Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы нестационарного теплопереноса в ограждающих конструкциях 7
1.1. История развития моделирования и расчета процессов тепломасопереноса в ограждающих конструкциях 7
1.2. Теплообменные и массообменные характеристики тепломасопереноса 14
1.3. Ячеечные модели и их использование в описании процессов переноса 30
1.4. Постановка задачи исследования 36
2. Разработка и исследование ячеечной модели нестационарного тсплоперсноса 37
2.1. Структура ячеечной модели и ее основные операторы 37
2.2. Описание внешнего теплообмена 47
2.3. Расчетные исследования тепловых потоков при нестационарных параметрах окружающей среды 53
3. Разработка и исследование совместного тепло- и влагопереноса 65
3.1. Алгоритм поиска коэффициентов тепло- и паропроводности 66
3.2. Основные операторы ячеечной модели совместного тепловлагопереноса 70
3.3. Расчетные исследования параметров модели нестационарного тепловлагопереноса 76
4. Экспериментальная проверка модели и ее практическое применение 86
4.1. Процесс термовлажностной обработки конструкций 86
4.1.1. Изготовление образцов
4.1.2. Аппаратура и оборудование
4.1.3. Подготовка к испытанию
4.1.4. Проведение испытаний
4.1.5. Обработка результатов
4.2. Моделирование нестационарных процессов в железобетонной панели при автоклавной обработке 91
4.3. Сведения о практической реализации результатов 106
Основные результаты диссертации 107
Список использованных источников 108
Приложения 122
- Теплообменные и массообменные характеристики тепломасопереноса
- Описание внешнего теплообмена
- Основные операторы ячеечной модели совместного тепловлагопереноса
- Моделирование нестационарных процессов в железобетонной панели при автоклавной обработке
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Современное состояние развития народного хозяйства характеризуется все возрастающей ролью задач энергосбережения. В строительной и смежных отраслях промышленности одним из основных направлений решения этой задачи является адекватный учет и прогнозирование тепловлажностного режима ограждающих строительных конструкций при их производстве и эксплуатации. Характерной особенностью этого режима является то, что как при производстве (например, при сушке стеновых панелей), так и при эксплуатации в составе строительных сооружений параметры окружающей среды не являются постоянными во времени. В сочетании с тем, что теп-лофизические свойства материалов, из которых выполнены стеновые конструкции, сами в значительной степени зависят от температуры и влажности материала, которые не одинаковы в разных точках стены, а при переходном процессе и во времени (через зависимость от температуры и влажности, которые меняются), эти обстоятельства делают задачу прогнозирования переменного тепловлажностного режима стены очень сложной, а ее более или менее детальное экспериментальное исследование практически нереальным из-за большого числа параметров задачи.
Эффективным инструментом решения этой задачи, имеющей важное прикладное значение в строительстве, является математическое моделирование этого процесса на основе уравнений тепломассопереноса. Однако, поскольку его содержанием является нелинейный тепломассоперенос при нестационарных граничных условиях, рассчитывать на использование или получение аналитических решений этих уравнений не приходится. Вместе с тем, для того, чтобы достоверно прогнозировать процессы производства и эксплуатации стеновых панелей, нужны именно такие модели, которые учитывали бы все реальные условия протекания процесса. Одновременно эти модели должны допускать их трансформацию в относительно простой и понятный инженерный метод расчета, сопровождающийся средствами компьютерной поддержки. Таким образом, разработка математических моделей и базирующихся на них методов инженерного расчета, позволяющих прогнозировать реальный тепло-влажностный режим стеновых конструкций при их производстве и эксплуатации при переменных условиях окружающей среды, является актуальной научной и практической задачей.
Все отмеченное и определило цель настоящей работы, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 - А118 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и тематическим планом НИР ГОУВПО «ИГХТУ».
Цель работы состояла в повышении достоверности расчетов тепловлажностного режима стеновых конструкций в условиях переменности тепловлажностного состояния окружающей среды для разработки энергосберегающих мероприятий при их производстве и эксплуатации.
С.-Петерб>рі
ОЭ 200^1--^
Научная новизна - результатов работы заключается в следующем.
-
Разработана ячеечная модель нелинейной теплопередачи через плоскую стенку при нестационарных граничных условиях третьего рода и на ее основе выполнены расчетные исследования по связи теплового потока с изменением температуры окружающей среды.
-
Выполнена аппроксимация зависимостей теплофизических характеристик, характеризующих тепло и влагоперенос, от температуры и влажности для ряда материалов. Показано, что в реальном диапазоне изменения температуры и влажности эти зависимости достаточно существенны и их игнорирование может вносить значительные погрешности в расчетные оценки тепловых потоков.
-
Разработана ячеечная модель совмещенного нелинейного тепло-влагопереноса при переменных параметрах окружающей среды и на ее основе выполнены численные эксперименты, показывающие связь тепловых потоков и потоков влаги с меняющимися условиями на границах.
-
На основе ячеечной модели совмещенного нелинейного тепло-влагопереноса разработана математическая модель сушки стеновой панели в сушильной камере и выполнена ее экспериментальная проверка, подтвердившая адекватность и хорошие прогностические возможности модели.
Практическая ценность результатов работы состоит в следующем.
-
На основе разработанных моделей предложен инженерный метод расчета тепловых потоков через стенки с нелинейными характеристиками тепло-влагопереноса при переменных условиях в окружающей среде, а также программно-алгоритмическое обеспечение метода.
-
Предложен усовершенствованный инженерный метод расчета сушки стеновых панелей в сушильных камерах, а также программно-алгоритмическое обеспечение метода.
3 Разработанные методы расчета и их программно-алгоритмическое обеспечение, а также конкретные рекомендации по энергосбережению при сушке стеновых панелей в сушильных камерах приняты к внедрению на ОАО «Ивановская домостроительная компания».
Автор защищает:
-
Ячеечную математическую модель теплопередачи через плоскую стенку с нелинейной теплопроводностью при нестационарных граничных условиях третьего рода и результаты выполненных по ней численных экспериментов.
-
Ячеечную математическую модель совмещенного нелинейного тепло- и влагопереноса через плоскую стенку при переменном тепловлажностном состоянии окружающей среды и результаты численных экспериментов с этой моделью.
-
Математическую модель сушки стеновых панелей в сушильной камере и результаты ее экспериментальной проверки.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы были доложены, обсуждены и получили одобрение на VII Международной конференции «Теоретические и экспериментальные основы создания новых высокоэффективных процессов и оборудования», Иваново, 2005, а также на научно-технических семинарах кафедры экономики и финансов ИГХТУ и кафедры прикладной математики ИГЭУ.
Публикации По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка использованных источников (158 наименований) и приложения.
Теплообменные и массообменные характеристики тепломасопереноса
Основной закон теплопроводности может быть сформулирован так: плотность теплового потока прямо пропорциональна напряженности температурного поля, или плотность теплового потока прямо пропорциональна градиенту температуры, то есть q = XqE = -XqgradT = -Xq T = -Xq\n -, (1.3.1) где Xq - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности равен количеству тепла, протекающему в единицу времени через единицу поверхности при перепаде температуры на единицу длины нормали, равном одному градусу. Xq измеряется в Втім-К или Ккал/м-ч-К. Коэффициент теплопроводности является физической характеристикой тела в отношении его способности к теплопроводности.
Теплопроводность в газах и парах в значительной мере обусловлена молекулярным переносом кинетической энергии движения молекул, поэтому коэффициенты Xq для газов и паров малы. В жидкостях перенос тепла теплопроводностью происходит по типу распространения продольных звуковых колебаний , поэтому коэффициент Xq для жидкостей больше чем для газов. В металлах перенос тепла теплопроводностью в значительной мере определяется переносом энергии свободными электронами [3].
Передача тепла в капиллярно-пористых телах, к которым относятся практически все строительные материалы, в основном происходит путем молекулярной теплопроводности через скелет тела и внутрипородное связанное вещество (пар, газ, жидкость). Различия в коэффициенте Xq разнообразных неоднородных материалов объясняется эффектом пористости. Существует много работ, посвященных исследованию зависимости коэффициента теплопроводности от пористости тела. Обзор работ по теплофизическим характеристикам дан в работе А.Ф. Чудновского [52]. Химико-минералогическая природа твердого скелета капиллярно-пористого тела почти не влияет на коэффициент теплопроводности. Решающее влияние на величину Хд оказывает форма связи влаги со скелетом тела. Для коллоидных капиллярно-пористых тел с наличием осмотической формы связи влаги кривая Xq=f[n) имеет max, что объясняется влиянием массопереноса на коэффициент теплопроводности.
Коэффициент теплопроводности зависит от температуры. Для многих металлов Xq уменьшается с ростом температуры по линейному закону. Для газов этот коэффициент увеличивается с повышением температуры и от давления практически не зависит, за исключением очень высоких (более 2000 атм.) и очень низких (менее 10 мм рт.ст.). Коэффициент теплопроводности жидкостей лежит в пределах от 0,093 до 0,7 Вт/м-К. С повышением температуры для большинства жидкостей Хд уменьшается, исключение составляют вода и глицерин [3]. Но при большой влажности, близкой к влажности намокания, Xq большинства материалов не зависит от температуры [48]. Коэффициент теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов изменяется в пределах от 0,0233 до 2,8 Вт/м-К, с повышением температуры он увеличивается примерно но линейному закону. Материалы с низким значением Xq (Xq 0,23 Вт/м-К) относятся к теплоизоляционным [3]. В интервале температур от 30 до 75С коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов изменяется незначительно. При увеличении температуры свыше 75С происходит заметное увеличение X за счет лучистого теплообмена в порах тела. Для теплоизоляционных материалов В.И. Дубницким [98] получено соотношение для коэффициента теплообмена, учитывающее его изменение от температуры и влагосодержапия: Xq = Хо + At-we b", где Х0 - коэффициент теплопроводности абсолютно сухого тела при 0С, А и Ъ - постоянные, определяемые из опыта, и - влагосодержание те-ла[1].
Для капиллярно-пористых тел коэффициент температуропроводности или диффузии тепла с увеличением влагосодержания увеличивается, а затем уменьшается, так что кривая aq(u) имеет максимум. Этот максимум соответствует переходу от одной формы связи влаги к другой. Исследованиями М.Ф. Казанского и его учеников было установлено существование ряда особых точек на кривых Xg{ii) и aq{n), отражающих состояние капиллярной влаги в пористом теле. В частности, на основе анализа Xq(ii) и aq(u) можно установить границы адсорбционной влаги, капиллярной влаги стыкового и канатного состояний, а также максимальное гигроскопическое влагосодержание. Таким образом, исследование по зависимости переносных коэффициентов (Лд, ая) влажных капиллярно-пористых тел от влагосодержания дает возможность установить формы связи влаги с влажными телами, что является новым методом физико-химического анализа влажных материалов.
Коэффициент массонроводиости. По аналогии с другими явлениями переноса можно предположить, что плотность потока вещества, то есть масса вещества, переносимая в единицу времени через единицу изопотенциальной поверхности, прямо пропорциональна градиенту потенциала.
Коэффициент потенциалопроводности. Основной коэффициент массопереноса — коэффициент потенциалопроводности ат определяют из экспериментальных исследований для каждого конкретного материала. Он был впервые введен в работах Я.Н. Миниовича, И.И. Палеева и А.А. Шумилина в 1931-1932 годах. Коэффициент потенциалопроводности входящий в закон влагопроводности (1.3.6), еще называют коэффициентом влагопроводности, но так как он равен отношению коэффициента влагопере-носа к объемной массоемкости, поэтому коэффициент ат удобнее называть коэффициентом потенциалопроводности, сохраняя название коэффициента влагопроводности (массопроводности) за коэффициентом Хт. Благодаря этому будет наблюдаться полная аналогия между переносом вещества и тепла [48].
Коэффициент ат \м 1час\ является сложной функцией и и t, отличающейся для различных материалов. Непрерывное увеличение ат с ростом вла-госодержания типичных капиллярно-пористых тел характерно для переноса пара. Если массоперенос происходит в виде жидкости, то ат может возрастать или оставаться постоянным с повышением влагосодержания в зависимости от вида дифференциальной кривой распределения пор по радиусам. Для капиллярно-пористых и капиллярно-пористых коллоидных тел обычно с повышением влажности ат увеличивается (для одних материалов резко, для других - плавно). При больших влажностях он может продолжать увеличиваться, а может стать постоянным, что характерно для типичных капиллярно-пористых тел, в том числе и для большинства строительных материалов, или может уменьшаться (для древесины с увеличением влажности до 30% атуо. увеличивается, потом при изменении влажности от 30% до 105% уменьшается, и, наконец, опять резко растет при влажности выше 110%) [48]. Характер изменения ат при различных влагосодержаниях определяется формой связи влаги с телом и видом влагопереноса (перенос пара или жидкости).
С увеличением температуры коэффициент ат увеличивается. Коэффициенты ат и aq характеризуют свойства тела в отношении интенсивности развития полей потенциалов теплопереноса (температуры) и массо-переноса. Поэтому они могут быть названы коэффициентами потенциало-проводности теплопереноса (температуропроводности) aq и массоперепоса ат, что подтверждает полную аналогию между переносом массы связанного вещества (влаги) и тепла.
Коэффициент теплообмена. При аналитических исследованиях теплопередачи в твердых телах, обтекаемых потоками жидкости и газа, на границе между телом и жидкостью, как правило, рассматриваются граничные условия третьего рада. Они представляют собой условия пропорциональности теплового потока у стенки q{x,x) разности температуры стенки и некоторой характерной температуры набегающего потока (Тп - Г ,), причем вводится коэффициент пропорциональности aq(x,x), называемый коэффициентом теплообмена или теплоотдачи.
Это соотношение называют законом Ньютона. Коэффициент теплообмена определяют как теоретически (из решения уравнений пограничного слоя), так и экспериментально [57].
Граничное условие третьего рода может быть записано в несколько ином виде, который подразумевает задание температуры окружающей среды и закона теплообмена между окружающей средой и поверхностью тела при конвективном теплообмене с постоянным потоком тепла qn{x) = aq[tn(x) Таким образом, по закону Ньютона количество тепла, передаваемого в единицу времени с единицы поверхности тела в окружающую среду с температурой tc в процессе охлаждения (tn tc), прямо пропорционально разности температур между поверхностью тела и окружающей средой /с(т), которая в общем случае является функцией времени. Для процесса нагревания тела млжно написать аналогичные соотношения поменяв местами t„{x) и tc{i). Соотношение (1.3.6), строго говоря, справедливо лишь при постоянной температуре tn{x). Однако в большинстве случаев /„(т) изменяется вдоль поверхности тела, поэтому в случае конвективного теплообмена это соотношение можно принять в качестве граничного условия как расчетную схему первого приближения [57].
Описание внешнего теплообмена
В реальных условиях прогрева стенка не является теплоизолированной. На нее с внешней и с внутренней стороны оказывают существенное влияние условия окружающей среды. В этом случае путем теплоотдачи от среды к поверхности стенки (если температура поверхности стенки меньше температуры окружающей среды) передается тепловой поток, который затем распространяется внутрь стенки путем теплопроводности. В случае, когда температура поверхности стенки больше температуры окружающей среды, теплота наоборот от стенки уходит в окружающую среду. Поскольку в принятой ячеечной модели время перехода по определению настолько мало, что передача теплоты может осуществляться только к соседним ячейкам, будем считать, что тепло от окружающей среды за время перехода аккумулируется только в первой и последней ячейке. Пусть передача теплоты осуществляется путем теплоотдачи. При аі,2=0 дополнительное изменение температуры отсутствует, и модель остается моделью с теплоизолированными границами (граничные условия второго рода), при аід=1 температура окружающей среды как с внутренней, так и с внешней поверхности стенки всегда остается равной Tout и Tjn, то есть граничное условие переходит в условие первого рода. Устойчивость вычислительной процедуры и физический смысл модели требуют, чтобы 0 аі)2 1, что налагает дополнительные ограничения на выбор Дх и At.
Таким образом, процедура расчета состоит в использовании матричного равенства (2.5) с пересчетом после каждого перехода Т/ и Тт по формулам (2.11-2.12), что практически не влияет на продолжительность расчета.
Разработанная модель включает в себя весь спектр возможных граничных условий.
Примеры расчета прогрева однородной стенки, демонстрирующие работоспособность модели, а также позволяющие сделать некоторые практические выводы, представлены нарис.2.4, 2.5.
На рис.2.5 показан пример прогрева стенки с внешней поверхности при постоянной температуре Tout и теплоизолированной внутренней поверхности (на двухмерном (а) и трехмерном (б) графиках). Асимптотическое распределение температуры внутри стенки стремится к равномерному и равному температуре внешней среды Tout
На рис.2.6 показана эволюция распределения температуры для различных коэффициентов теплоотдачи при d=0.2. При d/an=20 (скорость распространения тепла внутри стенки значительно больше скорости его подвода на поверхности) прогрев происходит практически как единого целого (первый график), а распределение температуры по ячейкам почти равномерное во все моменты времени.
При практически равных d и ап (последний график) учет распределения температуры по ячейкам уже не может быть проигнорирован, так как оба процесса переноса тепла протекают с примерно одинаковой скоростью.
Из рис 2.5 также можно наблюдать недостаток переходов по времени (1000) для достижения температуры всех ячеек равной 1.
На рис.2.7 показана эволюция распределения температуры для различных коэффициентов температуропроводности при прогреве стенки как с внутренней (Tjn=l), так и с внешней стороны (Tout=l). Чем больше d (скорость распространения тепла возрастает), тем быстрее происходит прогрев стенки (четвертый график). При небольших d (первый график d=0.05) требуется большее, чем указано на графике число переходов (500), т.е. больший промежуток времени. На четвертом графике (d=0.2) прогрев происходит значительно быстрее (примерно за 300 переходов).
Основные операторы ячеечной модели совместного тепловлагопереноса
Рассмотрим плоскую однородную стенку. Пусть известна ее толщина L, необходимые теплофизические свойства, а также все описанные в первом параграфе этой главы зависимости - Це), Е(Т), о (ф) Разделим стенку на слои одинаковой толщины Ax=L/m (L - толщина стенки, m - количество слоев (ячеек)), как это было сделано во второй главе. Ячейки по-прежнему будем считать достаточно малыми для того, чтобы можно было принять распределение температуры и упругости водяного пара внутри каждой из них равномерным. Время разобьем на равные интервалы At. Пусть также известны начальное распределение температуры и пара внутри стенки, то есть известны вектор температур
Далее находим безразмерный массив из коэффициентов температуропроводности который схематично показан на рис. 3.4. (здесь и далее данные приведены для стенки из кирпичной кладки).
По известным массивам коэффициентов температуропроводности и паропроводности строим матрицы переходных вероятностей для изолированной стенки. В работе [14] показано, что для переменных теплофизических свойств матрицы переходных вероятностей должны строиться по следующим правилам Индекс і - указывает на переменность матриц Рт и Pv во времени, а различные нижние индексы у коэффициентов dT и dv - на различные значения этих коэффициентов в соседних слоях стенки.
В этой работе [14] показано, что именно такая структура матриц переходных вероятностей обеспечивает асимптотическое распределение Т и е, что соответствует реальной физике процесса. Кинетика процесса распространения теплоты и пара описывается следующими матричными равенствами где матрицы Рт и Pv пересчитываются после каждого перехода. В реальных условиях прогрева стенка не является изолированной. На нее с внешней и с внутренней стороны оказывают существенное влияние условия окружающей среды. Рассмотрим несколько основных вариантов. Первый случай. С внешней стороны (первый слой) стенка охлаждается и увлажняется (рис. 3.7.а).
Моделирование нестационарных процессов в железобетонной панели при автоклавной обработке
Термообработка является завершающей технологической операцией, направленной на ускорение твердения бетона и получение им необходимых свойств. Нормативной температурой среды твердения бетона считается 15-20С. Набор прочности происходит за двое суток, при отсутствии солей в бетонной смеси твердение при 0С практически прекращается. Одним из способов увеличения скорости твердения является пропаривание бетона.
Согласно современным представлениям полный цикл термовлажностной обработки подразделяют на 4 основных этапа:
1 этап - предварительное выдерживание до пропаривания;
2 этап - повышение температуры в камере пропаривания;
3 этап - непосредственно изотермическое прогревание;
4 этап - охлаждение.
Продолжительность первого этапа составляет 2-10 часов. Предварительное выдерживание способствует образованию структуры бетона в условиях отсутствия температурных деформаций и миграций влаги, что положительно влияет на прочность и стойкость готовых изделий. Согласно исследованиям [101... 103] оптимальное время предварительной выдержки обусловлено такими параметрами как тонкость помола цемента, содержание белита в цементе, температура окружающей среды, при которой происходит выдержка. В исследованиях [104... 108] за критерий оптимальности выдержки принят момент начала схватывания бетона и приобретение им прочности 0,3-0,5 МПа, и чем выше В/Ц отношение, подвижность бетонной смеси и ниже температура среды, тем продолжительнее время предварительной выдержки изделия. В период предварительного выдерживания складывается определенная структура бетона, которая формируется в относительно спокойных условиях. Эта структура становится способной воспринимать тепловое воздействие при подъеме температуры, не претерпевая при этом нежелательных изменений.
На втором этапе нагрев изделия осуществляется за счет теплопроводности материала, конвективного взаимодействия с паровоздушной средой и конденсации пара. Процесс осаждения влаги на поверхности изделия продолжается до тех пор, пока не установится температурное равновесие между температурами среды и поверхностью изделия. В этот период изделие за счет разности давлений пара в среде и в изделии поглощает некоторое количество влаги. Влага мигрирует вовнутрь изделия, а поверхностные слои изделия зачастую набухают. При миграции влаги и воздуха в процессе подъема температуры в пропарочной камере возрастает пористость бетона изделия, по данным [109] паро-проницаемость цементного камня увеличивается в 3-4 раза по сравнению с нормально-влажным режимом твердения. Согласно [104] минимальная пористость для портландцемента соответствует шестичасовому пропариванию при 95 С. При твердении бетонного изделия непосредственно в форме, которая является безусловным фиксатором объема изделия, компоненты бетонной смеси стремятся занять объем воздушных пор и препятствуют их температурному расширению. Незащищенные формой поверхности изделия имеют более высокую пористость, распределение пор по толщине изделия становится неравномерным.
При второй технологической операции (этап 2) в изделии протекают конструктивные и деструктивные процессы.
К конструктивным относится ускорение гидратации цемента и, как следствие, ускорение набора прочности изделием. В качестве деструктивных можно выделить:
- температурное расширение бетона 3-6 мм/м;
- наличие температурного градиента обусловливает возникновение температурных напряжений [101], которые при быстром нагреве изделия приводят к образованию микротрещин и нарушению контактных связей между цементом и заполнителем;
- наличие воздуха, который присутствует в воде затворения и адсорбирован на поверхности твердых частиц. Этот воздух имеет коэффициент линейного расширения в 200-300 раз больший, чем у твердых компонентов, и поры внутри бетона вследствие расширения в них воздуха будут стремиться раздвинуть частицы бетона, что особенно проявляется в случаях твердения без фиксации формой;
- частичное испарение воды и миграция влаги вовнутрь изделия.
Именно деструктивными факторами обусловлено медленное повышение температуры в пропарочной камере, которое происходит в течение 1,5-3 часов. Продолжительность третьего этапа составляет 6-15 часов при температуре 90-95 С во влажной среде. На этой стадии происходит фиксация дефектов бетона, приобретенных на предыдущих этапах. Температурное равновесие между изделием и средой может нарушаться вследствие экзотермии цемента [ПО], когда превышение температуры среды может достигать 6-8 С, отдача тепла осуществляется от изделия в среду, и происходит испарение влаги с поверхности изделия.
При понижении температуры в тепловой установке на четвертом этапе температура бетона должна снизиться до температуры окружающей среды. Остывание изделия происходит в естественных условиях и длится 2-3 часа. За счет температурного градиента происходит интенсивное испарение влаги, наблюдается миграция влаги из центра изделия к поверхности. Этот процесс обуславливает направленную пористость изделия, которая повышает водопроницаемость и понижает морозостойкость. На этапе остывания за счет температурных перепадов по толщине изделия возникают температурные напряжения, величина которых зависит от массивности изделия, скорости понижения температуры и теплопроводности материала.
Следует отметить, что технологические режимы всех четырех этапов зависят от различных факторов: вида цемента, В/Ц отношения, требуемой прочности бетона, вида конструкции, наличия технологического оборудования и т.д. Их продолжительность, как правило, подбирается опытным путем, оптимизация осуществляется методом проб и ошибок, что экономически нецелесообразно. Сбои в технологическом процессе также приводят к негативным последствиям, а оперативное вмешательство в процесс сопряжено с большими трудностями, связанными с выявлением характера сбоя и прогнозированием его влияния на последующие операции технологической цепочки. Кроме того, термовлажно-стная обработка бетона изделий происходит во влажном воздухе, который представляет собой смесь сухого воздуха и водяного пара. Соотношение этих двух составляющих оказывают существенное влияние на режимы обработки. Справочные данные [105, 111, 112], к сожалению, носят обобщенный характер, и зачастую не позволяют подобрать эффективные параметры процесса, тем более, откорректировать процесс при сбоях и неполадках в технологии пропарки. В данной работе предложен инженерный метод расчета, который базируется на математическом моделировании как отдельных этапов, так и всего технологического процесса, а так же на контроле характерных показателей процесса тер-мовлажностной обработки.
Рассмотрим конкретный пример: производство железобетонных панелей для жилых зданий на Ивановской домостроительной компании. На рис.4.4. представлены технологические параметры полного процесса автоклавной обработки.
Линия 1 (сплошная) соответствует типовой технологической карте процесса автоклавной обработки.
Линия 2 (пунктирная) соответствует предлагаемым параметрам процесса автоклавной обработки.
Линия 3 (штрих-две точки) соответствует реальному процессу автоклавной обработки, принятому на Ивановской ДСК.
Пользуясь математической моделью, предложенной в предыдущих главах диссертации, произведем расчет для всех трех, отражающих технологию, линий 1,2,3 (рис.4.4). В качестве материала для конструкции выберем тяжелый бетон. Его теплофизические характеристики приняты согласно СП 23-101-2000 "Проектирование тепловой защиты зданий" таблице ЕЛ для условий эксплуатации Б.
Смоделируем 1 этап - предварительное выдерживание до пропаривания, считая, что панель отформована, и температура окружающей среды составляет +20С. После затворения бетонной смеси, при гидратации цемента идут экзотермические реакции, выделяется тепло, осуществляется саморазогрев бетона.
При этом температура в бетоне изделия повышается с 10-12 С (средняя температура воды затворения) до 22-25 С. Для расчета за начальную температуру бетона примем 23 С.
