6.3. Выбор ограждающих конструкций установки

Важную роль при тепловой обработке играет выбор ограждающих конструкций. От правильно выбранной ограждающей конструкции зависит качество тепловой обработки. Для расчета используем метод последовательных приближений.

В качестве ограждающей конструкции принимаем керамзитобетонную стенку толщиной 0,3 м. Коэффициент теплопроводности керамзитобетона λ = 0,47 Вт/(м·ºС).

Определим коэффициент теплопередачи:

(6.3.1)

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·ºС);

δ/λ – тепловая проводимость стенки;

α_вн – коэффициент теплоотдачи от среды в установке к внутренней поверхности ограждения камеры, α_вн →∞;

α_нар - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности ограждения в окружающую среду, α_нар = (6…10) Вт/(м²·ºС):

α_нар = α_к + α_л, Вт/(м²·ºС); (6.3.2)

где α_к - коэффициент теплоотдачи при лучистом потоке, Вт/(м²·ºС);

α_л - коэффициент теплоотдачи при конвективном потоке, Вт/(м²·ºС).

Задаемся α^’_нар = 9 Вт/(м²·ºС).

Температура наружной поверхности камеры:

(6.3.3)

где Т_ц – температура цеха, 16 ºС (289 К);

Т_вн – температура, равная температуре теплоносителя, 85 ºС.

Для полученной температуры определяем α_л и α_к и сравниваем с принятым значением:

(6.3.4)

; (6.3.5)

где ε_пр = 0,96 – приведённая степень черноты;

с_о = 5,68 – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;

Т_ц = 289 К – температура окружающей среды;

Вт/м².

(6.3.6)

Находим:

= 2,644^ Вт/м^оС;

- коэффициент кинематической вязкости;

Pr = 0,701754.

Критерий Грасгофа:

(6.3.7)

где х – линейный размер тела по направлению потока среды (теплоносителя), 0,3 м.

.

Критерий Нуссельта:

(6.3.8)

где c, n – коэффициенты, зависящие от произведения .

Коэффициент теплоотдачи при конвективном потоке:

(6.3.9)

(6.3.10)

(6.3.11)

6.4. Теплотехнический расчет

6.4.1. Период нагрева. Расходные статьи баланса

6.4.1.1. Теплота, расходуемая на нагрев материала панели

Исходные данные:

• состав бетона на 1 м³:

портландцемент марки 500 – g_ц = 290 кг;

песок – g_пес = 775 кг;

щебень – g_щ = 1351 кг;

фибра – g_ф = 2 кг;

вода – g_в = 123 кг;

вес арматуры – g_ар = 37,6 кг.

- средняя плотность бетона – _б = 2541 кг/м³.

• средний коэффициент теплообмена – ^’ = 60 Вт/(м²∙^оС).

• коэффициент теплопроводности:

базальтофибробетона – _б = 1,7 Вт/(м∙^оС);

• толщина слоев панели ():

базальтофибробетона – 0,17м;

- объем слоев панели (V_сл):

базальтофибробетона – V_б = 0,49 м³;

• вес формы – М_м = 1960 кг.

• удельная теплоемкость металла форм – С_м = 0,482 кДж/(кг^оС).

• температура панели до поступления в камеру – t_о = 16 ^оС.

• скорость подъема температуры в камере – b = 25 ^оС/ч.

• продолжительность режима подъема температуры – _под = 3 ч.

• температура режима изотермического прогрева – t_из = 70 ^оС.

• продолжительность периода изотермического прогрева – _из = 5 ч.

Определяем теплоемкость бетона, принимая во внимание, что вес сухих составляющих на 1 м³ бетона равен:

(6.4.1.1.1)

Теплоёмкость бетонной смеси:

(6.4.1.1.2)

Коэффициент температуропроводности бетона:

(6.4.1.1.3)

(6.4.1.1.4)

Вычисляем величину А, принимая во внимание, что при марке цемента М500

(6.4.1.1.5)

Критерий Био:

(6.4.1.1.6)

Критерий Фурье:

(6.4.1.1.7)

По найденным значениям Fo и Bi находим значение с₂ = 0,07.

Величина, характеризующая тепловыделение цемента в процессе тепловой обработки:

(6.4.1.1.8)

Находим, что для неограниченной пластины при Fо = 0,252, ψ_пл = 0,26.

Определяем удельный расход теплоты на нагрев бетона:

(6.4.1.1.9)

Расход теплоты на нагрев изделий в камере:

(6.4.1.1.10)

По номограмме для известных значений: _под = 3 ч, = 11,9 ч и (b – m) = 21,03 ^оС/ч – найдем температуру поверхности бетона в конце периода нагрева t(R,3) для пластины при =1: t_c – t(R,3) = 23.

Откуда: t_п = t(R,3) = t_c – 23 = t_о + b 23 = 16 + 25 ∙ 3 – 23= 68 ⁰С. (6.4.1.1.11)

Температура центра панели:

при = 0 t_c – t(0,3) = 65.

Откуда: t_ц = t(R,3) = t_c – 65 = t_о + b 65 = 16 + 25 ∙ 3 – 65 = 26 ⁰С. (6.4.1.1.12)