Исследование факторов, влияющих на продолжительность охлаждения плодоовощей в рефрижераторном подвижном составе

ЕШцетехнические и социальные проблемы

Построено и численно испытано приближенное аналитическое решение задачи о распределении температурного поля в многослойных стенках цилиндрического резервуара.

Сравнение результатов применения численного и аналитического методов показывает, что последний обеспечивает достаточную для практических расчетов точность даже при относительно больших толщинах стенок резервуара.

Библиографический список

1. Теплообмен и тепловое воспламенение в многослойных конструкциях /

B. А. Кудинов, В. В. Калашников, Н. И. Лаптев, В. В. Гнеденко. - Самара : СамГТУ, 1996. - 280 с.

2. Об одном методе решения нестационарных задач теплопроводности для многослойных тел / В. А. Кудинов // Инженерно-физический журнал. - 1986. - Т. 50, № 2. - С. 162-163.

3. Об одном методе определения собственных чисел в нестационарных задачах теплопроводности / В. А. Кудинов, В. В. Диноп, Р. Ж. Габдушев, Д. В. Левин,

C. А. Стефанюк // Известия РАН. Энергетика. - 2002. - № 4. - С. 112-117.

4. Аналитические методы решения краевых задач для многослойных конструкций / В.А. Кудинов // Известия РАН. Энергетика. - 1999. - № 5. - С. 85- 106.

5. Стационарное тепловое поле кусочно-однородного прямоугольного бруса / Л. М. Юферева, Ю. А. Лавров // Известия РАН. Энергетика. - 2005. - № 2. - С. 129-137.

6. О тепловом поле многослойной пластины с внутренними источниками / Л. М. Юферева, Ю. А. Лавров // Известия РАН. Энергетика. - 2009. - № 2. - С. 77- 82.

7. Термомеханическое поле многослойной пластины с внутренними источниками / Л. М. Юферева, Ю. А. Лавров // Вестник Санкт-Петербургского университета. - 2009. - Сер. 1. - Вып. 2. - С. 122- 128.

Статья поступила в редакцию 05.04.2010;

представлена к публикации членом редколлегии И. Г. Киселёвым.

УДК 656.225.073.8

Ж. Р. Кобулов

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ПЛОДООВОЩЕЙ В РЕФРИЖЕРАТОРНОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

При перевозке плодоовощей в рефрижераторном подвижном составе (РПС) на скорость охлаждения грузов влияет множество факторов. В статье проанализировано влияние факторов окружающей среды, разработан алгоритм расчета

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

303

продолжительности охлаждения плодоовощей на базе методики Петербургского государственного университета путей сообщения. Даны результаты расчета.

скорость охлаждения, плодоовощи, факторы, масса груза, степень плотности штабеля, коэффициент теплопередачи, степень скважности тары.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

ЕШцетехнические и социальные проблемы

Введение

Возрастание объема перевозок скоропортящихся грузов приводит к необходимости повышения использования изотермического подвижного состава и улучшения сохранности качества перевозимого груза. Рефрижераторный транспортный модуль (РТМ) обеспечивает наилучшие условия для сохранности качества, однако в некоторых случаях происходит порча продуктов, причем значительный процент порчи приходится на предварительно не охлажденные плодоовощи.

Известно, что в соответствии с технологическими свойствами плодоовощей и условиями перевозки рефрижераторные транспортные модули должны обеспечивать:

поддержку в грузовом помещении РТМ в любое время года оптимальной температуры и влажности воздуха, которые должны быть постоянными в процессе всей перевозки и равномерными по всему объему грузового помещения вагона;

заданную скорость охлаждения плодоовощей, которые часто загружаются в неохлажденном состоянии, поэтому приходится снижать их температуру в процессе перевозки;

интенсивную циркуляцию воздуха внутри вагона.

Холодильные установки, согласно разработанным требованиям к РПС, должны сохранять работоспособность и обеспечивать в грузовых помещениях вагонов необходимые температурно-влажностные режимы при температуре наружного воздуха до 45 °С, а другие виды оборудования (дизель-генератор, приборы автоматики) - при температурах от минус 50 °С до плюс 50 °С.

Скорость охлаждения плодоовощей во время перевозки играет основную роль для сохранения качества продукции. Малая скорость охлаждения приводит к порче продукции.

Известно, что на сегодняшний день плодоовощи поступают на железнодорожный транспорт, как правило, без должной предварительной термической обработки. Так, в период массовой уборки урожая плодоовощную продукцию загружают в рефрижераторные транспортные модули прямо с поля, без предварительного охлаждения. Это обусловливает очень интенсивную работу холодильного оборудования, поскольку, согласно правилам перевозки, установленный режим перевозки должен быть достигнут в течение 60 часов. Погрузка неохлажденных плодоовощей приводит к дополнительной потере времени на охлаждение и, соответственно, к уменьшению скорости охлаждения.

Кроме того, некоторые опытные перевозки и исследования показывают, что на скорость охлаждения плодоовощей влияет множество факторов. Их можно объединить в четыре группы (рис. 1):

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

305

количество груза в транспортном модуле; температурный режим; тип транспортного модуля; вид размещения груза.

Сложность проблемы заключается в том, что все эти факторы взаимодействует между собой.

По данным опытных перевозок (1990 г.) установлено, что одним из факторов, оказывающих наибольшее влияние на продолжительность охлаждения плодоовощей, является высокая температура плодоовощей перед погрузкой. Температура груза и температурное поле штабеля определяются главным образом фактической температурой груза перед погрузкой. При поступлении плодоовощей с высокой начальной температурой и слабой воздухопроницаемостью охлаждение груза в толще штабеля до оптимальной температуры не обеспечивается [1].

В связи этим особую актуальность и значение приобретают вопросы более глубокого изучения и обоснованного определения степени влияния перечисленных выше факторов.

Количество груза в транспортом могуле

Биохимическая теплота. ЕВДн пжмюй гтодооЕощши

Скорость тепло отдачи

Про дсис+ите леность охлаждения плодоовощи

4

Температура Тип

— нерудного транспортного

возгуха МОДгТТЯ

Законе ская Коэ ффшщенг

температура теплопередачи

плодоовощей конструкции

перед вагона

погрузкой

Степень

плотности

штабели

трута

Закпнесвпн срок с лужб ы тр анс перш от о модуля

Рис. 1. Факторы, влияющие на качество неохлажденных плодоовощей

при перевозке в РТМ

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Еййцетехнические и социальные проблемы

1 Методика расчета продолжительности охлаждения груза в РТМ

На основе экспериментальных данных опытных перевозок и теоретических исследований в Петербургском государственном университете путей сообщения предложена методика расчета продолжительности охлаждения плодоовощных грузов в рефрижераторных транспортных модулях. Методика учитывает как физиологические особенности груза (количество груза в транспортном модуле, интенсивность биологических тепловыделений, начальная температура груза и др.), так и условия его перевозки (скважность тары, размеры и степень плотности штабеля и др.) [2].

Зависимость продолжительности охлаждения груза в общем виде может быть представлена функционалом

тг / G, /eg, /Сц]/ tp

где G - количество груза в транспортном модуле;

кб - коэффициент, отражающий степень биохимических

тепловыделений плодоовощей;

кш - коэффициент, отражающий степень плотности штабеля; кт - коэффициент, отражающий степень скважности тары; км - коэффициент, учитывающий влияние мощности холодильных машин и температурного напора через ограждения грузового помещения на интенсивность теплообменных процессов;

1р - расчетная температура наружного воздуха.

Блок-схема алгоритма расчетов приведена на рис. 2.

2 Методика экспериментальных исследований с обоснованием плана проведения экспериментов

Для оценивания влияния различных факторов на продолжительность охлаждения плодоовощей разработан план проведения теоретического анализа экспериментов.

Исследование влияния описанных факторов на продолжительность охлаждения плодоовощей в рефрижераторных транспортных модулях выполнялось по указанной выше блок-схеме с помощью программы MathCAD (рис. 2). В ходе исследований варьировались масса груза в вагоне G^, температура наружного воздуха t, степень плотности штабеля рш, коэффициент теплопередачи вагона Кр, степень скважности тары рт. С целью наиболее полного и равномерного охвата области изменения указанных параметров использовалась теория планирования

многофакторного эксперимента [3], [4], предусматривающая разработку плана эксперимента на основе ортогональных квадратов.

В ходе исследований для каждого из параметров принято пять фиксированных уровней (табл. 1). Для расчета с целью уменьшения

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

307

погрешности приняты минимальные, средние и максимальные значения каждого из факторов.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

ОбЩетехнические и социальные проблемы

ТАБЛИЦА 1. Варьируемые факторы для исследования

Обозначение параметра Размерность параметра Значения параметров

Уровни

1 2 3 4 5

Git, т 9 18 27 36 45

t °С 16 19 22 25 28

Рш - 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Кр Вт/(м2-К) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

рт - 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Для составления плана проведения исследований использовались пять ортогональных квадратов (цифрами отмечены уровни параметров):

a b c

1 1 1 1 1 1 3 5 2 4 1 5 4 3 2

3 3 3 3 3 3 5 2 4 1 3 2 1 5 4

5 5 5 5 5 5 2 4 1 3 5 4 3 2 1

2 2 2 2 2 2 4 1 3 5 2 1 5 4 3

4 4 4 4 4 4 1 3 5 2 4 3 2 1 5

d e

1 2 3 4 5 1 4 2 5 3

3 4 5 1 2 3 1 4 2 5

5 1 2 3 4 5 3 1 4 2

2 3 4 5 1 2 5 3 1 4

4 5 1 2 3 4 2 5 3 1

Квадрат а — упорядоченный, b, c, d, e - латинские. В качестве исходного принят упорядоченный квадрат а. Если в квадрате b первый столбец оставить без изменения, а в остальных цифры заменить в порядке круговой перестановки, то получим латинский квадрат с. Аналогично получены латинские квадраты d, e.

План исследований представлен в таблице 2. Он получен следующим образом. Столбцы квадрата а переписаны друг под другом в первой графе Grp. Далее записаны друг под другом квадраты b, c, d, e так, что их столбцы разместились в соответствующих графах параметров.

Из плана проведения исследований видно, что в каждом варианте расчета принимается новое сочетание уровней параметров. Принятая методика планирования эксперимента позволяет путем усреднения результатов оценить влияние на исследуемый процесс любого из принятых параметров. При этом остальные варьируемые параметры оказывается фиксированными на среднем уровне.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

309

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

ШбОщетехнические и социальные проблемы

Рис. 2. Блок-схема алгоритма расчета продолжительности охлаждения плодоовощей

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

311

ТАБЛИЦА 2. План исследования

№ Параметры

п/п Gro t Рш Кр рт

1 1 1 1 1 1

2 3 3 3 3 3

3 5 5 5 5 5

4 2 2 2 2 2

5 4 4 4 4 4

6 1 3 5 2 4

7 3 5 2 4 1

8 5 2 4 1 3

9 2 4 1 3 5

10 4 1 3 5 2

11 1 5 4 3 2

12 3 2 1 5 4

13 5 4 3 2 1

14 2 1 5 4 3

15 4 3 2 1 5

16 1 2 3 4 5

17 3 4 5 1 2

18 5 1 2 3 4

19 2 3 4 5 1

20 4 5 1 2 3

21 1 4 2 5 3

22 3 1 4 2 5

23 5 3 1 4 2

24 2 5 3 1 4

25 4 2 5 3 1

На рисунке 3 даны результаты первичной обработки данных исследований. Графики отражают факторы, оказывающие влияние при перевозке плодоовощей, и можно сделать вывод, какие из них оказывают большее влияние.

Как следует из графика, существенное влияние на продолжительность охлаждения плодовощей оказывают масса груза, температура наружного воздуха и степень плотности штабеля в их областях изменения. Например, при изменении массы груза от 10 т до 45 т продолжительность охлаждения увеличивается с 50 до 210 ч. Коэффициент теплопередачи в исследуемом

л

интервале 0,2...0,6 Вт/(м •К) не оказывает существенного влияния.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

©бцетехнические и социальные проблемы

Рис. 3. График зависимости продолжительности охлаждения груза в грузовом помещении рефрижераторного вагона от разных факторов

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

313

Из перечисленных факторов управлению поддаются степень плотности штабеля и степень скважности тары. Их влияние на продолжительность охлаждения груза сопоставимо с влиянием массы груза и температуры наружного воздуха, что указывает на важность разработки рациональных способов размещения грузов в транспортном модуле, а также конструкции и выбора соответствующей тары.

Этим факторам необходимо уделить должное внимание при принятии рациональных мер.

Заключение

На сегодняшний день важными потребностями рыночной экономики являются как быстрота перевозки, так и сохранность качества перевозимых грузов. При перевозке неохлажденных плодоовощей скорость охлаждения груза играет важную роль. Для оценки влияния приведённых факторов на скорость охлаждения плодоовощей следует рассматривать их более подробно.

Библиографический список

1. Совершенствование температурно-влажностных режимов перевозки, способов и высоты погрузки скоропортящихся грузов в разных типах вагонов / М. Н. Тертеров. - Отчет о НИР. - Л. : ЛИИЖТ, 1990. - 94 с.

2. Условия подготовки и перевозки скоропортящихся грузов : учеб. пособие / В. В. Ефимов. - СПб. : ПГУПС, 2003. - 135 с.

3. Методика рационального планирования экспериментов / М. М. Протодьяконов, Р. И. Тедер. - М. : Наука, 1970. - 76 с.

4. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте : учеб. пособие / В. И. Плескулин, Е. Д. Воронина. - Л. : ЛГУ, 1979. - 232 с.

Статья поступила в редакцию 07.04.2010;

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

представлена к публикации членом редколлегии В. В. Сапожниковым.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2