第二章車(chē)體隔熱壁

車(chē)體隔熱壁概述為了使客車(chē)車(chē)內(nèi)溫度保持在一定范圍內(nèi)，除了安裝制冷和加熱設(shè)備外，還必須要求車(chē)體具有一定的隔熱性能，即要求在車(chē)體的結(jié)構(gòu)上敷設(shè)一定厚度的隔熱材料。

具有一定隔熱性能的結(jié)構(gòu)稱為隔熱壁。傳統(tǒng)的車(chē)體隔熱結(jié)構(gòu)圖車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)車(chē)體外墻板車(chē)體木結(jié)構(gòu)車(chē)體內(nèi)墻板車(chē)體隔熱材料現(xiàn)代高速鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)圖高速車(chē)體結(jié)構(gòu)示意車(chē)體隔熱結(jié)構(gòu)圖（內(nèi)墻板未裝時(shí)）隔熱材料第一節(jié)

車(chē)體隔熱壁傳熱系數(shù)的計(jì)算

一、車(chē)體隔熱壁的傳熱過(guò)程圖示：

車(chē)內(nèi)車(chē)外隔熱材料熱流方向

熱量從隔熱壁一側(cè)的空氣中傳至另一側(cè)的空氣中，其傳熱過(guò)程可以分為：1）表面吸熱——熱量從一側(cè)的空氣中傳至隔熱壁的一側(cè)表面；2）結(jié)構(gòu)透熱——熱量從隔熱壁的一側(cè)表面?zhèn)髦亮硪粋?cè)表面；3）表面放熱——熱量從隔熱壁另一側(cè)表面?zhèn)髦亮硪粋?cè)的空氣中。這個(gè)傳熱過(guò)程包括了以熱傳導(dǎo)為主要形式的隔熱壁內(nèi)部的傳熱和以對(duì)流及輻射為主要形式的隔熱壁邊界的傳熱。二、車(chē)體隔熱壁傳熱性能的分析方法方法一在隔熱壁熱工性能的設(shè)計(jì)計(jì)算中，一般應(yīng)用的是穩(wěn)定傳熱原理。

穩(wěn)定傳熱：就是指隔熱壁中的溫度分布和熱流大小始終保持固定的數(shù)值而不隨時(shí)間變化。這個(gè)條件，只有在隔熱壁兩側(cè)所受到的熱作用為一常數(shù)，且不隨時(shí)間而變動(dòng)時(shí)，才能得到保證。隔熱壁的傳熱系數(shù)（k值）

利用穩(wěn)定傳熱的方法，通過(guò)分析隔熱壁內(nèi)部傳熱和邊界傳熱的特點(diǎn)，并進(jìn)行傳熱計(jì)算，便可得到反映隔熱壁的傳熱性能的參數(shù)隔熱壁的傳熱系數(shù)，通常稱為車(chē)體隔熱壁的（k值）

。

隔熱壁的傳熱系數(shù)定義是指車(chē)內(nèi)外空氣溫度相差1℃時(shí)，在一小時(shí)內(nèi)，通過(guò)一平方米熱壁表面積所傳遞的熱量。它可以表示出車(chē)體隔熱壁允許熱量通過(guò)的能力，愈大，在同樣的傳熱面積與車(chē)內(nèi)外溫差的情況下，通過(guò)的熱量就愈大，隔熱性能就愈差。與傳熱系數(shù)（K）有關(guān)的因素①隔熱壁內(nèi)部的傳熱方面主要是車(chē)體隔熱壁的結(jié)構(gòu)形式、厚度、隔熱材料的性能等。②隔熱壁邊界的傳熱方面

隔熱壁邊界空氣的流速、車(chē)體表面溫度、光滑程度及表面黑度等。傳熱系數(shù)（K）是綜合了車(chē)體隔熱壁多種傳熱因素的指標(biāo)。能夠比較真實(shí)地反映隔熱壁的傳熱狀況。隔熱壁的傳熱量的計(jì)算根據(jù)隔熱壁的傳熱系數(shù)，可以根據(jù)下面的公式計(jì)算出通過(guò)隔熱壁的熱量Q?；蚴街蠶——每小時(shí)通過(guò)隔熱壁的熱量；

tH——隔熱壁一側(cè)的空氣溫度；在夏季為車(chē)外空氣的溫度；

tB——隔熱壁另一側(cè)的空氣溫度，在夏季為車(chē)內(nèi)空氣的溫度；F——隔熱壁的傳熱面積；

K——隔熱壁的傳熱系數(shù)，

R——隔熱壁的傳熱熱阻。方法二：

按不穩(wěn)定傳熱計(jì)算隔熱壁，比按穩(wěn)定傳熱計(jì)算隔熱壁更符合實(shí)際，而且按此選用的設(shè)備經(jīng)濟(jì)性更好，因?yàn)樗紤]了隔熱結(jié)構(gòu)對(duì)波動(dòng)熱作用的抵抗能力，但計(jì)算比較復(fù)雜。

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，往往使用穩(wěn)定傳熱的方法對(duì)隔熱壁進(jìn)行分析和研究。

第二節(jié)車(chē)體隔熱壁傳熱性能的試驗(yàn)方法一、常見(jiàn)的車(chē)體隔熱壁傳熱性能的試驗(yàn)方法目前使用的車(chē)體隔熱壁傳熱性能的試驗(yàn)方法為穩(wěn)定內(nèi)熱法。車(chē)內(nèi)加熱器功率N保溫試驗(yàn)車(chē)庫(kù)試驗(yàn)車(chē)輛穩(wěn)定外溫模擬穩(wěn)定車(chē)內(nèi)溫度模擬傳熱量Q二、我國(guó)空調(diào)客車(chē)的平均傳熱系數(shù)我國(guó)各種客車(chē)的K值一般是：

1．16～1．74W／(m2·K)。空調(diào)客車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)高一些，空調(diào)客車(chē)車(chē)體傳熱系數(shù)為0．921W／(m2·K)。雙層客車(chē)車(chē)體的平均傳熱系數(shù)K值與普通客車(chē)相比要高些，為1．4W／(m2·K)。三、地鐵客車(chē)車(chē)體的傳熱系數(shù)

由于地鐵客車(chē)門(mén)窗較多，隔熱壁較薄同時(shí)結(jié)構(gòu)特殊。日本對(duì)運(yùn)行在隧道內(nèi)的近郊車(chē)和通勤車(chē)曾經(jīng)做過(guò)詳細(xì)的K值實(shí)驗(yàn)和研究。日本各種車(chē)體的傳熱系數(shù)K值如下：

近郊車(chē)中的普通鋼車(chē)3．14W／(m2·K)

不銹鋼車(chē)2．91W／(m2·K)通勤車(chē)中的普通鋼車(chē)3．02W／(m2·K)鋁車(chē)3．13W／(m2·K)不銹鋼車(chē)3．25W／(m2·K)第三節(jié)太陽(yáng)輻射熱的計(jì)算

車(chē)輛運(yùn)行時(shí)經(jīng)常受到周期性變化的太陽(yáng)輻射熱的作用，夏季太陽(yáng)輻射對(duì)車(chē)輛的熱作用是影響車(chē)輛熱負(fù)荷的重要因素。

對(duì)于冷藏車(chē)，由于太陽(yáng)輻射的熱作用而消耗的冷量占制冷裝置制冷量的l0％，而對(duì)于有大面積玻璃窗的空調(diào)客車(chē)，因太陽(yáng)輻射而消耗的冷量更大了。

因此，研究太陽(yáng)輻射對(duì)具有制冷設(shè)備的車(chē)輛的熱作用有著重要的意義。一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度及其計(jì)算

太陽(yáng)輻射能是太陽(yáng)以電磁波的形式投射到地球表面上的能量，它由太陽(yáng)光直接投射的直接輻射和通過(guò)大氣、云霧、灰塵等物質(zhì)由不同方向散射而達(dá)到地面的散射輻射兩部分組成。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度J

太陽(yáng)輻射能的大小通常用太陽(yáng)輻射強(qiáng)度J來(lái)量度，它表示單位面積的黑體表面置于太陽(yáng)光下每小時(shí)吸收的熱量。

主要取決于被照射地點(diǎn)與太陽(yáng)光線的夾角，即太陽(yáng)高度角。1、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(直射）JZ計(jì)算公式

1361—太陽(yáng)常數(shù)(W/m2)；h—太陽(yáng)高度角(0)P—大氣透明系數(shù)，在0.7一0.8范因內(nèi)變化。太陽(yáng)高度角計(jì)算公式其中φ—當(dāng)?shù)鼐暥?0)；δ—太陽(yáng)赤緯(0)，不同日期的太陽(yáng)赤緯見(jiàn)表γ—從正午算起的時(shí)角（0）。由于地球繞地軸自轉(zhuǎn)150相當(dāng)于1h，γ=15τ，其中是從正午算起的當(dāng)?shù)貢r(shí)間τ。①車(chē)頂太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度計(jì)算車(chē)輛的車(chē)頂是水平的太陽(yáng)照射面，因此其表面的太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度為：②側(cè)墻太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度計(jì)算

車(chē)輛的側(cè)墻是垂直的太陽(yáng)照射面，其太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度：

x—墻面方位角，即墻面法線順時(shí)針?lè)较蚱x南向的角度。a—太陽(yáng)方位角，可按下式來(lái)確定2、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(散射)JS計(jì)算公式包括：水平表面的太陽(yáng)散射強(qiáng)度側(cè)墻表面的太陽(yáng)散射強(qiáng)度

①水平表面的太陽(yáng)散射強(qiáng)度水平表面的太陽(yáng)散射強(qiáng)度計(jì)算公式：②側(cè)墻表面的太陽(yáng)散射強(qiáng)度側(cè)墻的散射輻射強(qiáng)度可近似地?。?、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(地面反射)JR計(jì)算公式式中ρG

地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射比，可取0.25。二、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)車(chē)輛的作用包括：①車(chē)頂部分②側(cè)墻部分③地板部分①車(chē)頂表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度

水平直射水平散射②車(chē)輛側(cè)墻的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度

垂直直射垂直散射垂直反射③車(chē)輛地板的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度地面反射三、車(chē)輛吸收的太陽(yáng)輻射熱量

當(dāng)太陽(yáng)輻射能以電磁波的形式傳到隔熱壁外表面時(shí)，由于隔熱結(jié)構(gòu)不透明(車(chē)窗除外)，因此一部分被反射，另一部分被吸收。隔熱壁外表面吸收了一定的太陽(yáng)輻射能后，會(huì)使自身的壁面溫度提高，因而引起車(chē)內(nèi)外溫差增大(夏季)，并使傳入車(chē)內(nèi)的熱負(fù)荷增加。由于太陽(yáng)輻射對(duì)車(chē)輛的熱作用，在隔熱壁外表面與外氣間的傳熱量可以分為兩部分：1、夏季隔熱壁外表面以對(duì)流換熱的形式

與外界空氣交換的熱量：車(chē)外溫度車(chē)外壁溫度對(duì)流換熱系數(shù)2、外表面從太陽(yáng)輻射中所吸收的熱量

J—外表面的總輻射強(qiáng)度；

ρ—外表面的吸收系數(shù)，可以查表2-2。

F—車(chē)體外表面的面積隔熱壁外表面所得到的總熱量

太陽(yáng)輻射的當(dāng)量溫度綜合外氣溫度

傳入車(chē)內(nèi)的熱量計(jì)算公式太陽(yáng)輻射引起的當(dāng)量溫度與車(chē)內(nèi)溫差造成傳熱四、通過(guò)