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

Для разработки приближенного метода расчета изоляции по зо­ нам тепловых потоков (см. гл. VI) на обратных моделях необходимо находить дополнительные изолинии, проходящие через характерные угловые точки конструкции А, В, С (см. рис. 53, а; 54, а и др.). В этих случаях прежде всего требуется определить относительную

Для изоляционных конструкций с симметричным набором (в виде

нию (69) находят критерий Ф, необходимый для построения диа­ грамм. Затем, при известном значении Ф, определяют коэффициент k по формуле (70).

Согласно второй теореме теории подобия результаты исследова­ ний, предназначенных для построения расчетных диаграмм, необ­ ходимо обрабатывать в критериальной форме, т. е. в виде обобщен­ ной зависимости между безразмерными инвариантами подобия (сим­ плексами и комплексами). Только в этом случае результаты опытного исследования конкретного единичного явления закономерно рас­ пространять на всю группу подобных ему явлений.

Первоначальные результаты, получаемые из опытов, предназна­ ченных для построения тепловых сеток, состоят из ряда точек, зафиксированных на прямой и обратной моделях, с указанием значений V в этих точках. При обработке опытов отмеченные на мо­ дели точки переносят на кальку. На кальке точки с равными зна­ чениями V соединяют плавными кривыми и в результате получают картину строения температурного поля на копии прямой модели и картину строения поля тепловых потоков на копии обратной модели.

Далее копии прямой и обратной моделей совмещают на одном чертеже, получая ортогональную тепловую сетку.

Тепловая сетка дает решение задачи теплопроводности в графи­ ческой форме. Тепловые сетки необходимо знать для разработки при­ ближенных зональных методов расчета изоляции.

Точность опытов в основном зависит от погрешностей, возни­ кающих при обеспечении подобия геометрических, физических и гра­ ничных условий однозначности.

Модели из бумаги являются трехмерными, потому что ее отдель­ ные области обладают неодинаковой толщиной. Трехмерность мо­ дели практически не влияет на распределение изолиний, так как отдельная изолиния при переходе через границу областей искажается по обе стороны от нее не более чем на толщину бумаги в смежных областях, т. е. на десятые доли миллиметра.

Решающим фактором, уменьшающим точность моделирования, является электрическая неоднородность бумаги, возрастающая при уменьшении сопротивления R6 (и, следовательно, JRm ).

При изготовлении моделей, производстве и обработке опытов не­ обходимо уменьшать влияние указанных факторов на точность опы­ тов (см. § 23, 24 и 25).

Оценить влияние всех факторов на точность электрического моделирования на электропроводной бумаге можно эксперимен­ тально двумя путями.

Во-первых, погрешность измерений можно проверить путем со­ поставления опытных и расчетных значений k и Т для контрольных задач, имеющих строгое теоретическое решение. В качестве контроль­ ной можно брать классическую задачу теплопроводности для пло­ ской многослойной стенки или какую-либо другую задачу.

Во-вторых, погрешность измерений можно установить, сопостав­ ляя между собой результаты одинаковых контрольных опытов для реальных изоляционных конструкций. Для этого необходимо изго­ товлять повторные модели для одной и той же изоляционной кон­ струкции и многократно повторять одни и те же опыты. В случае повторения опытов за окончательное значение критерия формы сле­ дует принимать его среднее арифметическое значение Ф с р . Расхожде­

Различная точность определения величин k и Т объясняется тем, что расхождение между сопротивлениями прямоугольного листа бу­ маги, измеренными в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и средним значением R6 не превосходит ±(2—4)% (см. §23), а мест­ ная случайная неоднородность на небольших площадях листа при этом может достигать ± 1 0 % . Основной лист модели, воспроизводя­ щий теплоизоляционный материал, имеет обычно прямоугольную форму. После измерения сопротивления этого листа У?б. и он входит в состав модели при ее изготовлении, не меняя своей формы. При измерении сопротивления бумаги ее локальная неоднородность усред­ няется. Поэтому на интегральный результат измерений — коэффи­ циент теплопередачи — неоднородность бумаги влияет меньше, чем на расположение изолиний.

На улучшенных (более однородных) сортах электропроводной бу­ маги можно получить еще более высокую точность метода ЭТА.

торое параллельно направлению диаметральной плоскости судна и продольному набору. Поперечным будем называть сечение (рис. 20, б), параллельное плоскости мидель-шпангоута судна и поперечному набору. В продольное сечение попадает поперечный набор корпуса судна, а в поперечное сечение — продольный набор.

Условимся также все обозначения сходственных размеров изоля­ ционной конструкции и других величин, относящихся к поперечному сечению или продольному набору, отмечать верхним индексом ('). Например, s' (рис. 20, б)— длина изоляционной конструкции вдоль

или балки набора. При этом размерность коэффициентов теплопере­ дачи изменяется.

Линейный коэффициент теплопередачи k„ определяет количество тепла, поступающее в час через один погонный метр профиля или балки набора при разности температур в один градус.

Установим связь между коэффициентами k и kn.

Количество тепла, проходящего через всю изоляционную кон­ струкцию, можно определять по формуле

Из равенства значений Q получаем следующую общую формулу для линейного коэффициента теплопередачи всей изоляционной кон­ струкции:

При расчете судовой изоляции во многих случаях удобно поль­ зоваться добавочным линейным коэффициентом теплопередачи

Коэффициент теплопередачи Акл учитывает дополнительное (по сравнению с соответствующей плоской многослойной стенкой) ко­ личество тепла, поступающее через данную изоляционную конструк­ цию в час при разности температур в один градус и отнесенное к од­ ному погонному метру судового набора.

Если в полученную формулу ввести вместо действительных размеров

ставляет собой безразмерное отношение ширины стенки (теплового потока) к ее приведенной толщине (длине линий тока).

Изложенное справедливо и для стенок (потоков) другой произ­ вольной формы. Критерий Ф зависит от соотношения между разме­ рами стенки и от ее формы. Этим объясняется и наименование ве­ личины Ф.

Из равенств (70) и (91) следует, что Ф = кл/Хи. Это выражение позволяет дать и такое объяснение физическому смыслу критерия Ф: критерий формы Ф представляет собой безразмерный тепловой поток, проходящий через всю изоляционную конструкцию и отнесенный к одному погонному метру судового набора. Масштабом линейных тепловых потоков k„ при этом является коэффициент теплопровод­

где ДФ — добавочный критерий формы, учитывающий влияние су­