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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 143

Скачиваний: 6

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

увлажнение предотвращают путем применения пленочных или лако красочных гидрозащитных покрытий либо осушительных установок (§ 15). Допустимое эксплуатационное увлажнение изоляции удобно учитывать увеличением расчетного значения Хи.

На судах увлажнение изоляции почти не исследовалось. Сведе­ ния по этому вопросу являются недостаточными. Влажностные рас­ четы судовой изоляции еще ожидают разработки. До получения более точных рекомендаций средний коэффициент теплопроводности увлаж­ ненного материала Хк можно оценивать по формуле

^и = Рвл^и. э,

(21)

где Р в л — надбавочный коэффициент, учитывающий

увлажнение

изоляции в процессе эксплуатации судна.

 

При среднем содержании влаги и надежной гидрозащите можно принимать для охлаждаемых помещений Р в л = 1,05-ь 1,10, а для отапливаемых — |3ВЛ = 1,10-=- 1,15.

Зависимость (21) является приближенной. Значение надбавочного коэффициента Р в л следует корректировать с учетом практических данных.

Если изоляция снабжена специальной осушительной установкой, то следует принимать (Зв л = 1.

Объединяя формулы (19)—(21), получаем окончательный расчет­

ный коэффициент теплопроводности

изоляционного

материала:

— РвлРюАи/ — РвлРкл (^иО +

МСр).

 

 

В большинстве случаев tcp

0° С,

тогда

 

 

 

Последнее значение Хи и

следует вводить в дальнейшие расчеты.

Значения Xat л* Хи0 и Хи

можно брать из табл. 4

(см. вклейку).

При этом надо следить за тем, чтобы физические характеристики

уста­

навливаемого материала (структура, объемный

вес, влажность,

тем­

пература) соответствовали

табличным данным.

 

 

Значения коэффициента теплопроводности редко известны или гарантированы с погрешностью, меньшей чем ±(5-н 10)%. Отсюда следует, что и окончательное расчетное значение коэффициента тепло­

передачи не может иметь более

высокую точность.

§

9

Коэффициенты теплоотдачи

Общий коэффициент теплоотдачи. Суммарный коэффициент теп­

лоотдачи, учитывающий конвекцию

и лучеиспускание,

а

= а к +

а л ,

где а к и а л — коэффициенты

теплоотдачи конвекцией и лучеиспу­

сканием.

 

 

Излучение следует учитывать только при теплообмене с воздухом (газовой средой), так как вода (капельная жидкость) является прак­ тически непрозрачной для теплового излучения. Когда стенка омывается водой, ал — О и а а к .

Естественная конвекция. Естественная конвекция воздуха обычно возникает внутри судовых помещений в случае непосредственной и рассольной систем охлаждения или паровой, водяной и электриче­ ской систем отопления. При свободном движении потока в большом

объеме вдоль

вертикальных плоских,

цилиндрических (пиллерсы)

и других искривленных

поверхностей

если 103 < Gr-Pr < 109,

пограничный

слой будет

ламинарным,

а при G r - P r > 1 0 9 — тур­

булентным. При этом переходный режим течения выпадает из рас­

смотрения, что допустимо

для практических

расчетов.

 

Критерий

Грасгофа, характеризующий

подъемную

силу,

 

 

 

 

 

Gr

-

* f

М п

t

\

 

 

 

где g — ускорение

в поле тяготения (g =

9,81 м/сек2);

I — опреде­

ляющий

размер,

 

м; v — коэффициент

кинематической

вязкости,

м21сек;

 

р — температурный

коэффициент

объемного

расширения

среды,

 

1/°К;

tn — температура

поверхности стенки, °С; t — темпе­

ратура окружающей среды вдали от поверхности стенки, °С.

Коэффициент

кинематической

вязкости

 

 

 

 

 

 

 

 

v = —

м2/сек,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

где ц- — коэффициент динамической вязкости,

кгс-сек/м2;

 

(> — плот­

ность

среды,

кгс•сек21мі:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

* 5

 

 

 

 

 

здесь

у

— удельный вес,

кгс/мя.

 

 

 

 

 

 

Температурный

коэффициент

объемного

расширения

воздуха

Р = 1/7",

где Г—абсолютная

температура

воздуха, °К (T=273+t °К).

Критерий Прандтля (критерий физических свойств среды в про­

цессе переноса тепла) Рг =

 

.

 

 

 

 

 

 

Коэффициент

температуропроводности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а =

1^Шо

м 2 /

с е к

>

 

 

 

здесь X — коэффициент теплопроводности среды, омывающей по­ верхность стенки, ккалім-ч-°С; ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении, ккал/кг-°С.

Следовательно, критерий Прандтля

Рг =

\icpg- 3600

 

X

Таким образом,

Gr Рг = ^ Ш п

v a г I п

В случае ламинарного пограничного слоя среднее значение кри­ терия конвективного теплообмена (Нуссельта) следует рассчитывать по критериальному уравнению [26]

Nu = 0,75 (Gr Pr)0.'-* ( - j ^ - ) 0,25

где Pr

и Рг п

— критерии

Прандтля при температурах

окружающей

среды

и поверхности стенки / и tn.

теплоотдачи)

Критерий

Нуссельта

(безразмерный коэффициент

Nu = - М .

к

Коэффициент теплоотдачи конвекцией а к при нагревании окру­ жающей среды больше, чем при охлаждении. Эта разница возрастает по мере увеличения температурного напора | tn — t j и определяется физическими параметрами и их изменением в зависимости от темпе­ ратуры. Отношение Рг/Ргп учитывает изменение физических па­ раметров в пограничном слое, а дополнительный множитель

— зависимость коэффициента теплоотдачи от направле­ ния теплового потока (нагревание или охлаждение) и величины тем­

пературного

напора.

 

 

Для воздуха критерий Прандтля практически не зависит от тем­

пературы

и

составляет

величину

Рг —=• 0,7 = const. Поэтому по-

 

/ Рг \0 . 25

 

 

 

правка

\pf)

= 1 и

на газы

не распространяется, что суще­

ственно упрощает критериальные уравнения. Таким образом, для

воздуха теплоотдача

не зависит

от

направления теплового потока.

Из критериального уравнения следует, что при

10 3 - <Gr - Pr< C

<С Ю9 средний коэффициент

теплоотдачи

 

 

«. = Л , ( А

^

) «

(22)

где вспомогательный

коэффициент

 

 

 

 

1

'

\

va

)

 

При турбулентном

пограничном

слое среднее значение критерия

теплообмена [26]

 

 

 

 

 

 

Nu = 0,15(Gr.Pr)V. [ к ~ ) и .

 

Отсюда при Gr-Pr >

109

 

 

 

 

 

 

aK =

At\tn-t\4»,

 

(23)

где коэффициент

 

 

 

 

 

 

 

Л2 = 0.15Х

va

)

 

 

 

 

 

 

Вспомогательные коэффициенты Аг и

А% для воздуха даны

в табл. 1 в зависимости от определяющей

температуры /.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Значения вспомогательных коэффициентов Аъ

Аг, А3 и Ai

 

для

сухого

воздуха

при атмосферном

давлении

(760 мм рт. ст.)

Т е м п е ­

В т е х н и ч е с к о й с и с т е м е е д и н и ц

В м е ж д у н а р о д н о й с и с т е м е е д и н и ц СИ

р а т у р а

 

А2

А3

At

At

Аг

Л

At

/ , °С

 

—50

1,79

1,86

2,72

4,19

2,08

2,16

1,01

0,772

—20

1,72

1,74

2,88

4,25

2,01

2,03

1,07

0,802

0

1,69

1,61

2,96

4,31

1,97

1,87

1,10

0,812

20

1,63

1,50

3,07

4,37

1,89

1,75

1,15

0,825

50

1,58

1,41

3,19

4,50

1,84

1,64

1,18

0,851

Приводимые критериальные уравнения справедливы для любых газообразных и капельных жидкостей, для поверхностей любой формы и размеров независимо от температуры, направления теплового по­ тока и величины температурного напора.

За определяющую принимается температура среды t вдали от поверхности стенки (вне пограничного слоя). По этой температуре

выбирают из соответствующих

справочников

все физические пара­

метры, входящие в расчетные

уравнения: К, v, а и др.

 

В качестве определяющего

размера /, входящего

в критерии Nu

и Gr, следует принимать высоту борта судна и других

вертикальных

поверхностей, а также пиллерсов, измеренную

со стороны

помеще­

ния. В условиях естественной

конвекции при турбулентном

режиме

течения коэффициент ак вообще не зависит от /.

Формулы (22) и (23) можно применять и для расчета теплоотдачи горизонтальных поверхностей. В этом случае за определяющий раз­ мер / берется не высота, а меньшая сторона палуб, днищ, подволоков и других горизонтальных поверхностей, также измеренная изнутри помещения. При этом полученные значения сск увеличивают на 30%,

если теплоотдающая поверхность обращена

кверху, и

уменьшают

на 30%, если она обращена

книзу.

 

 

Вынужденная конвекция.

Вынужденная

конвекция,

как пра­

вило, происходит внутри судовых помещений при воздушной и сме­ шанной системах охлаждения или отопления, при кондиционирова­ нии воздуха, а также при обтекании внешних поверхностей корпуса судна наружным воздухом или забортной водой. В случае вынужден­ ного продольного омывания плоской или слабоискривленной по­ верхности практически неограниченным потоком при Re << 105 течение в пограничном слое будет ламинарным, а при Re >> 105 — турбулентным. При этом переходная зона заменяется точкой.

Критерий Рейнольдса (критерий режима течения)

где w — скорость среды, омывающей поверхность стенки, м/сек.

При ламинарном пограничном слое среднее значение критерия конвективного теплообмена [26]

Nu = 0,66ReV..PrV. ( - £ г - ) , / 4 -

 

Коэффициент ак

для забортной

воды, омывающей

поверхности

судна, очень

велик,

поэтому температурный

напор очень мал. Если

I

— t | —> 0, то можно принимать,

что Рг/Ргп

—» 1. Следовательно,

поправкой

( ^ " ) 1 4

~* 1 можно пренебречь не только

для воздуха,

но и для забортной

воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из критериального уравнения при Re <

105

средний коэффициент

теплоотдачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«к =

Л ,

(

^ )

'

\

 

 

 

(24)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А, =

0,66

г

г

 

 

 

 

 

 

В случае турбулентного пограничного слоя среднее значение

критерия теплообмена

[26]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nu =

0,037 Re0 -8

• Рг°.4 3

( ^ ) ° ' 2 5

;

 

отсюда при Re > 105

средний

коэффициент

теплоотдачи

 

 

 

 

«к =

^

-

^

;

 

 

 

 

(25)

 

 

 

 

Л4 = 0,037 К Р г„' . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

4

3

 

 

 

 

и

Значения

вспомогательных

коэффициентов

Ая

и Л 4

для воздуха

воды даны

в табл.

1 и 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значения вспомогательных

коэффициентов

А3

и А4 для воды

 

на линии насыщения при атмосферном

давлении (760 мм рт. ст.)

 

 

В т е х н и ч е с к о й с и с т е м е

 

 

 

В м е ж д у н а р о д н о й с и с т е м е

 

Т е м п е р а т у р а t,

 

 

е д и н и ц

 

 

 

 

 

 

 

е д и н и ц С И

 

°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А,

 

 

л 4

 

 

 

А,

 

А,

 

0

17,7

 

8,55

 

 

 

6,57

 

1,59

 

20

20,4

 

11,07

 

 

 

7,62

 

2,07

 

50

23,9

 

14,48

 

 

 

8,89

 

2,71

Формулы (24) и (25) применимы для вертикальных и горизон­ тальных поверхностей, так как при вынужденном движении влияние подъемной силы отступает на задний план. Эти формулы справедливы, когда поток движется параллельно поверхности. При ином направле­ нии движения (под углом или нормально к поверхности) пограничный

Смотрите также файлы