Раздел 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА И ВЕНТИЛЯЦИИ В соИВС
автомобиля
Для обеспечения рациональных параметров работы СОИВС и теоретического
исследования влияния на них конструктивных и эксплуатационных факторов
необходимо математическое описание работы СОИВС. Так как главной задачей СОИВС
является обеспечение наиболее комфортной температуры воздуха в салоне
автомобиля, рассмотрим тепловой баланс салона автомобиля в холодный и теплый
период года.
2.1. Тепловой баланс салона автомобиля
Тепловой баланс салона автомобиля составляется с учетом теплоты, подводимой в
кабину и отводимой из нее (рис.2.1). Для установившегося режима уравнение
теплового баланса можно записать следующим образом:
, (2.1)
где Qот – теплота, передаваемая в салон отопителем, Вт;
Qч – теплота, выделяемая пассажирами, Вт;
Qэ – теплота, выделяемая при работе электрооборудования, Вт;
Qд – теплота, передаваемая в салон автомобиля от двигателя, Вт;
Qс – теплота, передаваемая через стекла, Вт;
Qст – теплота, передаваемая через стенки салона, Вт;
Qу – теплота, удаляемая с воздухом выходящим из салона автомобиля через
вентиляционные отверстия и неплотности кузова, Вт.
Тепловой поток через стенки салона может быть направлен в салон или из салона
в зависимости от времени года. Считается, что в теплое время года влияние
солнечного излучения приводит к нагреву наружных поверхностей непрозрачных
стенок салона автомобиля и теплота проникает в салон, как через стекла, так и
через непрозрачные стенки. В зимнее время влияние солнечного излучения не
учитывается, и теплота теряется путем теплопередачи через стенки са
лона [7, 15, 25].
При работе СОИВС в теплое время года тепловой баланс составляется для
определения теплоизбытков, которые должны быть удалены системой вентиляции.
Уравнение теплового баланса салона автомобиля (2.1) в теплый период года с
учетом направления теплового потока через стенки имеет вид:
Анализ тепловых балансов салонов современных автомобилей для летнего периода
года показывает, что подвод теплоты от солнечной радиации составляет 30 – 50%
общего количества теплоты, теплопередачей 15 – 20%, от водителя и пассажиров 12
– 40%, от работающего электрооборудования и агрегатов силового отделения
автомобиля 5 – 15% [7, 25].
Теплота, передаваемая в салон через стекла, определяется по формуле
где kс – коэффициент теплопередачи стекол, Вт/(м2·єС);
Sс – площадь остекления салона, м2;
Тнэ – эквивалентная температура наружного воздуха с учетом действия
солнечного излучения, єС;
Тв – средняя температура воздуха в салоне автомобиля, єС;
Dc – коэффициент пропускания теплоты солнечной радиации;
qс – плотность теплового потока прямой солнечной радиации, Вт/м2;
qр – плотность теплового потока рассеянной солнечной радиации, Вт/м2.
Плотность теплового потока прямой солнечной радиации определяется по формуле
[15]
где qп – падающий лучистый тепловой поток от солонца, Вт/м2;
h – высота солнцестояния в данной местности в данный час суток, град;
b - угол наклона плоской поверхности по отношению к горизонту, град.
Высота солнцестояния определяется из выражения
где j - географическая широта местности, град;
d - угол отклонения солнца, град -23,5 Ј d Ј 23,5;
g - часовой угол (число часов, отсчитываемых от 12ч и умноженных на 15), град.
Величина подающего лучистого теплового потока от солнца определяется по
формуле
где qo - постоянная солнечной радиации, qo = 1310 Вт/м2;
ro - среднее расстояние от Земли до Солнца, ro = 149·106 км;
r - расстояние от Земли до Солнца в летнее время, r = 151·106 км;
с - эмпирический коэффициент, учитывающий поглощающую способность
земной атмосферы с = 0,33.
Эквивалентная температура наружного воздуха Тнэ с учетом действия солнечного
излучения определяется по формуле
где Тн – температура наружного воздуха, єС;
а – коэффициент поглощения теплоты солнечной радиации стенками кузова;
бн – коэффициент теплоотдачи от наружных поверхностей кузова, Вт/(м2·єС).
Теплота, передаваемая в салон через стенки, определяется по формуле
где n – число стенок салона, принятых во внимание при расчете теплового
баланса;
kстi – коэффициент теплопередачи i-й непрозрачной стенки салона, Вт/(м2·єС);
Sстi – площадь i-й непрозрачной стенки салона, м2.
Теплота, передаваемая от водителя и пассажиров Qч, при температуре воздуха в
салоне +18 ё +30°С определяется по формуле
где zп – число пассажиров вместе с водителем.
В салоне автомобиля кроме температуры воздуха на человека оказывает влияние
температура стенок салона. Это влияние учитывается радиационно-эффективной
температурой [15]
В салон поступает теплота от работающего электрооборудования, размещенного в
нем, и теплота от агрегатов силового отделения автомобиля. Эта составляющая
теплового баланса салона определяется экспериментально.
Теплота, удаляемая из салона автомобиля с выходящим наружу воздухом
, (2.2)
где св – массовая теплоемкость воздуха, Дж/(кг Ч°С);
Gво – расход воздуха в СОИВС и через открытые окна, кг/с.
Тепловой баланс салона в зимний период года составляется для расчета
необходимой теплопроизводительности системы отопления, при этом не учитывается
действие солнечного излучения, уравнение (2.1) записывается в виде:
Теплота, удаляемая из салона с выходящим наружу воздухом, для холодного времени
года определяется по формуле (2.2), но учитывается только расход воздуха в
системе отопления, а температура воздуха, выходящего из салона, приним
- Київ+380960830922