Жебанов А. В., Комарова Т. А., Моисеев В. И. Совершенствование методов расчета охлаждения загустевающих нефтепродуктов при железнодорожных перевозках в цистернах: текстовая версия

В применяемых методиках расчета охлаждения мазутов и масел при же лезнодорожных перевозках в цистернах считается, что нефтепродукт — это не подвижная среда, охлаждение которой обеспечивается равномерной теплопе редачей через стальную стенку котла. Для количественной оценки процесса вводится средний по поверхности котла коэффициент теплоотдачи [1]: , где Lц и D — длина и диаметр котла цистерны, м, λg — теплопроводность воздуха, Вт/м·К, νg — его кинематическая вязкость м2/с, ug — скорость по тока воздуха, обтекающего цистерну, м/с. При скорости воздушного потока ug ≈ 10–20 м/с (соответствующей сред непутевой скорости состава 30–60 км/ч) значения коэффициента теплоотдачи определенные по формуле (1), составят αконв = 25–50 Вт/м 2К. Однако для вагоновцистерн, при меняемых для перевозки вязких не фтепродуктов, условие αконв = const не выполняется изза наличия на цистерне парообогревательного кожуха, покры вающего ~ 50 % площади поверхности котла в нижней его части.

Воздушный зазор между стенкой котла и кожухом толщиной δ = 36 мм создает значительное термическое со противление, уменьшая теплоотдачу в нижней части цистерны, где экви валентный коэффициент теплоотдачи равен где δст/λст = 1,72·10–4 м 2·К/Вт — сум марное термическое сопротивление стальных стенки котла и кожуха; αконв ~ 0,02–0,04 м 2К/Вт — термическое сопротивление внешней конвективной теплоотдачи; δ/λвозд = 1,58 м2К/Вт — термическое сопротивление воздуш ного зазора под кожухом. Последняя величина — наибольшая из всех, она определяет суммарный коэффициент теплоотдачи на нижней части котла . В верхней части котла (исклю чая малую область над свободной поверхностью жидкости) теплосъем обеспечивается вынужденной кон векцией потока воздуха, при кото рой коэффициент теплоотдачи почти в 50–100 раз больше, чем в нижней части котла:

Различие в величинах резко возрас тает при атмосферных осадках (дожде и мокром снеге), которые выпадают на верхнюю часть котла и интенсивно ох лаждают ее. Такие осадки типичны для всей территории России. Когда на верхнюю половину движу щейся цистерны попадает мокрый снег, то плотность теплового потока на ней определятся суммой тепловых потоков, расходуемых на конвективную тепло отдачу qконв, на нагрев осевшей жидкой воды qн.в и ее испарение qисп, на нагрев до температуры плавления осевшего сне га qнс и на его плавление qпл. В таблице содержатся величины: ςпл = 335 кДж/кг и ςисп = 2,5·106 Дж/кг — удельные теплота плавления льда и испарения воды, соот ветственно; Сл=2,1 кДж/кг·К, Св=4,19 кДж/ кг·К, и Ср ≈ 1000 Дж/кг·К — соответствен но, удельные теплоемкости льда, воды и воздуха (изобарная), Тg, Тв и Тст — соот ветственно, температура воздуха, капель воды и стенки котла, ºС; ( ) — раз ность парциальных давлений насыщен ного водяного пара у влажной поверхно сти, т. е. внутри пограничного слоя ( ) и вне его ( ), Па; Рg = 10 5 Па — давление воздуха; Wв ≈ (1…10) ·10–2кг/м3 –водность потока (содержание воды в 1м3 воздуха).