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

Отношение kja^ дает долю поглощенного солнечного тепла, проходящего внутрь помещения в виде радиационного потока. Таким образом, полный тепловой поток слагается из температурного и радиационного потоков.

если бы этот участок борта не имел теплового контакта ни с палубой, ни с забортной водой:

где

Температура борта, определяемая как среднее арифметическое значение между температурами палубы и воды, получается занижен­ ной. Поэтому ее надо находить так же, как и приближенную темпе­ ратуру палубы.

Радиационный тепловой поток, проникающий через надводный борт,

(239)

Коэффициент теплоотдачи аи является функцией температуры наружной поверхности 0 или tcp. Поэтому задачу, посвященную определению Qp , строго говоря, надо решать путем последователь­ ных приближений.

В безветренную погоду или во время стоянки судна коэффи­ циент а н уменьшается, поверхности ограждений нагреваются солн­ цем сильнее и количество тепла, проникающее в судовые помещения, увеличивается. Поэтому для вычисления радиационного потока Qp , соответствующего самым тяжелым условиям работы, следует брать пониженные значения ан . Уменьшая схн, нет необходимости пересчи­ тывать коэффициенты теплопередачи к , так как сопротивление 1/ан невелико.

В течение суток интенсивность солнечной радиации /, а также температуры наружного воздуха 8Н и забортной воды Эв меняются. Наружные поверхности судна облучаются периодически. Вследствие значительной теплоемкости изоляционных конструкций и аккуму­ ляции ими холода на прогревание стенок требуется некоторое время, поэтому тепло, вносимое солнечной радиацией, проникает в помеще­ ния с запаздыванием на 2—6 ч от момента облучения. В момент пере­ дачи ограждениями наибольшего количества тепла интенсивность облучения и наружная температура уже спадают и начинается ча­ стичный обратный переход поглощенного тепла от стенок к наружному воздуху. Таким образом, процесс передачи тепла будет нестацио­ нарным.

Однако для практического учета солнечного облучения можно употреблять формулы стационарного температурного режима, при­ веденные выше, если ввести в расчет постоянные наибольшие средне­ суточные значения интенсивности солнечной радиации / за многие годы.

Исходить в расчетах, как принято в настоящее время, из макси­ мальной интенсивности /, удерживающейся недолго, не следует, так как это обременяет судно оборудованием, которое в течение рейса большую часть времени оказывается недогруженным. Для рефри­ жераторных судов расчетную интенсивность допустимо снижать еще и потому, что перевозимые грузы, аккумулирующие значительное количество холода, препятствуют подъему температуры внутри трюма.

В летние месяцы в северном полушарии суммарная радиация сравнительно мало уменьшается с возрастанием географической широты (тогда как в это же время в умеренных и высоких широтах южного полушария она быстро убывает с ростом широты). Незна­ чительное уменьшение суммарной радиации объясняется увеличением длины дня, что компенсирует уменьшение средних высот солнца с повышением широты. Вблизи экватора суммарная радиация заметно снижается вследствие повышения облачности. Поэтому при любом районе плавания расчетные среднесуточные значения интенсивности суммарной солнечной радиации / можно принимать постоянными: для горизонтальных поверхностей I t = 280 ккал/м2 -ч; для верти­ кальных / 2 = 150 ккал/м2-ч. Рекомендуемые значения / получены на основании анализа последних экспериментальных данных [7, 99]. Расчетное значение 12 является усредненным, справедливым при различной ориентации бортов судна относительно частей света.

Оба борта одновременно не могут освещаться солнцем, поэтому радиационный поток Qp следует учитывать лишь для одного борта.

Численные примеры показывают, что предлагаемый расчет уве­ личивает тепловой поток через облучаемую поверхность судна на

поглощательной способности длинноволнового теплового излучения при температурах, обычных на судах (ср. табл. в § 9 и 53).

Светлая поверхность поглощает намного меньше лучистой энер­ гии солнца, чем темная. Поэтому наружные поверхности судов, которые должны быть защищены от солнечного облучения, нужно покрывать светлой краской, значительно уменьшающей радиацион­ ный тепловой поток Qp и на 5—15% — полный поток Qn .

Изложенным путем следует учитывать солнечное облучение палуб, покрытых деревянным настилом, стенок надстроек и любых других наружных поверхностей. Правильный учет солнечной радиации снижает толщину и вес изоляции.

Поступление тепла от солнечной радиации через остекленные поверхности. Через застекленные поверхности иллюминаторов тепло поступает в помещения также вследствие разности температур и сол­ нечной радиации. Коротковолновое солнечное (видимое) излучение, проникая через прозрачные стекла и практически не изменяя их температуры, нагревает различные поверхности, находящиеся вну­ три помещения. Длинноволновое же тепловое (инфракрасное) излу­ чение этих нагретых поверхностей наружу стеклами не пропускается. Таким образом, иллюминаторное стекло является своеобразной ловушкой для солнечных лучей. Поэтому для стекол в качестве рас­ четных можно принимать максимальные интенсивности солнечного облучения / (табл. 12).

хода в тропические моря

Прозрачность иллюминаторных стекол оценивают коэффициен­ том пропускания солнечной радиации TV Значение T l f зависящее от толщины стекла бс (в мм), можно вычислять по эмпирической формуле:

Коэффициент теплопередачи для иллюминаторного стекла k реко­ мендуется брать равным 4 ккал/м2-ч-°С.

Следовательно, полное количество тепла, поступающего через иллюминаторы в помещения,

Qn. с = = QT. С ~Т~ Qp. с-

Тепло солнечной радиации, вносимое через остекленные поверх­ ности, является большой дополнительной нагрузкой на установку для кондиционирования воздуха. Это количество тепла может пре­ восходить тепловыделения людей.

Определение температур палубы и борта с учетом отвода тепла в воду. Вследствие высокой теплопроводности стали тепло стремится уйти по палубе и борту в воду. Поэтому температуры стальной палубы г1! и борта t2 оказываются переменными, а не постоянными

( в ! И в а ) .

При учете указанного явления полное количество тепла Qn , проникающего в помещение, следует вычислять по формуле (235).

Дополнительное количество тепла (по сравнению с обычным температурным потоком), вносимое солнечной радиацией, можно находить по выражению

QP=Qn-Q? = k*(tcp-Q)F-k(QH-Q)F.

Теперь выведем уравнения, описывающие распределение темпе­ ратур в палубе и борте, tx = f1 (х) и t2 = f2 (х), пользуясь которыми найдем средние температуры tcpl и tcp2.

где В — размер, перпендикулярный к плоскости чертежа, м.

По закону Фурье количество тепла, поступающего в паралле­ лепипед через левую грань б с 1 5 ,

Qi = — К ^-Ьс1В.

Количество тепла, уходящего из рассматриваемого объема вслед­ ствие теплопроводности через правую грань,

Q{" = Q'l + dQu

где

Количество тепла, отдаваемого наружному воздуху лучеиспу­ сканием и конвекцией верхней гранью параллелепипеда dx-B,

Qi = осн (tx — 8Н) dx • В.

Полное количество тепла, проникающего в охлаждаемое поме­ щение через изоляцию нижней грани,

Qta=k\(t1 — Q)dx-B.

Подставив приведенные выражения в уравнение теплового ба­ ланса, получим линейное неоднородное дифференциальное уравне­ ние второго порядка с постоянными коэффициентами:

0 Х — постоянная температура, определяемая формулой (236), которая установилась бы в стальной палубе, если бы она не имела теплового контакта с бортами судна.

Общее решение полученного дифференциального уравнения, описывающее изменение температуры на половине ширины палубы L, имеет вид

^ = @1 -|- d ch fax + С2 sh fax.

Аналогичным образом можно составить дифференциальное урав­ нение для надводного борта высотой Я и найти его общее решение, описывающее распределение температуры по высоте борта:

которую имел бы стальной борт, если бы тепло не уходило по палубе и борту в воду. '

Для стальной обшивки корпуса судна в большинстве случаев

по стальной обшивке судна всегда можно пренебрегать. Следова­ тельно, для учета солнечного облучения во всех случаях вместо полученных точных формул можно употреблять простые прибли­

Тепло проникает в рефрижераторные трюмы не тол ько непосред ственно через их стенки, но также и через края промежуточных палуб и переборок.

Промежуточными называют такие палубы и переборки, которые разделяют смежные охлаждаемые или отапливаемые помещения

(рис. 97). Вследствие высокой теплопроводности стали промежуточ­ ные стенки, непосредственно примыкающие к теплым или холодным бортам, переборкам, палубам и днищу, играют роль тепловых мости­ ков. От наружных нагретых поверхностей судна тепло проникает внутрь теплопроводного стального настила промежуточной палубы,

помещения. Распространение тепла от контуров промежуточных палуб и переборок показано стрелками на рис. 97.

На крупных рефрижераторных судах количество тепла, прони­ кающего через промежуточные стенки, достигает 10—20% общего притока тепла через изолированные стенки. Поэтому промежуточные палубы и переборки тоже необходимо изолировать. Иногда их изо­ лируют со стороны набора полностью, а с гладкой стороны лишь частично — полосой, имеющей ширину около 0,5—1,0 м и называе­ мой рибандом. Рибанд укладывают по всему периметру промежуточ­ ной стенки (см. рис. 97). Его применяют с целью увеличения вмести­ мости трюмов.

Для уменьшения притока тепла по периметрам при разных тем­

расчету математическим путем. В зависимости от способа изолиро­

и воздухом в помещении (т. е. от значения а) расчетные формулы получаются различными.

Рассмотрим вначале общее решение задачи при стационарном тепловом режиме [57]. При этом найдем закон изменения темпера­ тур в стенке и выведем новые формулы для определения количества тепла, проникающего вдоль нее как в оба смежных трюма, так и отдельно в каждый трюм.

Из общего решения, приводимого ниже, вытекают некоторые расчетные формулы, полученные ранее Е. Б. Иозльсоном и А. Е. Ни­ точкиным [65, 25], как частные случаи.

Общее решение. Общим будет решение задачи для промежуточ­ ной стенки, имеющей с одной стороны сплошную изоляцию, а с дру­ гой — рибанд, когда температуры в смежных помещениях 0 раз­

Условимся отмечать величины, относящиеся к первому помеще­ нию (с температурой 9'), расположенному со стороны рибанда, одним штрихом; ко второму помещению (с температурой 9"), распо­ ложенному со стороны сплошной изоляции, двумя штрихами; к пер­ вому участку палубы (или переборки) от обшивки корпуса до конца рибанда шириной R (т. е. при 0 < х < R) нижним индексом «1»; ко второму участку палубы от конца рибанда до ее середины шири­

Рис. 97. Схема распространения тепла от периметров промежуточных палуб и переборок