DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 20.08.2009

Материалы

загрузка...

Математическое моделирование цикла тепловой обработки пеностекольной шихты

Городов Роман Владимирович, 20.08.2009

 

Городов Роман Владимирович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛА ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПЕНОСТЕКОЛЬНОЙ

01.04.14 – HYPERLINK "http://www.tpu.ru/html/ps010414.htm" Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Томск 2009

Работа выполнена на кафедре «Атомные и тепловые электрические станции» Теплоэнергетического факультета Томского политехнического университета

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Кузьмин Ариан Валерьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Гаврилов Петр Михайлович

доктор физико-математических наук, Соловьев Сергей Викторович

Ведущая организация: Томский государственный университет

Защита состоится «18» июня 2009 г. в 1430 в ауд. 228 10 учебного корпуса ТПУ на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДС 212.025.01 при Томском политехническом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан «15» мая 2009 г.

Ученый секретарь совета ДС 212.025.01

кандидат физико-математических

наук, доцент О.Ю. Долматов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Вопрос теплоизоляции жилых и промышленных зданий, трубопроводов и прочих строительных объектов в России сегодня стоит довольно остро. В нашей стране на отопление тратится в три раза больше энергии, чем, например, в скандинавских странах. Причиной тому является недостаточная тепловая изоляция агрегатов ТЭЦ, теплопроводов и самих отапливаемых объектов. Сегодня выбор теплоизоляционных материалов велик – пенополиуретан, пенопласт, монтажные быстротвердеющие пены, газобетон, минераловолокнистые плиты, стекловата, керамзит и т.п. Но все они по тем или иным параметрам уступают пеностеклу. Например, минераловатные волокна накапливают влагу и со временем слеживаются; газобетон адсорбирует влагу, обладает худшими, чем у пеностекла плотностными и тепловыми характеристиками.

В настоящее время развитой технологией промышленного производства пеностекла обладают США, Япония, Китай и Беларусь. Россия после распада СССР, утратила собственное промышленное производство пеностекла и до сих пор не имеет восстановленной или запущенной вновь промышленной линии. Изучая вопросы зарубежного применения пеностекла, следует отметить, что в Европейском Союзе оно является признанным и одним из самых эффективных теплозащитных строительных материалов.

Технология получения пеностекла достаточно полно изложена в литературе. Несмотря на это, в настоящее время надежных методов оценки и прогнозирования основных стадий производства пеностекла не предложено. Оптимальный температурный режим является одним из важнейших этапов в рациональной технологии производства пеностекла, так как в зависимости от выбранного режима можно получить пеностекло с широким диапазоном

Для научно-обоснованного объяснения свойств и структуры пеностекла на различных этапах его возникновения необходимо достаточно полно знать механизм формирования исходной системы, из которой в результате постепенного накопления газообразных продуктов при нагревании формируется пеностекло. При разработке теоретической кривой вспенивания необходимо учитывать взаимосвязь между физическим состоянием смеси на каждом технологическом этапе и динамикой изменения ее теплофизических

Исходя из этого, возникает научно-техническая задача выбора и анализа температурных режимов на первой стадии производства пеностекла – стадии нагрева шихты до температуры спекания, а также анализа влияния теплового состояния пенообразующей смеси на последующие стадии формирования пеностекла – спекание и вспенивание.

Цель работы – теоретическое обоснование технологических параметров цикла тепловой обработки шихты до температуры спекания в процессе производства пеностекла с учетом основных значимых факторов (режим нагрева, теплофизические свойства шихты, геометрия объекта).

Основные задачи исследования:

1. Создание математической модели процесса нестационарного теплопереноса в системе «греющий газ – металлическая форма – пеностекольная шихта».

2. Математическое моделирование теплового состояния пеностекольной шихты на стадии нагрева до температуры спекания в двумерной постановке, учитывающей реальную геометрию объекта.

3. Экспериментальное определение температурных зависимостей теплофизических характеристик пеностекольной шихты.

4. Анализ влияния режимов нагрева на равномерность прогрева шихты в момент начала спекания.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

Впервые решена нелинейная нестационарная задача теплопереноса в системе «греющий газ – металлическая форма – пеностекольная шихта» с учетом реальной геометрии объекта и зависимостей теплофизических свойств шихты от температуры. В результате решения поставленной задачи определены температурные поля в шихте на стадии нагрева до температуры спекания, значительно влияющие на качество получаемого пеностекла.

Экспериментально получены температурные зависимости температуропроводности и теплоемкости шихты, позволяющие выделить основные факторы, влияющие на равномерность прогрева слоя пенообразующей смеси до температуры спекания.

Сделана оценка конвективной и радиационной составляющих подвода тепла к шихте и проведено сравнение результатов с данными других авторов, что позволило определить влияние отдельных составляющих теплопереноса в системе «греющий газ – металлическая форма – пеностекольная шихта» и уточнить существующую модель нагрева.

Даны рекомендации по выбору температурных режимов нагрева с точки зрения равномерности прогрева шихты к моменту начала спекания и последующего вспенивания пеномассы.

Практическая значимость. Проведенные численные исследования вносят вклад в развитие представлений о режимах нагрева шихты до температуры спекания в процессе производства пеностекла. В диссертации разработаны теоретические основы выбора эффективных режимов нагрева на основе численного анализа температурных полей в шихте. Полученные новые результаты по математическому моделированию температурных полей в шихте при нагреве до температуры спекания являются основой для создания моделей последующих стадий производства пеностекла – спекания и порообразования, а также могут быть использованы при разработке и усовершенствовании температурных кривых туннельных печей, в которых производится пеностекло.

Достоверность полученных результатов гарантируется использованием корректных математических моделей рассматриваемых процессов теплопереноса и методов их решения, а также подтверждается сравнением результатов с известными экспериментальными данными работ других авторов. Достоверность результатов экспериментов по определению температурных зависимостей теплофизических свойств шихты следует из проведенных поверок работы установок на эталонных образцах и подтверждения результатов другими экспериментальными методами.

На защиту выносятся: