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

Относительная погрешность диаграмм для изоляции, обходящей набор, составляет 3—12%, причем, как правило, диаграммы для обходной изоляции дают положительную погрешность. Объясняется это тем, что при раздельной оценке влияния отдельных размеров с по­ мощью диаграмм (рис. 32—36) и дальнейшем учете совместного влия­ ния всех размеров по формуле (114) не полностью учитывается взаим­ ное погашение тепловых потоков при их наложении. Поэтому значе­ ние коэффициента к и оказывается незначительно завышенным. Таким образом, погрешность расчета для обходной изоляции прибли­ зительно в два раза выше, чем для нормальной.

Меньшая точность диаграмм для набора, выступающего за основ­ ную изоляцию (чем точность самого метода ЭТА), объясняется при­ нятым способом построения диаграмм и систематизации опытных данных. Каждая основная и поправочная диаграмма учитывает одно­ временное влияние лишь двух из пяти независимых переменных (Мп, L n , N„, В и 5). Вот почему точность определения коэффициента k по этим диаграммам получается пониженной. Для повышения точ­ ности следовало бы учитывать влияние всех пяти независимых пере­ менных одновременно. Но поставленная таким образом задача не позволила бы компактно обработать результаты опытов и привела бы к чрезмерно большому количеству графиков, пользоваться которыми было бы неудобно и сложно.

Обычно обходные изоляционные конструкции применяют для рамного продольного набора, а нормальные—для обыкновенного поперечного набора. Судовой набор содержит относительно неболь­ шое количество рамных балок по сравнению с обычными профилями. Поэтому меньшая точность диаграмм для обходной изоляции решаю­ щего значения не имеет. Действительно, добавочный коэффициент теплопередачи Ak' для изоляции, обходящей продольные рамные балки набора [см. формулу (107) ], не очень сильно увеличивает коэф­ фициент теплопередачи k для нормальной изоляции поперечных обычных профилей. Отсюда следует, что погрешность вычисления окончательного среднего значения коэффициента теплопередачи kcp по формуле (107) для всего изолированного ограждения судна (с уче­ том влияния как поперечного, так и продольного набора) в основном определяется точностью диаграмм для нормальной изоляции и со­ ставляет примерно 2—7%. Таким образом, повышенная относитель­ ная погрешность, даваемая диаграммами для обходной изоляции, уве­ личивает погрешность определения среднего коэффициента тепло­ передачи kcp не очень сильно (§ 32). Следовательно, точность диа­ грамм для изоляции, обходящей набор, также является достаточной для технических расчетов.

Относительная погрешность предлагаемых новых диаграмм при­ близительно в два раза меньше, чем первоначальных [61]. Объяс­ няется это тем, что новые рабочие формулы (ИЗ), (114) и (97) пост­ роены в виде суммы нескольких величин (§ 27), а старые — в виде произведения [61 ]. Из теории ошибок известно, что относительная погрешность суммы меньше, чем произведения,' причем чем больше слагаемых содержит рабочая формула, тем больше относительная

погрешность результата. В формулу (113) входят две слагаемые величины, а в формулу (114) — четыре. Последнее обстоятельство также объясняет меньшую точность диаграмм для обходной изоля­ ции.

§ 41

Расчет изоляции, прорезаемой деревянными брусками обрешетника

Предлагаемые диаграммы построены для изоляции, не прорезае­ мой деревянными крепежными брусками обрешетника.

Чтобы построить диаграммы общего характера, учитывающие бруски, даже для сравнительно простой нормальной изоляции при­ шлось бы исследовать связь минимум между семью переменными, так как при введении бруска добавляются новые независимые пере­ менные — два размера бруска и еще один коэффициент теплопровод­ ности (Яд ), что делает компактную обработку результатов опытов прак­

в § 28—32, при таком способе крепления зашивки изоляцию можно полностью рассчитать непосредственно по предлагаемым диаграммам (рис. 30—36).

Обрешетник современных конструкций увеличивает коэффициент теплопередачи значительно меньше, чем набор. Поэтому и при ином расположении обрешетника изоляцию также можно рассчитывать по предлагаемым диаграммам, прибегая к помощи поправочного коэф­ фициента 8б , учитывающего относительное увеличение коэффициента теплопередачи вследствие влияния деревянных брусков и их способа расположения.

Поправочный коэффициент Вб = k6lk [ср. с формулой (102)]. Коэффициент 66 характеризует тепловую эффективность изоляции при различном расположении брусков обрешетника.

Влияние обрешетника и его расположения на коэффициент тепло­ передачи многократно исследовалось методом ЭТА для разнообраз­ ных конструкций [53, 62, 61 ] . По результатам исследований опреде­ лялись значения Вб .

Таким образом, коэффициент теплопередачи k6 для конструкций с брусками, хорошо изученных методом ЭТА, можно вычислять по выражению

венно по диаграммам, для той же самой конструкции, но без бруска.

Разумеется, для изоляции, не прорезаемой брусками, Вб — 1. При использовании формулы (121) дифференцированные значе­

ния 6б , полученные методом ЭТА, рекомендуется принимать по

табл. 7. Таким образом, из опытов для нормальных изоляционных конструкций в целом коэффициент 6б = 1,03ч-1,40, а для обходных р б = 1,01ч-1,10.

Некоторые изоляционные конструкции, например показанные на рис. 10, б, г, д и др., содержат два типовых участка. В таких слу­ чаях путем электрического моделирования находились коэффициенты теплопередачи kl и k2 для отдельных типовых участков, входящих в состав конструкции. При этом осредненное значение коэффициента теплопередачи k6 для всей конструкции вычислялось по формулам (13), (100) или (101).

По опытным данным значения Вб не для всей конструкции, а для отдельных участков ее, колеблются в более широких пределах. Дере­ вянные бруски увеличивают коэффициент теплопередачи отдельного типового участка нормальной изоляции на 5—75% (т. е. р б = 1,05ч-

отношению к набору, а также от относительных размеров бруска и самой изоляционной конструкции. Чем больше ширина бруска с, его высота d и чем меньше шпация s и толщина основной изоляции тп, тем больше значение р б . Таким образом, чем больше объем, отнимае­ мый бруском, тем больше его влияние.

В табл. 7 включены значения р б для наиболее распространенных размеров конструкций. При более широком интервале изменения размеров пределы изменения коэффициента 6б также расширяются. Если диапазон изменения размеров конструкций необычно широк, то по опытным данным, например, при боковом расположении обре­ шетника (см. рис. 10, а) р б = 1,05ч-1,75. Коэффициент р б достигает

ходовые размеры изоляционных конструкций в судостроительной практике почти не встречаются и потому таблицей не учитываются.

В табл. 7 конструкции расположены в порядке возрастания коэф­ фициента теплопередачи.

При торцовом (рис. 10, е) и боковом (рис. 10, а) расположении бруски обрешетника прилегают непосредственно к профилю набора по всей его длине. По этой причине оба этих способа расположения обрешетника дают наибольшие значения коэффициентов теплопере­ дачи (причем боковой брусок оказывает приблизительно вдвое мень­ шее влияние, чем торцовый). В связи с большим увеличением коэффи­ циента теплопередачи был даже поставлен вопрос о запрещении боко­ вого расположения бруска обрешетника [112]. В настоящее время торцовое и боковое расположение применяют редко. У торца набора бруски устанавливают лишь при больших нагрузках на зашивку;

С целью повышения тепловой эффективности изоляции лучше устанавливать бруски сбоку от набора на боковых сухарях (рис. 10, г), При таком расположении нет прямого контакта между набором и боко­ выми брусками. Это расположение можно применять при любых /; Поперечное расположение бруска показано на рис. 10, д и др. Расположение брусков, перпендикулярное к набору, является одним

из самых выгодных. Причина значительного уменьшения коэффи­ циента теплопередачи при этом способе крепления зашивки заклю­ чается в том, что перпендикулярные бруски и элементы набора сопри­ касаются лишь в местах их пересечения, т. е. на небольших участках. Кроме того, бруски не прорезают участки изоляции, в тепловом отно­ шении уже ослабленные стальным набором. Перпендикулярное рас­ положение брусков не удается применить лишь при изолировании сильно искривленных поверхностей корпуса судна, а также в тех случаях, когда толщина изоляции поверх набора / должна быть меньше толщины бруска, т. е. 50—70 мм. Если / > 70 мм, то приме­ няют перпендикулярное к набору расположение бруска с торцовыми сухарями (см. рис. 10, е). Торцовые сухари вставляют между полкой профиля и бруском для увеличения толщины изоляции /.

Следовательно, незначительные конструктивные изменения обре­ шетника заметно понижают коэффициент теплопередачи. Новые изо­ ляционные конструкции следует проектировать так, чтобы до воз­ можного предела уменьшить площадь таких участков, на которых деревянные бруски и стальной набор находятся в прямом контакте друг с другом.

Для новых конструкций, не изученных методом ЭТА, с необычным расположением обрешетника поправочные коэффициенты рб следует определять приближенным методом расчета по зонам тепловых потоков (см. гл. VI) . В таких случаях зональный метод позволяет избежать ряда конструктивных ошибок.

Приближенные зональные методы, излагаемые в следующей главе, позволяют рассчитывать все без исключения изоляционные конструк­ ции при всевозможных размерах их и любом расположении брусков обрешетника. Зональные методы обладают наибольшей общностью.

При конструировании и выборе новых способов крепления вну­ тренней зашивки расчет по зонам тепловых потоков дает возможность выбирать наилучший вариант конструкции обрешетника и оценивать

табл. 7 и формулы (121) в таких случаях может привести к ошибкам. Таким образом, к приближенным зональным методам следует прибегать тогда, когда изоляцию нельзя точно рассчитать, поль­ зуясь предлагаемыми диаграммами, табл. 7 и формулой (121), полу­ ченными методом ЭТА. Сказанное и определяет в основном место зонального метода среди прочих методов расчета судовой изоляции.

ложены перпендикулярно к набору. Толщина основного изоляционного слоя, при­ легающего к обшивке корпуса судна между элементами набора, т = 240 мм.

Периодически повторяющийся участок для нормальной изоляции поперечного набора выделен жирными штрих-пунктирными линиями ACDG (рис. 41, а). Шпация