книги из ГПНТБ / Унгерман М.Н. Техника океанологических наблюдений на поисковых и промысловых судах

Если условие

(IV—14) ,не выполняется,

то

(IV—16)

где

Л, =

0,63(ß^Pr)'^

- 4 - ;

(IV—17)

Л, =

0,157

(pgPr)'-

Значения коэффициентов,

входящих в А2

и А3, д о л ж н ы

быть

взяты для г'Ср = ~

(^ + ^в) из

табл . 6.

Приближенно А2 и Аъ

мо­

1000

13

û

Ш

20

30

40 'S

Р.ис. 40. Зашіаі.мость коэффициентов А и Z от темпера­

туры воды.

Если

судно

имеет ход

относительно

воды

со

скоростью

V (ім/с), то •коэффициент теплоотдачи борта может быть опре­

делен из

критериального

уравнения

Nu =

/(Re),

(IV—IS)

где

Re

vL

критерии Рейполюса;

(IV—19)

С

Nu =

—

(IV—20)

L — длина борта

со

стороны

набегающего по­

тока

воды

до

места установки

датчика.

Х аракт ер движения воды .вдоль борта

определяется

крити­

ческой величиной

Re [84]. Если

R e < 1 0 5 — движение

ламинар­

ное, если R e > i l 0 5 — движение турбулентное.

Следует оговорить,

что эти неравенства

справедливы для

движения воды на расстояниях от корпуса

судна,

значительно

больших, чем неровности его поверхности,

в ы з ы в а ю щ и е

локаль­

ные турбулентности.

(IV—118)

Піргі ламинарном

движении

формула

принимает

вид

Nu = 0,66 Re0 '5 .

(IV—21)

И з ф,ачзанісгаа

(IV—20)

X

C = N u — •

(IV—22)

пли

С = 0,66-^-Re0 '5 .

(IV—23)

При турбулентном

движении

воды имеет место

соотношение

Nu = 0,032 Re0 '8 .

(IV—24)

Таким образом

С = 0,032 Re 0 ' 8 .

(IV—25)

Коэффициенты при расчетах д о л ж н ы

браться дл я

темпера­

туры набегающего потока воды .

Приведенные соотношения позволяют 'приближенно оценить

искажения температуры в придонном слое

воды.

Д р у г а я не меньшая по величине, но легче, учитываемая при­

чина погрешности

при закреплении датчика

в

корпусе судна —

отвод тепла •теплопроводностыо

от его рабочего

конца.

Разность температур конца термодатчика и среды за счеі

теплопровода по его корпусу при цилиндрической

форме кор­

пуса м о ж е т быть вычислена по формуле [69]

где Хк — коэффициент

теплопроводности

материала корпуса датчика;

DR—наружный

диаметр корпуса датчика;

I« — длина корпуса датчика;

Ѳ — площадь

его поперечного сечения;

ta—.температура

воды;

судна.

t — внешняя

температура корпуса

Если Du^>d, где d — т о л щ и н а

ставки

корпуса, то формула

(IV—26) принимает івид

(IV—27)

В том случае, если датчик находится

,в неподвижной

іводе,

то при А і > / , если 1 0 - 3

^ (Gr-Рг) ^ 5 - Г О 2

[84], коэффициент

его

теплоотдачи конвекцией

£ к

с достаточной

точностью может

быть

определен из в ы р а ж е н и я

j

_

СК

= Л ( ^

)

Ѵ

(IV - 28)

где

j

_

Аг

=

1,37 (3 g Pr)s

_

L _ .

(ІѴ-Ч29)

При практических

расчетах приближенные

значения А\ мо ­

зультатам вычислений по формуле

(IV — 32) .

Если датчик находится в д в и ж у щ е м с я

потоке воды

и

распо ­

ложен вдоль

(навстречу)

его д в и ж е н и я ,

то характер

движения

жидкости ©близи датчика определяется

критерием

Рейінольдеа:

Re =

.

(IV—30)

где V — скорость

потока воды.

Если Re>104 , то движение воды

турбулентное,

если

R e <

<2 - 10 3 , то движение ламинарное .

При этом предполагается, что поток набегающей

воды

лами ­

нарный. В тех случаях,

когда поток воды турбулентный, как,

например, в трубе системы охлаждении

главной

машины или

вблизи от корпуса судна

при больших скоростях хода, то харак ­

тер обтекания датчика определяется характером

набегающего

потока, т. е. будет турбулентным .

При турбулентном потоке воды вдоль

датчика тр и

Dn<^l

коэффициент

теплоотдачи £ приближенно

может быть

вычислен

по формуле

„0,8

Ç = z - ^ 2

-

'

(IV—31)

и

где

1 = 0,023 À Рг0 '4 - 1

•

(IV—32)

v°'S

П р и б л и ж е н н ые значения

Z,

.вычисленные

и о

формуле

( I V — 3 2 ) , могут быть

взяты из графика (см. рис. 40).

Если диаметр д а т ч и к а сравним

іс длиной,

то необходимо

вводить

поправочный

коэффициент

на его длину

ej и

тогда ра­

венство

(IV—32) примет ви д

„0.8

' = 2 - ^ Г £ г -

•

(IV—33)

Значения гі могут

быть

взяты

по кривым на рис. 41; при

77" — ^оо

8і=І1.

I

I

I

I

і_

5

10

l/jj (5

'Рис.

41.

Зависимость еі

от относительной

длины

датчика

(кривые

соответствуют значениям Re) :

/ - R e

=

1-10':

2 — R e =

2-10':

Ô - R e = 5.10<; 4 — Re = M O 5 ;

5— Re = 1-10",

П р и ламинарном

.потоке

-воды д л я расчета

коэффициента

метров. ,В общем

виде

критериальное

уравнение

дл я этого

слу­

чаи в ы р а ж а е т с я

(формулой [85]

Nu = 0\l5>A Re Gr 0 ' 1 P r 0 ' 4 3

№ ' 2 5

s',,

(IV—34)

Pr„

где

,V =

—

(

I

V

-

3

5

)

PrD

—для

температуры

воды;

игк

! PrK

— для

температуры

корпуса.

Коэффициент

с'( д л я £><с/

может

быть

приравнен

1, -.тля

других

случаев его величина м о ж е т быть получена

по

графику

на рис. 41.

П ри расходе воды

G (м3 /с)

скорость потока

в

трубе

равна

G

V = — >

F

где F — площадь поперечного сечения трубы.

Характер

д в и ж е н и я

іводы

ів трубе определяется

критической

величиной

(критерия

Рейнольде а. Количество

тепла, отдаваемое

от трубы

воде, м о ж е т

быть

вычислено по формуле,

аналогич­

ной

( I V — i l ; l )

[52],

Q =

C ( i - g s ,

где

в данном

случае

£ — коэффициент теплообмена

между стенками

ггрубы и водой;

t — температура тірубы;

/в—температура воды;

S =

*DTL — поверхность теплообмена;

D T —диаметр трубы;

L — длина

трубы от кингстона

до

датчика.

П:ри турбулентном

движении

„0.8

С = z

-5ÖX

bl

(ІѴ-38)

т

Коэффициент Z іможет б ы т ь вычислен по ф о р м у л е

(IV—33)

или

в з я т

по

.графику

(ом. рис.

40). Поправочный

коэффициент

Еь на конечность длины трубы

в зависимости

от

отношения

может быть в з я т по

г р а ф и к а м

(см. рис . 41).

В связи іс тем что часто вблизи от .кингстона

труба

имеет

изгиб, необходимо

учитывать

коэффициент

F R ,

івносящнй по

эффекта

в месте изгиба

Dr

тде R — радиус изгиба тріубы.

П р и

этом ф о р м у л а

(IV—38)

принимает вид

„0,8 ,

р

\

Z =

Z-fiiï-(l

+ \,S-^-jzL.

(IV—38а)

П р и ламинарном движении

іводы в

трубе (что редко наблю­

дается)

£ м о ж е т быть вычислен

из соотношения

(IV — 34) . Если

установки датчика .

Л р и рассмотрении

теплообмена

датчика теплопроводностью

•предполагалось, 'что головка

датчика ів іместе закрепления

имеет

температуру, равную

температуре

массы устройства, на

кото­

ром он закреплен .

В действительности

эта

температура *может быть отлична з а

миться

к

возможно

. большему

увеличению

этого

сопротив­

ления.

Тепловое сопротивление контакта в месте крепления

датчи ­

ка 'может б ы т ь определено на основе общей теории

теплопере­

дачи многослойных сред '['69] в применении к

расчету'теплопе ­

редачи .крепежных [соединений 138].

и h,

Если

две' поверхности

имеют

температуру

то

тепло ­

вой лоток

Q /между ними

равен

Q = T ( f i - y .

і(ІѴ—39)

Нетрудно усмотреть аналогию м е ж д у

формулой

(IV—39) и

законом

Оіма.

В данном случае коэффициент у в отличие от электропро­

водности

называют

теплопроводностью.

Величину

R,

обрат ­

ную у,

называют тепловым сопротивлением, и формулу (IV—39)

можно

записать

в виде

Q R =

h - U .

\(ІѴ—40)

Ч а щ е

©сего

д а т ч и к крепится

так, к а к

указано на

рис . 42,а.'

металлической

конструкции

с

его

корпусом,

д л я

уменьшения

тѳпдоотвода

от

рабочего

конца

целесообразно

д а я а т ь

п р о к л а д ­

ки так,

к а к

у к а з а н о н а

рис . 42,6,

ігде 1—датчик,

2—

тоЛ'Овка

датчика,

3—

поверіхноість, н а

ікюторой юн ікрѳпитоя,

4—проклад­

ки, 5—ігайка,

6 — шайба, 7— тепловые потоки.

7—416

97

Ц е п ь теплообмена

при таішм креплении удобно представить

ів іввде эквивалентной

электрической схемы, изображенной на

л

л

=

-

Я 2 / ? в

,(іѵ—41)

R

+ Кг

Ъ

где

R3

=

—^—

;

(ІѴ-42)

R

=

k x

+

h

i

+

h'°

+

He

•

(IV—43)

1

Xi Si

X4 S.(

X5

S5

Xe Se

5 — шощадй

соприкасающихся

поверхностей;

h — толщина

соприкасающихся

констружтивных

элементов;

X — удельная теплопроводность их материала.

Н а 'основе приведенных

ф о р м у л

м о ж е т

б ы т ь

вычислено теп­

ловое сопротивление и других типов соединений.

Удельное тепловое сопротивление

г

контактов

металлических

гаоверіхноетей при

чистой

и х

о б р а б о т к е

и

удельном

давлении

Р ^ Е О О ікГ/см2

приведено н и ж е

[38].

Коптактирующие металлы

"г

Сталь—дюралюминий . . . .

0,60

Сталь—медь

0,50

Медь—дюралюминий . . . .

0,і10

Медь—латунь

0,1|8

Медь—медь

0,05

Коэффициенты

теплопроводности

м е т а л л о в были

приведены

ів ггабл. 4.

К о э ф ф и ц и е н ты теплопроводности некоторых наиболее ши­

роко

ишоль'зуемык

изоляционных

.материалов

приведены ів

табл.

7.

Т а б л и ц а

7

Коэффициент

Температур­

ный коэффи ­

Материал

теплопровод­

циент линей­

Удельное объемное

ности,

ного расшире­

электрическое

сопро ­

Вт/(м-І<)

ния, К - 1

тивление (Ом-м)

(для 20°С)

(для 20°С)

Бумага

электроизоляци­

0,1-0,14

Ы 0 7

онная

Гетннакс

0,267

22-10-5

ІОю-^Ю^

Полиэтилен . . . .

0,29

Ы 0 и

Стеклотекстолит

0,3

16-10-6

I • 10e_s-1 -10і»

Текстолит

0,33

35-Ю-»

10'-s-10«

' Резин а вулка низир ов ан-

0,15

M O «

яая

Фторопласт-4

0,26

11—25-10-5

1-1015

Эбонит

0,156—0,2

1-108

•Общие рекомендации п о выбору типа и п о установке

поверх­

ностного термодатчика могут .быть сведены к

следующим:

1. Н а основе изложенного

в главе I I и в § 1 главы

ІѴ . исходя

из щелей

измерения

и

размерности

исследуемого

процесса,

должны

'быть четко

определены необходимая

чувствительность

и инерционность датчика .

' .

2. П р и определении

постоянной

времени датчика, к р о м е р а з ­

мерности

наследуемого

процесса,

необходимо

учитывать

т а к ж е

скорость

судна, при

/которой

будут

производиться

измерения.

Д л я этого

следует

пользоваться

табл . 9 (см. § 5 гл. IV), . где

приводятся

м а к с и м а л ь н ы е скорости ісудна, позволяющие

произ ­

водить измерение горизонтального

распределения температуры

с точностью н е менее 0,1° С ор и различных постоянных

времени

датчика.

3. П р и

установке

датчика

в системе о х л а ж д е н и я

.главной

машины

его целесообразно р а з м е щ а т ь вблизи

от .кингстона на ­

т. е.

б л и ж е к оси т р у б ы . П р и м е р ы установки д а т ч и к а

изобра ­

жены

на рис . 43, а.

Таікое расположение,

особенно на

ікрупных

судах, іспоісобствует хорошему теплообмену датчика

с водой з а

отет

интенсивного

потока

через

трубу,

обеспечивая

измерения

с достаточно высокой точностью. Кроме

того, при этом

датчик

надежно з а щ и щ а й от механических повреждений .

4. П р и установке датчика непосредственно в корпусе

судна

его н у ж н о р а ш о л ' а г а т ь в м е с т е наибольшей

скорости

обтекания

корпуса водой, к а к м о ж н о

б л и ж е

к носовой

части (где толщи­

на пограничного

слоя

в о д ы

м и н и м а л ь н а я — см .

ф о р м у л у

7*

99

тановки

м о ж н о считать

форштевень

или участок корпуса п о д

скулой,

н а глубине,

обеспечивающей

постоянство

н а х о ж д е н и я

д а т ч и к а

в воде при

качке, кренах и

дифферентах .

Варианты

установки в этом случае

изображен ы

на рис. 43,6.

Pire. 43. Варианты размещения (а,

б) термодатчика и его теплоизоляции

(в).

5. П р и

обоих в а р и а н т а х

установки, в

т о м

случае, если

теп­

лоизоляция

ікрепежной головки не предусмотрена конструкцией

датчика, его необходимо устанавливать

іна

нетеплопроводной

запарывать изоляционной ікрыигкой д л я

уменьшения радиацион ­

ного теплообмена

так,

к а к , н а п р и м е р ,

и з о б р а ж е н о

на рис.

43,6.

§ 4. ИЗМЕРИТЕЛИ

ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТНОГО

СЛОЯ

ВОДЫ

іК измерительной 'аппаратуре, используемой на

промысловом

флоте,

к р о м е обычных

требований к

океанографическим

іпри-

борам,

п р е д ъ я в л я ю т с я

некоторые дополнительные . П р е ж д е

все­

го это простота и удобство отсчета в

штормовых условиях д л я

персонала, іне имеющего специальной

океанологической подго­

ных и а іпромыоловом судне; возможность автоматического

опо­

вещении об изменениях

температуры

воды .

П р и дистанционных

измерениях

температуры

забортной

во­

д ы (іпавархінастного с л о я воды) электрическими

методам и в

на­