Файл: Нестеров Ю.Ф. Теория и расчет судовой тепловой изоляции.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 137
Скачиваний: 6
ГЛАВА 1
ПРИМЕНЕНИЕ
ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯ РАСЧЕТА
СУДОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
§ 1
Тепловые потоки
Тепловой поток или количество тепла, проходящее через стенку при установившемся процессе,
Q = k (4 — 4) Р ккаліч, |
(1) |
где k — коэффициент теплопередачи; tn — средняя температура среды, расположенной со стороны наружной поверхности стенки; tB — температу ра воздуха внутри судового помеще ния; F — средняя площадь всей стенки.
Площадь стенки F следует вы числять как среднее арифметическое между наружной FH и внутренней Fv поверхностями стенки (в свету):
F = ~2~ (F» + Fb) м \ |
(2) |
Удельный тепловой поток или плотность теплового потока
Q |
k (/„ — tB) ккал/м2 • ч. (3) |
Введем понятие о тепловом по токе, отнесенном к разности темпе ратур: q = Q/(t„ — 4). Из уравне ния (1) следует, что
q |
= kF |
= kss' |
ккаліч-°С, |
(4) |
где s |
и s' — ширина и длина |
стенки |
||
(или |
зоны). |
|
q используется |
|
Тепловой |
поток |
|||
в зональных методах расчета изо ляции (см. гл. V I ) .
§ 2
Передача тепла через плоскую многослойную стенку
Основная изоляция, покрываю щая обшивку корпуса судна, пред ставляет собой плоскую многослой ную, стенку (рис. 1).
Ортогональная тепловая сетка для плоской многослойной стенки показана на рис. 2. Каждой изотерме соответствует значение отно-
сительного перепада температур Т = |
_ J |
(t — температура |
произвольной точки стенки), а каждой линии тока — определенное
й О |
1 |
/
Рис. |
1. |
Основная изоляционная конструкция. |
||
/ — стальная |
обшивка корпуса |
судна; 2 |
— изоляционный материал; |
|
|
3 |
— деревянная |
зашивка |
конструкции |
7 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¥: |
|
|
|
|
|
- г - |
|
|
|
|
|
42- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Й.077 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,7 |
0,2 |
0,3 |
0,И- |
0,5 |
0,8 |
0,1 |
|
0,8 |
0,9 / |
|
Рис. |
2. Ортогональная |
тепловая |
сетка |
для |
плоской многослой |
||||||
ной |
стенки |
при |
m = |
0,2 м, |
6 3 = |
0,05 |
м, |
б с |
= |
0,008 м, |
Я и = |
|
|
= |
0,05 |
ккал/м- |
ч- °С и Яд /Аи |
= |
3. |
|
|
||
— — — изотермические линии; |
|
линии тепловых |
потоков |
||||||||
значение относительного теплового потока, т. е. потока, выражен ного в долях полного количества тепла Q, проходящего через стенку.
Полный коэффициент теплопередачи плоской многослойной стенки определяется по формуле:
К = |
~ |
, |
(5) |
|
1=1 |
|
|
где а н и а в — коэффициенты теплоотдачи со стороны наружной и внутренней поверхностей стенки, ккал/м2 -ч-°С; 8{ — толщина слоя
(равная длине линий тока в этом слое); \- — коэффициент теплопро водности слоя; і — номер слоя; п — количество слоев.
Формулу (5) можно также употреблять для расчета коэффициента теплопередачи через изоляцию тонких слабоискривленных стенок (цилиндрических, шаровых и др.). Слабоискривленными можно считать такие стенки, у которых отношение радиусов кривизны на ружной и внутренней поверхностей rJrB < 2. Температурные поля искривленной и плоской стенок мало отличаются одно от другого, поэтому влиянием кривизны можно пренебречь. Среднюю поверх
ность |
искривленной стенки F |
необходимо рассчитывать |
по |
фор |
муле |
(2). Если отношение rJrB |
<С 2, погрешность расчета |
не |
пре |
восходит 4%. Практически все изогнутые поверхности корпуса судна можно рассчитывать по формулам для плоских стенок.
Различают следующие тепловые проводимости:
а н и а в — поверхностные проводимости (коэффициенты тепло отдачи);
h
-jr внутреннюю проводимость одного из слоев;
•общую внутреннюю проводимость многослойной стенки;
1 = 1
kn — полную проводимость стенки (полный коэффициент тепло передачи).
Величины, обратные тепловым проводимостям, носят название термических сопротивлений:
VaH и VaB — сопротивления теплоотдаче со стороны наружной и внутренней поверхностей стенки, т. е. поверхностные сопротив ления;
б,-
-у- — внутреннее сопротивление теплопроводности отдельного
слоя;
п
^общее внутреннее сопротивление теплопроводности мно-
1 = 1 |
' |
гослойной стенки; |
|
IIkn |
— полное сопротивление теплопередаче. |
Представим формулу (5) в следующем виде:
_!_ = _!_ _i- V А . . _ L
1=1
Таким образом, при последовательном соединении слоев полное термическое сопротивление равно сумме частных сопротивлений.
Если многослойная стенка содержит воздушную прослойку, то полный коэффициент теплопередачи
где RB, п — термическое |
сопротивление |
воздушной прослойки. |
Из уравнений (5) и |
(6) следует, что kn не может быть больше |
|
самой малой тепловой проводимости (кі/8і |
или а) и получается почти |
|
равным ей. Слои с относительно малыми |
термическими сопротивле |
|
ниями почти не влияют на процесс теплопередачи, поэтому для упрощения практических расчетов ими можно пренебречь.
В случае пренебрежения термическими сопротивлениями тепло
отдаче, т. е. |
при а н = |
ав — оо, задача теплопередачи значительно |
упрощается |
и сводится |
к задаче теплопроводности. |
В практических расчетах термическим сопротивлением тепло отдаче 1/ан со стороны поверхностей, омываемых забортной водой или примыкающих к цистернам (водяным, топливным и т. п.), можно пренебрегать всегда. При этом в коэффициент теплопередачи вносится положительная погрешность, не превосходящая 0,1% . Температура поверхности судна, расположенной ниже ватерлинии, всегда совпадает с температурой забортной воды.
Для упрощения расчета сопротивления теплоотдаче со стороны воздуха, находящегося снаружи и внутри помещения, 1/ан и 1/ав в большинстве случаев также можно не учитывать. В результате пренебрежения сопротивлениями 1/ан и 1/ав коэффициент тепло передачи обычно увеличивается на 1—2% и 3—7% соответственно.
Однако коэффициенты теплоотдачи со стороны воздуха приоб ретают решающее значение при проверочном расчете на отсутствие конденсации водяного пара на поверхности изолированной стенки, а также при определении количества тепла, вносимого в помещение
солнечным облучением. Поэтому в указанных случаях |
коэффициенты |
|||||||||
теплоотдачи |
необходимо |
учитывать. |
|
|
|
|
|
|
||
Всегда можно пренебрегать термическим сопротивлением тепло |
||||||||||
проводности стальной обшивки корпуса |
судна б с Д с |
при |
перпенди |
|||||||
кулярном расположении |
к ней линий |
теплового |
потока |
(рис. 1), |
||||||
так как толщина стального слоя |
очень |
мала |
(бс |
= |
0,003—0,016 м), |
|||||
а его коэффициент |
теплопроводности велик |
( \ |
= |
50 |
ккал/м-ч-°С). |
|||||
При этом |
коэффициент |
теплопередачи |
завышается |
не более чем |
||||||
на 0,1% . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Положив |
1/ан = |
1/ав = |
0, уравнение |
теплопередачи (5) преобра |
||||||
зуем в уравнение |
теплопроводности: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
k = |
П |
|
|
|
|
|
(7) |
где k — неполный коэффициент теплопередачи (без учета коэффи циентов а) .
