книги из ГПНТБ / Нестеров Ю.Ф. Теория и расчет судовой тепловой изоляции
.pdfниями. На пассажирских судах по палубам, отделяющим жилые по мещения от машинно-котельных отделений и грузовых трюмов, пре дусматривают противопожарные изоляционные конструкции типа А-60. При расположении жилых помещений в других районах в каче стве изоляции палуб применяют теплоизоляционную мастику «Нева-ЗУ», «Литозил» и другие покрытия, не требующие зашивки.
Раньше в рефрижераторных трюмах изоляцию бортов, переборок
и подволоков зашивали шпунтованными досками |
(толщиной 16— |
25 мм) в два ряда. Доски первого ряда располагали |
перпендикулярно |
к обрешетнику и прикрепляли к нему оцинкованными гвоздями. Вто рой ряд досок устанавливали перпендикулярно первому. Между двумя рядами досок прокладывали поливинилхлоридную пленку для гидроизоляции, а также металлическую сетку для защиты от грызу нов (см. рис. 11). Сетку устанавливали со стороны трюма перед гидро защитным покрытием. Однако сейчас два ряда досок для зашивки изоляции почти не применяют, так как деревянная зашивка обладает крупными недостатками: она крайне огнеопасна; легко впитывает в себя различные жидкости; может надолго воспринимать запах груза, перевозимого в трюме; резко увеличивает объем работ по сани тарной обработке трюма и потому увеличивает простои судна в порту. По этим причинам деревянную зашивку заменяют смешанной или металлической.
В настоящее время в трюмах наиболее распространенной является смешанная зашивка изоляции, включающая один ряд шпунтованных досок и листы из легких коррозионностойких алюминиево-магниевых сплавов АМг толщиной 1,5—2,0 мм или из оцинкованной стали тол щиной 0,8—1,5 мм (см. рис. 8). Металлические листы устанавливают внахлестку и крепят к доскам стальными шурупами. При смешанной зашивке можно ограничиваться одним рядом досок, так как металли ческие листы обладают достаточной механической прочностью и, кроме того, не требуют установки специального гидроизоляционного покрытия и металлической сетки. Однако для предохранения изоля ции от попадания в нее влаги стыки металлических листов необходимо тщательно герметизировать.
Стыки металлической зашивки уплотняют склеиванием двух смежных дюралюминиевых листов конструкционным эпоксидно-тио- коловым клеем марки К-153. Кроме того, для герметизации метал лической облицовки, а также с целью электрохимической защиты стальных крепежных шурупов и листов из алюминиевых сплавов (образующих электрохимическую пару) поверх головок шурупов стыковые соединения оклеивают стеклотканью на эпоксидной смоле ЭД-5 или ЭД-6. Клеевые соединения обеспечивают необходимую плотность швов (водо-, паро- и воздухонепроницаемость) и некоторую податливость их при деформации корпуса судна.
Кроме металлических листов трюмы зашивают фанерой ФСФ, об лицованной стеклопластиком на эпоксидной смоле. При этом все стыки оклеивают «вмокрую» лентами стеклоткани.
В настоящее время на ряде судов применена зашивка трюмов вообще без шпунтованных досок, состоящая только из листов АМг
или оклеенной стеклопластиком фанеры, установленных прямо по обрешетнику.
Смешанная или металлическая зашивка имеет значительные пре имущества перед зашивкой, состоящей из двух рядов досок. Метал лическая зашивка уменьшает вес изоляционной конструкции, увели чивает погрузочный объем трюма, улучшает его санитарное состояние и позволяет обмывать трюм струей воды из шланга.
На речных судах зашивку, предохраняющую изоляцию от ударов груза, можно делать менее массивной, так как эти суда меньше под вержены качке. Кроме того, на речных судах для уменьшения коэф фициента теплопередачи бруски обрешетника можно устанавливать реже.
Для уменьшения горючести и веса изоляции, а также отнимаемого ею объема и в жилых помещениях в настоящее время вместо досок применяют другие зашивочные материалы, обладающие достаточно высокой механической прочностью.
Изоляцию кают, кают-компаний, красных уголков и других обще
ственных |
помещений можно зашивать фанерой толщиной 5—8 мм |
на бортах |
и переборках и толщиной 3—5 мм на подволоках. Со сто |
роны помещения зашивку изоляции из фанеры можно отделывать под ценные породы дерева (орех, карельскую березу, красное дерево и т. д.), можно оклеивать линолеумом, павинолом и другими материа лами или окрашивать. В качестве зашивочных материалов применяют также декоративную фанеру и древесноволокнистые плиты. Во всех случаях зашивка изоляции в стыках должна быть хорошо пригнана, тщательно прошпаклевана и окрашена.
Внастоящее время для зашивки изоляции в жилых, обществен ных и служебных помещениях применяют трудносгораемые слоистые пластики (толщиной 2 мм) или стеклопластики типа ЛСТ-0, а также другие материалы.
Вкачестве металлической зашивки в жилых помещениях обычно применяют легкие листы из алюминиевых сплавов. Для защиты ос новной изоляции, устанавливаемой на обшивке корпуса между эле ментами набора, используют листы толщиной 0,8 мм, а для коробок, защищающих обходную изоляцию набора, —толщиной 1,0 мм (см. рис. 12 и 84, а). Металлическую зашивку прикрепляют к деревянному обрешетнику шурупами, а к металлическому обрешетнику — само нарезающими винтами.
Чтобы уплотнить швы зашивки и уменьшить влияние тепловых мостиков, а также исключить электрохимическую коррозию, метал лический обрешетник в местах контакта с металлической зашивкой оклеивают прокладочным материалом: сукном, войлоком, тиоколовой лентой в два слоя и др. Если зашивка и обрешетник изготовлены из одинаковых металлов, применяют суконные прокладки на клее Целалит 3. При выполнении зашивки и обрешетника из различных метал лов (например, из дюралюминия и стали) устанавливают прокладки из тиоколовой ленты или парусины, пропитанной масляной краской. Тонкие тканевые прокладки практически не уменьшают коэффициента теплопередачи.
§ 17 Выбор изоляционной конструкции
Тип изоляционной конструкции выбирают в каждом конкретном случае в зависимости от назначения судна и помещения, расположе ния изолируемой поверхности (вертикальное или горизонтальное), применяемого теплоизоляционного материала, допускаемой весовой нагрузки судна, требуемой прочности конструкции, условий монтажа изоляции на борту судна, температуры окружающей среды в районе плавания судна, температуры и влажности воздуха внутри помещения и ряда других факторов (см. § 16).
Изоляционная конструкция должна удовлетворять предъявляе мым к ней обычным требованиям (см. § 12). Для значительного сокра щения стоимости и времени монтажа изоляции при ее проектирова нии необходимо стремиться к тому, чтобы основные изоляционные
работы (раскрой материалов, заготовка |
отдельных деталей, сборка |
их в узлы, изготовление пакетов и т. д.) |
выполнялись в цехе, а на |
судне производилось только приклеивание заготовок из плиточных материалов или укладывание и крепление пакетов из волокнистых материалов с минимальным объемом подгоночных работ.
Применяя разные изоляционные материалы и конструкции, можно получить различный экономический эффект. Экономичность определяется также долговечностью и эксплуатационной надеж ностью изоляции, поскольку от этих факторов зависят расходы на ее ремонт.
Сравнительную экономическую оценку различных вариантов изоляционных конструкций при их выборе следует производить путем сопоставления следующих величин: коэффициентов теплопередачи k
(в ккал/м2-ч-°С); |
объемов |
vF |
= |
VF/F |
(в м3/м2); |
весов |
gF = |
GFIF |
(в кгсім2) и стоимостей cF |
= CFIF |
(в |
рубім2). |
|
|
|
||
Соответствующие величины |
VF |
(в ж3 ), GF (в кгс) |
и CF |
(в руб), |
рас |
|||
считанные для периодически повторяющегося участка изоляционной
конструкции, необходимо относить |
к площади этого участка F. |
Только объемы, веса и стоимости vF, gF |
и cF, отнесенные к 1 м2 перио |
дически повторяющегося участка, можно использовать для сравнения конструкций.
Наиболее экономичным является тот вариант изоляционной кон струкции, который обладает наименьшими значениями k, vF, gF и cF.
Прежде чем рассчитывать эти величины, следует в первом прибли жении назначить толщины изоляционных слоев на обшивке корпуса т, поверх набора / и в других местах. При сравнении типов и вариан тов конструкций (с различным расположением обрешетника) толщины изоляционных слоев необходимо брать одинаковыми в разных кон струкциях. Во время эскизного проектирования толщины изоляции
можно принимать по их нормативным значениям (см. § |
18 и 16). |
||
При вычислении |
vF, gF |
и cF следует учитывать все материалы и |
|
детали, входящие в |
состав |
периодически повторяющегося |
участка |
изоляционной конструкции: обрешетник, зашивку, выступающие части, гидроизоляционные и вспомогательные материалы (клей,
краску и пр.), крепежные детали и др. В стоимость cF (в рубім"1) нужно также включать и стоимость изоляционных работ.
При сравнении и выборе изоляционных конструкций требуется также учитывать удобство монтажа, трудоемкость изготовления кон струкции, необходимость пригонки материалов по месту и получае мые при этом отходы, затраты на обработку и отделку поверхности зашивки. После того как будет окончательно установлен наивыгодней ший тип изоляционной конструкции, следует подобрать расчетом такие толщины изоляционных слоев (т, I и др.), которые обеспечи вают получение нормативного значения k (§ 18).
После выбора типа и толщин изоляции надо найти измерители ее стоимости и объема си и ои , необходимые для технико-экономического расчета. Эти измерители следует определять для всех разнотипных изоляционных конструкций, встречающихся на судне.
Измеритель стоимости изоляции. Измеритель стоимости изоля
ционной |
конструкции и ее монтажа |
|
|
|
С " = -^Г |
РУ6!"* |
(26) |
Таким |
образом, измеритель си |
является стоимостью, |
отнесенной |
к объему основного изоляционного слоя (вычисленному без учета объема материала, обходящего набор).
Приблизительное значение измерителя стоимости изоляции, со
держащее стоимость монтажных |
работ, си = ІОО-Ї-200 |
рубім2-м. |
|
Измеритель объема изоляции. Измеритель объема |
изоляционной |
||
конструкции |
|
|
|
у и = ~ |
= |
7 ^ |
(27) |
представляет собой объем ее периодически повторяющегося участка VF (с учетом зашивки и выступающих частей), отнесенный к наруж ной поверхности этого участка F и к толщине основного изоляцион ного слоя т.
Следовательно, измеритель ии является относительным объемом изоляции.
§ 18
Проектирование изоляции по заданным нормативным значениям удельного теплового потока, коэффициента теплопередачи и толщин изоляционных слоев. Выбор размеров изоляционной конструкции
Порядок проектирования изоляции. Приступая к проектированию изоляции, следует выбрать'нормативные значения удельного тепло вого потока qF, коэффициента теплопередачи k и толщин изоляции, установленные судостроительной практикой (табл. 6). Приведен ными в таблице данными можно пользоваться также для предва-
?
І
Приближенные нормативные значения qp. |
. |
Таблица 6 |
I |
k и толщин изоляционных слоев |
У д е л ь н ы й т е п л о в о й |
К о э ф ф и ц и е н т |
||
поток |
qp |
т е п л о п е р е д а ч и k |
|
П о м е щ е н и е |
|
|
|
ккал/м!ч |
вт/м2 |
ккал/м2ч°С |
вт/м2-°С |
Т о л щ и н а о с н о в ной и з о л я ц и и , п о к р ы в а ю щ е й о б ш и в к у кор
пу с а м е ж д у
эл е м е н т а м и
на б о р а ,
т, мм
|
|
|
|
Т о л щ и н а |
|
|
Т о л щ и н а |
|
|
и з о л я ц и и |
|
Т о л щ и н а |
Т о л щ и н а |
|
п и л л е р с а |
||
и з о л я ц и и , |
Т о л щ и н а |
||||
и з о л я ц и и , |
или е г о |
||||
и з о л я ц и и |
п о к р ы в а ю щ е й |
||||
п о к р ы в а ю щ е й |
и з о л я ц и и |
р и б а н д о в |
|||
н а д п о л к о й |
к р о м к у п о л к и |
||||
с т е н к у н а б о р а |
р и б а н д а |
|
|||
набора |
набора |
" W |
|||
в о б х о д н ы х |
' V |
||||
или гофром |
в о б х о д н ы х |
мм; |
|||
/, мм |
к о н с т р у к ц и я х , |
к о н с т р у к ц и я х , |
MM |
тп»л~ |
|
|
п, мм |
р, мм |
|||
|
|
|
|
•х. (0,33— |
|
|
|
|
|
- 0 , 5 0 ) т |
Рефрижераторное: |
|
|
12—23 |
0,25—0,60 |
0,29—0,70 |
|
наружное |
расположение |
10—20 |
||||
ограждения |
|
10—20 |
12—23 |
0,55—0,80 |
0,64—0,93 |
|
промежуточное |
располо |
|||||
жение |
ограждения |
|
|
|
|
|
Жилое: |
|
|
10—30 |
12—35 |
0,6—0,9 |
0,7—1,0 |
наружное |
расположение |
|||||
ограждения |
|
|
|
|
|
|
промежуточное |
располо |
10—30 |
12—35 |
1,2-2,5 |
1,4-2,9 |
|
жение |
ограждения |
|
|
|
|
|
рительных ориентировочных расчетов холодильных и отопительных установок на стадии эскизного проектирования.
Величины qF, k и толщины изоляции зависят друг от друга. Поэтому нормативные значения, принимаемые по табл. 6, необходимо увязывать одно с другим. В общем случае зависимости qF = ц> (т) и k — г|з (т) различны для разных стенок помещения.
С целью уменьшения тепловых потерь коэффициенты k не должны превосходить нормативных значений, а выбираемые толщины — быть меньше их.
В первом приближении изоляцию можно проектировать таким образом, чтобы независимо от разности температур t„ — tB через каж дую наружную стенку помещения проходил приблизительно одинако вый удельный тепловой поток (qF = idem).
Разные ограждения судна находятся под воздействием различных перепадов температур tH — tB. Вследствие этого нормативные коэф фициенты теплопередачи k, соответствующие одним и тем же потокам qF, будут отличаться друг от друга. Зная перепад температур, нор мативные значения qF и k можно согласовать одно с другим, поль зуясь формулой (3).
Разные поверхности судна обычно имеют различный набор и раз ные типы изоляционных конструкций. Поэтому при одном и том же коэффициенте теплопередачи k толщины изоляции тоже получаются неодинаковыми.
Толщины изоляционных слоев определяют путем последователь ных приближений. Вначале, принимая их равными нормативным зна чениям, рассчитывают коэффициент k. Полученное значение k сравнивают с нормативным. Если имеется различие, то расчет повто-
200—300 |
50—75 |
50; |
п « * / |
_ |
|
50—125 |
|||
100—250 |
50—75 |
50; |
п |
/ |
— |
100—200 |
50—125 |
||
50 |
25—35; |
15—25; |
35—50; |
|
15—30 |
||||
|
0,75m |
3s / i s |
0,5m3s « З а |
m ^ |
р 3s |
|
|
||
|
- 0,5m |
3s |
0,25m |
3s'0,75 m |
|
|
|||
50 |
25—35; |
15—25; |
35—50; |
25—50 |
15—30 |
||||
|
0,75m |
3s Г з - |
0,5m i s |
п |
« 3 s |
р 3s |
|
|
|
|
: - |
0,5m |
3s |
0,25m |
3s 75m |
|
|
||
ряют, изменив толщины изоляции таким образом, чтобы они обеспе чили получение заданного нормативного значения k.
В общем случае наиболее выгодные значения удельных тепловых потоков qF для различных стенок одного и того же помещения будут неодинаковыми. Поэтому окончательные наивыгоднейшие значения qF, k и толщин изоляции для каждого отдельного ограждения могут быть установлены только в результате дополнительных технико-эко номических расчетов (см. гл. IX) . Однако часто (например, в случае небольшой холодильной или кондиционирующей установки) можно ограничиваться проектированием изоляции лишь по нормативным значениям указанных величин.
Выбор толщин изоляционных слоев. В холодильной практике различают два основных режима работы трюмов: высокотемператур
ный — для охлажденных грузов (при температуре воздуха |
в трюме |
|
tB |
0° С) — и низкотемпературный — для замороженных |
продук |
тов (tB^=> —18° С). В случае высоких температур в трюмах и плавания судна в северных широтах, а также при изолировании промежуточ ных палуб и переборок значения qF и толщин изоляционных слоев (см. табл. 6) следует брать меньше, а величину k — больше.
Если судовая поверхность изолирована с двух сторон, коэффи циенты теплопередачи kx и k2 для каждой ее стороны надо подбирать по формуле (16), в которой под К следует понимать нормативное зна чение коэффициента теплопередачи для всей стенки.
Для рефрижераторных помещений толщину изоляции поверх полки набора в обходных конструкциях / 0 можно принимать равной
толщине изоляции над набором в нормальных конструкциях |
/н : |
/ о ~ / „ . |
(28) |
64 |
5 Ю . Ф . Н е с т е р о в |
65 |
Толщину изоляции, устанавливаемой на гладкой стороне палуб и переборок, а также на днище (рис. 9), можно принимать равной значению т для промежуточных палуб и переборок, разделяющих смежные рефрижераторные помещения.
В нормальных конструкциях толщина основной изоляции т
между элементами набора зависит от их высоты h и толщины |
изоля |
ции поверх набора / (см. рис. 10, а): |
|
т = h + I. |
(29) |
Следовательно, для этих конструкций принимаемые нормативные зна чения / и т необходимо увязывать между собой по соотношению (29).
Как в рефрижераторных, так и в жилых помещениях толщину основной изоляции у промежуточной палубы и переборки тп, а также у рибанда тр можно брать приблизительно в два раза меньше ее толщины у наружной поверхности судна тн (у борта и т. д.), к кото рой примыкает рассматриваемая промежуточная стенка. Обычно толщины тп и тр лежат в следующих пределах:
т я > т п 2== 0,5тн и mH > т р 5» 0,5тн . |
(30) |
Тепловые сетки (см. гл. VI) показывают, что температура в теле стального профиля набора заметно падает. Поэтому в жилых помеще ниях толщины изоляционных слоев, обходящих отдельные участки профиля набора, книц и других металлических деталей, следует про порционально уменьшать (по сравнению с толщиной изоляции на обшивке), принимая т > р > I > п (см. рис. 80, а и 82, а). В против ном случае изоляция на профиле набора будет работать неэффективно. Допустимая степень уменьшения толщины изоляции на профиле на бора растет с увеличением его высоты h, уменьшением толщины т и в меньшей мере с ростом ширины полки b (т. е. с уменьшением вели чины Тп — см. табл. 8).
Если в смежных отапливаемых помещениях температуры одина ковые или их разность не превосходит 4° С, толщина металлической промежуточной стенки меньше 2 мм, а общая толщина изоляции на наружной поверхности больше 150 мм, то внутренние стенки можно не изолировать (даже рибандом).
В технико-экономических расчетах (см. гл. IX) варьируют тол щину основной изоляции между элементами набора т. При этом тол
щины |
изоляционных слоев, обходящих набор, I, п |
и р, а также тол |
щины |
изоляции рибандов тр и пиллерсов т п и л , |
соприкасающихся |
с поверхностью, у которой варьируется толщина изоляции, назначают в виде доли от толщины основной изоляции т. Эти доли, принимаемые постоянными, определяются соотношениями, приведенными в табл. 6, и формулами (28) и (30). Таким образом, при варьировании основной толщины т будут пропорционально меняться и все прочие толщины изоляции.
Нормативная толщина изоляции обычно меньше наиболее эконо мичной.
Учет солнечного облучения. При облучении солнцем внешние поверхности судна приобретают более высокую температуру, чем
наружный воздух. Вследствие повышения действующего перепада температур At заметно увеличивается полный тепловой поток qF через наружные стенки. Для стенок, освещаемых солнцем, коэффи циенты теплопередачи k необходимо уменьшать, а толщины изоля ционных слоев — увеличивать, чтобы обеспечить прохождение одного и того же теплового потока (qF = idem) через различные ограждения помещения.
Полный тепловой поток qF через ограждения судна, облучаемые солнцем (см. § 53):
qF |
= |
qFr |
-f- qFp |
= k {ta |
— tB) - f |
k |
— k Atr |
- j - k At — k At ккал/м2 • ч, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(31) |
где |
|
qFr |
— тепловой |
поток, |
|
вызываемый |
разностью |
температур |
||
AtT |
— tH |
— tB; |
qFp |
— радиационный тепловой поток; |
є — коэффи |
|||||
циент |
поглощения |
солнечных |
лучей наружной поверхностью судна; |
|||||||
/ — максимальное среднесуточное значение интенсивности солнечной радиации, ккал/м2 -ч\ Atp —радиационный перепад температур.
Следовательно, действие солнечной радиации эквивалентно повы
шению температуры наружного воздуха на |
величину |
& p = - j ^ - = * ; - * „ . |
(32) |
Таким образом, солнечную радиацию можно учитывать увеличе нием температуры наружного воздуха tB в формуле (3) на величину Atp, считая расчетную температуру наружной среды равной
|
|
*; = *„ + д^р. |
|
(зз) |
||
Максимальная |
действующая разность |
температур |
At слагается |
|||
из температурного |
Atr |
и радиационного |
А/р |
перепадов: |
||
At = |
Д*т -\-At0 = ('н - |
/в) + |
-£- |
= t'a — tB. |
(34) |
|
В ориентировочных |
расчетах |
можно |
принимать |
максимальное |
||
среднесуточное значение избыточной разности температур для наи более жаркого месяца А^р = 10—15° С у открытых палуб и Д^р = = 5—10° С у бортов.
Для ограждений, подверженных солнечному облучению, норма
тивные |
значения |
qF и |
k необходимо |
согласовывать |
одно с |
дру |
|||
гим по общей формуле (31), а не по зависимости (3). |
|
|
|
||||||
Если поверхность судна не облучается солнцем, то в формуле |
(31) |
||||||||
следует полагать интенсивность / = 0. |
При этом А/ р = |
0, qFp |
= |
0, |
|||||
At = |
AtT |
и qF |
= |
qFr. |
Тогда формула |
(3) вытекает из общего |
выра |
||
жения |
(31) как |
частный случай. |
|
|
|
|
|||
При расчете отопительных установок также можно принимать 1=0, так как зимой солнечную радиацию учитывать не следует.
Усреднение температур и их перепадов. Определяя тепловые потери, следует учитывать конкретное значение перепада температур At для каждого участка стенки.
к* |
67 |
Иногда на отдельных участках одного и того же ограждения с оди наковым коэффициентом теплопередачи k действуют различные тем пературные напоры At и потому через эти участки проходят разные тепловые потоки qF (например, через надводный и подводный участки борта, омываемые наружным воздухом и забортной водой). В таких
случаях нормативные значения qF |
и |
k |
необходимо согласовывать, |
||||||||||||
пользуясь |
средним |
температурным |
напором |
А / с р |
или |
усредненной |
|||||||||
температурой наружной среды /н .с р |
для |
стенки в |
целом: |
|
|
||||||||||
|
|
|
qF = kAtcp |
или |
<7ґ = |
Л(*н .С р |
— f в ) • |
|
|
|
|
||||
Cpeдний температурный напор для всего ограждения |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
ч - Р - - ^ ' ! ; 1 |
|
|
|
• • • , |
|
|
|
(35) |
|||
где Flt |
F2, . . . |
— площади |
отдельных |
участков |
изолированного |
||||||||||
ограждения, м2; |
Att, At2, |
. . . —температурные |
напоры, |
соответ |
|||||||||||
ствующие этим участкам, |
°С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Усредненная |
температура |
наружной |
среды |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
f |
^ H l ^ l - |~ ^ Н 2 ^ 2 "Г " ' ' |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
V ср — - |
P i |
_f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где /н 1 , |
tn2, . . . |
— температуры |
с |
наружной |
стороны |
стенки, |
°С. |
||||||||
Усредненные значения |
А/ с р |
и tH с |
р |
необходимо вводить и в даль |
|||||||||||
нейшие технико-экономические расчеты изоляции (см. гл. IX) . |
|
||||||||||||||
Выбор |
размеров |
металлического |
|
набора |
для |
рефрижераторных |
|||||||||
судов. При проектировании корпуса рефрижераторного судна |
для |
||||||||||||||
уменьшения k следует принимать возможно большие значения |
шпа |
||||||||||||||
ции s и возможно |
меньшие значения высоты набора h (см. рис. 10, а) |
||||||||||||||
в пределах, допускаемых |
прочностью. |
|
|
|
VF, |
|
|
||||||||
Чтобы уменьшить общую толщину изоляции, объем |
отнимае |
||||||||||||||
мый изоляционной |
конструкцией, |
и ее стоимость Ср, также |
необхо |
||||||||||||
димо стремиться к применению набора с наименьшей высотой |
h. |
|
|||||||||||||
При увеличении шпации s и уменьшении высоты набора h проч ность корпуса судна уменьшается. Для восстановления прочности корпусной конструкции приходится увеличивать ширину полки на бора b (несмотря на то, что при этом возрастает коэффициент k) и
ставить профили с максимальной толщиной полки |
t. |
При увеличении ширины и толщины полки |
набора возрастает |
вес металлического набора. Однако вес изоляционной конструкции GF |
|
при этом меняется мало вследствие уменьшения |
ее общей толщины |
с уменьшением высоты профиля h.
Таким образом, для набора рефрижераторных судов выгодно при менять невысокие профили с максимальными толщинами полок.
ГЛАВА
МЕТОД
ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ
АНАЛОГИИ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СУДОВОЙ и з о л я ц и и
Задачу теплопроводности для неоднород ной стенки можно решать следующими пу тями:
непосредственными измерениями тепло вых потоков;
методами математической физики; методом конечных разностей на цифровых
вычислительных машинах; методом электротепловой аналогии на
специальных счетно-решающих установках. Непосредственные измерения тепловых потоков через изоляционные конструкции или их тепловые модели являются сложными, дорогими и трудоемкими. Кроме того, уста новка тепломера или термопар существенно искажает распределение температур в этих конструкциях. Различные утечки тепла сни жают точность измерений. По этим причинам прямые измерения (тепломерами) еще не
производились.
Математическим путем (методом конформ ных преобразований) удалось приближенно решить задачи теплопроводности лишь для конструкций простой геометрической формы (нормальных) и только для однородной изо ляционной среды (не прорезаемой деревян ными брусками обрешетника). Даже в этих сравнительно простых случаях приходится вводить такие упрощающие допущения, кото
рые не дают возможности |
получить |
строгое |
||
и точное решение |
[119, 3, 69, 68]. |
Поэтому |
||
математический путь дальнейшего |
развития |
|||
не получил. |
|
|
|
|
Приближенное |
численное решение |
задач |
||
теплопроводности |
методом |
конечных |
разно |
|
стей на цифровых |
вычислительных |
машинах |
||
требует предварительной разработки слож ных программ решения, трудоемкого коди рования чертежа машинными словами и пер форирования лент, введения информации в машину, а также больших затрат дорогого машинного времени [72].
По изложенным причинам наибольшее распространение при решении задач тепло проводности для судовой изоляции получил метод электротепловой аналогии (ЭТА). Ана логичными называют такие явления, матема тические описания которых одинаковы по форме, но различны по физическому содержа нию. Метод аналогии заменяет изучение тепловых процессов исследованием электри ческих явлений. При этом моделируется не физическая, а лишь математическая сущ ность процесса теплопроводности. Метод ЭТА дает возможность просто и быстро интегри ровать дифференциальное уравнение тепло проводности с точностью, вполне достаточной для технических расчетов.
Электроизмерительные установки, пред назначенные для исследования процесса теп лопроводности методом ЭТА, по существу,
являются |
|
аналоговыми вычислительными |
машинами |
(электроинтеграторами). |
|||||
|
В качестве электропроводных материалов для изготовления моделей используют |
||||||||
алюминиевую фольгу |
(станиоль) [89, 120], различные электролиты [94, 112] (в том |
||||||||
числе обычную воду |
[117,42]), дисперсные массы (например, смесь графитной пыли |
||||||||
с мраморной мукой) |
и др. В настоящее время |
применяют электропроводную бумагу |
|||||||
[61, 49, 53, 62, 121, |
78—81], что значительно |
упрощает технику |
моделирования и |
||||||
сокращает время, затрачиваемое на изготовление модели. |
|
||||||||
|
Метод |
аналогии |
широко применяют |
во многих отраслях науки и техники [67, |
|||||
4, |
18, |
36, |
91—93]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаемые |
допущения |
|||
|
|
|
|
|
и |
постановка |
задачи |
|
|
|
|
|
|
|
теплопроводности |
|
|||
|
В практических расчетах процесс теплопередачи через судовую |
||||||||
изоляцию |
можно |
считать установившимся (стационарным). |
|||||||
|
Длина |
изоляционной конструкции |
В вдоль оси zr |
(рис. 15, а) яв |
|||||
ляется достаточно большой по сравнению с ее размерами вдоль осей
координат температурного поля хт и ут* В |
этом случае |
картина зна |
||||
чений |
t |
одна и та же во всякой плоскости, |
параллельной |
плоскости |
||
хтут, |
и |
температурный градиент вдоль набора |
= |
0. |
Следова |
|
тельно, поля температур и тепловых потоков можно считать плоскими
(двухмерными). |
|
|
|
|
|
Как уже отмечалось в § 2, можно принимать 1/ан |
= 1/ав |
= |
0 или |
||
а н а в — 0 0 • Тогда задача теплопередачи сводится |
к задаче |
тепло |
|||
проводности. |
|
|
|
|
|
Кроме того, примем еще следующие упрощающие допущения. |
|||||
Температуру во всех точках наружной поверхности FH т |
(гра |
||||
ница АТСТ |
на рис. 15, а), а также внутренней поверхности FB_т |
(гра |
|||
ница BTDT) |
будем считать одинаковой и равной температуре соответ |
||||
ствующей |
среды 4 или |
1Ъ. |
|
а |
и не |
В действительности |
при малых значениях коэффициента |
||||
равномерном распределении его вдоль поверхности в охлаждаемых помещениях температура на поверхности наружной стальной обшивки напротив набора будет несколько ниже, а на поверхности внутренней
зашивки — выше, |
чем вдали от |
набора; в отапливаемых |
помеще |
ниях — наоборот. |
В отапливаемых помещениях температура будет |
||
понижаться также |
во внутренних |
углах А и В (см. рис. 8) |
обходных |
изоляционных конструкций.
Однако последнее допущение практически не влияет на интеграль ный результат вычислений — коэффициент теплопередачи [72]. Закон распределения температур на границах изоляционной кон струкции имеет существенное значение только при проверке возмож ности конденсации водяного пара на ее поверхности.
Материалы, входящие в изоляционную конструкцию, можно считать изотропными.
* Индексом «т» будем отмечать величины, относящиеся к температурному полю.