книги из ГПНТБ / Унгерман М.Н. Техника океанологических наблюдений на поисковых и промысловых судах
.pdfТ а б л и ц а 4
|
|
|
|
|
Удельная |
Температур |
Коэффициент |
|
|
|
|
|
|
Удельное |
электрическая |
ный коэффи |
теплопровод |
Удельная |
Плотность |
|
|
Материал |
|
электрическое |
проводимость, |
циент сопро |
ности |
||
|
|
|
сопротивление, |
(Сим/м)І0" |
тивления, К - 1 |
Вт/(м - К) |
теплоемкость, |
(кг/м^кГ 3 |
|
|
|
|
|
Ом-лсЮ» |
(для 20°С) |
(средний для |
(для 0°С) |
Дж'(кг-К) |
|
|
|
|
|
(для 20°С) |
|
интервала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0— 100°С) |
|
|
|
Алюминии |
|
|
0,0278 |
35,97 |
4,23-Ю-з |
210 |
922 |
2,65 |
|
Дюралюминий (94—96% |
AI; 3—5'% |
Си; |
|
|
|
|
|
||
0,5% |
Мп) |
|
|
— |
— |
— |
159 |
— |
— |
|
|
|
|
0,0237 |
42,19 |
3,77-Ю-з |
— |
134 |
19,1 |
|
|
|
|
0,02-0,06 |
50,15 . |
2,0-Ю-з |
100* |
377 |
S,5 |
Медь |
(99,9°/о) |
|
0,0168 |
59,52 |
4,27-Ю-з** |
386 |
377 |
8,9 |
|
Никель |
(9,7—99%) |
|
0,138 |
7,25 |
6,21-Ю-з |
58 |
461 |
8,8 |
|
|
|
|
|
0,0S66 |
11,55 |
3,940-10'3 ** |
— |
136 |
21,3 |
|
|
|
|
0,0161 |
62,11 |
4,00-Ю-з |
410 |
255 |
10,4 |
Сталь |
марки |
Ст. 3 |
|
— |
— |
— |
63 |
— |
— |
Сталь |
марки |
Ст. У• 12 |
. . . . |
— |
— |
— |
46 |
419 |
7,9 |
Сталь |
'20 |
|
|
— |
— |
— |
50 |
— |
— |
Сталь |
хромоинкелевая ЭЯТТ . |
— |
— |
— |
16 |
— |
— |
||
*Для латуни состава 67°/о Си; 33% Zn.
**Для температуры 0,О0°С.
одинаков, то стоимость малоииерцнонных термпсторов обычно значительно н и ж е , а их надежность .выше.
Сказанные преимущества полупроводниковых датчиков при вели « .их широкому использованию в различной аппаратуре, в том числе в судовой и рыбопоисковой, например в используе мых сейчас на флоте приборах «Фуруно-6», в элѳкгротермометрах СТТ и др.
К недостаткам термпсторов следует отнести в первую |
оче |
|
редь нелинейность их температурной характеристики |
и темпе |
|
ратурного коэффициента сст, практически постоянного |
дли |
ме |
таллов, а для полупроводников существенно зависящего от тем
пературы |
и в ы р а ж а е м о г о |
ка к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a r |
= — |
, |
|
|
|
|
(IV—5) |
где В= ~ |
; Д-чя каждого конкретного |
полупроводника |
В= const; |
|
||||||
£ — энергия активации;. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
К— постоянная Больцмапа. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
В отличие от чистых .металлов у полупроводников |
темпера |
|||||||||
турный коэффициент отрицательный и величина |
сопротивления |
|||||||||
тер м истора определяется |
зависимостыо |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
Rt = |
,~я |
"7 |
|
|
|
|
(IV—6) |
|
|
|
АТВ' |
е г , |
|
|
|
|
|
|
где /1 и Bt = const. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обычно при практических расчетах величиной Тв> |
|
пренебре |
||||||||
гают, так ка к ß i - C l |
и тогда |
(IV — 6) принимает |
вид, |
аналогич |
||||||
ный выражению ( I V — І а ) |
для металлов, |
т. е. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
Rj = А е 7 - |
|
|
|
( І Ѵ - 7 ) |
|||
Если |
приравнять |
Г = оо, то получаем |
RT = A, |
таким |
образом, |
|||||
коэффициент А имеет величину сопротивления |
при |
Г = оо, т. е. |
||||||||
(IV — 7) |
может быть записано в виде |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Rr=R„e |
|
|
|
|
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/? Т |
= / ? < . Л Г . |
|
|
|
|
(IV—8) |
|
Если |
дл я проволочных термосопротиівлѳний |
при |
разложении |
|||||||
в ряд в ы р а ж е н и я ( I V — 1 а ) |
третий член |
разложения |
не |
превы |
||||||
шает, каік правило, |
допустимой погрешности измерений, |
то для |
||||||||
6—416 |
81 |
Тип
термистора
МТ-54
МК-МТ КМТ-14
СТ3.19 СТЗ-22
СТЗ-25
СТЗ-18
СТ1-18
Величины номинального сопротивлении К.т
при температуре
|
Постоянная |
|
В |
/ ? т , кОм |
і, °С |
1,62 |
|
|
20 |
3000-^3200 |
2,0 |
|
|
20 |
|
0,51; |
0,91; |
150 |
4100 ч-7000 |
|
160; |
200; 330; |
|
|
|
4300; |
7500 |
|
|
|
2,2; |
10; |
15 |
20 |
29004-3S50 |
1,0 |
|
|
25 |
2700ч-3700 |
1,5; |
2,2; |
3,3 |
20 |
2260-3200 |
0,68; 1,0; 1,5; |
20 |
2250-3520 |
||
• 2,2; |
3,3 |
|
|
|
1.5; |
2,2; 33; |
150 |
4050 ч-9000 |
|
1500; |
2200 |
|
|
|
Температурным |
О |
||
коэффициент |
сопро |
U U - |
|
тивления при т е м п е |
|||
ратуре |
|
с с = |
|
|
|
(J ~ ~ |
|
|
|
? и |
|
|
|
Cj ^ |
|
я т , 1 град |
|
5 j; Р |
|
Л ''С |
Щй |
||
|
|||
3,67 |
20 |
0,3 |
|
4,0 |
20 |
|
|
2,3-3,9 |
150 |
0,1 |
|
•3,4-4,5 |
20 |
0,12 |
|
3,05ч-4,15 |
25 |
— |
|
3,05ч-3,75 |
20 |
U, 02 |
|
2,6-4-4,1 |
20 |
0,0" |
|
2,25-5,0 |
150 |
ОДЬ |
|
полупроводников им пренебрегать нельзя |
п зависимость их со |
||||||
противления |
от |
температуры |
чаще всего |
в ы р а ж а ю т |
исходной |
||
зкспонѳнтой, |
не |
разлагая |
ее в ряд, т. е. формулой |
( I V — 8 ) . |
|||
Табличные |
значения |
Rr и |
а т тѳрмисторов, если |
нет особой |
|||
оговорки, даются обычно дл я температуры |
20° С. Этой |
ж е тем |
|||||
пературе соответствуют и паспортные данные, прилагаемые заводом -из го товп тел ем.
П а р а м е т р ы |
некоторых типов терм.петоров, наиболее часто |
используемых |
при океанологических наблюдениях, приведены в |
табл. 5. |
|
Нелинейность температурной характеристики термнстороз в практике океанологических наблюдений сопряжена с сущест
венными неудобствами при их использовании. Это приводит |
к |
||
необходимости или резко го сужения диапазона |
измерений, |
в |
|
котором нелинейность была бы ниже допустимой |
погрешности, |
||
или искусственной линеаризациитермнсторной |
х ар актер пел і\п |
||
с помощью различных -методов. |
|
|
|
Один из таких методов, часто применяемых |
на практике, за |
||
ключается в выполнении цепи датчика в виде |
двухполюсника, |
||
82 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
5 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постоянная |
|
|
~ 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
времени, |
т„, с |
|
|
Максимальнаямошно |
рассеянияпри помни температуре. мВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диапазон |
Срок |
Масса, |
г |
|
Примечание |
|
||||||
|
|
|
рабочих |
|
|
|||||||||
|
|
температур. |
службы, ч (не более) |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
°С |
(не |
менее) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
н спо |
о спо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
койном |
койной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воздухе |
воде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,3 |
70 ч- +150 |
|
— |
|
|
— |
0,04 |
|
В |
герметизированной |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
защитной |
стеклянной |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оболочке |
|
|
|
2 |
0.1 |
|
— |
|
— |
|
|
— |
0,02 |
|
|
|
|
|
10 |
0,3 |
- 10ч -- f 300 |
100 |
|
|
3000 |
4 |
|
То же |
|
|
|||
3 |
0,2 |
- 90 ч- + 125 |
|
45 |
|
|
3000 |
0,3 |
|
» |
|
|
|
|
15 |
|
-604- + S5 |
8-12 |
|
10000 |
4 |
|
В |
герметизированной |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
защитной |
оболочке |
|
|
0,4 |
|
-100-^-4-125 |
S |
|
.3000 |
2.5 |
|
Без |
защитного корпу |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
са |
|
|
|
1 |
|
—90 ч-+ 125 |
|
15 |
|
3000 |
0,003 |
То же |
|
|
||||
|
|
—60-:- 4-300 |
|
-15 |
|
5000 |
0,003 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
J |
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-'~Г |
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
33. Схемы цепи |
линеаризированного |
термодаічпка |
в виде |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
двухполюсника. |
|
|
|
|
|
||
содержащего |
термпстор |
и три постоянных |
сопротивления |
[89, |
||||||||||
120, |
128]. Два варианта |
этого |
двухполюсника |
и з о б р а ж е н ы |
на |
|||||||||
рис. |
33. Д л я |
схемы |
на |
рис. 33, а |
проводимость |
двухполюсника |
||||||||
для схемы па рис. 33,6
(IV—9)
Ят (/?, + R, 4- /?3) + ft, (R, - RS)
R*[RAR\ + R:) + Яі AM
83
Соотношения элементов Ri, Ro, R3 выбираются из условия
|
^ г - о . |
|
|
|
|
( і ѵ - ю ) |
||
ПіріІІ ВЫПОЛіЦѲПИИ У С Л О В И Я (IV—10) температура Т |
будет |
со- |
||||||
ответствовать точіке перегиба л 1 ін е ар 1 гзіпір ов а н;н о й |
те міпер а турно ft |
|||||||
|
характеристики |
термистора |
|
|||||
|
изображенной |
'на |
ірис. |
34. |
Н а |
|||
|
этом же рисунке приведены тем |
|||||||
|
пературные характеристики |
Rr и |
||||||
|
u-r для термистора |
М К М Т |
и |
д л я |
||||
|
сравнения — |
температурная |
ха |
|||||
|
рактеристика |
проволочного |
|
(ни |
||||
|
кель) |
термосопротивления |
RM. |
|||||
|
Описанный |
метод линеариза |
||||||
|
ции позволяет уменьшить нели |
|||||||
|
нейность датчика |
в |
рабочем |
|
диа |
|||
t 2 |
пазоне |
і\—ti |
примерно |
на |
поря |
|||
док. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 34. Температурные характе ристики термочувствительных эле ментов.
В тех случаях, когда термодатчнк используется в частотных схемах измерения с опорной ча-
стотой, относительно которой производится отсчет несущей, воз
можен |
еще |
один способ линеаризации . |
Этот метод заключается |
з том, |
что |
отсчетный «нуль» — опорная |
ч а с т о т а — д е л а е т с я ди |
намическим, т а к ж е зависящим от температуры. Зависимость вы
бирается такой, чтобы изменение |
длительности отсчетного про- |
м еж у те а к о ми ей си р о-в а л о н е л ни е й н о ст ь. |
|
Gy ществеі чн ыім надоет атдам |
п ол упр овоідн іикоів ых датчиков |
является т а к ж е сильно выраженный эффект «старения» термпстора. Этот эффект, имеющий экспоненциальный характер, час
тично |
может |
быть |
устранен длительным «искусственным старе |
||||||||||
нием», |
которое |
производится |
при |
работе |
в |
режиме, |
примерно |
||||||
на порядок |
превышающем |
эксплуатационный |
р е ж и м . |
Искусст |
|||||||||
венное старение тем не менее не исключает |
необходимости |
пе |
|||||||||||
риодических |
контрольных |
тарировок термпеторных |
датчиков . |
||||||||||
На |
рис. 35, а |
дан |
разрез, |
а на |
рис. 35,6, |
в |
внешний вид |
тер- |
|||||
мпеториого датчика температуры поверхности воды |
'конструк |
||||||||||||
ции М В И М У , хорошо зарекомендовавшего |
себя при |
эксплуата |
|||||||||||
ции па |
супах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кварцевые датчики температуры при океанологических ис |
|||||||||||||
следованиях |
используются |
значительно р е ж е , |
чем |
проволочные |
|||||||||
и термисторные, |
|
но |
их |
можно |
считать |
весьма |
перспектив |
||||||
ными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сравнительно высокая стоимость кварцевых датчиков в зна |
|||||||||||||
чительной степени |
окупается |
существенными |
преимуществами |
||||||||||
по ©равнению |
со ©семи другими типами датчиков . П р е ж д е |
всего |
||
это высокая точность измерений и высокая |
р а з р е ш а ю щ а я |
спо |
||
собность. Высокая стабильность свойств |
кварца обеспечивает |
|||
заданную точность в течение длительного |
времени, вследствие |
|||
чего никаких |
периодических тарніровок |
не |
требуется. Д р у г и м |
|
существенным преимуществом является то, что информация с кварцевого датчика снимается .непосредственно в виде частогномодул.нрованного сигнала, очень удобного для дпетанцнонныч измерений и записи.
Известно [109], что различные кварцевые срезы обладают неодинаковыми температурными коэффициентами частоты, раз
личие |
в |
которых |
может достигать |
нескольких |
порядков . Эта |
|||
особенность и используется |
в |
кварцевых |
измерителях темпера |
|||||
туры. |
В |
качестве |
датчика |
в |
них |
берут |
срез |
с м а к с и м а л ь н ы м |
температурным коэффициентом, а один из термостабнлыных срезов используют для получения опорной частоты. Измерение разности этих двух частот дает и н ф о р м а ц и ю об измеряемой температуре. Построенные на таком принципе термометры [88, 207] обеспечивают точность измерении в 1 0 _ 4 ± 1 0 - 5 °С, что
обусловливается |
весьма высокой добротностью эквивалентного |
|||||
кварцу |
контура. |
В |
качестве |
термочувствительного среза чаще |
||
всего используют |
Учерез. Конструктивно |
мварцевый |
датчик |
|||
обычно |
выполняют |
в виде цилиндра из неактивного |
металла, |
|||
внутри |
которого |
в |
атмосфере |
инертного газа |
помещен |
кристалл |
85
иварща. Внешний вид кварцевых термодатчиков измерителя температуры модели 2801 А (США) изображен на рис. 36.
Рис. 36. KB ар цев ые тер м од атч п кн.
§ 3. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ |
ПОВЕРХНОСТНОГО |
|
СЛОЯ ВОДЫ |
|
|
На основе обзора, приведенного в главе |
I , можно |
оделать |
вывод, что измерения температуры морской |
воды и, в |
частно |
сти, температуры поверхностного слоя являются одним из ос новных океанологических определений, которое приходится де
л а т ь повседневно |
на |
всех |
промысловых и поисковых судах. |
||
В |
р я д е случаев температура |
поверхностного слоя воды являет |
|||
ся |
определяющим |
фактором |
для оптимального выбора |
района |
|
лова. Примером мотут |
быть |
результаты 'исследования |
горизон |
||
тальных градиентов температуры поверхностного слоя и улова,
проведенные |
с 9 по 17 м а р т а 1966 г. в юго-западной |
части бан |
|
ки Д ж о р д ж е с |
[29]. |
|
|
На рис. |
37 |
приведены межсуточиые колебания |
градиентов |
I I |
, |
; |
I |
. |
і |
1 |
u_ |
g |
а и |
с7 |
а |
и |
<5 |
w |
і? |
Рис. 37. Межсуточные колебания горизонтально го градиента температуры (1) и улова рыбы (2).
86
температуры и улова рыбы за |
час траления . На |
рис. 38 |
д а н а |
||||||||||||||
кривая |
завіпшімостп |
улова |
|
от величины градиента |
температуры |
||||||||||||
поверхности |
іводы |
в том |
ж е |
районе . |
|
|
|
|
|
||||||||
|
Рис. 37 и 38 не следует рассматривать как априорную зави |
||||||||||||||||
симость уловов от градиента температуры поверхностного |
слоя |
||||||||||||||||
воды. В ^каждом отдельно |
взятом районе |
и д а ж е |
в |
одном |
райо |
||||||||||||
не, |
но |
в |
разное |
время |
|
года |
|
|
|
|
|
|
|||||
или |
при |
различном |
|
физиоло |
|
|
|
|
|
|
|||||||
гическом |
состоянии |
промысло |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
вых объектов такие зависимо |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
сти |
будут |
'существенно |
отли |
W |
|
|
|
|
|
||||||||
чаться, но тем ие менее |
|
|
они |
|
|
|
|
|
|
||||||||
будут неизменно |
н а б л ю д а т ь с я . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Приведенные |
кривые |
нагляд |
^40\ |
|
|
|
|
|
|||||||||
но |
иллюстрируют |
значение |
|
ре |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
гистрации |
температуры |
|
|
по |
I |
|
|
|
|
|
|||||||
верхностного |
слоя |
воды |
и |
|
воз |
|
|
|
|
|
|||||||
можность |
использования |
полу |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ченных данных для оператив |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ной |
оценки |
промысловой |
|
об |
го |
|
|
|
|
|
|||||||
становки |
в конкретном |
районе, |
|
|
|
|
|
||||||||||
а также |
для |
выбора |
перспек |
|
|
|
|
|
|
||||||||
тивных |
районов. |
|
|
|
|
|
|
|
0.' |
0.7 |
|
0.3 |
0.4 |
||||
Измерения |
т е мие р а туры |
|
|
ut. |
'С/миля |
|
|||||||||||
Р.ис 38. Эмпирическая зависимость |
|||||||||||||||||
поверхности |
воды |
полезны |
не |
||||||||||||||
улова |
от |
зеличішы |
горизонталь |
||||||||||||||
только |
при |
оперативной |
|
раз |
|||||||||||||
и |
ного |
градиента |
температуры. |
|
|||||||||||||
ведке и на промысле, но |
|
для |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Рис. 39. Схемы расположения-полярного фронта (а) и скоплении сельди (б) в Норвежском море (по данным ВНИРО).
перспективного прогнозирования появления промысловых скоп
лений |
в |
различныіх |
районах океана, что видно, |
например, из |
||||
сравнения |
рис. 39, а и |
рис. 39,(5, на которых изображена |
схема |
|||||
расположения полярного фронта в Норвежском море (а) |
и об |
|||||||
наруженные в то ж е время скопления сельди с указанием |
путей |
|||||||
их миграции |
(б). |
|
|
|
|
|
||
Переходя к рассмотрению техники измерении |
температуры |
|||||||
поверхности океана, будем считать поверхностным |
тот |
слой во |
||||||
ды, в |
котором |
происходит |
интенсивное ветровое |
и |
волновое |
|||
перемешивание, в результате |
чего температуру по |
всей |
толщи |
|||||
не этого слоя с известным приближением можно считать оди наковой. Д л я океана толщина таікого слоя, где практически от сутствуют вертикальные градиенты температуры, обычно быва ет не менее двух-трех метров. Этот слой следует отличать от поверхностной пленки воды, температура которой может суще
ственно |
отличаться в результате теплообмена с атмосферой. |
Д л я |
получения достоверной и точной информации о темпе |
ратуре верхнего слоя р е ш а ю щ е е значение имеет правильный
выбор датчиков, мест их установки и оптимальной |
методики |
измерений. |
|
При работе в судовых условиях и особенно на поисковых и промысловых судах относить датчики температуры далеко от судна неудобно, а часто практически невозможно, за исключе
нием тех случаев, когда датчики |
буксируются |
или |
закрепля |
|||||||
ются на орудиях лова. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Вопросы намерения температуры в районе орудий |
лова |
бу |
||||||||
дут рассмотрены |
отдельно. |
|
|
|
|
|
|
|||
При |
расположении |
датчиков |
в непосредственной |
близости |
||||||
от корпуса |
судна |
возможно появление |
существенных |
ошибок, |
||||||
вероятность |
которых .необходимо |
иметь |
в |
виду. |
Эти ошибки |
|||||
могут .быть связаны преимущественно с искажением |
теплового |
|||||||||
поля в |
воде, вносимым |
корпусом |
судна, |
и |
с теплообменом |
ар |
||||
матуры датчика с массой устройств, на котором он установлен. Поэтому перед установкой датчиков необходимо производить приближенный расчет возможных ошибок, связанных с указан
ными факторами, и в ы б и р а т ь такаіе места установки и такой тип |
|||
крепления, чтобы свести эти погрешности к требуемому |
мини |
||
муму. |
|
|
|
Существует два основных способа установки датчиков тем |
|||
пературы поверхности в о д ы — в корпусе судна и |
вблизи |
кинг |
|
стона в системе охлаждения главной м а ш и н ы |
[14]. |
|
|
Установка датчика в корпусе, не говоря |
уже |
о том, |
что ее |
осуществление возможно только при докованнн, имеет .много
недостатков. |
П р е ж д е |
всего это невозможность |
защитить |
вы |
|||
ступающий |
из корпуса |
датчик |
от механических |
повреждений, |
|||
что оообѳняо существенно при |
р а б о т а х |
в |
северных районах, в |
||||
ледовых условиях. Иногда для |
защиты |
от |
повреждений датчик |
||||
закрывают защитными |
устройствами или |
делают |
его мало |
вы- |
|||
88
ступающим aіз |
корпуса. Оба эти приема следует |
признать |
не |
|||||||||
уд овл етвор и тел ын ыім і1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Закрытый защитными устройствами датчик хуже омывается |
||||||||||||
водой, |
кроме |
того, изменяется |
его коэффициент |
|
теплоотдачи, |
|||||||
вносятся |
дополнительные |
погрешности |
за |
счет |
массы |
защит |
||||||
ного устройства, соединенного с корпусом. |
|
|
|
|
|
|
||||||
Мало выступающий из корпуса датчик оказывается в при |
||||||||||||
донном |
пограничном слое |
воды, |
имеющем |
большой |
теплообмен |
|||||||
с корпусом судна, что м о ж е т привести к |
серьезным |
искажениям |
||||||||||
его показаний |
(варианты |
расчета толщины |
погранично по |
слоя |
||||||||
будут приведены н и ж е ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Д е л а т ь |
датчики сильно |
выступающими |
из корпуса |
т а к ж е |
||||||||
нельзя. .Как правило, их длина |
не превышает |
10—15 см, |
поэто |
|||||||||
му во всех случаях будет |
оказывать заметное влияние искаже |
|||||||||||
ние теплового |
поля в- воде в результате |
|
теплообмена |
.между |
||||||||
корпусом и водой. Рассчитать искажение теплового поля в об щем виде практически невозможно. Можно лишь оценить его
величину для частных |
случаев |
и |
то весьма |
грубо. Д е л о в том, |
|
что условия теплообмена между |
корпусом |
и средой |
постоянно |
||
меняются. Если судно |
лежит в |
дрейфе, наблюдается |
конвекци |
||
онный теплообмен. На ходу судна теплообмен зависит от ско рости іхода.
Трудно учесть т а к ж е достаточно . точно реальную разность температур между корпусам и водой. В общем виде условия теплообмена между корпусом сутана и средой могут быть опре
делены формулой |
Ньютона |
[84] |
|
|
P |
= d(it-tB)S, |
(IV—11) |
где Р — количество переносимого |
тепла в единицу |
времени; |
|
£ — коэффициент |
теплоотдачи; |
|
|
/ — температура |
корпуса; |
|
|
г„—температура |
воды; |
|
|
S —• поверхность |
подводного |
борта. |
|
Коэффициент |
теплоотдачи |
есть величина, х а р а к т е р и з у ю щ а я |
|||
мощность, которая рассеивается .или воспринимается |
единицей |
||||
поверхности твердого тела при разности температур |
/ — / В = ' Г С . |
||||
|
|
[Ç] = |
Вт.'м5-К. |
|
(IV—12) |
Коэффициент 'с есть с л о ж н а я функция физических парамет |
|||||
ров |
воды и корпуса, между |
«которыми |
происходит .теплообмен. |
||
Д л я |
сокращения |
числа параметров, с |
которыми |
приходится |
|
оперировать, при последованни процессов теплообмена обычно составляют критериальные уравнения, значительно облегчаю-
89'
щие вычисления. Д л я |
'конвекционного |
теплообмена |
критериаль |
||||||||||||||
ное |
ураганеі-ше имеет |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
N u = / ( C r - P r ) . |
|
|
|
|
(IV—13) |
||||||
где |
Nu =—-—I |
—критерий Нуссельта; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ог = э * 4 ( < - ' - > |
_ к |
о |
т „ І |
І Г |
р а с |
г о |
ф а ; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
U- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рг = ———критерий Прандтля; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
;,ЛВт/(м'-'-К)] —коэффициент теплоотдачи конвекцией; |
|
|
|
|||||||||||||
|
?. [Вт/(м: -К)]— коэффициент |
теплопроводности |
воды; |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
и [м-с] — коэффициент .кинематической |
вязкости; |
|
|
|
|||||||||||
|
|
а [м-/с]—.коэффициент температуропроводности воды; |
|
|
|||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 = |
~ 1 ' 4 1\ |
—коэффициент |
объемного |
расширения воды; |
|
|
||||||||||
|
|
g'fM'c2] — 'ускорение |
свободного падения; |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
h [м — высота |
подводного |
борта. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Общие правила составления |
критериев подобия |
и |
юрнгерп- |
|||||||||||||
-•альиых |
уравнений дае т теория подобия [52, 84]. |
|
|
|
|
||||||||||||
|
Физические |
параметры |
воды, |
входящие |
в мри терна i Nu, |
Gr, |
|||||||||||
Рг, |
приведены |
в табл. 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6 |
||
|
Плотность, |
Удельная |
теп |
Коэффициент |
Коэффициент |
Коэффициент |
|
||||||||||
|
теплопровод• |
кинематичес |
объемного рас |
Рг |
|||||||||||||
|
|
кг м 3 |
|
лоемкость С. |
|
НОСТП ?w. |
кой |
иязкости |
|
ширения |
|||||||
|
|
|
|
Дж.(кг-К) |
|
Вт (м».|<) |
'', |
м: , с |
3-10', |
г р а д - 1 |
|
||||||
п |
|
993,8 |
|
4230 |
|
|
0,552 |
|
1,790-10- 5 |
|
-0,63 |
13,70 |
|||||
10 |
|
99J , 6 |
|
4220 |
|
|
0,57.") |
|
1 ,300-Ю-ч |
|
-(-0,88 |
9,56 |
|||||
20 |
|
90S, 2 |
|
4210 |
|
|
0,000 |
|
1, МО-10 « |
|
2,07 |
7,06 |
|||||
30 |
|
9 15,6 |
|
4200 |
|
|
0.618 |
|
0.80Ѵ ІО-о |
|
3.01 |
5,50 |
|||||
40 |
|
992,2 |
|
4200 |
|
|
0,615 |
|
0,659-10-3 |
|
2,90 |
4,30 |
|||||
Д л я |
вертикального |
борта |
в |
бесконечном |
полупространстве |
||||||||||||
воды в может быть определен двумя |
приближенными |
расчет |
|||||||||||||||
ными формулами |
[84]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
В том случае, |
если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/O.St |
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t - |
t B < |
[ |
— |
) . |
|
|
|
|
(IV—14) |
|
то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с * = |
Ц ^ У 2 " ) |
|
|
|
|
|
(IV—15) |
||||
:90