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: 140
Скачиваний: 6
Неполный коэффициент теплопередачи представляет собой вну треннюю тепловую проводимость изоляционной конструкции. Однако в расчетной практике k принято называть просто коэффи циентом теплопередачи. Поэтому дальше в тех немногих случаях, когда речь будет идти о полном коэффициенте теплопередачи, это будет специально оговариваться.
Связь между полным и неполным коэффициентами теплопередачи
устанавливается выражением |
1 — • |
|
К = —і |
(8) |
По этой формуле следует определять полный коэффициент тепло передачи (с учетом термических сопротивлений 1/а) и для изоляцион ных конструкций, прорезаемых набором, при известной внутренней тепловой проводимости их k. Сопротивления на поверхностях кон струкции можно учитывать также путем замены термических со противлений (см. § 22).
Чем больше неполный коэффициент k и меньше а, тем больше
влияние а на коэффициент kn. Например, при |
k = |
0,6—1,0 и а в = |
|
= 5 ккал/м2-ч-°С |
коэффициент k больше kn |
на |
10—15%. |
На использовании приведенных классических формул теплопе редачи для плоской многослойной стенки основаны зональные ме тоды расчета изоляции, излагаемые в гл. V I .
§ 3 Определение температур
изоляционной конструкции
Температуры на поверхностях изоляционной конструкции, а также на границах воздушной прослойки, необходимо знать для определения коэффициентов теплоотдачи а и термического сопротив ления воздушной прослойки RB.n.
Температура наружной поверхности изоляционной конструкции
ИЛИ
'п. я = + |
( - ^ - - ^ Г ) ' |
(9 ) |
внутренней поверхности
'„.в = *в + М ' н - ' в ) - ^ . |
(Ю) |
на стыке между слоями і — 1 и і
Температура внутри любого слоя
(=г-И г д е ^ _ расстояние от наружной поверхности до любой точки мно
гослойной стенки (см. рис. 1); /' — номер слоя, отсчитываемый от наружной поверхности.
а)
Q О
.... . _ ,_|
*3
О 8
Ac
hi
X |
ОС) tg |
Рис. 3. Основные изоляционные конструкции, содер жащие воздушные прослойки со стороны наружной обшивки (а) и внутренней зашивки (б).
/ — стальная обшивка корпуса судна; 2— воздушная про слойка; 3 — теплоизоляционный материал; 4 — деревянная зашивка
Когда і |
п и, следовательно, |
сумма і + 1 > п (п — число |
слоев), следует |
полагать V ^ = |
о. |
Температуру tL требуется вычислять при решении задач на кон денсацию водяного пара внутри изоляции.
Если изоляционная конструкция содержит воздушную прослойку, расположенную со стороны наружной стальной обшивки корпуса судна (рис. 3, а), то температура на границе между стальной обшивкой и воздушной прослойкой
' с . . = <в + М ' н - ' в ) |
R |
_т_ _i_ _"з |
если же изоляция прорезается набором,
'с. в = U + £ п ('„ - К) |
+ *,..„ + 4 ) • |
Температура на границе между воздушной прослойкой и теплоизо ляционным материалом
для изоляции, прорезаемой |
набором, |
|
|
К. „ = |
+ |
kn(ta-k){-^- |
+ -r)- |
Здесь т и б3 — толщины слоев изоляционного материала и зашивки, а ХИ и А,3 — их коэффициенты теплопроводности.
Если воздушная прослойка расположена со стороны внутренней зашивки изоляционной конструкции (рис. 3, б ) , то температура на
стыке изоляционного |
материала |
и |
воздушной |
прослойки |
з = '„ + |
*п ('„ - ta) |
(~ |
I- / ? в . „ + |
; |
температура поверхности раздела |
воздушной прослойки и зашивки |
|||
< . . , = / . - | - * „ ( ^ - и ( 4 . - + ^ - ) -
Для приближенных расчетов можно принимать перепад /„ — t„ н — - 0,3 — 1,0° С, а /„.в — tB = 1,0—5,0° С.
§4
Передача тепла через стенку, состоящую из зон, соединенных параллельно
Выведем формулу для определения коэффициента теплопередачи стенки, образованной из неоднородных зон, расположенных парал лельно направлению теплового потока Q (рис. 4, 5).
Общее количество тепла, передаваемое через стенку, равно сумме количеств тепла, проходящих через каждую зону в отдельности:
|
|
|
Q = |
Qi + |
Q2 |
+ |
•••• |
|
Вводя |
тепловые |
потоки |
q |
(см. § |
1), |
получаем |
|
|
|
Я Сн — О |
= Яі (К — 'в) + |
Яг У* — tB) |
4 , |
||||
где qlt |
q2, . . . |
— тепловые потоки |
в |
каждой |
зоне. |
|||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
п
<7 = <7i + <?2+ ••• = 2] Яі- |
(11) |
і=і |
|
Таким образом, при параллельном соединении зон складываются не термические сопротивления, как при последовательном соединении слоев, а тепловые потоки. Общий поток q равен сумме частных тепло вых потоков.
й |
|
Зона |
Зона II |
|
1 |
|
|
\ |
|
|
|
А |
І |
|
|
k - : • : : • ] |
|
||
1 ' |
1 |
|
|
Рис. 4. Степка, состоящая из неоднородных деталей, соединенных параллельно.
/ — деревянный обрешетник; 2 — теплоизоляционный материал
1 1 ...
-у
j.-1--,--,і •••!) |
I |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
II |
0,1 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,1 |
0,8 |
0,0 |
1,0 |
Рис. 5. Тепловая сетка для периодически |
повторяющегося |
участка |
стенки, |
||||
состоящей из деталей, |
соединенных параллельно, при s4 = 0,1 м, sH = |
0,5 м, |
|||||
|
Я и |
= 0,05 ккал/м- ч- °С |
и Хл/Х„ = |
3. |
|
|
|
— — — — изотермические |
линии; |
|
линии |
тока |
|
||
Используя зависимость (4), получаем расчетную формулу для определения коэффициента теплопередачи всей изоляционной кон струкции при параллельном соединении зон (или участков):
или |
|
kTl=y-(k1F1-\-kiFi+.-.), |
(13) |
где F — общая поверхность изоляционной конструкции; Flt |
F2, . . .— |
площади отдельных зон или типовых участков изолированной стенки (F = Fx -f- F2 + . . .); ki, k%, . . .— соответствующие частные коэф фициенты теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи всегда можно определять лишь для периодически повторяющегося участка изоляционной конструкции.
Такой участок на рис. 4 выделен линиями |
ABCD. |
|
|
|||||||
Если |
не учитывать |
коэффициенты |
а н |
и а в , |
то для |
конструкции, |
||||
показанной на рис. 4, |
по |
формуле |
(13) |
|
|
|
|
|||
|
k = |
-±r(J«.s.B |
|
f |
т |
в) |
, |
|
|
|
|
|
sB |
\ т |
д |
1 |
/ |
|
|
|
|
где sn и |
s„ — ширина |
зон, |
содержащих |
деревянный |
обрешетник и |
|||||
теплоизоляционный материал; |
s — шпация или расстояние, |
после |
||||||||
которого |
конструкция |
периодически |
|
повторяется |
(s = sA |
+ s„); |
||||
В — размер, перпендикулярный к плоскости рисунка.
Для одномерного и двухмерного температурных полей В сокра щается и выпадает из рассмотрения. Поэтому в дальнейших расчетах примем В — \.
В случае необходимости полный коэффициент теплопередачи легко найти по зависимости (8).
При расчете изоляции зональным методом (гл. VI) конструкцию разбивают на параллельные зоны. Каждая зона обычно состоит из искривленных слоев, соединенных последовательно. Поэтому зо нальный метод основан на использовании формул (11)—(13) и (5)—(8).
§ 5 Передача тепла
через цилиндрическую многослойную стенку
Изоляция трубчатого пиллерса в круглой зашивке (рис. 6) пред ставляет собой цилиндрическую многослойную стенку. Тепловая
сетка для |
четверти |
цилиндрической |
однородной |
стенки приведена |
||||||
на рис. 7. |
Здесь |
изотермические линии являются |
концентрическими |
|||||||
окружностями, |
а линии тока — радиальными прямыми. |
|
||||||||
Линейный коэффициент теплопередачи (отнесенный к 1 пог. м |
||||||||||
длины) |
для цилиндрической |
многослойной |
стенки |
|
||||||
kn |
= |
|
: |
: |
5 |
1 in |
5 |
: |
ККОЛ/М |
Ч-°С, |
|
|
|
! |
і _ L |
_ in JlE . І . |
J |
! |
|
|
|
где |
Rc, |
Ru |
и R3 — наружные радиусы стального |
пиллерса, |
изоля |
|||||
ционного слоя и зашивки соответственно, м; а в |
и а н |
— коэффициенты |
||||||||
теплоотдачи со стороны воздуха, находящегося внутри трубчатого пиллерса и у наружной поверхности его зашивки.
Тепловой поток через цилиндрическую стенку длиной L
Q = K (fв — у L .
Температура воздуха, заключенного внутри пустотел()го тр,уб.ца:,,
того |
пиллерса, практически равна температуре |самого пиллерса. |
||
|
|
научно - |
-'yZ. - |
2 |
Ю. Ф. Нестеров |
биб;іио"."вка |
4x17 |
|
|
||
Э К З Е М П Л Я Р ЧИТАЛЬНОГО З А Л
Поэтому 1/ав 2я^с = 0 и процесс теплоотдачи внутри пиллерса вы падает из рассмотрения.
Таким образом, линейный коэффициент теплопередачи для изо ляции трубчатого пиллерса в круглой зашивке
Рис. 6. Трубчатый пиллерс в круглой |
Рис. 7. Тепловая |
сетка |
для |
чет- |
зашивке, |
вертой части цилиндрической |
одно- |
||
/ — стальной пиллерс; 2 — изоляционный |
родной |
СТЄНКИ |
|
|
материал; 3 —зашивка из сосновых досок |
|
|
|
|
Линейный коэффициент теплопередачи можно также приближенно вычислять по формуле для плоской стенки, относя его к поверх ности, рассчитанной по среднему радиусу изолированного пиллерса:
кл = - j ^ i E s + ^ L ^ к ш л 1 м . ч . ° с , |
(15) |
где |
/ — толщина изоляционного |
слоя. |
|
|
|
Коэффициент kjj, полученный по приближенной формуле (15), |
|||
оказывается примерно на 5% больше |
коэффициента, вычисленного |
|||
по |
точной зависимости (14). |
|
|
|
|
§ |
6 |
|
|
|
Стенка, |
изолированная |
|
|
|
с |
двух |
сторон |
|
|
Промежуточные палубы, переборки и другие стенки судовых |
|||
помещений часто изолируют с обеих |
сторон (см. рис. 14 и 68, |
а). |
||
Общий коэффициент теплопередачи (без учета сопротивлений |
1/а) |
|||
