линии распределения максимальных отклонений температур воздуха в грузовом помещении при работающем отопительном оборудовании показаны на рис. 4.5 и 4.6. Следует отметить, что при работе одной из установок контейнера среднее значение широты распределения температур достигает 4,1 С. Подключение второй установки уменьшает рассматриваемый параметр в среднем до 3,1 С. Практика перевозки охлажденного груза в зимний период показала, что одновременная работа двух установок повышает частоту циклов включение-выключение или требует отключения одной из установок.
Анализ температур, полученных с помощью термостанции от датчиков, установленных в нижней зоне боковых дверей контейнера (рис. 4.3) показал, что при выключенных установках контейнера температуры в этой области выше температур в нижней зоне установок контейнера, расположенных в торцевых частях контейнера, в среднем на 1,7 С. 5 6 4 2
Следовательно, наиболее неблагополучными зонами в отношении соблюдения температурного режима являются участки в нижней части торцевых стен контейнера, где толщина теплоизоляции минимальна и существует и уровень инфильтрации наружного воздуха через неплотности установок контейнера повышен.
На рис. 4.4 приведены данные температур в грузовом помещении опытного контейнера и наружных температур на протяжении всего груженого рейса.
