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: 170
Скачиваний: 6
Рассмотрим последовательность расчета теплопритоков вдоль промежуточных палуб и переборок, например, для рефрижератор
ного судна, показанного на рис. 97 (кроме |
того, см. § 58). |
Прежде всего методами, изложенными |
в гл. I V — V I , необходимо |
рассчитать коэффициенты теплопередачи через изоляцию каждой стороны палубы и переборки, введя в них общепринятые поправки на крепежные детали, продувание изоляции и пр. (§ 57).
Продольные тепловые потоки следует определять лишь от тех сторон палуб и переборок, которые соприкасаются с теплыми наруж
ными поверхностями судна, т. е. от сторон АС и DE, |
AD |
и СЕ |
пери |
||||||
метра промежуточной палубы и от сторон FG и IJ, |
FI и GJ |
пери |
|||||||
метра промежуточной |
переборки. |
|
|
|
|
|
|||
Стороны |
палубы |
AC, |
DE |
и переборки FI, |
FM, |
IN, |
располо |
||
женные выше ватерлинии, воспринимают температуру |
наружного |
||||||||
воздуха 0н 1 . Стороны переборки GJ, MG, MJ, |
находящиеся |
ниже |
|||||||
ватерлинии, имеют температуру забортной воды 0н 2 . |
Температуры |
||||||||
сторон палубы AD и СЕ равны соответственно температурам в кормо |
|||||||||
вом и носовом неохлаждаемых помещениях 0н 3 и 0н 4 . |
|
рибандом |
|||||||
Затем по |
расчетным |
формулам для |
стенки, |
покрытой |
|||||
с одной стороны и сплошной |
изоляцией |
с другой, при 0' |
= 0" |
= 0, |
следует вычислить линейные тепловые потоки 0_л и <2л, проходящие в смежные рефрижераторные трюмы в отдельности. Чтобы учесть влияние теплопроводности поперечных бимсов палубы и вертикаль
ных стоек переборки, в выбранные формулы для сторон |
периме |
|||||
тров AC, |
DE, |
FI и GJ надо подставить введенную выше эквивалент |
||||
ную толщину |
для стального настила и набора б с |
== бн - f f/s. |
Нако |
|||
нец, по формуле (274) находятся количества тепла Q' и Q", |
прони |
|||||
кающие в трюмы от всех сторон периметров промежуточной |
палубы |
|||||
и переборки. |
|
|
|
|
|
|
Такой |
расчет направлен в сторону |
некоторого завышения |
тепло- |
|||
притоков, |
так |
как в действительности |
в углах |
А, С, D, |
Е, |
F, I , |
G и J тепловые потоки, идущие от двух взаимно |
перпендикулярных |
сторон палубы или переборки, налагаются друг на друга и вслед ствие этого уменьшаются.
Температура вдоль линии пересечения плоскостей холодной палубы и переборки OU (рис. 97) является переменной. Однако не значительное поступление тепла от стыка 0U всегда можно не учи тывать, потому что занижение теплопритоков здесь компенсируется завышением их в углах А, С и др.
Пример 15. Вычислить продольные линейные тепловые потоки, поступающие в рефрижераторные трюмы через стык промежуточной переборки с надводным бор том, когда в трюме с коэффициентом теплопередачи для изоляции переборки к"
устанавливается наружная температура, т. е. 0" = |
9„ (люк открыт). |
|
|
||||||||
Переборка изолирована |
полностью с двух |
сторон |
(см. рис. |
102). |
Половина |
||||||
ширины переборки L |
= |
4 м; |
толщина стальной |
переборки б с |
= 0,012 |
м; |
коэффи |
||||
циент теплопроводности |
стали Л С = |
50 ккал/м-ч-°С. |
Коэффициент |
теплопередачи |
|||||||
изоляции переборки со стороны охлаждаемого трюма k' = |
0,9, |
со стороны |
неохлаж- |
||||||||
даемого — £ " = 0 , 8 |
ккал/м2-ч-°С. |
Температура |
|
наружного |
воздуха 9Н |
= 32° С, |
|||||
внутри охлаждаемого |
трюма |
6' = —2° С. |
|
|
|
|
|
|
|
||
В рассматриваемом случае справедливы расчетные формулы для стенки, изо |
|||||||||||
лированной полностью с двух |
сторон, при 0' Ф 0". |
|
|
|
|
|
По соотношениям (252), |
(256) |
и (246) определяем вспомогательные величины, |
||
необходимые для |
расчета: |
сумма |
коэффициентов |
теплопередачи х = к! + к" = |
= 0 , 9 + 0 , 8 = 1 , 7 |
ккал/м2-ч-°С; |
характеристика |
переборки |
постоянная температура внутри стальной переборки при условии, что она не имеет
теплового контакта |
с бортом судна, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
k'Q' + k"% |
|
0,9 ( - 2 ) + 0,8-32 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
k' Ark" |
|
0,9 + |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
||
Аргумент гиперболического тангенса PL = |
1,682-4 = |
6,73. |
По |
табл. |
13 зна |
||||||||||||
чение th f>L = th 6,73 |
= |
1,000. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Линейный тепловой поток, проникающий через стык переборки с бортом в два |
|||||||||||||||||
смежных трюма, вычисляем по уравнению (300): |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Qn = k' |
^ k" |
|
( Є „ - Є ) |
th PL = |
|
(32 - |
14) 1,000 |
= 18,2 |
ккал/м-ч. |
||||||||
Продольный тепловой поток, передаваемый переборкой в охлаждаемый трюм, |
|||||||||||||||||
находим по выражению |
(301): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Q'„ = |
-j- |
(9„ — 0 |
) t |
h P i = |
T ^ 2 ( 3 2 ~ |
И |
) 1>000 = 9,63 |
ккал/м-ч. |
|
||||||||
Продольный поток, стремящийся пройти в неохлаждаемый |
трюм, |
определяем |
|||||||||||||||
по формуле (302): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Q" = |
_ ( 9 |
h |
— в ) |
th B L = |
_____ (32 — 14) 1,000 = |
8,56 |
ккал/м-ч. |
|
|||||||||
л |
Р |
v |
н |
|
|
> |
v |
|
1,682 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверяем тепловой баланс для продольных |
тепловых |
потоков: |
|
|
|
||||||||||||
|
|
<2л |
= |
<2л |
+ Ql = 9,63 + 8,56 = |
18,2 |
ккал/м-ч. |
|
|
|
|
||||||
На первый взгляд полученные результаты могут показаться неожиданными — |
|||||||||||||||||
через периметр стыка в трюм с такой же температурой |
9Н , как и за бортом |
судна, |
|||||||||||||||
стремится пройти поток |
|
|
Однако |
не следует забывать, что во избежание |
ошибок |
||||||||||||
из общих уравнений (279)—(282) |
ранее были исключены слагаемые, |
которые опре |
|||||||||||||||
деляются формулами |
(283)—(286) |
и |
учитывают |
|
поперечные тепловые |
потоки |
вызываемые разностью температур в смежных трюмах и передаваемые из одного трюма в другой. Чтобы получить ясное представление о передаче тепла через про межуточную стенку, необходимо вновь наложить на продольные потоки поперечные (хотя, как уже отмечалось, при общепринятой последовательности расчета этого
делать и не нужно). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
По равенству (249) определяем общий коэффициент |
теплопередачи |
К, |
необхо |
||||||||||
димый для |
вычисления |
теплового |
потока, |
передаваемого |
поперек переборки: |
||||||||
|
К |
= — j — ! — р |
= |
— j — l - |
— = |
0,423 |
ккал/м2-ч-°С. |
|
|
||||
|
|
i r J r T r |
|
" а т + |
"08" |
|
|
|
|
|
|
|
|
Из формул (283) и (284), |
полагая в них К \ = |
К, |
9' |
= |
9Н |
к R = L, |
получаем |
||||||
поперечные тепловые потоки, переходящие из трюма в трюм |
(по-прежнему |
условно |
|||||||||||
отнесенные |
к 1 |
пог-м |
периметра): |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Qn* = |
К ( 9 Н |
— 9') L = |
0,423 [32 — ( — 2)] 4 = |
57,6 |
ккал/м• ч; |
|
|
|||||
|
<2л* = |
/С (0' — 0 н ) L = |
0,423 ( — 2 — 32) 4 = |
— 57,6 |
ккал/м-ч. |
|
|
Знак минус в последнем выражении говорит о том, что тепло из неохлаждаемого трюма с температурой 9Н отнимается.
Продольный поток, налагаясь на поперечный, увеличивает общее количество тепла, поступающее в охлаждаемый трюм с температурой 6':
<2л. о = |
+ |
= 9.63 + 57,6 = 67,2 |
ккал/м-ч. |
|
|
|||
Из-за наложения тепловых |
потоков, идущих вдоль и поперек |
переборки, |
общее |
|||||
количество тепла, отнимаемое от трюма с наружной температурой |
6Н , |
уменьшается: |
||||||
Сл. о = |
(2л + |
С |
= 8 . 5 6 — 57,6 = —49,0 |
ккал/м-ч. |
|
|
||
Продольные потоки возникают внутри стальной переборки потому, что пере |
||||||||
менная температура |
вдоль |
нее |
t ~ f (х) вследствие |
изолирования с |
двух |
сторон |
||
оказывается ниже наружной 9Н . Однако, конечно, поток QJI в неохлаждаемый трюм |
||||||||
не проникает; он лишь налагается на поперечный поток |
Q* и несколько погашает |
|||||||
его. Обычно общий поток Qn |
0 , |
отнимаемый от неохлаждаемого трюма, определять |
||||||
не требуется, так как в нем по условию поддерживается температура в н |
(люк открыт). |
|||||||
Легко убедиться, что тепловой баланс соблюдается |
также и при |
употреблении |
||||||
полных потоков: |
|
|
|
|
|
|
|
|
$ л = |
Я'Л. о + |
О = 6 7 , 2 - 49,0 = |
18,2 |
ккал/м-ч. |
|
|
||
Это равенство говорит о том, что тепловой поток QJl 0 |
, поступающий в охлаждаемый |
трюм, превосходит поток <2Л 0 , отнимаемый из неохлаждаемого трюма, на величину <2Л. Таким образом, оказывается, что на самом деле весь тепловой поток <2Л, вошед
ший в стык промежуточной стенки |
о наружной, |
проходит лишь |
в трюм |
с |
низкой |
||||||||
температурой. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 16. Определить продельные линейные потоки, передаваемые в трюмы |
|||||||||||||
той же переборкой, что и в примере |
15, но покрытой теперь со стороны охлаждаемого |
||||||||||||
трюма с температурой |
6' = |
—2 |
С |
не |
сплошной |
изоляцией, |
а |
рибандом |
шириной |
||||
R = 0,8 м (см. рис. 98). Коэффициент теплопередачи через изоляционную |
конструк |
||||||||||||
цию переборочного рибанда kx = |
|
0,9 |
ккал/'м1• |
ч-°С. Остальные |
исходные |
данные |
|||||||
взять из предыдущего |
примера. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для упрощения расчета принимаем коэффициент теплоотдачи со стороны не |
|||||||||||||
изолированной стальной поверхности а 2 |
= оо, а термическое сопротивление 1/а2 = 0. |
||||||||||||
Этот случай описывается расчетными формулами для стенки, покрытой рибан |
|||||||||||||
дом и сплошной изоляцией, при О |
Ф 0 |
= |
0Н |
= |
32° С и а 2 |
= |
оо. |
|
|
||||
По соотношениям (252), (256), (246) и (247) вычисляем необходимые вспомога |
|||||||||||||
тельные величины: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У-1 = k\ |
+ k |
= 0,9 |
+ |
0,8 = |
1,7 |
ккал/м2-ч-°С; |
х 2 |
= |
сю; |
|
|
||
^=Vik |
|
|
|
|
|
|
= 1 . 6 8 2 . / л , ; Р 2 = |
оо; |
|
|
постоянная температура внутри стальной переборки под рибандом при условии, что этот участок не имеет теплового контакта ни с бортом судна, ни с оголенным участ ком переборки,
|
|
k[b' |
+ |
k"QH |
= |
0,9 ( — 2) +0,8 - 32 |
|||
|
в, = -L- |
|
|
1 |
|
'-— |
= 14° С; |
||
|
|
kx |
+ |
k |
|
0,9 |
+ |
0,8 |
|
на |
открытом участке |
стальной |
переборки, |
если |
он не имеет теплового контакта |
||||
с |
участком, покрытым |
рибандом, |
в 2 |
= 9' |
= |
—2° С. |
|||
|
По формуле (270) |
относительная |
разность |
температур |
Проверяем правильность вычисления составляющих <Зл 1 и ( Q J I ) A r = ^ общего по тока Qn'.
% = <3лі + (Чл)х=н = ° . 6 2 8 |
-г- 28,6 |
= 29,2 ккал/м-ч. |
Оказалось, что при а 2 = сю поток ((2Л)Х=% |
2> <2л і. |
Это означает, что почти весь |
поток <ЭЛ, входящий в периметр стенки, проходит в трюм сразу за концом рибанда. Пример 17. Вычислить продольные линейные потоки, поступающие через ту же
промежуточную переборку, |
что и в предыдущем примере 16, но когда люк открыт |
|||
в трюме, |
расположенном со стороны рибанда, и поэтому в нем устанавливается на |
|||
ружная |
температура, т. е. когда 0' — 6„ — 32° С (см. рис. 98). Смежный трюм, |
|||
расположенный со стороны сплошной изоляции, пусть теперь охлаждается |
и в нем |
|||
поддерживается температура |
0" — —2° С. Исходные |
данные для расчета |
взять из |
|
примеров 15 и 16. |
|
|
|
|
Для |
упрощения расчета |
по-прежнему полагаем а 2 |
= оо. Тогда и в данном слу |
чае можно применять те же расчетные формулы для стенки с рибандом и сплошной
изоляцией при 9 =/= О |
и а 2 = оо . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В |
рассматриваемом |
случае |
находим |
только |
изменившиеся |
вспомогательные |
||||||||||
величины: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^іОн + |
k 6 |
|
0 9-32 -4- 0 Hi |
21 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
е |
< = - . = - g o |
|
о» |
|
|
= і б д г с ; e * = е ' = е » = з 2 ° с ; |
||||||||||
|
|
|
|
ЄН |
- |
Вх |
|
Є„ |
|
Є І |
|
|
|
|
|
|
Тепловые потоки, |
поступающие |
через |
периметр переборки и проходящие вдоль |
|||||||||||||
|
|
— |
|
|
|
|
|
|
||||||||
нее в два смежных трюма |
и в каждый трюм в отдельности, |
вычисляем по формулам |
||||||||||||||
(309)—(311): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р\ |
4 н |
|
sh Pi/? |
|
~ |
|
1,682 |
к ^ |
|
1 и л " - |
1,799 |
||||
|
|
|
|
|
= |
9.51 |
ккал/м-ч; |
|
|
|
|
|
||||
|
|
ky |
|
|
chpV? |
І- В-'- |
k |
К{\-fBchp\tf) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 r - |
|
|
|
||
|
с л = - р Г ( в - - в і ) - |
|
|
|
|
T |
h P |
i |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
О 8 |
|
|
|
|
|
|
||
|
0,9 |
_ |
|
. _ . 2 - 0 6 |
- 1 |
+ |
" 0 Т < 1 - |
2 - |
0 6 ) |
= 0,56 |
ккал/м-ч; |
|||||
|
1,682 |
(32—16,0) |
|
|
|
1,799 |
|
|
|
|||||||
|
4 |
|
' ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
o ; = Q ; i = r - ( e „ - e 1 ) ( i - B ) ^ , p ^ - |
|
|
|||||||||||||
|
0 |
, 8 |
(32—16,0) (1 + |
1) |
2 ' |
6 |
~ |
' |
=8,9 5 |
ккал/м-ч; |
||||||
|
1,682 |
^ |
|
|
1 |
*' |
|
1,799 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
"Зл = |
<2л + ®"л = ° ' 5 6 |
+ |
8,95 = |
9,51 |
|
ккал/м-ч. |
|
Сопоставление примеров 16 и 17 показывает, что для уменьшения теплопритока через периметр (2л рибанд всегда следует располагать со стороны помещения с более высокой температурой.