книги из ГПНТБ / Нестеров Ю.Ф. Теория и расчет судовой тепловой изоляции

а ширину внутренней поверхности зоны через sBl; тогда средняя ширина зоны

si — ~2 ( S H ( Л' S B ( ' ) -

зоны, а действительную длину упрощенной линии тока б/ — араб­ ской цифрой (/), соответствующей номеру линии тока (численное значение у = і); средняя длина линий тока

Размер конструкции вдоль набора s' является одинаковым для

Для однородной зоны тепловой поток, отнесенный к единице раз­

Если зона состоит из последовательно соединенных слоев, то их термические сопротивления теплопроводности б/Я складываются. Следовательно, для неоднородной зоны

уравнениями (7) и (4)]. Таким образом, расчет каждой отдельной зоны неправильной формы сводится к расчету плоской многослой­ ной стенки.

Отсюда

разность между средней температурой в теле профиля tn и темпера­ турой внутренней поверхности конструкции tB.

Итак, для вычисления коэффициента теплопередачи k, отнесен­ ного к площади в свету, получаем выражение

Предлагаемый зональный метод представляет собой логическое завершение расчета по тепловой сетке при увеличении размеров от­ дельной ее ячейки до зоны возможно больших размеров. Так как линии раздела зон проводятся из характерных угловых точек кон­ струкции, то размеры отдельной зоны определяются частными гео­ метрическими особенностями конструкции.

Основы расчета по зонам тепловых потоков остаются общими для любых изоляционных конструкций.

Значения Тп, рекомендуемые в расчетах для учета падения темпе­ ратуры в теле профиля (прочитанные по тепловым сеткам), приведены

Рекомендации по проведению упрощенных граничных линий теплового потока, разбивающих конструкцию на зоны, и общие ука­ зания к расчету. Участок нормальной изоляционной конструкции, расположенный между полкой набора и внутренней поверхностью, состоит из материалов с близкими коэффициентами теплопровод-

ности. Поэтому ниже линий DOh, 0h, bE (см. рис. 54, б) и ОьЕ (см. рис. 58, б) линии теплового потока во всех зонах можно при­ нимать за прямые, перпендикулярные к зашивке (так же как в пре­ дыдущем классе конструкций).

Поверхности стенки (я« Ь-1) и полки набора, из которых выходят тепловые потоки, не равны поверхностям внутренней зашивки, через которые эти потоки входят в трюм (рис. 53, а). Поэтому наиболее подходящими кривыми в качестве упрощенных линий тока будут дуги эллипсов, которые выходят из стенки и полки профиля перпен­ дикулярно и входят в изоляционный слой, покрывающий полки про­ филей (линии DOh и Е на рис. 54, б), также под прямым углом. В действительности сильно искривленные линии тока не являются ни дугами эллипсов, ни дугами окружностей.

Введем следующие обозначения, м (рис. 52, б — 54, б, 58, б и др.): yh — длина большой полуоси эллипса, параллельной общему направлению теплового потока, который выходит из стенки несим­

току, выходящему из поверхности полки, обращенной к обшивке корпуса;

хь — малая полуось эллипса, перпендикулярная потоку; полу­ ось хь равна ширине теплового потока, выходящего из поверхности полки со стороны обшивки.

шивку корпуса в стенку набора, вначале проходят некоторое рас­ стояние вдоль верхней части стальной стенки и лишь затем начинают выходить из нее в изоляционный материал. Тепловые потоки, пере­ ходящие из стенки в полку набора, также не сразу выходят из нее, а вначале движутся внутри полки. Однако если полка не очень широ­ кая (bjhb^ 0,6), тепловые потоки почти сразу начинают выходить из стенки и полки профиля в изоляционный материал. Поэтому при Ь0/К «ё; 0,6 линии раздела зон можно проводить по дугам эллипсов с отношением полуосей «/л/л:/,, і/й, blxh, ь, Уь(х>ъ прямо из углов А, С, В (рис. 54) между стенкой и обшивкой корпуса, а также полкой на­ бора. При этом для упрощения расчета можно полагать, что yh = h\

hb и b0. Отношения последних размеров к ширине соответствующего потока | легко снять с тепловых сеток.

Опытные значения отношений £, характеризующих искривление линий тока, приведены в табл. 9. Выбирая из этой таблицы значе­ ния £ и зная заданные размеры h, hb и b0, легко можно определить ширину соответствующего теплового потока (равную полуоси эллипса):

нец профиля. Ниже линии DOh линия тока 1—/ переходит в прямую, перпендикулярную к внутренней зашивке. Центр эллипса распо­ лагается во внешнем углу Oh между стенкой и полкой. Длина дуги

Линия раздела зон 6—6 (рис. 54, б), выходящая из угла С между наружной обшивкой и стенкой профиля (со стороны полки), вначале

описывает четверть длины эллипса (центр которого лежит во внут­

нально ширине поверхности полки Ь0, обращенной к обшивке. При увеличении Ь0 размер xhi ь также увеличивается.

Упрощенная граничная линия тока 5—5 (см. рис. 54, б), выхо­ дящая из внутреннего угла В между стенкой и полкой набора, вначале

проходит по прямой, перпендикулярной к зашивке. При увеличении ширины Ь0 поверхности полки, обращенной к обшивке, ширина

их провести по дугам эллипсов, пересекутся между собой. При этом

проходят значительный путь внутри стенки и полки стального про­ филя, прежде чем они выходят в изоляционный материал. Это осо­ бенно наглядно видно на рис. 55, а. Чтобы избежать пересечения

собе А. Е. Ниточкина). По дугам окружностей их можно проводить и при узкой полке, т. е. когда bo!hb^0,6. Расчет изоляции в случае проведения некоторых линий тока по дугам окружностей рассмотрим ниже применительно к конкретным конструкциям.

На рис. 58, б, 61, б (справа от набора), 62, б, 63, б и 73, б изображена рекомендуемая разбивка на зоны обходных конструк­ ций с набором, сильно выступающим за основную изоляцию. В таких случаях можно принимать, что упрощенная граничная линия тока 3—3 (рис. 58, б), выходящая из внутреннего угла С между стенкой и полкой набора, вначале описывает четверть длины эллипса с отно­

Таблица 10

Значения вспомогательного коэффициента а = ф

торые линии раздела зон по возможности совпадали с боковыми по­

та же граничная упрощенная линия тока (1—/ или 4—4 ) со стороны области изоляционного материала принадлежит последнему (в зоне /

к другой, для упрощения расчета в качестве схемы допустимо при­ нимать, что они лишь касаются на некотором участке. При этом ширина зоны, заключенной между касающимися линиями раздела, вырождается в точку, а поверхность ее получается равной нулю.

Из тепловой сетки, изображенной на рис. 73, а, видно, что дей­ ствительная теплоотдающая поверхность, соответствующая, напри­ мер, внутренней поверхности зоны VI (рис. 73, б), весьма мала.

Так же как и при расчете судовой изоляции по диаграммам, обычно для упрощения расчета термическими сопротивлениями теплоотдаче 1/ан, 1/ав и теплопроводности стальной обшивки е/Кс можно пренебрегать. Однако в случае необходимости сопротивления на поверхностях конструкции 1/ан и 1/ав легко учесть дополнительно по формуле (8) или (17).

Для удобства расчета несимметричный полособульб следует за­ менять соответствующим неравнобоким угольником (рис. 64, а), а симметричный полособульб — тавром (рис. 64, б) с той же шириной

Рис. 64. Замена полособульбовых профилей набора соответствую­ щими расчетными профилями: а — замена несимметричного полособульба неравнобоким угольником; б — замена симметричного полособульба тавром

утолщенной части Ь, высотой профиля h и толщиной стенки /. Для заменяющего расчетного профиля можно брать толщину полки * ~ ( 1 , 5 - 2 , 0 ) /.

Точность расчета. Таким образом, в полном соответствии с тепло­ выми сетками, в предлагаемом зональном методе расчета учитывается падение температуры в теле профиля и тепловые потоки проходят через все участки изоляционной конструкции. Кроме того, отличи­ тельной особенностью метода является введение средних длин линий тока и средних ширин зон.

Точность определения коэффициента теплопередачи этим мето­ дом зависит от степени приближения схематизированных линий тока к действительным.

Физическая картина прохождения тепла наиболее правильно учитывается методом ЭТА. Поэтому точность расчета можно уста­ новить путем сопоставления коэффициентов теплопередачи, вычис­ ленных зональным методом и непосредственно методом ЭТА (а не по диаграммам). Такое сравнение показывает [53, 62], что погрешность приближенного расчета по зонам тепловых потоков составляет 1 — 19%, причем для изоляции, обходящей набор, погрешность расчета, как правило, оказывается положительной.

Установим, какие изменения коэффициента теплопередачи вызы­ вает; замена действительной картины строения поля тепловых пото­ ков упрощенной схемой. Из формулы (129) следует, что с уменьше-