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: 177
Скачиваний: 6
Введем обозначения:
L — среднее значение половины размера стенки, перпендикуляр ного к рассматриваемому участку периметра, т. е. половина ширины или длины палубы, половина ширины или высоты переборки в рефри
жераторном трюме, м (в практических |
расчетах жилых |
помещений |
||||||
под L удобно понимать расстояние от рассматриваемого участка |
||||||||
периметра стенки до такого ее участка, |
на котором устанавливается |
|||||||
постоянная температура; тогда расстояние L обычно оказывается |
||||||||
равным |
соответствующему размеру самого помещения); |
|
|
|||||
Р — длина отдельного участка периметра промежуточной |
палубы |
|||||||
или переборки, м (см. рис. 98; этот размер перпендикулярен |
^ п л о |
|||||||
скости |
рисунка); |
|
|
|
переборки, м; |
|||
бс |
— расчетная толщина |
стальной |
палубы |
или |
||||
8Н |
— температура стыка |
промежуточной |
стенки |
с |
наружной |
обшивкой, принимаемая равной температуре наружного воздуха
(если поверхность не освещается солнцем) |
или забортной |
воды, °С; |
||||||
|
^і — /і (*) — переменная температура |
вдоль стального |
настила |
|||||
палубы |
или обшивки переборки на участке |
рибанда; |
|
|
||||
|
t% = |
/2 (х) |
—' переменная температура |
в |
палубе |
или |
переборке |
|
на |
остальном |
участке. |
|
|
|
|
|
|
|
Здесь будем употреблять обозначение 0 вместо обычного t, для |
|||||||
того чтобы подчеркнуть, что температуры |
8 считаются постоянными |
|||||||
и |
везде одинаковыми. Для краткости ниже |
будем |
говорить |
только |
||||
о |
палубе. |
|
|
|
|
|
|
Чтобы не завысить количество тепла, передаваемого через про межуточную стенку, ширину рибанда R следует отсчитывать от внутренней поверхности зашивки изоляции, покрывающей наружную обшивку корпуса судна. При этом температуру в теле стальной про межуточной стенки на участке от наружной поверхности обшивки до внутренней поверхности зашивки практически можно принимать равной 9Н.
Если стальные элементы набора расположены перпендикулярно к рассматриваемому участку периметра, то, чтобы учесть их тепло проводность, в качестве расчетной следует брать эквивалентную тол щину мысленно деформируемой палубы или переборки:
б с = к + 4 " м '
где 6Н — толщина металлического настила, м; f — площадь попереч ного сечения стального профиля или балки набора, м%.
Толщина 6С находится из условия, что объемы действительной и деформированной стенок равны между собой. При этом сталь, заполняющая объем набора, как бы размазывается по поверхности настила. Если судовой набор расположен параллельно рассматривае
мому |
участку периметра, то расчетная толщина стальной стенки |
6С = |
6Н. |
Для бортов, палуб и других поверхностей, освещаемых солнцем, температуру 8Н, равную температуре наружной поверхности 9П. н при объединенном воздействии температуры наружного воздуха,
а также прямого и рассеянного солнечного облучения, следует определять по формулам (33) и (32), учитывающим радиационный перепад температур А9Р , который был введен в § 18 (см. также § 53).
Для упрощения решения задачи будем полагать, что тепло про никает только через периметр металлического настила de (рис. 98). На самом деле тепло будет входить в смежные помещения не только
1 |
|
|
|
|
|
|
по настилу палубы, но и по |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
периметрам cd |
и ef |
изоляци |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
онных |
конструкций. |
Однако |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
поступление |
тепла |
через |
пе |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
риметр |
изоляции |
|
следует |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
учитывать |
ранее |
при |
вычис |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
лении количества тепла, про |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ходящего |
поперек |
|
борта. |
|||||||
|
НО, |
1"ф) |
|
|
|
|
С этой целью в расчетную |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
поверхность борта |
необходи |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
мо |
включать |
площади |
уча |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
стков cd и ef. |
Таким |
образом, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
обычная |
последовательность |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
расчета учитывает |
все тепло |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
вые |
потоки, |
проходящие |
че |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
рез изолированную |
промежу |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
точную стенку в смежные по |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
мещения. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
В действительности |
теп |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ловые |
потоки, |
передаваемые |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
по |
периметрам |
|
металличе |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ского |
настила |
промежуточ |
||||||||
и |
|
Ми) |
|
|
|
|
ной стенки и ее изоляции, |
||||||||||
|
|
|
|
|
налагаются друг на друга и |
||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
вследствие |
этого |
несколько |
||||||||
|
|
|
|
|
|
погашаются. |
Поэтому |
обще |
|||||||||
Рис. 98. Стык |
промежуточной |
стенки, |
изо |
принятый |
порядок |
расчета, |
|||||||||||
отражающий наложение этих |
|||||||||||||||||
лированной |
с одной |
стороны |
полностью, |
потоков, но не учитывающий |
|||||||||||||
а с другой рибандом, с наружной |
обшивкой. |
||||||||||||||||
их погашение, незначительно |
|||||||||||||||||
Схема передачи тепла и график изменения |
|||||||||||||||||
температуры |
вдоль промежуточной |
палубы |
завышает |
количества |
тепла, |
||||||||||||
(или переборки) при установившемся |
режиме |
поступающие |
в |
смежные по |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
мещения. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Далее будем предполагать, что длина участка периметра Р доста |
|||||||||||||||||
точно велика, для |
того |
чтобы |
пренебречь |
перетоком |
тепла |
вдоль |
оси г (см. рис. 98; направление оси перпендикулярно к плоскости рисунка).
Роль физических параметров, контролирующих интенсивность отвода тепла от поверхности металлического настила к воздуху в трюме, играют коэффициенты теплопередачи k через изоляцию одной стороны стенки и теплоотдачи а на оголенных ее участках. Предположим, что коэффициенты k и а являются постоянными для всей поверхности соответствующего участка настила.
Так как коэффициент 'Теплопроводности стали кс, характеризую щий интенсивность подвода тепла изнутри настила к его поверхности, достаточно велик, а толщина настила бс мала и сравнительно малы также коэффициенты k и а, температура металла по его поперечному сечению (т. е. вдоль оси у) практически не меняется. При этих усло виях температура в теле настила t изменяется лишь по его длине L и является функцией только координаты х. Поэтому поставленную задачу будем решать для установившегося одномерного температур
ного поля, |
когда t = |
f (х). |
|
|
В связи с изменением коэффициентов k или а у конца рибанда |
||||
характер |
изменения |
температур |
на участке рибанда tx = /х |
(х) |
и остальном участке t2 |
= /2 (х) будет разным. По этой причине необ |
|||
ходимо находить два закона изменения температур. |
|
|||
Отвлечемся от поставленной |
задачи и найдем температуру |
в , |
которая установилась бы в промежуточной стенке, если бы она не
имела теплового |
контакта |
с |
наружными |
поверхностями |
судна. |
||
При этом |
условии |
различные |
температуры в смежных помещениях |
||||
вызвали |
бы только |
тепловой |
поток поперек |
палубы. Для |
конкрет |
||
ности пусть 8' >• 6". |
Тогда от первого помещения палубе будет пере |
||||||
даваться |
количество |
тепла |
|
|
|
|
|
|
|
|
dQi* = |
k\(Q' — Єї) Pdx. |
|
(244) |
При поперечном прохождении тепла термическое сопротивление стальной палубы ничтожно мало, поэтому им можно пренебрегать. Тогда от палубы второму помещению будет отдаваться количество тепла
dQ7 = k\ (ві — Є") Р • dx. |
(245) |
Все тепло, воспринятое палубой от одного смежного помещения, проходит через нее и проникает в другое помещение. Следовательно, dQ\ = dQi = dQi. Отсюда получаем температуру, которая уста новилась бы в стальной палубе на участке рибанда, если бы этот участок не имел теплового контакта ни с бортом, ни с участком, обладающим односторонней изоляцией:
Sj_ = |
1 , |
„ 0 С. |
(246) |
|
k1 |
+ k1 |
|
Температура6j ближе к температуре того помещения, со стороны которого коэффициент теплопередачи больше. Если k\ = k\, то величина в ! представляет собой среднюю температуру между 8' и 8".
Аналогичным образом можно найти температуру оголенного участка стальной палубы, не имеющего контакта с участком, обла дающим двусторонней изоляцией (т. е. при R < х < L):
сц0 + kS |
|
|
в , = 2 Л ~ 2 |
. |
(247) |
а2 + /г2
Впрактических расчетах формулы (246) и (247) могут быть использованы, например, для вычисления температур головок пил-
для определения Q необходимо в уравнение (251) подставить темпе
ратурный градиент |
( - ^ г ) х _ 0 П Р И х = |
0: |
Q = |
Qx=0 = - к с {^)хЫ) |
ЬсР ккал/н. |
Чтобы решить поставленную задачу, предварительно необходимо составить дифференциальные уравнения, описывающие распределе ние температур в палубе. Затем полученные уравнения следует ре шить и найти законы распределения температур по ширине палубы
t = f(x). Только после этого можно вычислить производную
Таков путь решения поставленной задачи.
Составим дифференциальное уравнение, описывающее распре деление температур в палубе. Для этого на расстоянии х от начала промежуточной палубы выделим в ней элементарный участок ghij шириной dx (рис. 98) и составим для него уравнение теплового ба
ланса. При |
установившемся процессе |
разность тепловых потоков |
Qx |
|||
и |
Qx+dx> |
проходящих |
через два параллельных сечения палубы |
gj |
||
и hi (отстоящих на расстояниях х и х |
+ dx от наружной обшивки), |
|||||
равна количествам тепла |
dQi и dQi, |
отданным двум смежным поме |
||||
щениям через боковые поверхности |
рассматриваемого элемента |
gh |
||||
и |
ji: |
|
|
|
|
|
|
|
Qx |
= dQ\ + dQl + |
Qx+dx. |
|
Приток тепла Qx изнутри стальной палубы к сечению gj опреде ляется уравнением (251). На участке gh площадью dx-P некоторая доля этого тепла через изоляцию с коэффициентом теплопередачи k\ проходит в помещение с температурой 8':
dQ{ = k[ {tx — в') Р dx.
Через поверхность ji в помещение с температурой 9" проникает количество тепла
dQl= k[ (ti — в") Pdx.
Используя равенство (246), получаем следующее выражение для суммарного количества тепла, поступающего как в первое, так и во второе смежное помещение на участке ghij:
dQy = dQ[ + |
dQ[ = |
(k[ + |
k\) |
(ti — |
QJPdx. |
|
Введем обозначения: |
|
|
|
|
|
|
xi — k\ - f k\ |
и x2 = |
аг -r |
h |
ккал/м2 |
• Ч- °С. |
(252) |
В общем случае коэффициент х представляет собой сумму коэф фициентов теплопередачи для изоляции обеих сторон стенки на соот ветствующем участке. Для неизолированной стороны стенки вместо k
следует подставлять а. |
|
|
|
|
Учитывая обозначение |
(252), |
получаем |
|
|
dQ1 = |
и j (t1 |
— |
P-dx. |
(253) |