Численный анализ характеристик процесса тепловой обработки многослойных композитных изделий в теплотехнологических установках

Приведены результаты численных исследований, выполненных на основе разработанной авторами статьи математической модели, посвященных изучению влияния различных факторов на характеристики процесса тепловой обработки композитных изделий в промышленных теплотехнологических установках при наличии внутренних тепловыделений, распределенных по объему отдельных слоев изделия. Предложена формулировка граничных условий для этой модели с учетом многослойной структуры изделий и особенностей организации процесса их тепловой обработки в теплотехнологической установке. Подробное описание математической модели представлено в предыдущих работах. В данном исследовании в качестве характеристик процесса тепловой обработки изучены функции распределения температуры и коэффициента (степени) гидратации в пространственных областях, составляющих изделие. Рассмотрены модельные композитные изделия одинаковой формы и структуры, но разного объема, состоящие из двух слоев материала, в которых протекает экзотермическая реакция гидратации, разделенных слоем пенополистирола. Температурно-временной режим тепловой обработки принимался близким к используемому в промышленных условиях при производстве трехслойных наружных стеновых панелей. Граничные и начальные условия соответствовали режиму тепловой обработки на плоских стендах с водяным подогревом и укрытием изделий сверху. Установлено, что наличие теплоизоляционного слоя в середине изделия, разделяющего слои c внутренним источником тепловыделений, существенным образом изменяет распределение значений температуры и коэффициента гидратации в верхнем и нижнем слоях. Увеличение характерного объема изделия ведет к существенному возрастанию влияния внутренних объемных тепловыделений на процессы нагрева и гидратации, обусловленные протеканием реакции гидратации.

1. Повышение энергетической эффективности теплотехнологического оборудования на основе численного моделирования нестационарных процессов / А. М. Нияковский [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 2. С. 177–191. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-177-191.

2. Верификация нестационарной математической модели твердения бетона в теплотехнологических установках / А. М. Нияковский [и др.] // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 2. С. 137–145. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-2-137-145.

3. Дискретная оптимизация программно управляемых режимов тепловой обработки бетонных изделий в теплотехнологических установках / А. М. Нияковский [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 3. С. 280–292. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-3-280-292.

4. Метод расчета эволюции теплоэнергетических характеристик процесса ускоренной гидратации бетонных изделий / А. М. Нияковский [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 4. С. 307–324. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-4-327-324.

5. Нестационарная модель процесса гидратации железобетонного изделия, находящегося в программно-нагреваемой среде / А. М. Нияковский [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. 2019. Т. 63, № 4. С. 496–505. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-4-496-505.

6. Ge, Zh. Predicting Temperature and Strength Development of the Field Concrete [Electronic Resource] / Zh. Ge // Iowa State University Digital Repository. 2005. Mode of access: https://lib.dr.iastate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2729&context=rtd. Date of access: 14.12.2018.

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

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

9. Строительная теплотехника. Строительные правила Республики Беларусь СП 2.04.01–2020. Введ. 20.01.2021. Минск: Минстройархитектуры, 2020. 72 с.

10. Плотность, теплопроводность, теплоемкость строительных, теплоизоляционных и других материалов [Электронный ресурс] // Thermalinfo.ru – Теплопроводность, теплоемкость, плотность, вязкость, температуропроводность и другие свойства веществ в таблицах. Режим доступа: http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/strojmaterialy/teploprovodnost-stroitelnyh-materialov-ih-plotnost-i-teploemkost. Дата доступа: 12.12.2018.