Файл: Нестеров Ю.Ф. Теория и расчет судовой тепловой изоляции.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 158

Скачиваний: 6

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Толщину изоляции, устанавливаемой на гладкой стороне палуб и переборок, а также на днище (рис. 9), можно принимать равной значению т для промежуточных палуб и переборок, разделяющих смежные рефрижераторные помещения.

В нормальных конструкциях толщина основной изоляции т

между элементами набора зависит от их высоты h и толщины

изоля­

ции поверх набора / (см. рис. 10, а):

 

т = h + I.

(29)

Следовательно, для этих конструкций принимаемые нормативные зна­ чения / и т необходимо увязывать между собой по соотношению (29).

Как в рефрижераторных, так и в жилых помещениях толщину основной изоляции у промежуточной палубы и переборки тп, а также у рибанда тр можно брать приблизительно в два раза меньше ее толщины у наружной поверхности судна тн (у борта и т. д.), к кото­ рой примыкает рассматриваемая промежуточная стенка. Обычно толщины тп и тр лежат в следующих пределах:

т я > т п 2== 0,5тн и mH > т р 5» 0,5тн .

(30)

Тепловые сетки (см. гл. VI) показывают, что температура в теле стального профиля набора заметно падает. Поэтому в жилых помеще­ ниях толщины изоляционных слоев, обходящих отдельные участки профиля набора, книц и других металлических деталей, следует про­ порционально уменьшать (по сравнению с толщиной изоляции на обшивке), принимая т > р > I > п (см. рис. 80, а и 82, а). В против­ ном случае изоляция на профиле набора будет работать неэффективно. Допустимая степень уменьшения толщины изоляции на профиле на­ бора растет с увеличением его высоты h, уменьшением толщины т и в меньшей мере с ростом ширины полки b (т. е. с уменьшением вели­ чины Тп — см. табл. 8).

Если в смежных отапливаемых помещениях температуры одина­ ковые или их разность не превосходит 4° С, толщина металлической промежуточной стенки меньше 2 мм, а общая толщина изоляции на наружной поверхности больше 150 мм, то внутренние стенки можно не изолировать (даже рибандом).

В технико-экономических расчетах (см. гл. IX) варьируют тол­ щину основной изоляции между элементами набора т. При этом тол­

щины

изоляционных слоев, обходящих набор, I, п

и р, а также тол­

щины

изоляции рибандов тр и пиллерсов т п и л ,

соприкасающихся

с поверхностью, у которой варьируется толщина изоляции, назначают в виде доли от толщины основной изоляции т. Эти доли, принимаемые постоянными, определяются соотношениями, приведенными в табл. 6, и формулами (28) и (30). Таким образом, при варьировании основной толщины т будут пропорционально меняться и все прочие толщины изоляции.

Нормативная толщина изоляции обычно меньше наиболее эконо­ мичной.

Учет солнечного облучения. При облучении солнцем внешние поверхности судна приобретают более высокую температуру, чем

наружный воздух. Вследствие повышения действующего перепада температур At заметно увеличивается полный тепловой поток qF через наружные стенки. Для стенок, освещаемых солнцем, коэффи­ циенты теплопередачи k необходимо уменьшать, а толщины изоля­ ционных слоев — увеличивать, чтобы обеспечить прохождение одного и того же теплового потока (qF = idem) через различные ограждения помещения.

Полный тепловой поток qF через ограждения судна, облучаемые солнцем (см. § 53):

qF

=

qFr

-f- qFp

= k {ta

— tB) - f

k

— k Atr

- j - k At — k At ккал/м2 • ч,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(31)

где

 

qFr

— тепловой

поток,

 

вызываемый

разностью

температур

AtT

— tH

— tB;

qFp

— радиационный тепловой поток;

є — коэффи­

циент

поглощения

солнечных

лучей наружной поверхностью судна;

/ — максимальное среднесуточное значение интенсивности солнечной радиации, ккал/м2 -ч\ Atp —радиационный перепад температур.

Следовательно, действие солнечной радиации эквивалентно повы­

шению температуры наружного воздуха на

величину

& p = - j ^ - = * ; - * „ .

(32)

Таким образом, солнечную радиацию можно учитывать увеличе­ нием температуры наружного воздуха tB в формуле (3) на величину Atp, считая расчетную температуру наружной среды равной

 

 

*; = *„ + д^р.

 

(зз)

Максимальная

действующая разность

температур

At слагается

из температурного

Atr

и радиационного

А/р

перепадов:

At =

Д*т -\-At0 = ('н -

/в) +

-£-

= t'a — tB.

(34)

В ориентировочных

расчетах

можно

принимать

максимальное

среднесуточное значение избыточной разности температур для наи­ более жаркого месяца А^р = 10—15° С у открытых палуб и Д^р = = 5—10° С у бортов.

Для ограждений, подверженных солнечному облучению, норма­

тивные

значения

qF и

k необходимо

согласовывать

одно с

дру­

гим по общей формуле (31), а не по зависимости (3).

 

 

 

Если поверхность судна не облучается солнцем, то в формуле

(31)

следует полагать интенсивность / = 0.

При этом А/ р =

0, qFp

=

0,

At =

AtT

и qF

=

qFr.

Тогда формула

(3) вытекает из общего

выра­

жения

(31) как

частный случай.

 

 

 

 

При расчете отопительных установок также можно принимать 1=0, так как зимой солнечную радиацию учитывать не следует.

Усреднение температур и их перепадов. Определяя тепловые потери, следует учитывать конкретное значение перепада температур At для каждого участка стенки.

к*

67

Иногда на отдельных участках одного и того же ограждения с оди­ наковым коэффициентом теплопередачи k действуют различные тем­ пературные напоры At и потому через эти участки проходят разные тепловые потоки qF (например, через надводный и подводный участки борта, омываемые наружным воздухом и забортной водой). В таких

случаях нормативные значения qF

и

k

необходимо согласовывать,

пользуясь

средним

температурным

напором

А / с р

или

усредненной

температурой наружной среды /н .с р

для

стенки в

целом:

 

 

 

 

 

qF = kAtcp

или

<7ґ =

Л(*н .С р

— f в ) •

 

 

 

 

Cpeдний температурный напор для всего ограждения

 

 

 

 

 

 

 

ч - Р - - ^ ' ! ; 1

 

 

 

• • • ,

 

 

 

(35)

где Flt

F2, . . .

— площади

отдельных

участков

изолированного

ограждения, м2;

Att, At2,

. . . —температурные

напоры,

соответ­

ствующие этим участкам,

°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Усредненная

температура

наружной

среды

 

 

 

 

 

 

 

 

f

^ H l ^ l - |~ ^ Н 2 ^ 2 "Г " ' '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V ср — -

P i

_f

 

 

 

 

 

 

 

 

где /н 1 ,

tn2, . . .

— температуры

с

наружной

стороны

стенки,

°С.

Усредненные значения

А/ с р

и tH с

р

необходимо вводить и в даль­

нейшие технико-экономические расчеты изоляции (см. гл. IX) .

 

Выбор

размеров

металлического

 

набора

для

рефрижераторных

судов. При проектировании корпуса рефрижераторного судна

для

уменьшения k следует принимать возможно большие значения

шпа­

ции s и возможно

меньшие значения высоты набора h (см. рис. 10, а)

в пределах, допускаемых

прочностью.

 

 

 

VF,

 

 

Чтобы уменьшить общую толщину изоляции, объем

отнимае­

мый изоляционной

конструкцией,

и ее стоимость Ср, также

необхо­

димо стремиться к применению набора с наименьшей высотой

h.

 

При увеличении шпации s и уменьшении высоты набора h проч­ ность корпуса судна уменьшается. Для восстановления прочности корпусной конструкции приходится увеличивать ширину полки на­ бора b (несмотря на то, что при этом возрастает коэффициент k) и

ставить профили с максимальной толщиной полки

t.

При увеличении ширины и толщины полки

набора возрастает

вес металлического набора. Однако вес изоляционной конструкции GF

при этом меняется мало вследствие уменьшения

ее общей толщины

с уменьшением высоты профиля h.

Таким образом, для набора рефрижераторных судов выгодно при­ менять невысокие профили с максимальными толщинами полок.

ГЛАВА

МЕТОД

ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ

АНАЛОГИИ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СУДОВОЙ и з о л я ц и и

Задачу теплопроводности для неоднород­ ной стенки можно решать следующими пу­ тями:

непосредственными измерениями тепло­ вых потоков;

методами математической физики; методом конечных разностей на цифровых

вычислительных машинах; методом электротепловой аналогии на

специальных счетно-решающих установках. Непосредственные измерения тепловых потоков через изоляционные конструкции или их тепловые модели являются сложными, дорогими и трудоемкими. Кроме того, уста­ новка тепломера или термопар существенно искажает распределение температур в этих конструкциях. Различные утечки тепла сни­ жают точность измерений. По этим причинам прямые измерения (тепломерами) еще не

производились.

Математическим путем (методом конформ­ ных преобразований) удалось приближенно решить задачи теплопроводности лишь для конструкций простой геометрической формы (нормальных) и только для однородной изо­ ляционной среды (не прорезаемой деревян­ ными брусками обрешетника). Даже в этих сравнительно простых случаях приходится вводить такие упрощающие допущения, кото­

рые не дают возможности

получить

строгое

и точное решение

[119, 3, 69, 68].

Поэтому

математический путь дальнейшего

развития

не получил.

 

 

 

 

Приближенное

численное решение

задач

теплопроводности

методом

конечных

разно­

стей на цифровых

вычислительных

машинах

требует предварительной разработки слож­ ных программ решения, трудоемкого коди­ рования чертежа машинными словами и пер­ форирования лент, введения информации в машину, а также больших затрат дорогого машинного времени [72].

По изложенным причинам наибольшее распространение при решении задач тепло­ проводности для судовой изоляции получил метод электротепловой аналогии (ЭТА). Ана­ логичными называют такие явления, матема­ тические описания которых одинаковы по форме, но различны по физическому содержа­ нию. Метод аналогии заменяет изучение тепловых процессов исследованием электри­ ческих явлений. При этом моделируется не физическая, а лишь математическая сущ­ ность процесса теплопроводности. Метод ЭТА дает возможность просто и быстро интегри­ ровать дифференциальное уравнение тепло­ проводности с точностью, вполне достаточной для технических расчетов.

Электроизмерительные установки, пред­ назначенные для исследования процесса теп­ лопроводности методом ЭТА, по существу,

являются

 

аналоговыми вычислительными

машинами

(электроинтеграторами).

 

В качестве электропроводных материалов для изготовления моделей используют

алюминиевую фольгу

(станиоль) [89, 120], различные электролиты [94, 112] (в том

числе обычную воду

[117,42]), дисперсные массы (например, смесь графитной пыли

с мраморной мукой)

и др. В настоящее время

применяют электропроводную бумагу

[61, 49, 53, 62, 121,

78—81], что значительно

упрощает технику

моделирования и

сокращает время, затрачиваемое на изготовление модели.

 

 

Метод

аналогии

широко применяют

во многих отраслях науки и техники [67,

4,

18,

36,

91—93].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§

19

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаемые

допущения

 

 

 

 

 

и

постановка

задачи

 

 

 

 

 

 

теплопроводности

 

 

В практических расчетах процесс теплопередачи через судовую

изоляцию

можно

считать установившимся (стационарным).

 

Длина

изоляционной конструкции

В вдоль оси zr

(рис. 15, а) яв­

ляется достаточно большой по сравнению с ее размерами вдоль осей

координат температурного поля хт и ут* В

этом случае

картина зна­

чений

t

одна и та же во всякой плоскости,

параллельной

плоскости

хтут,

и

температурный градиент вдоль набора

=

0.

Следова­

тельно, поля температур и тепловых потоков можно считать плоскими

(двухмерными).

 

 

 

 

Как уже отмечалось в § 2, можно принимать 1/ан

= 1/ав

=

0 или

а н а в — 0 0 • Тогда задача теплопередачи сводится

к задаче

тепло­

проводности.

 

 

 

 

Кроме того, примем еще следующие упрощающие допущения.

Температуру во всех точках наружной поверхности FH т

(гра­

ница АТСТ

на рис. 15, а), а также внутренней поверхности FB_т

(гра­

ница BTDT)

будем считать одинаковой и равной температуре соответ­

ствующей

среды 4 или

1Ъ.

 

а

и не­

В действительности

при малых значениях коэффициента

равномерном распределении его вдоль поверхности в охлаждаемых помещениях температура на поверхности наружной стальной обшивки напротив набора будет несколько ниже, а на поверхности внутренней

зашивки — выше,

чем вдали от

набора; в отапливаемых

помеще­

ниях — наоборот.

В отапливаемых помещениях температура будет

понижаться также

во внутренних

углах А и В (см. рис. 8)

обходных

изоляционных конструкций.

Однако последнее допущение практически не влияет на интеграль­ ный результат вычислений — коэффициент теплопередачи [72]. Закон распределения температур на границах изоляционной кон­ струкции имеет существенное значение только при проверке возмож­ ности конденсации водяного пара на ее поверхности.

Материалы, входящие в изоляционную конструкцию, можно считать изотропными.

* Индексом «т» будем отмечать величины, относящиеся к температурному полю.

Смотрите также файлы