Mathematical Modeling of Unsteady Heat Exchange in a Passenger Car
Loading...
Files
Date
2013
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
EN: Purpose. Existing mathematical models of unsteady heat exchange in a passenger car do not satisfy the need of
the different constructive decisions of the life support system efficiency estimation. They also don’t allow comparing
new and old life support system constructions influence on the inner environment conditions. Moreover quite
frequently unsteady heat exchange processes were studied at the initial car motion stage. Due to the new competitive
engineering decisions of the life support system the need of a new mathematical instrument that would satisfy the
mentioned features and their influence on the unsteady heat exchange processes during the whole time of the road
appeared. The purpose of this work is creation of the mathematical model of unsteady heat exchange in a passenger
car that can satisfy the above-listed requirements. Methodology. For the assigned task realization system of differential
equations that characterizes unsteady heat exchange processes in a passenger car was composed; for the system
of equations solution elementary balance method was used. Findings. Computational algorithm was developed
and computer program for modeling transitional heat processes in the car was designed. It allows comparing different
life support system constructions influence on the inner environment conditions and unsteady heat exchange
processes can be studied at every car motion stage. Originality. Mathematical model of unsteady heat exchange in
a passenger car was improved. That is why it can be used for the heat engineering studying of the inner car state
under various conditions and for the operation of the different life support systems of passenger cars comparison.
Mathematical modeling of unsteady heat exchange in a passenger car was made by the elementary balance method.
Practical value. Created mathematical model gives the possibility to simulate temperature changes in passenger car
on unsteady thermal conditions with enough accuracy and to introduce and remove additional elements to the designed
model. Thus different constructive decisions of the life support system can be estimated by the mathematical
experiment.
UK: Мета. Існуючі математичні моделі нестаціонарних теплових процесів у пасажирському вагоні не придатні для повної оцінки ефективності нових технічних рішень системи життєзабезпечення пасажирських вагонів та для їх порівняння з уже існуючими конструкціями. Крім того, нестаціонарні теплові процеси найчастіше досліджувалися на початковому етапі руху вагона. У зв’язку з появою нових конкурентоспроможних технічних рішень системи життєзабезпечення виникла потреба й у створенні нового математичного інструменту, який давав би змогу врахувати ці особливості та їх вплив на перебіг нестаціонарних теплових процесів протягом усього часу рейсу. Метою даної роботи є створення математичної моделі нестаціонарних теплових процесів, що задовольняла б вищеперераховані вимоги. Методика. Для реалізації поставленої задачі було складено систему диференціальних рівнянь, що описують нестаціонарні теплові процеси у вагоні; для розв’язання складеної системи рівнянь використовувався метод елементарних балансів. Результати. Розроблено розрахунковий алгоритм та створено комп’ютерну програму для моделювання перехідних теплових процесів у пасажирському вагоні, що дозволяє враховувати різні конструктивні рішення системи життєзабезпечення пасажирських вагонів та здійснювати моделювання нестаціонарних теплових процесів на будь-якому етапі рейсу. Наукова новизна. Удосконалено математичну модель теплових процесів у вагоні в динаміці, що дозволяє досліджувати теплотехнічний стан у салоні за різних умов та порівнювати роботу різних систем життєзабезпечення пасажирських вагонів. Проведено математичне моделювання нестаціонарних теплових режимів у пасажирському вагоні з використанням методу елементарних балансів. Практична значимість. Складена розрахункова модель дає змогу моделювати зміни температури у вагоні на нестаціонарних теплових режимах, досить легко вводити та виводити до розрахункової схеми додаткові елементи. Це дозволяє проводити оцінку різних схем та конструктивних рішень системи життєзабезпечення вагона шляхом математичного експерименту.
RU: Цель. Существующие математические модели нестационарных тепловых процессов в пассажирском вагоне не подходят для полной оценки эффективности новых технических решений системы жизнеобеспечения пассажирских вагонов и для их сравнения с уже существующими конструкциями. Кроме того, нестационарные тепловые процессы чаще всего исследовались на начальном этапе движения вагона. В связи с появлением новых конкурентоспособных технических решений системы жизнеобеспечения, возникла потребность и в создании нового математического инструмента, который давал бы возможность учесть эти особенности и их влияние на протекание нестационарных тепловых процессов на протяжении всего времени в пути. Целью данной работы является создание математической модели нестационарных тепловых процессов, которая бы удовлетворяла вышеперечисленные требования. Методика. Для реализации поставленной задачи была составлена система дифференциальных уравнений, которые описывают нестационарные тепловые процессы в вагоне; для решения сложной системы уравнений использовался метод элементарных балансов. Результаты. Разработан расчетный алгоритм и создана компьютерная программа для моделирования переходных тепловых процессов в пассажирском вагоне, что позволяет учитывать различные конструктивные решения системы жизнеобеспечения пассажирских вагонов и осуществлять моделирование нестационарных тепловых процессов на любом этапе рейса. Научная новизна. Усовершенствована математическая модель тепловых процессов в вагоне в динамике, что позволяет исследовать теплотехническое состояние в салоне при различных условиях и сравнивать работу различных систем жизнеобеспечения пассажирских вагонов. Выполнено математическое моделирование нестационарных тепловых режимов в пассажирском вагоне с использованием метода элементарных балансов. Практическая значимость. Составленная расчетная модель дает возможность моделировать изменения температуры в вагоне на нестационарных тепловых режимах, довольно легко вводить и выводить в расчетную схему дополнительные элементы. Это позволяет проводить оценку разных схем и конструктивных решений системы жизнеобеспечения вагона путем математического эксперимента.
UK: Мета. Існуючі математичні моделі нестаціонарних теплових процесів у пасажирському вагоні не придатні для повної оцінки ефективності нових технічних рішень системи життєзабезпечення пасажирських вагонів та для їх порівняння з уже існуючими конструкціями. Крім того, нестаціонарні теплові процеси найчастіше досліджувалися на початковому етапі руху вагона. У зв’язку з появою нових конкурентоспроможних технічних рішень системи життєзабезпечення виникла потреба й у створенні нового математичного інструменту, який давав би змогу врахувати ці особливості та їх вплив на перебіг нестаціонарних теплових процесів протягом усього часу рейсу. Метою даної роботи є створення математичної моделі нестаціонарних теплових процесів, що задовольняла б вищеперераховані вимоги. Методика. Для реалізації поставленої задачі було складено систему диференціальних рівнянь, що описують нестаціонарні теплові процеси у вагоні; для розв’язання складеної системи рівнянь використовувався метод елементарних балансів. Результати. Розроблено розрахунковий алгоритм та створено комп’ютерну програму для моделювання перехідних теплових процесів у пасажирському вагоні, що дозволяє враховувати різні конструктивні рішення системи життєзабезпечення пасажирських вагонів та здійснювати моделювання нестаціонарних теплових процесів на будь-якому етапі рейсу. Наукова новизна. Удосконалено математичну модель теплових процесів у вагоні в динаміці, що дозволяє досліджувати теплотехнічний стан у салоні за різних умов та порівнювати роботу різних систем життєзабезпечення пасажирських вагонів. Проведено математичне моделювання нестаціонарних теплових режимів у пасажирському вагоні з використанням методу елементарних балансів. Практична значимість. Складена розрахункова модель дає змогу моделювати зміни температури у вагоні на нестаціонарних теплових режимах, досить легко вводити та виводити до розрахункової схеми додаткові елементи. Це дозволяє проводити оцінку різних схем та конструктивних рішень системи життєзабезпечення вагона шляхом математичного експерименту.
RU: Цель. Существующие математические модели нестационарных тепловых процессов в пассажирском вагоне не подходят для полной оценки эффективности новых технических решений системы жизнеобеспечения пассажирских вагонов и для их сравнения с уже существующими конструкциями. Кроме того, нестационарные тепловые процессы чаще всего исследовались на начальном этапе движения вагона. В связи с появлением новых конкурентоспособных технических решений системы жизнеобеспечения, возникла потребность и в создании нового математического инструмента, который давал бы возможность учесть эти особенности и их влияние на протекание нестационарных тепловых процессов на протяжении всего времени в пути. Целью данной работы является создание математической модели нестационарных тепловых процессов, которая бы удовлетворяла вышеперечисленные требования. Методика. Для реализации поставленной задачи была составлена система дифференциальных уравнений, которые описывают нестационарные тепловые процессы в вагоне; для решения сложной системы уравнений использовался метод элементарных балансов. Результаты. Разработан расчетный алгоритм и создана компьютерная программа для моделирования переходных тепловых процессов в пассажирском вагоне, что позволяет учитывать различные конструктивные решения системы жизнеобеспечения пассажирских вагонов и осуществлять моделирование нестационарных тепловых процессов на любом этапе рейса. Научная новизна. Усовершенствована математическая модель тепловых процессов в вагоне в динамике, что позволяет исследовать теплотехническое состояние в салоне при различных условиях и сравнивать работу различных систем жизнеобеспечения пассажирских вагонов. Выполнено математическое моделирование нестационарных тепловых режимов в пассажирском вагоне с использованием метода элементарных балансов. Практическая значимость. Составленная расчетная модель дает возможность моделировать изменения температуры в вагоне на нестационарных тепловых режимах, довольно легко вводить и выводить в расчетную схему дополнительные элементы. Это позволяет проводить оценку разных схем и конструктивных решений системы жизнеобеспечения вагона путем математического эксперимента.
Description
I. Khomenko: ORCID 0000-0002-1026-2720
Keywords
mathematical modeling, passenger car, unsteady thermal processes, life support system, математичне моделювання, пасажирський вагон, нестаціонарні теплові процеси, система життєзабезпечення, математическое моделирование, пассажирский вагон, нестационарные тепловые процессы, система жизнеобеспечения, КВВГ
Citation
Khomenko, I. Yu. Mathematical Modeling of Unsteady Heat Exchange in a Passenger Car / I. Yu. Khomenko // Наука та прогрес транспорту. Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – 2013. – №. 6 (48). – С. 147–155. – doi: 10.15802/stp2013/19762.