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: 182
Скачиваний: 6
показанном в сечении / — / (рис. 27, г); /г2 |
— для нормальной изоля |
||||||||||
ции поперечного набора на втором участке шириной |
sA, |
изображен |
|||||||||
ном в сечении / / — / / |
(рис. 27, е); k'3 |
— д л я обходной |
изоляции про |
||||||||
дольного |
набора |
на |
третьем |
участке шириной |
sH, |
представленном |
|||||
в сечении |
/ / / — / / / |
(рис. 27, |
з); |
k\ |
— д л я обходной |
изоляции про |
|||||
дольного |
набора |
на |
четвертом |
участке |
шириной |
sfl, |
приведенном |
||||
в сечении |
IV—IV |
(рис. 27, |
к). |
|
k'3 и k\ для |
|
|
|
|
||
При определении |
коэффициентов |
изоляции продоль |
|||||||||
ного набора на третьем и четвертом |
расчетных |
участках |
(рис. 27, з |
||||||||
и к) деревянные бруски обрешетника, расположенные перпендикуляр
но к поперечному набору и попадающие в сечения /77 — III и |
IV—IV |
|||
(рис. 27, ж, и), учитывать не следует, так как их воздействие |
учтено |
|||
при вычислении коэффициента k2 |
для изоляции поперечного |
набора |
||
во втором расчетном участке, выделяемом сечением / / — I I |
(рис. 27, е). |
|||
Влияние бруска толщиной <5б учитывается при определении |
эквива |
|||
лентной Т О Л Щ И Н Ы (5э2 = |
(бб^и / ^ д ) |
~г" ( 6 3 ^ V \ ) ' |
крепления |
|
Влияние деревянных |
сухарей, |
предназначенных для |
||
зашивки, обходящей продольный набор, и расположенных перпен дикулярно к этому набору (рис. 27, и), также можно полностью учитывать по диаграммам, не прибегая к поправочному коэффициенту Рб (§ 41). Влияние сухаря толщиной бс учитывается при вычислении эквивалентной толщины изоляционного слоя бэ 4 = (6<ДИАД) +
"I- (SAAa).
Допустимо полагать (рис. 45, а), что участки шириной sH и Яд, попадающие в два продольных сечения / — / и / / — / / (рис. 27, а), соединены параллельно. Тогда средний коэффициент теплопередачи
для изоляции поперечного |
набора можно найти по формуле |
(101): |
k |
- ^ r ^ - |
( 1 0 8 ) |
И Г д
Средний коэффициент теплопередачи для изоляции продольного набора вычисляется по аналогичной формуле
* и І " Ьд
После этого по формуле (89) следует определить коэффициент теплопередачи для плоской многослойной стенки, соответствующей заданной изоляционной конструкции,
k0 = |
(ПО) |
где т п — приведенная толщина основного изоляционного слоя, покрывающего обшивку корпуса судна между набором и обрешетником, м (причем т'п = тп1 и k0 = ko).
Средний добавочный коэффициент теплопередачи для изоляции продольного набора следует вычислять по уравнению (90):
Ak' = k' — k0. |
( I l l ) |
з; Su
— = j l |
L |
г) |
і |
||
|
|
|
<*-> |
|
|
|
1 |
J 1 |
|
|
ж)
N-IY
Рис. |
27. Изолированная |
поверхность с пересекающимися элементами |
|
тыре |
типовых участка, |
выделяемых сечениями / — / -=- IV—IV; |
г, е, э, |
ш-ж
1У |
S |
Ж |
|
V •* •••• .1 . |
г |
4v ш
ж-д
дг-ж
N-TV
33
• 'J I
набора: a — поперечное сечение; б — продольное сечение; б, 3, яс, и — че- к — четыре расчетных участка после замены термических сопротивлений
9 ю. Ф. Н е с т е р о в |
129 |
В заключение по выражению (107) находится осредненное значе ние коэффициента теплопередачи для всего периодически повторяю щегося участка изолированной поверхности.
Предлагаемая методика не является вполне строгой. Приближение
в |
расчете заключается |
в том, что решение пространственной задачи |
заменяется простым сложением решений для плоских задач. |
||
|
В действительности |
тепловые потоки, выходящие из поперечного |
и |
продольного набора, |
не просто складываются, а налагаются друг |
на друга, отчего в местах пересечения набора неизбежно происходит некоторое взаимное погашение тепловых потоков. Это погашение изложенной методикой расчета не учитывается; поэтому она незначи тельно завышает значения kcp.
Предлагаемый метод расчета изоляционных конструкций с пересекающимися элементами набора путем сложения тепловых потоков с помощью добавочного коэффициента теплопередачи Ak яв ляется общим. Этим методом можно рассчитывать изолированные ограждения, содержащие любые пересекающиеся детали, прорезаю щие изоляцию (не только стальной набор, но и деревянный обре шети и к).
Таким образом, тем или иным способом, рассмотренным в этой главе, можно полностью рассчитать по диаграммам (гл. V) почти любую сложную конструкцию. Однако все приведенные способы рас чета сложных конструкций можно употреблять при определении коэффициента k не только по диаграммам, но и приближенным мето дом по зонам тепловых потоков (см. гл. VI) .
ГЛАВА V
ДИАГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОЙ и з о л я ц и и КОРПУСА СУДНА, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ АНАЛОГИИ
Глава посвящена определению коэффи циента теплопередачи для тепловой изоляции корпуса судна. Здесь изложены только ре зультаты исследований, проведенных путем электрического моделирования процессов теп лопроводности. Эти результаты обобщены и систематизированы в виде небольшого коли чества новых диаграмм, предназначенных для практических расчетов изоляции. Обобщен ные и систематизированные решения задач теплопроводности приведены для двух основ ных классов изоляционных конструкций — нормальных и обходных (см. рис. 28 и 29). Диаграммы для расчета изоляции, обходя щей набор, впервые были предложены авто ром [61 ] .
При построении диаграмм преследова лась цель довести их количество до минимума и сделать эти диаграммы одновременно наи более полными и общими при точности, достаточной для практических расчетов.
Предлагаемые новые диаграммы, в отли чие от первоначальных [61 ], представлены в виде, значительно более удобном для практического использования, и в то же время они являются более точными. Приня тый способ построения диаграмм значительно упрощает применение их потому, что исклю чает необходимость в многократной интер поляции.
§ 33 Дополнительные допущения
Основные допущения, принимае мые при расчете изоляции как по диа граммам, так и зональным методом, изложены выше (§ 19).
При проведении измерений (ме тодом ЭТА), предназначенных для построения расчетных диаграмм, до полнительно принимаются следую щие допущения.
Диаграммы построены для изо ляционных конструкций, не содер жащих деревянных брусков обрешетника, так как они не всегда про резают современные конструкции.
Вычисления проведены для кон струкций с симметричными профи лями набора в виде тавра и полосы. Тавровый профиль при В = F пре вращается в полосовой (см. § 25).
9* |
131 |
|
В судостроительной |
практике |
толщины /, |
t и е по сравнению |
||
с |
прочими |
размерами |
конструкции меняются |
незначительно |
(от 3 |
|
до |
16 мм). |
Вследствие |
этого, как |
показывает соответствующее |
сопо |
|
ставление, изменение перечисленных размеров почти не влияет на критерий формы Ф. В опытах относительные толщины стального на
бора и обшивки сохранялись постоянными: F = |
flh -= 0,047; tlh = |
|||
= 0,0588 и elh=0,047. |
Указанные относительные |
толщины соответ |
||
ствуют значениям /, t, |
е и h, употребляемым наиболее часто. |
|||
Таким образом, при вычислениях методом ЭТА конечные значе |
||||
ния толщин стального |
профиля набора |
учитываются, |
но эти тол |
|
щины не меняются. |
|
|
|
|
При увеличении t и / коэффициент k |
увеличивается |
значительно |
||
меньше чем на 1%, и наоборот. Отсюда следует, что диаграммы, приводимые ниже, можно применять практически при любых /, t и е.
Отказ от учета изменения этих размеров существенно упрощает опыты, без ущерба для их точности.
Как уже отмечалось в § 24, одна из отличительных особенностей настоящей работы состоит в том, что при электрическом моделирова нии процессов теплопроводности учитывается действительное значе ние коэффициента теплопроводности стали %с (т. е. принимается, что коэффициент Хс =f со и Кс/кп ^ 1000).
§3 4
Определение относительных размеров изоляционной конструкции
На критерий формы Ф помимо физических и граничных условий однозначности влияют форма, строение и всегда заданные линейные размеры изоляционных конструкций (рис. 17, 28 и 29).
Для нормальных изоляционных конструкций справедливо равен
ство |
/ п = тп |
— h (см. рис. 17, б). |
В |
случае |
одного бортового стрингера под размером s следует |
понимать расстояние от второго дна до подволока трюма или расстоя ние между палубой и подволоком твиндека. Если палубный набор содержит два карлингса, то размер s должен представлять собой расстояние от борта до диаметральной плоскости судна. В общем слу чае s — Н/п, где Н — высота борта в трюме, твиндеке или ширина палубы; я — количество бортовых стрингеров или подпалубных карлингсов. Приведенное выражение можно употреблять при различ ном количестве любых элементов продольного рамного набора, при этом неважно, если стенка набора окажется расположенной не посе редине расстояния s, так как прямо по диаграммам можно рассчиты вать и несимметричные конструкции.
В соответствии с требованием второй теоремы теории подобия результаты исследований обрабатываются в критериальной форме, т. е. в виде зависимости критерия формы (подобия) АФ от безраз мерных симплексов — относительных размеров изоляционных кон-
струкций. При этом в качестве масштаба линейных |
размеров (т. е. |
|
в качестве определяющего размера) принимается |
высота набора h. |
|
Переход от действительных линейных размеров |
к |
относительным |
уменьшает количество независимых переменных величин на единицу. Отсюда следует, что в опытах нет необходимости изменять размер h.
Рис. 28. Типы нормальных изоляцион- |
Рис. 29. Обходные изоляционные кон |
|||
ных конструкций, которые можно рас- |
струкций, |
коэффициент |
теплопередачи |
|
считывать непосредственно по |
диаграм- |
которых можно определять с помощью |
||
мам, приведенным на рис. 30 |
и 31 |
диаграмм, |
приведенных |
на рис. 32—36 |
Относительные размеры легко вычисляются по известным действи тельным размерам изоляционной конструкции:
Для нормальной изоляции относительная ширина участка, пред
ставляющего |
собой |
по конструкции плоскую многослойную стенку, |
|||
S 0 = 5 — В; |
для |
обходной изоляции |
S0 |
= S — (В + |
2Nn). |
Только для нормальных изоляционных |
конструкций справедливо |
||||
соотношение |
|
|
|
|
|
|
|
L n = ^ = J n n = ± = |
M a |
_ L |
( 1 1 2 ) |
При построении |
диаграмм для нормальной изоляции |
(рис. 28) |
|||
геобходимо отобразить зависимость критерия формы ДФ от трех неза
висимых |
переменных: |
F (М п , В, |
S). |
Для |
ДФ = |
||
изоляции, обходящей |
набор (рис. 29), необходимо получить |
||
зависимость критерия ДФ от пяти относительных размероь: |
|||
|
АФ = F(Mn, В, Nn, |
£„, S). |
|
Компактно обработать результаты исследований трудно, так как в случае нормальной изоляции необходимо установить связь между четырьмя переменными величинами, а в случае обходной — между шестью. По этой причине многим авторам [94, 72, 42] не удалось обобщить и систематизировать полученные решения или компактно обработать их.
Диаграммы, приводимые ниже (см. рис. 30, 34 и 35), а также в ра боте [61 ], попутно позволяют дать рекомендации по выбору относи тельных толщин изоляции при ее проектировании. Для нормальных изоляционных конструкций (рис. 28) следует принимать Мп 5» 1,2ч-
ч-1,4; |
для обходных (рис. 29) —Na^ |
0,2ч-0,3 и L n 5=. 0,15-^0,25. |
|
Более |
низкие значения этих |
толщин брать невыгодно, так как при |
|
этом очень резко возрастают |
критерии |
ДФ и Ф и, следовательно, |
|
коэффициент теплопередачи k. Происходит это потому, что соответ ствующие кривые на диаграммах тем резче смещаются вверх, чем
меньше значения параметров Мп |
(см. рис. 30), Na (см. рис. 34) и L n |
(см. рис. 35) при постоянных прочих размерах. |
|
Здесь рекомендуются не |
оптимальные толщины изоляции, |
а только их нижние предельные значения.
Помимо значений толщин диаграммы позволяют также дать реко мендации по выбору соотношений между толщинами изоляционных слоев, обходящих набор (см. § 37). Эти соотношения должны быть следующими: Мп > Nn > L n .
§3 5
Рабочие формулы и диаграммы для определения добавочных критериев формы
В случае набора, не выступающего за основную изоляцию, рабо чую формулу для определения добавочного критерия формы ДФ построим следующим образом:
ДФ = Д ф м в + Д АФ3, |
( 1 1 3 ) |
