double arrow

Основные понятия о тепловом поле корабля


Мы остановимся в этом параграфе только на знакомстве с тепловым полем корпуса корабля.

Основной физической величиной, определяющей тепловые процессы, является температура. Расчет температурных полей корпусных конструкций корабля представляется сложной задачей, связанной со значительными размерами корпуса корабля, разнообразием его геометрических форм, с существенными различиями в условиях теплообмена различных поверхностей корпуса. Эти сложности определили необходимость рационального упрощения задачи путем сведения ее к определению стационарных температурных полей типовых элементов, выделенных по одному из каждой группы корпусных конструкций с однообразными условиями теплообмена, таких как:

1. Конструкции, находящиеся со всех сторон в атмосферном воздухе (комингсы люков, грузовые палубные устройства и др.);

2. Конструкции, внешние поверхности которых находятся на открытом воздухе, а внутренние контактируют с атмосферой корабельных помещений (надстройки и надводная часть корпуса корабля);

3. Конструкции, омываемые с наружной стороны забортной водой, а с внутренней – воздухом помещений (определенные поверхности подводной части корпуса корабля);

4. Конструкции, омываемые как с наружной, так и с внутренней стороны жидкой средой;

5. Конструкции, расположенные в районе ватерлинии корабля и взаимодействующие одновременно с атмосферным воздухом, забортной водой и воздухом внутренних помещений.

Полученные результаты расчета температурных полей распространяются на все конструкции соответствующих групп.

В расчете условия теплообмена принимаются постоянными, поскольку интенсивность его зависит от температуры воздуха и скорости ветра, время изменения которых измеряется часами Температурные поля конструкций, в связи с высокой теплопроводностью металла, принимаются стационарными.

В качестве расчетных типовых конструкций групп принимаются близкие им по геометрической форме элементы, для которых решения задачи теплопроводности известны:

· неограниченная пластина;

· неограниченный полый цилиндр;

· стержень полу бесконечной длины с теплоизоляцией на боковых поверхностях (или без нее).

Характерные особенности этих задач видны из рассмотрения решения ее для неограниченной многослойной пластины, приведенной на рис. 28.

Температуры на наружной и внутренней поверхностях многослойной пластины определяются соотношениями:

где плотность теплового потока :

где – температура наружной среды; – температура внутренней среды; – температура наружной поверхности многослойной пластины; – температура внутренней, поверхности многослойной пластины; – толщина слоя пластины; – коэффициент теплопроводности материалах ко слоя пластины; – число слоев пластины; , – температуры промежуточных поверхностей пластины; – коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности пластины; – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности пластины .

Исходные данные для расчета дают материалы проекта и характеристики районов плавания корабля, зависящие от времени года и других причин.

Проектная документация дает нам характеристики конструкционных материалов и температурного состояния внутренних помещений. Например:

· корпус корабля изготовлен из судостроительной стали с коэффициентом теплопроводности ,

· теплоизоляция применена марки АТИМС с коэффициентом теплопроводности ,

· температура воздуха во внутренних помещениях и ;

· скорость движения среды во внутренних помещениях принимается либо по нормативным документам, либо (как это делается в строительной теплотехнике) задаются величиной коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности конструкций; для воздушной среды

Для характеристики района плавания корабля примем зимние условия Арктики:

· температура атмосферного воздуха ;

· температура забортной веды ;

· скорость ветра 20 м/с;

· скорость движения забортной воды 2,5 м/с.

Для решения задачи необходимо определить также значения коэффициентов теплоотдачи и (для воздушной среды значение коэффициента дано выше; для других сред требуется его определение). Аналитические зависимости для определения величин этих коэффициентов отсут­ствуют.

Перенос тепла на границе между твердой стенкой и жидкой или газообразной средой осуществляется, в основном, путем конвекции, отличающейся сложной физической картиной. Поэтому значения вычисляются по эмпирическим формулам, полученным в результате обобщения экспериментального материала в критериальной форме (наиболее часто встречается критерий Рейнольдса – Re, Прандтля – Рг и Нуссельта –Nu).

Расчет, выполненный в соответствии с принятыми выше значениями, показал распределение температур на наружных и внутренних поверхностях корпусных конструкций корабля, при хорошем совпадении с экспериментальными данными, полученными во время испытаний теплохода «Михаил Кутузов».

Анализ температурных полей корпуса корабля позволяет сделать следующие выводы.

1. Распределение температуры по толщине обшивки всех металлических конструкций корпуса корабля близко к равномерному

2. Температура металлических конструкций, целиком находящихся на открытом воздухе, равна температуре окружающей среды.

3. Температура металлической обшивки корпуса, имеющей теплоизоляцию с внутренней стороны, практически совпадает с температурой атмосферного воздуха,

4. Температура металлической обшивки корпуса, не имеющей теплоизоляции, зависит от соотношения коэффициентов теплоотдачи на наружной и внутренней поверхностях. Для нашей задачи она будет на выше температуры наружного воздуха.

5. Обшивка корпуса, расположенная ниже ватерлинии, имеет температуру забортной воды,

6. Температурные поля бортовых конструкций корпуса корабля оказывают влияние на термическое состояние палуб на расстояниях до 1 м.


Сейчас читают про: