Тема 10 регулювання теплообміну вантажів з зовнішнім середовищем

Властивості повітря і визначення його параметрів

Атмосферне повітря являє собою суміш різних газів і водяного пару.

Відповідно до закону Дальтона спостережуваний барометричний тиск атмосферного повітря дорівнює сумі парціальних тисків сухого повітря ( ) і водяних парів ( ), тобто

(10.1)

Температура повітря може вимірятися по термодинамічній (абсолютної) шкалі або міжнародній практичній (стоградусній) шкалі. Градус термодинамічної шкали позначається символом К (Кельвін) і позначається буквою Т. У міжнародній практичній шкалі градус позначається символом ^оС (Цельсій), а температура буквою t .

Щільність повітря при t = 0С і тиску 760 мм.рт.ст. = 1,293 кг/м³, а водяного пару – 0,768 кг/м³. Із цього витікає, що при однаковій температурі вологе повітря легше сухого.

Пружність (парціальний тиск) водяного пару виражається в міліметрах ртутного стовпа (h, мм.рт.ст.), у міліпаскалях (е, мПа ), або в паскалях (Па), міллібарах (е, мбар), у ньютонах на квадратний метр ( Н/м²).

Співвідношення між одиницями тиску наступні:

мм.рт.ст. = 133,312 Па

1 мбар = 100 Па

1 кгс/м³ = 9,80665 х 10000 Па = 735,559 мм.рт.ст.

Пружність насиченого пару має позначення Е и Н і залежить тільки від температури, в інтервалі від 0С до 100С може бути розрахована за формулою:

(10.2)

Абсолютною вологістю називається маса водяного пару в 1 м³ суміші

, (10.3)

де – коефіцієнт об'ємного розширення.

Вологовмістом називається відношення маси водяного пару до маси сухого повітря, має позначення , якщо маса приймається в грамах то має розмірність (г/кг). Вологовміст визначається за формулою:

(10.4)

Відносною вологістю повітря називається відношення фактичної маси водяних парів до тієї максимальної маси, що може містити повітря при даній температурі, перебуваючи в стані насичення, тобто

, (10.5)

, (10.6)

де – температура точки роси, С.

Температурою точки роси ( ) називається температура повітря, при якій маси водяних парів досить для насичення повітря, інакше кажучи, якщо повітря остудити до цієї температури, то воно стане насиченим водяними парами, а на предметах, що мають температуру рівну або меншу температури точки роси, почнеться конденсація водяного пару. Температура точки роси залежить від абсолютної вологості повітря і може бути визначена по таблицях водяного пару або за формулою:

(10.7)

У технічних розрахунках існує поняття «стандартна атмосфера», під якою прийнято розуміти атмосферний тиск, що дорівнює 760 мм.рт.ст. при температурі повітря + 20С і його відносній вологості 70%.

Для рішення завдань кондиціонування повітря і вантажу в трюмах суден, а також для підтримки рівноважної вологості вантажів застосовується поняття «температурний запас».

Температурним запасом ( ) називається різниця між температурою повітря і точкою роси, його приймають таким, що дорівнює 3С.

Максимальна кількість маси вологи, що може поглинути одиниця маси сухої речовини з насиченої пароповітряної суміші, називається максимальним гігроскопічним вологовмістом.

Мікроклімат вантажних приміщень судна

Завантажений на судно в яких–то певних кліматичних умовах вантаж захищається від агресивного впливу зовнішнього середовища на всьому переході морем обшивкою корпуса і повітряним середовищем, яке знаходиться між обшивкою корпуса судна, судновим набором і штабелем вантажу, що перебуває в трюмі.

Як показали численні дослідження, раніше виконані в ЦНДІМФі, ОІІМФі (ОНМУ), ОВІМУ (ОНМА), температура вантажу, особливо його внутрішніх шарів, за час переходу не встигає зрівнятися з температурою зовнішнього середовища траси переходу.

Надходження тепла (або його відтік) через трюмні огородження становить 5 - 10% тієї кількості, яка необхідна для вирівнювання температури вантажу з температурою зовнішнього середовища. Зміна температури вантажів відбувається тільки в поверхневих (прикордонних) шарах. Так, наприклад, під час перевезення руди, рудних концентратів зміна температури вантажу відбувається на глибину до 1 - 1,3 м., інша частина масиву вантажу, особливо його центральна частина, зберігає свою первісну температуру, тобто температуру повітря порту завантаження.

Під час перевезення генеральних вантажів глибина прогріву (або охолодження) буде знаходитись у залежності від щільності укладання вантажу, наявності вентиляційних каналів, якщо такі були влаштовані в штабелі вантажу під час його завантаження, продуктивності вентиляційної системи трюмів і інших факторів.

В результаті зміни параметрів зовнішнього середовища, враховуючи тісний взаємозв'язок у системі «зовнішнє середовище - трюмне повітря - вантаж», у трюмах судна, підпалубному просторі будуть відбуватися різні термодинамічні процеси, на інтенсивність яких буде впливати і вантаж, особливо якщо він гігроскопічний.

Варто мати на увазі, що зміна параметрів зовнішнього середовища відбувається не тільки протягом часу рейса, але і протягом доби.

Температура і вологість трюмного повітря, його вологовміст і точка роси, температура і вологість вантажу, що перебуває у вантажному приміщенні, формують так званий мікроклімат вантажного приміщення.

Під впливом нерівномірного теплообміну вантажу з навколишнім середовищем у масі вантажу (особливо гігроскопічного) виникає градієнт температур, що, у свою чергу, викликає переміщення вологи, яка втримується у вантажі.

Відповідно до законів термодинаміки, це переміщення вологи відбувається в напрямках протилежних градієнту температур, тобто волога спрямовується із зони з вищою температурою в зону, де температура нижче. Це приводить до усушки більше прогрітих вантажів і зволоженню більше холодних ділянок штабеля вантажів.

Для зменшення усушки вантажів при переході з районів низьких широт у більш високі широти з більш низькими температурами, необхідно забезпечити зниження температури маси вантажу з метою її вирівнювання з температурою навколишнього середовища.

Плавання судна в одній кліматичній зоні зимою Якщо судно робить рейс узимку в одній кліматичній зоні, то температура забортної води вище температури зовнішнього повітря. У цьому випадку теплові потоки спрямовуються знизу нагору, захоплюючи потоки вологи. У зимових умовах, як правило, температура вантажу нижче температури забортної води, отже, теплові потоки спрямовані від підводної частини трюмного огородження до вантажу і від нього до надводної частини трюмного огородження.

Тут доречно відзначити, що ступінь впливу теплового поля зовнішнього середовища на зміну параметрів стану мікроклімату трюму і вантажу різна не тільки в окремих відсіках, але і в об’ємах трюму або твіндека. Це пов'язано з тим, що найбільш теплопровідною є верхня палуба, коефіцієнт теплопровідності якої дорівнює 6 – 7 Вт/м²*град., у той час як для подвійного дна він має значення, що дорівнює приблизно 0,14 Вт/м²*град., для танків 0,5 Вт/м²*град. (танки заповнені паливом), 1,5 Вт/м² *град. (танки заповнені водою), борту - 3,6 Вт/м² *град.

Оскільки, як ми з'ясували, теплопровідність подвійного дна менша теплопровідності бортів і підводної частини, то це викликає інтенсивну міграцію вологи усередину штабеля вантажу. Волога з підпайольного простору також мігрує усередину штабеля вантажу. Все це, разом узяте, викликає зволоження вантажу в середині штабеля. Волога, що випаровується з вантажу, переноситься конвективними потоками в підпалубний простір і випадає у вигляді конденсату на підволоку трюму.

Поверхнева вентиляція зовнішнім повітрям викликає припинення конденсації вологи на підволоку, але підсилює процес переміщення вологи з масиву вантажу в підпалубний простір, що викликає усушку вантажу у верхніх шарах.

Плавання судна в одній кліматичній зоні літом При плаванні судна влітку в одній кліматичній зоні температура забортної води звичайно нижче температури зовнішнього повітря, а надводна частина судна, крім того, піддається ще обігріву променями сонця. При цих умовах теплові потоки мають напрямок зверху вниз, вони захоплюють за собою потоки вологи. В результаті цього процесу зволожується нижня частина вантажу. Вентилювання трюмів зовнішнім повітрям підсилює процес тепловіддачі від зовнішнього повітря до вантажу, але істотної зміни мікроклімату трюму не спостерігається.

Величина зволоження або усушки вантажу буде залежати від параметрів вентиляційного повітря. Уночі, при різких коливаннях значень добових температур, можливо відпрівання підволока палуби твіндека. Для запобігання відпрівання рекомендується в нічний час робити вентилювання трюмів, але перед цим варто виконати розрахунки параметрів трюмного повітря у взаємозв'язку його із зовнішнім.

Плавання судна «Південь - Північ» При виконанні судном плавання з південних широт у північні температура вантажу в трюмах вище температури зовнішнього повітря і забортної води. Теплові потоки, що йдуть від вантажу до трюмного огородження, переносять вологу від центра до країв штабеля вантажу, а потім до холодного огородження трюму. Це викликає конденсацію вологи на обшивці корпуса судна і підволоку палуби. Частина вологи мігрує від центральної частини штабеля вантажу до пайолу і викликає зволоження нижньої частини вантажу.

Конденсація вологи в підпалубному просторі може привести до підмочки верхнього шару вантажу в результаті падіння крапель з підволока на вантаж.

Залежно від параметрів зовнішнього повітря вентилювання трюмів дає різні результати:

• якщо зовнішнє повітря сухе, то в результаті вентилювання інтенсифікується процес переміщення вологи з маси вантажу, відбувається усушка вантажу;

• якщо зовнішнє повітря вологе, то воно може загальмувати або повністю призупинити процес конденсації вологи на трюмному огородженні, але при цьому може відволожуватися сам вантаж. При різкому зниженні температури зовнішнього повітря вентилювання трюмів холодним повітрям приводить до значного відсирівання вантажу або навіть до його підмочки.

Відпрівання і підмочка вантажу при переході судна з теплої зони в холодну можуть бути відвернені, якщо виконувати поступове вирівнювання температури вантажу з температурою зовнішнього середовища.

Плавання «Північ - Південь» У тих випадках, коли судно здійснює перевезення вантажів з північних широт у південні, тобто з холодних кліматичних умов у теплі, холодна маса вантажу сприймає тепло від трюмного огородження. У цьому випадку можна виділити три теплових потоки, які рівними по силі:

- найбільший - від підігрітої сонцем палуби і надводних бортів;

- нормальний - від бортів підводної частини судна;

- найменший - від пайола.

Волога переноситься цими потоками і воложить частину вантажу, розташованого ближче до пайолу. Якщо в трюм подавати тепле вологе повітря, то воно, стикаючись із холодним вантажем, прохолоджується і викликає конденсацію на штабелі холодного вантажу. При цьому абсолютна вологість трюмного повітря збільшується у взаємозв'язку з ростом вологовмісту зовнішнього повітря, інтенсивністю вентилювання і вологовіддачі вантажу.

У наслідок нагрівання поверхні вантажу під час вентилювання трюмів, перенос вологи з периферії до середини штабеля вантажу буде більш інтенсивним, що приводить до відсирівання вантажу.

Регулювання температури і вологості повітря в портових складах та в трюмах

Протягом усього процесу перевезення вантажів морем судноводій зобов'язаний забезпечити оптимальний стан мікроклімату вантажних приміщень. Це необхідно для того, щоб запобігти конденсації вологи на штабелі вантажу або обгороджуючих поверхнях вантажного приміщення.

Зараз існує кілька методичних рекомендацій з визначення необхідності вентилювання вантажних приміщень залежно від температурно–вологового стану системи «зовнішнє середовище - трюмне повітря - вантаж».

Наприклад, відповідно до рекомендацій, які були розроблені Л.П.Андроновим:

а) вентилювання трюмів зовнішнім повітрям недоцільно, якщо:

– температура точки роси зовнішнього (вентиляційного) повітря дорівнює або вище температури вантажу

(10.8)

– температура вентиляційного повітря нижче температури точки роси, яка відповідає вологості вантажу, а температурний запас вентиляційного повітря нижче температурного запасу вантажу;

і (10.9)

б) не рекомендується вентилювати вантажні приміщення зовнішнім повітрям у тих випадках, коли:

; , (10.10)

або

; , (10.11)

тут – мінімальний температурний запас зовнішнього повітря, що запобігає ризику випадання конденсату у вантажних приміщеннях (на вантажі або судновому наборі) при різких зниженнях температури повітря, у практиці морських перевезень рекомендується приймати .

в) вентилювання трюмів сухим повітрям необхідно, якщо:

– температура точки роси трюмного повітря дорівнює або вище температури вантажу

(10.12)

– температура точки роси трюмного повітря дорівнює або вище температури трюмних огороджень

(10.13)

– температура точки роси трюмного повітря більше критичної температури точки роси, що відповідає гігроскопічній точці вантажу, що містить водорозчинні речовини (солі)

(10.14)

д) рекомендується вентилювати вантажні приміщення зовнішнім повітрям, якщо:

, (10.15)

; (10.16)

е) вентилювання вантажних приміщень зовнішнім повітрям можливо, якщо:

– температура точки роси вентиляційного повітря нижче температури вантажу, зменшеної на величину мінімального температурного запасу повітря

(10.17)

– температурний запас вентиляційного повітря більше мінімального і менше максимального температурного запасу вантажу, розрахованих з умов максимальної і мінімальної припустимої вологості вантажу

(10.18)

– температурний запас вентиляційного повітря, що має температуру нижче температури точки роси вантажу, більше температурного запасу вантажу, збільшеного на значення мінімального температурного запасу повітря

при (10.19)

Можливість вентилювання трюмів зовнішнім повітрям у конкретньому місці траси переходу можна визначити, якщо побудувати графік зміни температур зовнішнього повітря, забортної води, вантажу і точки роси. Такий графік представлений на рис.10.6.

Капітаном далекого плавання, к.т.н. А.В. Ковалем була запропонована методика з розрахунку оптимальних режимів вентилювання трюмів сухогрузних суден, суть її в наступному.

Як вихідні дані для розрахунку необхідно приймати значення: температури вантажу, трюмного і вентиляційного повітря; вологовміст і температуру точки роси трюмного і вентиляційного повітря.

При рішенні питання про необхідність або доцільність вентилювання трюмів варто керуватися наступними основними положеннями:

– якщо необхідно знизити вологовміст трюмного повітря або незначно підсушити вантаж, то це можливо лише в тому випадку, коли вологовміст вентиляційного повітря менше вологовмісту трюмного повітря, тобто порівнюються

(10.20)

– видаляти із трюму шкідливі або небезпечні пари або гази, вирівнювати температуру трюмного повітря із зовнішнім, впливати на температуру вантажу без зміни його вологості треба в тому випадку, коли вологовміст трюмного і вентиляційного повітря практично рівні, тобто

(10.21)

– якщо потрібне деяке зволоження вантажу, то вентилювати трюм можливо, коли вологовміст вентиляційного повітря більше вологовмісту трюмного повітря, тобто

(10.22)

– при переході з теплих зон у холодні температуру точки роси трюмного повітря необхідно підтримувати не менш чим на 5С нижче температури вентиляційного повітря, тобто

(10.23)

– при переході з холодних зон у теплі необхідно підтримувати температуру трюмного повітря і вантажу так, щоб значення цих температур не менш чим на 5С були вище температури крапки роси вентиляційного повітря, тобто

, (10.24) (10.25)

Параметрична модель формування мікроклімату складів та трюмів

Одне із завдань, яке необхідно вирішувати судноводію в рейсі, а працівникам порту на березі – це забезпечення збереженого перевезення вантажів. Для досягнення цієї мети, у вантажних приміщеннях судна необхідно створювати такий мікроклімат, який дозволив би прийнятий до перевезення вантаж доставити в порт призначення без псування і втрат.

Для дослідження процесів активного вентилювання складів та трюмів універсальних суден з метою формування оптимального мікроклімату у приміщеннях, представимо розглянуту систему ''зовнішнє середовище — трюмне (складське) повітря — вантаж'' у вигляді структурно-параметричної схеми з характерними для неї параметрами стану y_i, спостереження f_i, керування x_i і збурювання z_i.

Пapaмeтры стану — y₁ ... y_m, — повною мірою залежать від протікання процесу формування температурно–воложного стану мікроклімату приміщення і вантажу (МК і В), характеризують режим перевезення і використовуються як критерії обмеження. У розглянутому завданні до них можна віднести: кінцеві значення температури складського або трюмного повітря t_т^к, його вологовміст d_т^к, температуру t_г^к і вологості W_г^к вантажів, їхньої маси _в^к і ін.

Параметри спостереження — f₁ … f_р являють собою поточні змінні параметри як МК і В, так і вентиляційного повітря. До них можна віднести, наприклад, тиск Р_в і швидкість υ_у вентиляційного повітря в міжвантажному просторі, тривалість циклів роботи складської або трюмної вентиляції τ, поточні значення температури t_т і вологовмісту d_т трюмного (складського) повітря, вантажу t_г, W_г і ін..

Керуючі параметри — х₁ ... х_n — являють собою сукупність факторів, що впливають на процес формування раціонального стану МК і В. До таких відносяться: витрата вентиляційного повітря V_в, його температура t_вв^н і вологовміст d_вв^н, швидкість руху вентиляційного потоку υ_вв й ін..

Збурюючі параметри, - z_i…z_к — це такі впливи на процес, які не залежать від стану об'єкта (МК і В), керувати ними, тобто змінювати їх практично не можливо. До них відносяться, у першу чергу, параметри зовнішнього середовища навколо складу або траси переходу, такі як t_в^н, d_в^н, φ_в^н, ρ_в^н і ін.

Із вище викладеного витікає, що параметри стану і спостереження можна назвати вихідними, тому що вони з однієї сторони характеризують протікаючий процес формування МK трюму, а з іншого боку - дозволяють оцінювати термовологий стан перевезеного вантажу. Вхідними ж є керуючі і збурюючі параметри, тому що вони змінюються в просторі і часі в процесі руху судна з вантажем через різні кліматичні зони.

Виконані експериментально-теоретичні дослідження дозволяють встановити функціональний зв'язок між вхідними параметрами, що впливають на протікання процесу формування раціонального МK трюмів у результаті їхнього вентилювання і вихідними параметрами, які дозволяють оцінити термовологий стан масиву вантажу для виробітку раціональних режимів його збережного перевезення.

Збурюючі параметри z_i і управляючі x_i є незалежними змінними і можуть приймати значення в широкому інтервалі

z = f_i(τ), i = 1 ÷ k (10.26)

x = f_i(τ), i = 1 ÷ n (10.27)

Параметри спостереження f'_i і стану y_i — залежні, тому що їхні значення визначаються конструктивними особливостями і технічними можливостями вентиляційної системи судна, зміною незалежних змінних, наприклад, параметрів зовнішнього середовища на трасі переходу.

Залежність y_s від x_i носить стохастический характер, тому що кожному значенню x_i відповідає деяка сукупність значень y_s.

Дослідження підтверджують, що в технології збереженого перевезення вантажів морем визначальну роль грають масообмінні процеси, які протікають у штабелі вантажу у взаємозв'язку з параметрами МК. Особливо вони яскраво проявляються під час перевезення гігроскопічних режимних вантажів.

Масообмінний процес у штабелі характеризується наявністю двох фаз вологопереносу. Спочатку вологоперенос здійснюється в межах однієї фази (внутрішній перенос), потім волога пересікає поверхню розділу фаз (зовнішній перенос) і поширюється в межах другої фази, тобто в міжвантажному повітряному просторі.

В середині кожної фази волога переноситься, головним чином, молекулярною дифузією і конвективним переносом, рушійною силою є різниця температур, тисків, концентрацій, а швидкість протікання процесів масопереносу пропорційна рушійній силі. Кількість речовини М, яка переходить в межах однієї фази до границь їх розділення через поверхню F визначається законом Фика

М = k_d ∙ F ∙ ∆C ∙ τ. (10.28)

Сумарний масоперенос до границі (або від неї) визначається рівнянням масопереносу

М = β_м ∙ F ∙ (C_г – С_в) ∙ τ, (10.29)

де k_d — коефіцієнт дифузії; F - площа поверхні розділення фаз; ∆С — рушійна сила (градієнт температури, вологості, концентрацій і т.д.); β_м — коефіцієнт масопередачі; C_г, С_в — концентрація потоку на границі розділу фаз і усередині масиву вантажу; τ - час протікання процесу масопереносу.

Через те що основною технологічною метою процесу вентилювання трюмів суден є забезпечення необхідного раціонального режиму перевезення вантажів (що перебувають на борту), то вибір керуючих впливів і керованих параметрів є однією з основних завдань, що має бути вирішуватися судноводієм в рейсі.

Кінетику видалення вологи можна представити у вигляді

W = W_р – (W_н – W_р)exp(-a + b/2τ)∙ τ, (10.36)

де W, W_р, W_н — поточна, рівноважна і початкова вологість вантажу;

a, b — коефіцієнти характеризуючи зв'язок вологи у вантажі;

τ - тривалість вентилювання.

Оскільки рівноважна вологість вантажу є функцією температури t_н і відносної вологості φ_н зовнішнього повітря, то використовуючи позначення

W_ун = W_н – W_р (10.37)

W_у = W – W_р (10.38)

кінетику видалення надлишкової вологи представимо у вигляді

W_у = W_ун exp – {k(t,φ)(a + b/2τ)∙ τ}, (10.39)

де k(t,φ) – коефіцієнт, що характеризує режим, видалення вологи, є функцією температури і вологості вентиляційного повітря;

(a + b/2τ)∙ τ - зв'язок вологи з вантажними місцями.

Обидві ці характеристики для кожного конкретного вантажу встановлюються експериментальним шляхом, вважаючи, що нам відомі криві сорбції і десорбції. Представляючи рівняння в диференціальній формі, одержуємо математичну модель кінетики видалення вологи із трюму при транспортуванні гігроскопічних вантажів,

Рішення вище наведених рівнянь дозволить розробити рекомендації перевізникові по раціональному застосуванню вентиляційної системи (ВС)портового складу або вантажних приміщень судна.

Тепловий баланс вантажного приміщення судна під час перевезення вантажів у

режимах герметизації і вентилювання

Теоретичні і лабораторні дослідження, а також натурні спостереження, виконані на т/х «Джузеппе ді Вітторіо» у рейсі Чорне море - порти СРВ (липень- жовтень 1976 року), т/х «Микола Огарьов» - рейс Чорне море - порти Республіка Куба (серпень - вересень 1978 року) дозволяють виділити у вантажних приміщеннях кілька характерних зон.

Зона «а» – у цій зоні масиву вантажу відбувається накопичення тепла і вологи внаслідок біологічних, біохімічних процесів, що проходять у результаті життєдіяльності мікроорганізмів, якщо перевозяться вантажі рослинного походження, або як результат прояву фізико-хімічних властивостей вантажів, які транспортуються, і термодинамічних закономірностей. Волога асимілюється повітрям, що перебуває в міжвантажному просторі, а при досягненні його насичення осідає на поверхні вантажу або його тари і упаковки у вигляді тонкої плівки. Після досягнення повного насичення повітря, перенос вологи з поверхні вантажних місць практично припиняється.

Зона «б» – це поверхневий шар масиву вантажу, як підтверджують натурні заміри, приблизно 0,6 – 0,9 м, в окремих випадках він досягає 1,3 м, у якому вологовиділення і тепломасоперенос відбувається постійно, у результаті контактного повітрообміну з повітряним середовищем підпалубного простору.

Верхня зона - це повітряний простір вантажного приміщення, що перебуває між палубою і поверхнею штабеля вантажу. Тут тепломасоперенос відбувається внаслідок взаємодії параметрів вантажу і температурно-вологих полів, які формуються біля поверхонь огородження трюмів (палуба, борти, перегородки і т.д.)

Для того, щоб попередити або звести до мінімуму псування вантажів від подмочки і відпрівання, судноводій повинен мати уяву про тепловологий баланс вантажних приміщень при транспортуванні цих вантажів у режимах вентилювання і без вентилювання.

А. Режим вентилювання

Для розглянутого випадку система рівнянь має вигляд:

– рівняння теплового балансу всього вантажного приміщення

(10.41)

– об’єм «а» масиву вантажу

(10.42)

– об’єм «б» масиву вантажу

(10.43)

– поверхні огородження вантажного приміщення

(10.44)

– верхня зона

(10.45)

– рівняння вологового балансу вантажного приміщення

(10.46)

– штабеля вантажу

(10.47)

– верхньої зони

(10.48)

– рівняння збереження маси по повітрю

(10.49)

де – теплопритоки від вентиляторів ВС; – витрата тепла на нагрівання зовнішнього повітря до температури верхньої зони; – витрата тепла на нагрівання повітрям вантажу в об’ємах зон «а» і «б»; – витрата тепла на нагрівання повітря в міжвантажному просторі зон «а» і «б»; – тепло, внесене у верхню зону вихідним з штабеля вантажу повітрям; – тепло, що витрачається на випар вологи з вантажу в зонах «а» і «б»; – конвективні теплові потоки; – променисті теплові потоки; – теплові потоки через поверхні, що обгороджують (палубу, борти, перегородки, днище і ін.); – тепловий потік від джерела тепла у верхній зоні, якщо такий є; – тепло, що витрачається на випар вологи з поверхні вантажу; – тепло, виділюване вантажем в об’ємах зон «а» і «б»; – витрата тепла на нагрівання вантажу в зонах «а» і «б»; – тепло і волога, акумульоване повітрям верхньої зони; – волога сконденсована на поверхнях, що обгороджують; - вологовміст у зонах «а» і «б» ; - волога, що надходить у верхню зону з вентиляційним повітрям, яке пройшло через вантаж; - волога, що надходить із вентиляційним повітрям у верхню зону; - об’єм зовнішнього (забортного) і внутрішнього (рециркуляційного) повітря, що надходить у систему вентиляції; – об’єм змішаного повітря; – об’єм вихідного повітря; – об'ємна маса зовнішнього, внутрішнього змішаного і вихідного повітря; – площа поверхні масиву вантажу; – площа поверхонь, що обгороджують трюм.

Розглядаючи енергетичний баланс вантажних приміщень судна при транспортуванні гігроскопічних тарноупакованих вантажів у режимі вентилювання перевізникові необхідно пам'ятати:

• при наявності на поверхні вантажу краплинно-рідкої вологи (конденсату) і незначному вологовмісті вентиляційного повітря, останнє, проходячи через вантаж, воложиться майже до повного насичення і подальший процес вентилювання проходить при постійному значенні його відносної вологості, рівному приблизно 100%;

• після видалення з поверхні вантажу краплинно-рідкої вологи, вентиляційне повітря воложиться тільки за рахунок вологи, виділюваної вантажем. При цьому, воно воложиться на порядок менше, чим в першому випадку, внаслідок чого вентиляційне повітря може і не досягати стану, близького до насичення.

Б. Режим герметизації

Система рівнянь запишеться у вигляді:

- рівняння теплового балансу об’єму «а» масиву вантажу

(10.50)

- об’єму «б»

(10.51)

- верхньої зони

(10.52)

- на внутрішній поверхні верхньої зони

(10.53)

- рівняння вологого балансу

(10.54)

тут – площа поверхні вантажу в трюмі, твіндеку; – площа палуби; – площа сонячного і тіньового бортів, подвійного дна; – теплові потоки через палубу, борти, подвійне дно; – конвективні потоки, променисті потоки від палуби, бортів, вантажу; – тепло, затрачене на випар вологи з поверхні вантажу; – тепло, виділене вантажем в об’ємах «а» і «б»; – тепло, що витрачається на нагрівання вантажу в об’ємах зон «а» і «б» ( у випадку охолодження вантажу в розрахункові формули підставляються зі знаком «–»; – тепло, акумульоване повітрям верхньої зони; – кількість вологи, що випаровується з поверхні вантажу; - волога, яка асимілювалась повітрям верхньої зони.

Технічні засоби вентилювання і регулювання мікроклімату вантажних

приміщень

За ступенем устаткуваня технічними засобами вентилювання трюмів морські судна діляться на три групи:

• які мають природно-примусову систему вентилювання;

• обладнані механічною системою вентилювання;

• обладнані системою кондиціонування повітря у вантажних приміщеннях.

На суднах, обладнаних природно-примусовою вентиляційною системою, повітря в трюми і твіндеки подається через систему дефлекторів і повітряводів. Останні виконані у вигляді системи телескопічних труб, а дефлектори - у формі розтруба, витяжної іжекційнної головки, кульової незаливаємої головки і інших різних конструкцій.

Самий продуктивний дефлектор - типу розтруба, але він дуже чутливий до зміни напрямку вітру. Продуктивність інших конструкцій розтрубів менша, але вони менш чутливі до напрямку вітру, і це вигідно відрізняє їх, оскільки немає необхідності розвертати головки вентиляторів при зміні напрямку вітру або курсу руху судна.

Залежно від сили і швидкості вітру, а також від курсу руху судна, на палубі виникають різні аеродинамічні зони. При зустрічному вітрі на передній палубі в районі бака виникає зона розрідження, біля лобової надбудови - зона підпору. На кормовій палубі зона розрідження виникає безпосередньо за надбудовою судна, а підпір повітря біля вентиляторів, розташованих ближче до корми. Дефлектори вентиляторів носових трюмів встановлюють: носові - на вітер; кормові - проти вітру. На кормових трюмах вентилятори біля надбудови встановлюють на вітер, а вентилятори, розташовані біля кормової перегородки трюмів, проти вітру. Під впливом градієнта тисків у трюмі повітря природно рухається від кормової перегородки до носової і виходить через «витяжний» вентилятор.

При нагонному вітрі, коли потік повітряних мас збігається з напрямком руху судна, структура аеродинамічних зон не міняється, тому положення розтрубів вентиляторів залишається без зміни.

Природно-примусова вентиляційна система забезпечує від 0,3 до 3 обмінів повітря за годину, причому вентилювання носових трюмів більш ефективно, оскільки швидкість руху потоку повітря в носових трюмах приблизно в 2 рази більше, ніж у кормових. Цю обставину необхідно враховувати при складанні вантажного плану.

Об’єм поступаючого в трюм повітря може бути обчислений по формулі

V = SV, (10.75)

де S – площа пересіку вентиляційного каналу, м²;

V – швидкість потоку повітря, м/с.

Судна з механічною вентиляційною системою обладнуються системою повітря розподілення і електромоторами. Повітророзподілення забезпечується системою повітряних каналів (повітроводів), по яких повітря може подаватися в різні місця вантажних приміщень і відводитися з них. Система повітророзподілення має велике значення, оскільки вона повинна забезпечувати аерацію всіх елементарних об’ємів трюму.

Конструктивно система повітроводів може бути виконана таким чином:

• повітроводи, через які подається повітря в трюм, розташовані на одній перегородці, а відвідні - на протилежній, при цьому вони можуть бути простими або мати розгалуження;

• повітроводи, що подають повітря в трюм, розташовуються під палубою уздовж одного борта, а відвідні - під палубою протилежного борта;

• повітроводи, через які подається вентиляційне повітря, розташовані під палубою уздовж бортів, а відвідні - на перегородках і ін.

Як показали дослідження, які були виконані на кафедрі «Морські перевезення» ОНМА, конструктивне виконання системи вентилювання трюмів впливає на якісну сторону аерації трюмів.

Подача повітря в трюм судна забезпечується вентиляторами, продуктивність яких залежить від заданої кратності обміну повітря. Для звичайних універсальних суховантажних суден вентиляційна система трюмів проектується на 5 - 7 обмінів повітря за годину, а на суднах, які перевозять фрукти, овочі і інші специфічні вантажі, вона проектується, виходячи з розрахунку забезпечення 15 - 20-кратного обміну повітря за годину.

Вентилятори, залежно від їхньої конструкції, працюють у витяжному або нагнітальному режимах. Іноді встановлюють реверсивні вентилятори, які можуть працювати як у витяжному, так і у нагнітальному режимах.

Механічна вентиляційна система спеціалізованих суден може мати свої конструктивні особливості.

Система кондиціонування повітря (СКП) дозволяє робити обробку подаваного в трюм повітря - сушіння, зволоження, підігрів або його охолодження. СКП можуть робити обробку зовнішнього і трюмного повітря. Вони підрозділяються: за видом тепловологої обробки повітря (охолодження, охолодження з підсушенням, підігрів, зволоження); за способом тепловологої обробки повітря (осушення сорбентами або за допомогою холодильних машин); за конструкцією обладнання для тепловологої обробки повітря (тверді або рідкі сорбенти й охолоджувачі з безпосереднім випаром вологи); за складом оброблюваного повітря на прямоточну, обробку тільки зовнішнього повітря, замкнуту, працюючу без введення зовнішнього повітря, з'єднану, яка обробляє суміш зовнішнього повітря, взятого з вантажних приміщень.

Крім того, СКП можуть бути центральними (підсушене повітря розподіляється по декількох вантажних приміщеннях) і автономними (окрема установка для кожного вантажного приміщення).

З а п и т а н н я д л я с а м о к о н т р о л ю

1. Чому дорівнює барометричний тиск атмосферного повітря?

2. Що називається вологовмістом повітря?

3. Що називається температурою точки роси?

4. Що називається мікрокліматом вантажного приміщення?

5. Як формується мікроклімат трюма при плаванні судна в одній кліматичні зоні?

6. Які процеси відбуваються в трюмі судна при його плаванні “Південь – Північ”?

7. Які процеси відбуваються в трюмі судна при його плаванні “Північ – Південь”?

8. Які існують рекомендації по визначенню необхідності вентилювання портових складів та вантажних приміщень судна?

9. Якими положеннями необхідно керуватись при рішенні задачі доцільності вентилювання складів та трюмів?

10. Що таке параметрична схема процесу формування раціонального стану мікроклімату складу та трюмів?

11. Які характерні зони формуються в трюмі судна при його плаванні в різних кліматичних умовах?

12. Як можна записати рівняння енергетичного балансу вантажного приміщення судна?

13. Як розраховується температурне поле штабеля вантажу, який знаходиться в трюмі при перевезенні в режимі герметизації?

14. Які існують системи вентилювання трюмів?

15. Як конструктивно розміщуються вентиляційні канали в трюмі судна?

16. Як можна відобразити багатостадійний процес формування раціонального термовологового стану мікроклімату трюмів та вантажів?