Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Эксплуатация судовых энергетических установок»
жүктеу/скачать 1.87 Mb.
|
| 6.3 Зонный метод расчета изоляции
Расчет изоляции сводится к определению тепловых потоков, проникающих через изолированные стенки охлаждаемого помещения. Основным расчетным выражением является известная из курса теплотехники формула теплопередачи
где Ф – передаваемый тепловой поток, Вт; к – коэффициент теплопередачи, Вт/м2К; А – площадь теплопередающей поверхности, м2. Основные сложности при использовании формулы заключается в определении коэффициента теплопередачи, который для однородной пластины
где αн ,αвн – коэффициенты теплопередачи от наружной и внутренней поверхностей стенки к окружающим их средам. δ – болщина стенки; λ – коэффициент теплопроводности материала стенки. Изоляционная конструкция представляет собой многослойную стенку (стальной лист обшивки корпуса, изоляционный слой, зашивка, гидроизоляционный слой) с коэффициентами теплопроводности слоев, отличающихся друг от друга в десятки и сотни раз. Кроме того, изоляционный слой, как правило, прорезан обрешетником и элементами судового набора (холостыми и рамными шпангоутами, стрингерами и пр.), которые имеют сложную конфигурацию. Поэтому тепловые потери распределяются в этих конструкциях неравномерно, а концентрируются в районах наименьшего термического сопротивления. Существует несколько методик расчета тепловой изоляции, рассмотрим наиболее простой, так называемый зонный метод расчета, который чаще всего применяется для конструкций, не прорезаемых судовым набором. Схема изоляции конструкции показана на рисунке. Рисунок 6.2 - Модель для расчета изоляции зонным методом Конструкция состоит металлического листа М толщиной δм, Изоляционного слоя ИСЧ толщиной δи, брусков обрешетника БО, толщиной δ0 , и деревянной зашивки З, толщиной δз. Бруски обрешетникарасположены с шагом S. Пусть температура стенки со стороны стального листабудет равной tн и коэффициент теплоотдачи этой стенки соответственно αн, а со стороны зашивки соответственно tвн, αвн. Условно разделим конструкцию на 2-е зоны с шириной равной толщине бруска и зона II – с шириной S – C, где С – ширина бруска. Коэффициент теплоотдачи для первой зоны:
для второй зоны
Если пренебречь термическим сопротивлением теплоотдачи и , Которые малы по сравнению с термическим сопротивлением теплопроводности дерева и изоляции - и не учитывать термическое сопротивление теплопроводности стальной обшивки , по той же причине, то тепловой поток, проходящий через площадь первой зоны будет равен
А через площадь второй зоны
Среднее значение коэффициента теплопередачи для всей изоляционной конструкции
Расхождение расчетных данных по этому методу с опытными данными составляет 1…5%. Объясняется это тем, что в действительности линии теплового тока не параллельны и искревлены, так как частично тепловой поток передается через боковые поверхности брусков. Ошибку устраняют введением поправочного коэффициента γ, который определяется по формуле
где λмах , λмин – наибольшее и наименьшее значение коэффициентов теплопроводности среди основных материалов, входящих в конструкцию. 6.4 Метод электротепловой аналогии Систематизированные и обобщенные решения задач теплопроводности для судовой изоляции получены методом электротепловой аналогии (ЭТА), позволяющим определять коэффициенты теплопередачи k и строить тепловые сетки. Тепловой называется ортогональная сетка образуемая семействами изотермических линий и линий тепловых потоков. Эти сетки дают картины строения полей температур и тепловых потоков. Их необходимо знать для разработки приближенных методов определения коэффициентов теплопередачи по зонам тепловых потоков. Электроизмерительные установки метода ЭТА по существу представляют собой аналоговые вычислительные устройства – электроинтеграторы. Численное значение k можно также определить методом конечных разностей или элементов на ЭВМ. Однако ЭВМ не дает обобщенных зависимостей k от размеров изоляционных конструкций, коэффициентов теплопроводности λ входящих в них материалов и т.д. Поэтому более точные значения k целесообразно вычислять на ЭВМ лишь для новых изоляционных конструкций, неисследованных методом ЭТА. Для типовых изоляционных конструкций наиболее удобны систематизированные и обобщенные аналоговые решения. Выявления аналогии. Процессы, описываемые математическими уравнениями одинаковой структуры, называются аналогичными. Явления тепло и электропроводности подчиняется законам Фурье и Ома:
где dФ – элементарный тепловой поток, проходящий в направлении нормали через элементарную площадь , расположенную на изотермической поверхности, Вт; - температурный градиент, 0С/м; nT – нормаль к изотермической поверхности, м; В – длина изоляционной конструкции вдоль оси zT , м; dlT – элементарная длина изотермической линии в плоскости XTYT , м; dI – сила тока, проходящая через элементарную площадку δиdlэ, расположенную на изопотенциальной поверхности, А; ρи – удельное электрическое сопротивление материала модели, Ом·м; - градиент электрического потенциала, в/м; nэ – нормаль к изопотенциальной поверхности, м; δи – толщина электрической модели, м; dlэ- элементарная длина изопотенциальной линии в плоскости xэyэ , м. индексом «т» отмечены величины, относящиеся к температурному полю, а индексом «э» - к электрическому. Распределение температур t в стационарном двухмерном поле, а также потенциалов и в электрическом поле описывается дифференциальным уравнением Лапласа (уравнение в частных производных второго порядка эллиптического типа):
где - гармоническая температурная функция координат, удовлетворяющая уравнению Лапласа; гармоническая потенциальная функция координат; хт , ут и хэ , уэ координаты температурного и электрического полей. Основные законы тепло-и электропроводности (6.9), (6.10) и дифференциальные уравнения (6.11), (6.12) имеют одинаковую структуру. Это обстоятельство и позволяет провести математическую аналогию между явлениями тепло- и электропроводности. Сила тока I является аналогом Q, и – аналогом t , а удельная электропроводность 1/ρ – аналогом λ. жүктеу/скачать 1.87 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|