Повышение энергетической эффективности теплотехнологического оборудования на основе численного моделирования нестационарных процессов

. В промышленных теплотехнологических установках ускоренной гидратации бетона, являющихся основным элементом теплоэнергетической системы предприятий железобетонных изделий, режимы тепловой обработки и организация подвода теплоты к обрабатываемому в них изделию обусловлены требуемым распределением температур в объеме бетонного тела, обеспечивающим заданное качество продукции. Для оптимизации процессов, протекающих в таких теплотехнических устройствах, разработана математическая модель процесса твердения подвергаемого тепловой обработке бетонного изделия, позволяющая рассчитать пространственное распределение по его объему температуры и степени гидратации активной части цементного клинкера. Предлагаемая модель основывается на использовании нестационарного трехмерного уравнения теплопроводности, учитывающего внутренние тепловыделения, обусловленные протеканием экзотермической реакции в бетонном теле и предопределяющие степень его гидратации и твердения. Для заданного режима тепловой обработки методом конечных объемов выполнено численное моделирование процесса твердения симметричного бетонного объекта кубической формы. В выделенных точках исследуемого объекта в зависимости от времени термообработки рассчитаны скорости изменения температуры и степени гидратации, проведен их анализ. При анализе графиков скорости изменения температуры выявлены характерные перегибы, согласующиеся с заданным тепловым режимом работы нагревателя. При заданном режиме тепловой обработки вида «подъем температуры – изотермическая выдержка – понижение температуры» в выделенных точках объекта наблюдается увеличение температуры по сравнению с температурой изотермической выдержки. Отмечается сдвиг температуры по сравнению с заданным тепловым режимом работы нагревателя, обусловленный неравновесностью процесса твердения бетона. Предлагаемая математическая модель позволяет определять момент достижения заданной температуры для любой точки внутреннего пространства подвергающегося тепловой обработке изделия, что можно использовать при проектировании новых и модернизации существующих теплотехнологических установок ускоренной гидратации бетона, а также систем автоматизированного управления процессом твердения бетона в указанных устройствах. Полученные в ходе исследования результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными других авторов.

1. Производство строительных материалов – 2015 год [Электронный ресурс] // ЗАО «Инвестиционная компания «ЮНИТЕР». Режим доступа: http://www.uniter.by/upload/Construction%20materials%20industry.pdf. Дата доступа: 19.01.2019.

2. Государственная программа «Строительство жилья» на 2016–2020 годы [Электронный ресурс]: постановление Совета Министров Республики Беларусь от 21.04.2016 № 325 // Совет Министров Республики Беларусь. Режим доступа: http://www.government.by/ru/solutions/2470.

3. Инвестиции и строительство в Республике Беларусь за 2011–2017 годы. [Электронный ресурс] // Национальный статистический комитет Республики Беларусь. Режим доступа: http://www.belstat.gov.by/ofitsialnaya-statistika/publications/izdania/public_compilation/index7856/. Дата доступа: 19.01.2019.

4. Баженов, Ю. М. Технология бетона / Ю. М. Баженов. М.: Изд-во АСВ, 2002. 500 с.

5. Ахвердов, И. Н. Основы физики бетона / И. Н. Ахвердов. М.: Стройиздат, 1981. 464 с.

6. Дмитрович, А. Д. Теплои массообмен при твердении бетона в паровой среде / А. Д. Дмитрович. М.: Стройиздат, 1967. 243 с.

7. Ушеров-Маршак, А. В. Информационная технология бетона ускоренного твердения / А. В. Ушеров-Маршак, А. Г. Синякин // Бетон и железобетон. 1994. № 6. С. 2–4.

8. Ушеров-Маршак, А. В. «Термобет-М» – информационная технология монолитного бетона / А. В. Ушеров-Маршак, Ю. Б. Гиль, А. Г. Синякин // Бетон и железобетон. 2000. № 4. С. 2–5.

9. Федосов, С. В. Применение методов математической физики для моделирования массои энергопереноса в технологических процессах строительной индустрии / С. В. Федосов, A. M. Ибрагимов, А. В. Гущин // Строительные материалы. 2008. № 4. С. 65–67.

10. Аксенчик, К. В. Совершенствование тепловой работы пропарочных камер для тепловлажностной обработки железобетонных изделий / К. В. Аксенчик. Иваново, 2014. 20 с.

11. Марьямов, Н. Б. Тепловая обработка изделий на заводах сборного железобетона (процессы и установки) / Н. Б. Марьямов. М.: Стройиздат, 1970. 272 с.

12. Красулина, Л. В. Структурные и теплофизические свойства твердеющего бетона / Л. В. Красулина // Наука и техника. 2012. № 2. С. 29–34.

13. Миронов, С. А. Ускорение твердения бетона / С. А. Миронов, Л. А. Малинина. М.: Стройиздат, 1964. 348 с.