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: 191

Скачиваний: 6

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

по

сравнению

с гладкой

наружной поверхностью

 

F;

|

--

FJF

-

=

sB/s

(см. §

7).

[52] является общей. Ее следует

применять

 

Полученная формула

тогда,

 

когда

внутренняя

поверхность изоляции

FB

больше

на­

ружной F. В частных случаях формула (207) упрощается вследствие

изменения коэффициента \ (например, для

нормальных

конструк­

ций \

=

1).

 

 

 

(tB

tH) и величине

 

 

При одной и той же разности температур

а в

чем больше коэффициент теплопередачи kn,

 

тем

больше

разность

температур (tB

— /п - в ) и

ниже температура

на

внутренней

поверх­

ности

ta,

в и, следовательно,

тем больше опасность

выпадения росы.

 

В большинстве случаев изоляцию вначале конструируют, рас­

считывают ее

коэффициент

теплопередачи,

а

затем

проверяют

на

конденсацию. Если основное условие (202) не выполняется,

увеличи­

вают

толщину изоляции и повторяют расчет.

 

 

 

 

 

 

 

Значение температуры выпадения росы tp определяется по табл.

11

в зависимости от заданной температуры tB и расчетной относитель­ ной влажности воздуха внутри помещения срр.

Расчет изоляции на конденсацию необходимо производить для

наиболее

неблагоприятных условий,

когда вентиляция

не работает

и воздух

в помещении почти не движется. Если режим

вентиляции

не соблюдается, то относительная

влажность повышается. При

увеличении относительной влажности <р температура

выпадения

росы tp

также повышается и, следовательно, возможность конден­

сации увеличивается. Поэтому для создания запаса на изоляцию

расчетное

значение

р

принимают

на

3—10%

больше

заданного,

т. е.

Ф Р =

Ф +

(3-І-10) %.

 

 

 

 

 

 

Условия работы изоляции будут наиболее тяжелыми при ми­

нимальном

ав,

так

как

при этом

перепад

температур

(tB

— tn- в)

становится

наибольшим,

температура

tn_ в

понижается,

а

возмож­

ность

конденсации

увеличивается.

Учитывая

это обстоятельство,

а также необходимость

некоторого

запаса

при расчете

изоляции

на конденсацию в формулы следует вводить минимальное значение коэффициента теплоотдачи: ав = 4^-5 ккал/м2-°С.

Определение максимального коэффициента теплопередачи, пред­ отвращающего общую конденсацию на поверхности. Часто перед конструированием изоляции требуется определить максимальное значение коэффициента теплопередачи & м а к с , которое исключает осаждение влаги из воздуха на внутренней поверхности помещения при заданных параметрах окружающих сред.

Из выражений (207) и (203) находим

 

 

U

У

^ В — (^р

+ 2)

 

/ Г ) А О \

 

 

^макс =

I « в

Г—І

 

( 2 0 8 )

 

 

 

 

 

 

Изоляция

должна быть

спроектирована

таким

образом, чтобы

ЄЄ Коэффициент

Теплопередачи

kn ^

^макс-

 

 

Для рефрижераторного помещения, граничащего с жилым, иногда

тоже необходимо проверять

изоляцию

на

отсутствие конденсации

со стороны

ее

наружной

поверхности

F.

При

установившемся


га

о.

>. -

Темпеa возду>" °С

Таблица 11

Температура выпадения росы или инея / р , °С

ютная

ость енного ;а,8/м3

 

 

 

 

 

О т н о с и т е л ь н а я в л а ж н о с т ь в о з д у х а ф, %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

5 я

£

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g * 3

Et

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in

Я о й

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

^ м к и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

50,9

23,9

25,8

27,6

29,2

30,7

32,1

33,5

34,7

35,9

37,0

38,0

39,0

40,0

39

48,4

22,9

24,9

26,7

28,3

29,8

31,2

32,5

33,7

34,9

36,0

37,1

38,1

39,0

38

46,0

22,0

24,0

25,8

27,4

28,9

30,3

31,6

32,8

33,9

35,0

36,1

37,1

38,0

37

43,7

21,3

23,1

24,8

26,5

27,9

29,3

30,6

31,8

33,0

34,0

35,1

36,1

37,0

36

41,5

20,3

22,2

23,9

25,5

27,0

28,4

29,6

30,9

32,0

33,1

34,1

35,1

36,0

35

39,4

19,4

21,3

23,0

24,6

26,1

27,4

28,7

29,9

31,0

32,1

33,1

34,1

35,0

34

37,4

18,5

20,4

22,1

23,7

25,1

26,5

27,8

'28,9

30,0

31,1

32,1

33,1

34,0

33

35,5

17,6

19,5

21,2

22,7

24,2

25,5

26,8

28,0

29,1

30,1

31,1

32,1

33,0

32

' 33,7

16,7

18,6

20,3

21,8

23,3

24,6

25,8

27,0

28,1

29,2

30,1

31,1

32,0

31

31,9

15,8

17,9

19,4

20,9

22,3

23,6

24,9

26,0

27,1

28,2

29,2

30,1

31,0

30

30,3

14,9

16,8

18,4

20,0

21,4

22,7

23,9

25,1

26,2

27,2

28,2

29,1

30,0

29

28,7

14,0

15,9

17,5

19,0

20,4

21,8

23,0

24,1

25,2

26,2

27,2

28,1

29,0

28

27,2

13,1

15,0

16,6

18,1

19,5

20,8

22,0

23,1

24,2

25,2

26,2

27,1

28,0

27

25,8

12,3

14,1

15,7

17,2

18,6

19,9

21,1

22,2

23,3

24,3

25,2

26,2

27,0

26

24,4

11,4

13,2

14,8

16,3

17,6

18,9

20,1

21,2

22,3

23,3

24,2

25,2

26,0

25

23,0

10,5

12,2

13,9

15,3

16,7

18,0

19,2

20,3

21,3

22,3

23,2

24,2

25,0

24

21,8

9,6

11,3

12,9

14,4

15,8

17,0

18,2

19,3

20,3

21,3

22,3

23,2

24,0

23

20,6

8,7

10,4

12,0

13,5

14,8

16,1

17,2

18,3

19,4

20,3

21,3

22,2

23,0

22

19,4

7,8

9,5

11,1

12,6

13,9

15,1

16,3

17,4

18,4

19,4

20,3

21,2

22,0

21

18,3

6,9

8,6

10,2

11,6

12,9

14,2

15,3

16,4

17,4

18,4

19,3

20,2

21,0

20

17,3

6,0

7,7

9,3

10,7

12,1

13,2

14,4

15,4

16,5

17,4

18,3

19,2

20,0

19

16,3

5,1

6,8

8,3

9,8

11,1

12,3

13,4

14,5

15,5

16,4

17,3

18,2

19,0

18

15,4

4,2

5,9

7,4.

8,8

10,1

11,3

12,5

13,5

14,5

15,4

16,3

17,2

18,0

17

14,5

3,3

5,0

6,5

7,9

9,2

10,4

11,5

12,5

13,5

14,5

15,3

16,2

17,0

16

13,6

2,4

4,1

5,6

7,0

8,2

9,4

10,5

11,6

12,6

13,5

14,4

15,2

16,0

15

12,8

1,5

3,2

4,7

6,0

7,3

8,5

9,6

10,6

11,6

12,5

13,4

14,2

15,0

14

12,1

0,6

2,3

3,7

5,1

6,4

7,5

8,6

9,6

10,6

11,5

12,4

13,2

14,0

13

11,4

—0,2

1,4

2,8

4,2

5,4

6,6

7,7

8,7

9,6

10,5

11,4

12,2

13,0

12

10,7 - 1 , 0

0,4

1,9

3,2

4,5

5,6

6,7

7,7

8,7

9,6

10,4

11,2

12,0

11

10,0

- 1 , 8

- 0 , 4

1,0

2,3

3,6

4,7

5,7

6,7

7,7

8,5

9,4

10,2

11,0

10

9,4

—2,6

- 1 , 2

0,1

1,4

2,6

3,7

4,8

5,8

6,7

7,6

8,4

9,2

10,0

9

8,8 - 3 , 4

—2,0

—0,8

0,5

1,7

2,8

3,8

4,8

5,7

6,6

7,4

8,2

9,0

8

8,3 - 4 , 2

—2,8 - 1 , 6

- 0 , 4

0,7

1,8

2,9

3,8

4,8

5,6

6,5

7,2

8,0

7

7,8

—5,0

—3,6

—2,4

- 1 , 2

—0,2

0,9

1,9

2,9

3,8

4,7

5,5

6,3

7,0

6

7,3

—5,8

- 4 , 4 —3,2

- 2 , 1

- 1 , 0

0,0

1,0

1,9

2,8

3,7

4,5

5,3

6,0

5

6,8

—6,6

—5,3

- 4 , 0

—2,9

- 1 , 9

- 1 , 0

0,0

0,9

1,9

2,7

3,5

4,3

5,0

4

6,4 - 7 , 4

- 6 , 1

- 4 , 9

—3,8

- 2 , 7

- 1 , 8

—0,9

0,0

0,9

1,7

2,5

3,3

4,0

3

6,0

—8,2

—6,9

- 5 , 7

- 4 , 6

—3,5

—2,6

- 1 , 8

—0,9

- 0 , 1

0,7

1,5

2,3

3,0

2

5,6

—9,0

- 7 , 7

—6,5

- 5 , 4

- 4 , 4

- 3 , 4

—2,6

- 1 , 8

- 1 , 0

—0,2

0,5

1,3

2,0

1

5,2

—9,8

—8,5

- 7 , 4

—6,2

—5,2

- 4 , 3

- 3 , 4

—2,6

- 1 , 8

- 1 , 1

- 0 , 4

0,3

1,0

0

4,8

— 10,6

- 9 , 4

- 8 , 1

- 7 , 0

—6,0

—5,3

- 4 , 2

- 3 , 4

- 2 , 7

- 2 , 0

- 1 , 3

—0,6

0,0

— 1

4,6

 

 

 

- 7 , 2

- 6 , 4

—5,3

- 4 , 5

—3,8

—3,0

—2,3

- 1 , 6

—1,0

—2

4,2

—12,6

—10,1

—8,0

- 7 , 4

—6,2

—5,6

- 4 , 6

- 4 , 0

—3,3

—2,6

—2,0

—3

3,9

 

 

 

—9,3

—8,3

- 7 , 3

—6,5

- 5 , 7

—5,0

- 4 , 3

—3,6

—3,0

—4

3,6

—14,4

 

—11,9

 

—9,9

—9,3

- 8 , 1

- 7 , 5

—6,6

—6,0

—5,3

- 4 , 6

- 4 , 0

—5

3,4

 

 

 

 

—11,2

—10,2

—9,3

—8,5

- 7 , 7

- 7 , 0

—6,3

—5,6

—5,0

—6

3,1

—16,3

 

—13,8

 

—11,8

—11,2

—10,1

—9,5

—8,6

—8,0

- 7 , 3

—6,6

—6,0

—7

2,9

 

 

 

—13,0

— 12,1

—11,2

—10,4

- 9 , 7

—9,0

—8,3

- 7 , 6

- 7 , 0

—8

2,7

—18,1

—15,7

—13,7

—13,0

—12,0

- 1 1 , 4

—10,5 —10,0 - 9 , 2

—8,6

—8,0

—9

2,5

 

 

 

- 1 4 , 7

—13,9

—13,1 —12,4 —11,6 —11,0 —10,2

—9,6

—9,0

—10

2,3

—19,9

 

—17,6

 

— 15,6

—14,8

—13,9 —13,3 —12,5 —11,9 —11,2 —10,6 —10,0

—11

2,1

 

 

 

— 16,6

—15,8

—15,0 —14,2 —13,5 —12,8 —12,2

—11,6

— 11,0

—12

2,0

 

 

 

—17,7

—16,7

—15,9

—15,1

—14,4

—13,8

—13,2

—12,6

— 12,0

— 13

1,8

 

 

 

—18,8

—17,8

— 16,9

—16,1

—15,4

—14,8

—14,2

—13,6

— 13,0

— 14

1,7

 

 

 

— 19,8

—18,8

—17,9

- 1 7 , 1

—16,4

—15,8

—15,2

—14,6

—14,0

—15

1,6

—24,6

 

—22,3

 

—20,4

—19,8

—18,8

—18,2

- 1 7 , 4

—16,8

—16,2

—15,6

—15,0

—16

1,5

 

 

 

 

—21,9

—20,9

—20,0

—19,2

—18,5

— 17,8

- 1 7 , 1

—16,5

— 16,0

—17

1,4

 

 

 

—23,0

—22,0

—21,1

—20,3

—19,7

—18,8

—18,1

—17,5

—17,0

— 18

1,2

 

 

—24,1

—23,0

—22,2 —21,4 —20,6 —19,8 —19,1

—18,5

—18,0

—19

1,1

 

 

 

—25,2

—24,1

—23,2 —22,4 —21,8 —20,8 —20,1 —19,5 —19,0

—20

1,0

—29,1

 

—27,0

 

—26,2

—25,2

—24,2

—23,4

—22,3

—21,8

—21,1

—20,5

—20,0

*


состоянии тепловой поток Q, проникающий через изолированное ог­ раждение в рефрижераторное помещение (когда tn > tB), можно выразить следующим образом:

Q = а н('н — 'п.н)^;

Q = kn

(tH-tB)F.

Отсюда

 

 

 

^п. н —

7Г~ (^н ' ^ в ) ;

 

 

 

ъ

а

(»~tn-

ч

кп

и

 

 

 

hi

Удовлетворяя требованию

(204),

получаем максимальное зна­

чение коэффициента теплопередачи, при котором еще не происходит

конденсация пара на наружной

поверхности,

 

 

^ м а к с = « н /

н ~ ( ' Р - " + 2 1

-

"

(209)

 

 

 

 

Принятие завышенного коэффициента kn > & м а к с приводит к конденсации пара на металлической наружной обшивке корпуса судна и повышению ее коррозии.

В рефрижераторных трюмах обычно толщину основного изоля­ ционного слоя т принимают настолько большой, что общая конден­ сация пара на всей наружной поверхности оказывается невозможной. На наружной поверхности ограждений рефрижераторных трюмов может происходить только местная конденсация напротив элемен­ тов набора при недостаточной толщине изоляционного слоя над профилем /. Чтобы уменьшить количество тепла, проникающего в рефрижераторный трюм, обычно толщину / не берут меньше 50 мм.

Следовательно,

в подавляющем большинстве случаев не требуется

проверка и на

отсутствие местной конденсации. Такой расчет не­

обходим лишь

при очень малой толщине изоляционного слоя /,

покрывающего

полку набора (менее 25 мм).

Определение минимальной толщины изоляции, исключающей конденсацию пара на поверхности плоской многослойной стенки.

Минимальную толщину изоляции можно определить только в класси­ ческом случае плоской многослойной стенки. К такой стенке удается свести лишь незначительное количество судовых конструкций.

При

определении минимальной

толщины

изоляции

би . м и н

тем­

пература

на ее внутренней поверхности / п

в является

заданной:

она должна быть выше температуры выпадения росы

ґр в .

Таким

образом,

величина би м и н находится

из условий недопущения кон­

денсации

(202) и (203).

 

 

 

 

В случае плоской многослойной стенки основное расчетное урав­ нение теплопередачи (206) принимает следующий вид:

Q =

_!

{ts _ g f .

(210)

 

І 4 - У І + І

 

 

а в ' ішЛ А,-

а н


Для плоской многослойной стенки, у которой FB = F, минималь­ ную толщину изоляции легко получить, приравняв правые части уравнений (205) и (210):

^и. мин ^и

 

t B - t K

f 2)

1 , V Ьс

. 1

м.

а в

ta — (tp. в

\ а в

1

У-І

а н

 

 

 

 

 

 

1=2

 

 

Конденсация

предотвращается

при б и ^

б и м и н .

Дл я создания

запаса на колебания

величин

tH,

tB, ан,

ав

и <р расчетное

значение

минимальной толщины изоляции увеличивают до ближайшей стан­ дартной толщины (в соответствии с сортаментом по техническим ус­ ловиям на материал) или округляют в большую сторону до размера, кратного 5 мм. После этого вычисляют окончательное значение коэф­ фициента k по формуле (5) или (6).

Полученную формулу можно применять и для стенок, ограждаю­

щих охлаждаемые помещения. В этом случае роль внутренней

среды

играет

наружная

 

 

среда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример

13. Определить коэффициент теплопередачи и произвести проверку на

отсутствие

конденсации

для изоляции без зашивки,

обходящей

тавровую

балку

(рис. 80).

s =

 

 

 

 

h =

 

b =

 

 

t = 8; / =

 

т = 50; р = 40; / = 30;

Дано:

600;

 

180;

80;

6;

п = 20 мм; Хи

=

0,05 ккал/м-ч-°С

 

(пенопласт

ФС-72 );

среднее

значение

а в = 7;

минимальное значение

а в

= 5; а н =

25 ккал/м2-ч-°С;

tH —20° С; tB

=

18 °С;

Ф = 60%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формулам (177)—(181) находим тепловые потоки, проходящие через отдель­

ные зоны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qs,

Ь = ^и

s

~

/

~

p

=

0,05

 

6 0 0 - 6 - 4 0 _

=

 

к к а л / ч . о С .

 

 

 

 

т + V п? + р 2

 

 

 

50 + J/502

+ 402

 

 

 

 

 

 

 

.

 

2h — m—l — 2t

 

n

f t _

 

2-180 —50 —ЗО —2-8

 

 

№. Ь = К

2

 

 

 

 

, r

 

 

= 0,05

V~502 + 402 - f К 4 0 2

+ ЗО2

 

 

 

 

 

 

+ р2 + Vp2 + /2

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0,1158

ккал/ч-°С;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j /

=

_ ^ - ( 6 - / )

=

- L ( 8 0 - 6 )

=

37 мм;

 

 

 

 

q y

=

J .

K p 2

*

 

+

+

J/"/2

+ n 2

=

0,05 -

J/402

2-37 +

2 0 - 4 0

 

 

 

 

 

 

+

I і

 

'

 

 

+ ЗО2

+ У ЗО2 + 202

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0,0313

ккал/ч-°С;

 

 

 

 

 

 

 

 

qt =

Я„

 

J

+

t

=

0,05

 

3 0

+

8

 

=

0,0526 /скал/ч-°С;

 

 

 

 

 

 

 

J/> +

л 2

 

 

К ЗО2 + 202

 

 

 

 

 

 

 

?й = Я и

 

b

+ n

 

 

=

0 05

 

 

8° + 2°

 

=

0 0 7 5 6

к к а л / ч . ° С .

 

 

 

 

Vl2 + n2

+ l

 

 

 

КЗО 2

+ 202 + 30

 

 

 

 

 

По табл. 8 принимаем относительную разность температур Тп=

0,82. Затем по

выражению

(182) вычисляем неполный коэффициент теплопередачи:

 

 

k = ~

iQs. Ь +

Т„ (qh, b + qy

+ qt+

Яь)\ = о | - [°.243 +

0,82 (0,1158 + 0,0313 -

 

 

 

 

 

 

 

+

0,0526 + 0,0756)] =

1,56

 

ккал/м2-ч-°С.

 

 

 

 

19*

291


Половина

длины

внутренней

поверхности

изоляции

п

 

 

 

 

 

 

 

 

-4т = ^

sBi = «в/ + sB//

•;- sBin

- j - sB /v -!- sB v = - |

/ — 2p + ft — m -j-

i=I

 

 

 

 

 

 

 

 

-I- 6 + 2« - f / =

^ 2 _ 6 — 2-40 4- 180 — 50 -|- 80 4- 2-20 -|- 30 = 494 ,tw.

Коэффициент

относительного

увеличения

внутренней

поверхности

 

 

^ =

£

^ 4 9

4

 

 

 

 

S

 

s/2

300

1 , 0

 

Полный коэффициент теплопередачи определяем по соотношению (17):

kn - j

1

=

= 1,302 ккал/м2-ч-°С.

ЇОв" ~

Т~

+ "о„~

1,647-7 + Г56

"25~

В рассматриваемой изоляции крепежных деталей нет. Поэтому надбавку к коэф­ фициенту теплопередачи можно брать минимальной (равной 1,05), так как она должна учитывать только дефекты монтажа. Тогда действительное значение коэффициента теплопередачи

£ д = 1 , 0 5 £ п = 1,05-1,302 = 1,37

ккал/м2-ч-°С.

Переходим к определению температуры на поверхности изоляции внутри по­ мещения и проверке ее на конденсацию. Расчетное значение относительной влаж­ ности воздуха в помещении ф р = ф + 5 = 6 0 + 5 = 65%. При заданных пара­ метрах воздуха (tB и ф р ) по табл. 11 температура выпадения росы tp.B = 11,3° С.

Температуру на внутренней поверхности находим по формуле (207):

in. в =

*в -

| j - (<в -

ія) = 18 -

 

[18 ~ ( - 2 0 ) ] =

11,7° С.

Оказалось,

что

основное

условие

(202)

выполнено

(<п .в >

tp.

в ) . Однако

условие надежности

(203) не соблюдено,

так

как

tn. в

tp. Е =

11,7 — 11,3 =

= 0,4 <С 2° С. Следовательно,

изоляция

обладает

почти предельными

толщинами

и спроектирована недостаточно надежно. Чтобы повысить надежность предотвра­ щения конденсации, необходимо увеличить толщины изоляционных слоев. После этого следует повторить расчеты и найти окончательное значение kA.

Проверочный расчет изоляции на отсутствие местной конден­ сации. Такому расчету следует подвергать наиболее неблагоприятные участки изоляционной конструкции, расположенные напротив теп­ ловых мостиков.

Вначале рассмотрим конструкции, прорезаемые стальным набо­ ром. С точки зрения возможности местной конденсации наиболее опасным является участок поверхности, расположенный напротив стенки набора, так как для этого участка локальный коэффициент теплопередачи принимает наибольшее значение.

Вычислим максимальное значение местного коэффициента тепло­ передачи для участка изоляции шириной / (рис. 86), расположенного напротив стенки набора, и учтем при этом падение температуры в теле стального профиля вследствие его собственного термического сопро­ тивления, а также вследствие распространения тепловых потоков из стальной стенки в стороны (в изоляционный материал).