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: 142

Скачиваний: 6

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

 

dk

 

изводной

определяемому формулой (392). Обычно наивыгодней-

 

dk

,_

шая производная ^

лежит между ее табличными значениями.

Поэтому для определения наивыгоднейших значений mH , kH и qFn приходится интерполировать.

Пример 22. Рассчитать наиболее выгодную толщину изоляции аналитическим методом для той же самой носовой переборки, что и в примере 21. Исходные данные для расчета принять такими же, как в предыдущем примере. Дополнительно по прототипу берем удельную себестоимость перевозки еп = 34,9 руб/т.

Постоянные величины А и В определяем по формулам (390) и (391):

 

 

 

 

~

 

{("«г"т

о Ч р • ' О " 5 +

&( \si • 10~3

-[- (а0

+

J - )

cl +

 

 

 

 

 

f S/г

— y " - 1 0 " 3

 

 

1,05-1-1,04-5760. 37 - 10" 5

+ 4 4

 

0,6-10~3 -+

 

 

 

 

v

 

 

 

0,75 I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

57,5

 

 

 

руб

 

 

 

 

 

 

0,12 +

- i j J 0,41 +

0,49-24 Щ 4,91-10~3

год•ккал/ч•

° С '

 

 

 

В = (ан

 

+

 

ск +

б/г ~

vn

= (о,08 -+

 

267,2 +

0,49-24 X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X —

1,24 =

218

руб/год-м*.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наивыгоднейшее значение производной, удовлетворяющее уравнению (389),

подсчитываем по формуле

(392):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j — =

т —

==-=- =

— 3,79 ккал/м3

ч-°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dm

А

 

 

57,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задаваясь предполагаемыми значениями толщины т (которые должны быть

несколько меньше и больше ее нормативного значения т н о р м =

 

150 мм,

принятого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dk

 

 

 

при выборе изоляционной конструкции), вычисляем величины

k,

 

qp и

 

•

Резуль­

таты расчетов сводим в табл.

19. По этой таблице, интерполируя,

определяем наи­

более выгодные значения

т н ,

£ н

и qpH,

соответствующие

найденному

наивыгодней-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шему

значению

производной

~dm ~

 

 

—ккал/м3-ч-°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наивыгоднейшая толщина изоляции т н , а также значения kH

 

и qpH

оказываются

равными: /п н =

145,4 мм;

kH~

0,43

ккалі' м2

• ч- °С; qFn~

18,85

 

ккал/м2-ч.

 

 

 

Принимаем толщину основного изоляционного слоя т =

145 мм. Тогда толщина

изоляции поверх

набора

для

нормальной конструкции

/ =

т — h =

145 — 90

=

=

55

мм.

Общая

 

толщина

изоляционной

конструкции

т +

б 3 =

145 + 36

=

-

181

мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приближенный

численный

расчет

дал

наивыгоднейшую

 

толщину

изоляции

/лн . ч =

144

мм

(см. пример 21). Расхождение между

наиболее

выгодными

толщи­

нами,

полученными

в результате

численного

и аналитического

расчетов,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,0%.

 

 

 

 

Аналитический расчет наивыгоднейшей толщины изоляции для плоской многослойной стенки. В классическом случае плоской или малоизогнутой многослойной стенки аналитический расчет не тре­ бует решения уравнения (389) методом подбора, так как в этом слу-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

19

Приближенное

 

вычисление

производных

для носовой

концевой переборки

носового рефрижераторного трюма

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(см. табл.

17)

 

 

 

 

Толщина

основного

изоля­

0,11

0,13

0,15

0,17

0,19

 

 

ционного слоя т , м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Толщина

изоляции

поверх

 

 

 

 

 

 

 

 

набора для нормальных

изо­

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

 

 

ляционных

конструкций

1 =

 

 

= т—h (Л — высота

 

набо­

 

 

 

 

 

 

 

 

ра), м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средний

коэффициент

теп­

0,60

0,49

0,41

 

0,31

 

лопередачи для носовой пере­

0,35

 

борки k,

ккал/м2-ч-°С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимальное

 

значение

 

 

 

 

 

 

 

 

удельного

теплового

 

потока

26,40

21,55

18,03

15,40

13,64

 

Яр = k JV„ — tB)

+

~

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ккал/м2-ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приближенное

 

значение

 

 

0,41-0,60 _

0,35-0,49

0,31-0,41 _

0,31-0,35

_

 

 

„ dk

~.

 

 

0,49-0,60

_

 

производной

 

 

 

0,13-0,11

 

0,15—0,11

0,17-0,13

д , Ь ° 0,19-0,15

2 , М 0,19-0,17"

2

, 0 0

ккал/м3•ч•

°С

 

 

 

5 , 5 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чае известна аналитическая зависимость k — \\> (т). Это обстоятель­ ство позволяет получить простое аналитическое решение поставлен­ ной задачи.

Для плоской многослойной стенки

1=2

где

б,- — сумма термических

сопротивлении

всех

слоев, кроме

 

1=2

м2 • ч • °С1ккал.

 

 

 

изоляционного,

 

 

k меняется

 

Коэффициент

теплопередачи

через плоскую

стенку

по гиперболическому закону, асимптотически приближаясь к оси

абсцисс с ростом т (рис.

111,

 

б).

 

 

Производная функции

k по толщине

т

 

d k

 

1

 

ккал/м3

ч-°С.

dm

 

 

 

 

 

 

LJ

h

а„

а в

 

 

1=2

 

 

 

 

В случае плоской многослойной стенки расчетную формулу для

определения наивыгоднейшей

 

толщины

изоляции

можно извлечь

из общего уравнения (389) как его частный случай. Подставляя найден­

ноезначение dmий

в уравнение

(389)

и решая

его относительно тол-

щины т, получаем

 

 

 

 

 

 

V KB

\

ZJ

h ' «н T

M.

 

aB

 

 

\

i = 2

 

 

Отсюда после подстановки постоянных величин А я В, определяе­ мых формулами (390) и (391), а также введения поправок к коэффи­

циенту теплопередачи

|Зк р

и

р\, (§ 57) наивыгоднейшая

толщина

изоляции оказывается

равной

 

 

 

 

 

 

т* = К

X

 

 

ФРкрРз f « < V A

' c p

' 1 ° " 5 +

Ы [*а-

+ ( % + у ; )

со +

X

 

 

 

 

 

 

бп-

X

%i

a

м.

(393)

 

 

i = 2

Это решение справедливо только для таких изоляционных конструк­ ций, которые не прорезают стальной набор и деревянный обрешетник (например, для показанных на рис. 1—3). Поэтому для судовой изо­ ляции полученную простую формулу удается применить лишь из­ редка.

Аналитическую формулу (393) удобно употреблять для анализа влияния отдельных величин на наивыгоднейшую толщину изо­ ляции.

§ 70

Последовательность определения толщин для промежуточной стенки, изолированной с двух сторон

Во всех расчетах общий коэффициент теплопередачи через проме­ жуточную стенку, изолированную с двух сторон, необходимо вы­ числять по формуле

где kx

и k2 — частные

коэффициенты

теплопередачи

для

каждой

отдельной стороны стенки при толщинах изоляции тх

и т2.

 

Для

определенности

величины

тх

и kx отнесем к

той

стороне

металлической стенки,

на которой

расположен набор,

а т2

и к2 —

к ее гладкой стороне.

 

 

 

 

 

Для того чтобы через периметр стальной стенки в смежные поме­ щения проникало одинаковое количество тепла, необходимо подо­

брать толщины изоляции на каждой стороне стенки тх

и т2

таким

образом, чтобы соответствующие коэффициенты теплопередачи

также

оказались приблизительно

одинаковыми:

 

 

 

 

kx

= k2.

 

 

(395)

Толщины тх

и т2 можно предварительно выбирать

по норматив­

ному значению

общего коэффициента

теплопередачи /Є н о р м ,

исходя

из норм допустимых тепловых потерь

qFHOpM (см. § 18 и 63).

 

 

Таким образом, для предварительного выбора толщин тх

и

т2

служат уравнения (394) и (395). Решая эти уравнения

совместно

и

полагая при этом общий коэффициент К равным его нормативному

значению, К = Кнорм* получаем значения коэффициентов kx и

k2,

которые должны быть обеспечены подбором необходимых толщин

тх

и т2 при проектировании изоляции

в первом приближении.

 

Окончательные значения тх и т2

устанавливают экономическими

расчетами. Эти расчеты следует производить поочередно для каждой стороны стенки. Вначале надо варьировать толщину на стороне

расположения набора тх, находить производную и определять

наивыгоднейшую толщину изоляции т н 1 , оставляя неизменной ее толщину с гладкой стороны стенки т2. Затем, оставляя постоянной

найденную толщину тн1,

следует

варьировать толщину тг

на

глад­

 

 

 

ил:

 

 

 

кои стороне стенки, вычислять производную

и определять

тол­

щину тн2- Порядок расчета должен быть таким

потому,

что в нор­

мальной изоляции рефрижераторных трюмов толщина т1

конструк­

тивно связана с высотой набора

h, так как

ml = h +

1Ъ

тогда

как толщина с гладкой

стороны т2 ничем не ограничена.

 

 

 

§

71

 

 

 

 

 

Анализ

влияния

отдельных

 

 

величин

на наивыгоднейшую

 

 

толщину

изоляции

 

 

Проследим влияние изменения различных величин на наивыгод­ нейшую толщину изоляции ти. Для этого используем непосредственно формулу (393), полученную для плоской многослойной стенки, так как она позволяет провести анализ наиболее просто. Для той же цели можно употреблять также и общую формулу (392).

Анализируя структуру уравнения (393), можно увидеть, что при увеличении коэффициента теплопроводности изоляционного мате­

риала Хи наивыгоднейшая толщина тн

будет возрастать, а при умень­

шении — падать.

 

 

 

 

 

Толщина

тп в большой степени зависит от максимального At и

среднего

Л / с р

значений полных перепадов температур, увеличиваясь

с ростом их, и наоборот.

Чем больше

интенсивность солнечной ра­

диации

/

и

коэффициент

поглощения судовой поверхности є, а

также чем меньше коэффициент теплоотдачи со стороны

наружного

воздуха

а н ,

тем больше полные перепады температур, определяемые

формулами (34) и (353).

 

 

 

 

На толщину тн очень сильно влияют значения объемных

измери­

телей для

изоляции

и оборудования ии и VQ. Чем больше

значение

измерителя

объема,

отнимаемого изоляцией, ия, тем меньше наивы­

годнейшая

толщина

т н .

При возрастании измерителя объема v",

занимаемого

холодильным

оборудованием, толщина тн

возрастает.

Строение формулы (393) показывает, что при увеличении измери­ теля стоимости изоляции си , а также доли отчислений на ее аморти­ зацию и ремонты аа толщина тн уменьшается, а при уменьшении си и аи — увеличивается. С ростом измерителя стоимости оборудо­ вания с" и доли отчислений на амортизацию и ремонты оборудо­ вания а0 толщина тн возрастает, и наоборот.

Кроме того, толщина изоляции возрастает по мере увеличения

эксплуатационных

расходов на топливо s"

и хладагент s", а также

продолжительности

работы холодильного

оборудования в течение

года т 0 .

 

 

Величины s", s", с" и v™ зависят от размеров холодильной уста­ новки. Чем больше размеры установки и, следовательно, размеры судна, тем обычно меньше значения этих величин. Поэтому при уве-

Смотрите также файлы