3 / Савицкий

Для производства изделия назначим следующий тепловой режим:

Подъем температуры 4 часа;

Изотермическая выдержка 6 часов;

Время охлаждения 1.5 часа.;

Итого: 11.5 часов

Для расчета температур воспользуемся критериальными зависимостями теплопроводности при нестационарных условиях теплопередачи. Бетон рассматриваем как инертное тело без учета теплоты, выделяющейся при гидратации цемента.

Качественную характеристику скорости изменения температуры тела при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:

(1)

где

 - продолжительность нагрева (охлаждения), ч;

R- определяющий размер изделия, м;

a- коэффициент температуропроводности, м²/ч;

, (2)

где

- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС), для твердеющего бетона =2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность бетона, кг/м³,

с- теплоемкость материала, кДж/(кг ºС),

, кДж/(кг ºС), (3)

где

с_{ц,п,щ,в,м}- массовые теплоемкости цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кДж/(кг ºС),

G_{ц,п,щ,в,м} – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

	цемент	песок	щебень	вода	сталь
с, кДж/(кг ºС)	0,84	0,84	0,84	4,19	0,48
G кг.	432	590	1152	231	123.6

кДж/(кгºС),

По формуле (2):

м²/ч

По формуле (1) с учетом R=0,11 м. и τ=2,0 ч. имеем:

Зависимость скорости распространения теплоты в изделии от интенсивности внешнего теплообмена учитываем критериальным комплексом Био:

(4),

где

α- коэффициент теплоотдачи от среды к поверхности обрабатываемого изделия Вт/(м² ºС);

По формуле (4) для α₁=100, α₂=90, α₃=80, имеем следующие значения Bi:

; ; ;

При расчете температуры материала в точке х используется критериальная зависимость типа:

, (5)

где

- безразмерная температура;

t_с- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

t_н- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности равна

(6)

Температура в центре изделия

(7)

Значения безразмерных температур _п и _ц определим по таблицам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi:

_ц1=0,54; _ц2=0,55; _циз=0,58; _п1=0,41; _п2=0,46; _пиз=0,5.

Средняя температура изделия за расчетный период определим по формуле

, ºС (8)

По формулам (6), (7) и (8) рассчитаем температуры в центре, на поверхности, а также средние температуры бетона на 2, и 4 часу режима подъема температуры и на протяжении 6-ти часов изотермической выдержки (с периодом в 2 часа) и занесем их в таблицу.

	Bi	Fo	п	ц	tп	tц	tср
1	4,4	0,51	0,41	0,54	24,74	22,59	23,31
2	3,96	0,51	0,46	0,55	45,94	41,22	42,79
3	3,52	0,51	0,5	0,58	62,97	57,5	59,32
4	3,52	0,51	0,5	0,58	71,49	66,95	68,46
5	3,52	0,51	0,5	0,58	75,75	72,43	73,54

Для наглядности процесса разогрева бетона и паровоздушной среды построим график изменения температур во времени

Определение требуемого количества тепловых агрегатов, их размеров и схемы размещения.

Число установок периодического действия определим по выражению

, шт. (9)

где

N₀- годовая производительность линии, м³;

_ц- продолжительность чикла работы установки (с учетом времени предварительной выдержки, загрузки и разгрузки, длительности тепловой обработки), ч;

V_б- суммарный объем бетона, одновременно обрабатываемого в одной установке, м³

М- число рабочих дней в году;

К- число смен;

Z- продолжительность рабочей смены, ч.

шт.

1. Принимаем 16 установок в две линии по 8 штук в каждой.

   Составление и расчет уравнения теплового баланса установки.

Теплотехнический расчет заключается в составлении теплового баланса установок, на основании которого определяется расход теплоты, требуемой на тепловую обработку изделий. Базовой величиной для расчета теплового баланса является количество теплоты, расходуемое за цикл тепловой обработки.

Для установок периодического действия уравнение теплового баланса имеет вид:

, кДж (10)

где

Q- поступление теплоты от теплоносителя в каждом из периодов или за весь цикл тепловой обработки;

Q_экз- количество теплоты, выделяющейся в процессе экзотермической реакции гидратации цемента с водой затворения, кДж.

β- коэффициент, учитывающий неподвижные потери теплоты;

Q_б- количество теплоты, расходуемое на нагрев бетона, кДж;

Q_ф- количество теплоты, расходуемое на нагрев металла формы, кДж;

Q_пот- количество теплоты, потерянное установкой в окружающую среду, кДж;

Q_к- потери с конденсатом, кДж.

Теплота на нагрев бетона. Количество теплоты, расходуемое на нагрев массы изделия, определим по формуле:

, кДж (11)

где с_б- средневзвешенная теплоемкость бетонной массы изделия, кДж/(кгºС);

G_б- масса изделия, кг;

t_н, t_к- средние температуры бетона в начале и конце соответствующего периода, ºС.

Рассчитаем данную величину по периодам тепловой обработки:

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка:

кДж

Теплота на нагрев ограждения. Количество теплоты, расходуемое на нагрев металла формы определим по выражению:

, кДж (12)

где

c_м- теплоемкость материала формы, , кДж/(кг ºС)

G_п.р.- масса металла паровых рубашек , кг

G_из- масса тепловой изоляции ,кг

G_огр- масса металла ограждающих листов установки , кг

1,2- коэффициент ,учитывающий нагрев станины установки

t_к- средняя температура материала в конце рассматриваемого периода, ºС

t_н- начальная температура металла формы, равная в период подъема температуры – температуре воздуха в цеху или на улице, а в период изотермической выдержки – температуре поверхности бетона изделия в конце периода подъема температуры, ºС.

R₁=;.(м² ºС)/Вт

R₂=;(м² ºС)/Вт

R₃=;(м² ºС)/Вт\

;(м² ºС)/Вт

q=

q=

Рассчитаем

масса металла паровой рубашки

G_п.р.=(; кг

масса тепловой изоляции

G_из=; кг

масса металла ограждающих листов установки

G_огр =; кг

Рассчитаем данный показатель тепловой обработки для периода подъема температуры

=63124,22 ;кДж;

Потери теплоты. Количество теплоты отданное формой в окружающую среду определим по выражению

, кДж (13)

где

_н- коэффициент теплоотдачи у наружной поверхности формы, Вт/(м² ºС)

F- площадь поверхности формы, м²;

t_к- конечная температура поверхности формы в соответствующем периоде, ºС;

t₀- температура воздуха в цеху или на улице, ºС.

Коэффициент _н принимаем для t=25 ºС – 10,45, для t=60 ºС – 11,63, для t=50 ºС – 11,16 t=85 ºС – 12,56. Площадь поверхности форма принимаем 10 м²

Рассчитаем данный показатель по периодам тепловой обработки

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка:

кДж.

Количество теплоты отданное крышкой (F=0,30 м²) в окружающую среду различные периоды:

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка:

кДж

Потери теплоты в грунт рассчитаем по следующей формуле

(14)

где

R₀₁- общее сопротивление теплопередаче конструкции, (м² ºС)/Вт

F- площадь основания установки, м²;

t_ср- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС;

t₀- температура воздуха в цеху или на улице, ºС.

Так как в качестве ограждающей конструкции основания принят керамзитобетон с - коэффициентом теплопроводности материала =0,65 Вт/(м ºС) то R₀₁ рассчитывается с учетом термического сопротивления данного слоя:

, (м² ºС)/Вт (15)

Примем толщину слоя  =0,08 м., и получим R₀₁ равное

(м² ºС)/Вт

И рассчитаем по формуле (14) потери теплоты в грунт по периодам тепловой обработки:

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка:

кДж

Суммарные потери в окружающие среды по периодам тепловой обработки составляют:

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка:

кДж

Теплота, теряемая с конденсатом. Теплота, теряемая с конденсатом, рассчитывается по формуле

кДж (16)

где

G_к- количество конденсата, равное 0,8 … 0,9 искомого пара за период;

i_к- энтальпия конденсата, уходящего из установки, кДж/кг.

кДж/кг (17)

где

с_к- теплоемкость конденсата (для воды с_к=4,19), кДж/кг ºС;

t_к- температура конденсата.

Рассчитаем энтальпию конденсата по формуле (17)

кДж/кг

Тогда, теплота, теряемая с конденсатом равна

кДж (17*)

Статья баланса	Количество теплоты, кДж		Итого	%
	Подъем температуры	Изотермическая выдержка
Теплота на нагрев бетона	47841,87	54996,00	102837,87	27,38
Теплота на нагрев формы	25794,67	29652,14	55446,81	14,76
Потери в окружающую среду.	12840,32	159410,82	172251,14	45,87
Потери с конденсатом.			45013,80	11,99
		итого	375549,62	100,00