Этапы физико-химических процессов в бетоне
Свежеотформованный бетон как материал, состоящий из жидкой, твердой и газообразной фаз. Физико-химические процессы, происходящие в бетоне. Фазовый состав свежеотформованного бетона. Расчет ямной пропарочной камеры. Внешний тепло- и массообмен при нагреве.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.01.2014 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Теоретическая часть
- 1.1 Теоретические основы ТВО
- 1.1.1 Фазовый состав свежеотформованного бетона
- 1.1.2 Физико-химические процессы, происходящие в бетоне при ТВО
- 1.1.3 Понятия о внешнем и внутреннем тепло и массообмене при ТВО
- 1.1.4 Внешний тепло и массообмен при нагреве бетона
- 1.1.5 Внешний тепло и массообмен при изотермической выдержки
- 1.1.6 Внешний тепло и массообмен при охлаждении
- 1.1.7 Внутренний тепло и массообмен при ТВО
- 1.1.8 Частные потоки массы при внутреннем тепло и массообмене
- 1.1.9 Изменение влагосодержаний, температуры и давлений при ТВО
- 2. Расчет ямной пропарочной камеры
- 2.1 Исходные данные
- 2.2 Расход составляющих на 1 м3 бетона марки М300
- 2.3 Технологический расчет
- 2.3.1 Определение внутреннего размера камеры и количества размещаемых в ней изделий
- 2.3.2 Определение коэффициента загрузки камеры и количества камер
- 2.3.3 Определение количества камер
- 2.4 Теплотехнический расчёт
- 2.4.1 Определение часового расхода тепла и пара за период нагрева
- 2.4.2 Определение часового расхода тепла и пара на термообработку изделий
- 2.5 Пароснабжение пропарочной камеры
- 2.5.1 Расчёт элементов разводки пара в камере
- 2.5.2 Расчёт дросселирующего устройства
- Список используемой литературы
1. Теоретическая часть
1.1 Теоретические основы ТВО
1.1.1 Фазовый состав свежеотформованного бетона
Свежеотформованный бетон - это материал, состоящий из жидкой, твердой и газообразной фаз. Пространство между твердым компонентами бетона и газообразной фазы связано непрерывной системой оводненных капилляров, радиус которых зависит от расхода воды и удельной поверхности цемента.
Твердая фаза представлена крупным и мелким заполнителем и формирующейся структурой цементного камня. Структура цементного камня формируется в виде пористого тела имеющего капилляры от 2-10-7 до 10-2 см.
На стадии формирования, твердая фаза в цементом камне нестабильна, т.к. в период твердения идет процесс гидратации зерен цемента.
Жидкая фаза представлена химической, физико-химической и физико-механической связанной влагой. Эта влага участвует в гидратации зерен цемента, поэтому в процессе формирования цементного камня происходит перераспределение влаги по формам связи, т.е. количество химически и физико-химически связанной влаги возрастает, а физико-механической уменьшается.
Газообразная фаза состоит из воздуха, вовлеченного при формировании, воздуха, выделившегося при дегидратации воды затворения за счет вибрации при формировании, газа выделившегося из бетона в результате химических реакций.
1.1.2 Физико-химические процессы, происходящие в бетоне при ТВО
Физические свойства бетона определяются строением капиллярно-пористой структуры цементного камня, образованной в процессе его твердения.
Рассмотрим, какое воздействие оказывает повышение температуры, т.е. условия, создаваемые при ТВО, на формирование цементного камня и бетона в целом.
При твердении вяжущего вещества значительную роль играют плотность и вязкость жидкой фазы. Изменение относительной плотности и вязкости влияет на скорость растворения и диссоциацию на ионы минералов цемента и дальнейшее образование кристаллогидратов.
С возрастанием температуры структура воды изменяется, т.к. происходит разрыв водородных связей. Плотность и вязкость воды уменьшается. В результате чего увеличивается ее растворяющая способность, приводящая к ускорению физико-химических процессов, превращающее цементное тесто в твердое тело.
При смачивании зерен цемента водой начинают развиваться следующие физико-химические процессы, которые можно разделить на этапы:
1. адсорбция воды зернами цемента;
2. поверхностная гидратация;
3. растворение;
4. гидратация в растворе;
5. образование центров кристаллизации;
6. кристаллизация.
Растворение минералов цемента идет с разрушением структуры вещества и сопровождается поглощением тепла (эндотермические процессы). А гидратация с выделением тепла (экзотермические процессы).
Рассмотрим этапы взаимодействия зерен цемента с водой.
Этап 1. (протекает в две стадии)
бетон свежеотформованный химический процесс
Стадия 1.
Частица цемента находиться в воде затворения, которая начинает адсорбироваться на поверхности;
Стадия 2.
Адсорбированная вода создает на частице поверхностное поле и становиться структурированной, т.е. по своему составу приближается к твердому телу, в котором молекулы воды имеют определенную ориентацию, что изменяет ее плотность до значения 1,3 - 1,9 гр/см3.
Этапы 2 и 3. (протекают параллельно в две стадии)
Стадия 1.
Переход вещества в раствор в виде ионов и даже молекул, которые затем диссоциируют на ионы.
Стадия 2.
На этой стадии происходит гидратация ионов и образуются основы гидратных фаз, т.е. тех фаз, которые в дальнейшем способствуют образованию субмикрокристаллов
Этап 4.
Жидкая фаза становиться сильно перенасыщенной новообразованиями - субмикрокристаллами. Содержание ионов (концентрация) распределяется неравномерно.
Максимальная концентрация находиться у поверхности зерна цемента, в результате непосредственного присоединения воды к твердой фазе. При этом образуется "внутренний продукт гидратации", а именно, внутренний гидросиликат имеющий тонкую и плотную структуру.
Внешние продукт гидратации образуется через растворение вне зерен цемента, и состоят из небольшого количества внешнего гидросиликата, крупных кристаллов и энтрингита.
Этап 5.
На этом этапе при повышении температуры образование центров кристаллизации происходит в более короткие сроки. Происходит насыщение субмикрокристаллов адсорбционной водой и плотность всей системы меняется.
Этап 6.
Субмикрокристаллы за счет гравитационных сил и увеличения размеров соединения и образуют пространственную структуру. Цементное тесто в бетоне теряет пластичность и преобразует свойства твердого тела. Повышение температуры среды до 80 - 1000С ускоряет реакции гидратации и кристаллизации в 8 - 10 и более раз.
1.1.3 Понятия о внешнем и внутреннем тепло и массообмене при ТВО
При затворении цемента водой за счет реакции гидратации образуется пересыщение раствора новообразований из которых эти новообразования выделяются в виде геля и образуют первичную структуру цементного камня. Эта структура имеет вид рыхлого каркаса, который постепенно упрочняется. Образующийся при гидратации гель занимает в два раза больше, чем зерна цемента из которых он образовался. Поэтому гель занимает то производство, где раньше были вода и воздух. Разница в занимаемых объемах между зернами цемента и образовавшимся гелем заставляет свободную влагу и воздух перемещаться по бетону, а сам бетон обменивается влагой и воздухом с окружающей средой.
В процессе нагрева изделия пар, отдавая теплоту, конденсируется на поверхности бетона, при этом, изменяется температура поверхности материала и влагосодержания поверхности материала и среды.
Эти процессы являются внешними по отношению к изделию и поэтому их называют внешними тепло и массообменном. Передвижение влаги и воздуха, а также изменение температуры поля внутри изделия называют внутренним тепло и массообменном.
1.1.4 Внешний тепло и массообмен при нагреве бетона
Внешний тепло и массообмен определяет условия взаимодействия насыщенного пара, который подается в установку и изделия, подвергаемых ТВО.
Условия установки: установка герметична не полностью, и в ней находиться воздух. Давление в установке равно атмосферному.
Процесс, происходящий в установке: в установку подается пар, поскольку установка не является полностью герметичной, то давление в ней постоянно, и слагается из парциального давления пара, подаваемого в установку и парциального давления воздуха, находящегося в ней.
Попадая на холодную поверхность изделия, пар превращается в конденсат и образует на ней пленку толщиной . Поверхность изделия начинает нагреваться и ее температура стремиться к температуре Паровоздушной Смеси (ПВС) или окружающей в установке, при этом парциальное давление пара у поверхности пленки конденсата снижается до значения , а парциальное давление воздуха возрастает до значения и давление в установке становиться.
Определяемые параметры для процесса
1. Удельный поток теплоты к материалу через пленку конденсата.
2. Удельный поток пара конденсирующегося на поверхности изделия.
3. Теплота, отдаваемая паром изделию при конденсации.
4. Дополнительный перенос теплоты от паровоздушной смеси (среды) и пленки конденсата.
5. Коэффициент массообмена
6. Коэффициент массопроводности.
1.1.5 Внешний тепло и массообмен при изотермической выдержки
Принято считать, что изотермическая выдержка при ТВО начинается с момента когда температура поверхности изделия достигнет температуры ПВС в установке, т.е. . Вследствие реакции гидратации цемента, сопровождающейся выделением тепла, внутренние слои изделия преобразуют температуру на 5-7 больше, чем температура ПВС в установке.
При этом парциальное давление над поверхностью изделия () становиться больше, чем парциальное давление пара в установке () и с поверхности изделия начинает испаряться влага. К концу периода изотермической выдержки пленка конденсата с поверхности изделия удаляется полностью, а сам бетон теряет значительное количество влаги. В период подъема температуры твердеющий бетон поглощает от 2 до 3 % влаги, считая от количества воды затворения. В период изотермической выдержки от 1 до 1,5%, т.е. перемещение влаги с поверхности изделия к центру и обратно свидетельствует о наличии внешних и внутренних массообменных процессов.
Определяемые параметры для процесса
1. Теплота, отдаваемая паром при конденсации
2. Удельный поток теплоты от ПВС к пленке конденсата
3. Удельный поток влаги испаряемый с поверхности
4. Коэффициент массообмена при испарении
5. Коэффициент массопроводности
6. Теплота, затрачиваемая на испарение
1.1.6 Внешний тепло и массообмен при охлаждении
В начале периода охлаждения в установку прекращается подача пара. Вместо пара в нее подают воздух из окружающей среды, которая охлаждая изделие, нагревается сам. При нагреве уменьшается его относительная влажность в результате чего воздух ассимилирует влагу с поверхности изделия и достигнув относительной влажности =100% удаляется из установки.
За счет вентиляции установки парциальное давление пара () резко снижается и становиться меньше, чем у поверхности изделия (), появляется разность парциальных давлений, которая заставляет влагу испаряться с поверхности изделия.
Температура () изделия тоже снижается, и стремиться к температуре окружающей среды в установке (). Одновременно уменьшается и влагосодержание поверхности изделия.
Определяемые параметры процесса
1. Поток влаги в период охлаждения
2. Коэффициент массообмена
3. Коэффициент массопроводности
4. Удельная теплота, затрачиваемая на испарение
1.1.7 Внутренний тепло и массообмен при ТВО
При внешним тепло и массообмене в результате конденсации пара поверхность получает тепло и влагу. Это приводит к увеличению влагосодержания и температуры его поверхности. По сечению изделия создается перепад температур и влагосодержаний.
Этот перепад температур и влагосодержания по сечению изделия может быть представлен в виде изопотенциальных линий - изовлаг и изотерм.
Наибольшее изменение потенциала происходит в направлении n, пересекающей изопотенциальные поверхности, т.е. возникают разности потенциалов на поверхности и в центре прогреваемого изделия, которые будут являться grad t и grad U.
Следовательно, предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами по нормам называется температурным градиентом ().
Предел отношения изменения влагосодержания к расстоянию между изовлагами по нормам называется градиентом влагосодержания ()
Значения потенциала температуры () и потенциала влагосодержания (), являются градиентами потенциала переноса теплоты и влаги, которые направлены в стороны наибольшего потенциала.
1.1.8 Частные потоки массы при внутреннем тепло и массообмене
Grad переноса теплоты и влаги вызывают потоки теплоты и влаги направленные в противоположную сторону от grad.
За счет grad переноса теплоты вместе с передачей теплоты (удельный поток теплоты) , возникает еще и поток влаги , называют термовлагопроводностью.
Этот поток влаги как и входит как одна из частных составляющих в общий удельный поток массы и является величиной векторной направленной в противоположную сторону вектору .
Следовательно, при нагреве и увлажнении материала теплота и влага с поверхности изделия будет распространяться внутрь, к центру.
Влага, двигаясь внутрь изделия, частично сожмет воздух, находящийся в капиллярах, а частично выдавит его из бетона занимая освободившийся объем пор.
Внутри бетона появиться избыточное давление, которое будет увеличиваться за счет испарения влаги в пузырьки воздуха (показано стрелками). Пузырьки воздуха, оставшиеся в бетоне по мере нагрева материала, кроме испарения влаги в пузырьках воздуха, расширяют и сам воздух, что также увеличивают давление. Возникающее избыточное давление передается на бетон, а сам процесс возникновения избыточного давления связан с температурой. Таким образом внутри бетона при ТВО в процессе нагрева возникает избыточное давление, поскольку в установке и на поверхности изделия давление равно атмосферному, между центральными слоями бетона и поверхностью изделия создается перепад давлений , что приводит к появлению частного потока . Следовательно в период нагрева изделия, открытого со всех сторон, возникают три частных потока влаги: ; ; , которые составляют общий поток влаги в бетоне.
Уравнение плотности суммарного потока массы
Уравнение распространения теплоты при массообмене
В бетоне при ТВО всё время движутся потоки влаги и воздуха. То есть происходит процесс массопереноса, сопровождающийся тепло и массообменном. Поэтому в период подъема температуры при ТВО, основной задачей является определение удельных потоков теплоты и массы.
Удельный поток теплоты внутрь материала от внутренней и дополнительно увлажненной поверхности имеет вид:
- теплопроводность влажного материала;
- теплота перемещающееся в материале с удельными потоками массы;
- плотность удельного потока массы, перемещаемого в материале.
Перенос массы внутри влажного материала происходит в направлении от высшего потенциала к низшему, а плотность потока массы прямо пропорциональна grad потенциала массопереноса, тогда плотность частного потока массы за счет grad U имеет вид:
- коэффициент температуропроводности;
- масса абсолютно сухого материала.
По физическому смыслу характеризует скорость выравнивания влагосодержания внутри материала.
Плотность частного потока массы за счет термовлагопроводности.
- термоградиентный коэффициент учитывающий влияние на коэффициент температуропроводности. лотность частного потока массы за счет изменения внутреннего давления в бетоне
- коэффициент, учитывающий влияние на . Тогда общее уравнение плотности суммарного потока массы в материале имеет вид.
Подставив полученное уравнение в уравнение , получим уравнение распространения теплоты в материале при массообмене, которая будет иметь вид:
- теплота перемещающаяся с потоками массы за счет ; ; .
1.1.9 Изменение влагосодержаний, температуры и давлений при ТВО
МРазмещено на http://www.allbest.ru/
В период подъема температура влагосодержащей поверхности изделия быстро увеличивается вследствие пара и образования пленки конденсата на поверхности изделия. Max значение на рисунке отмечено т. А; одновременно увеличивается и влагосодержание в центре изделия , но значительно медленнее.
Поэтому в т. А фиксируется max перепад . в этот период ТВО три частных потока (, , ) будут направлены к центру изделия и составят суммарный поток массы в бетоне.
В начале периода изотермической выдержки интенсивность перемещения потоков влаги уменьшается, хотя они еще направлены к центру изделия.
В т. В происходит выравнивание влагосодержания между поверхностью и центром изделия .
В этой же точке начинают изменяться направление трех потоков влаги за счет изменения направления , который с этого момента направлен к центру изделия. С поверхности изделия начинает постепенно испаряться влага и становиться меньше.
В период охлаждения в установку подают холодный воздух, который ассимилирует влагу, насыщаясь, до = 100% и удаляется из установки.
В этот период с поверхности изделия более интенсивно испаряется влага и снижается влагосодержание , а будет больше, что создает период
.
Все потоки направлены к поверхности изделия из центра, и влага более интенсивно испаряется за счет конденсации пара поверхности изделия нагрева, и к концу периода приобретает температуру равную температуре паровоздушной смеси (ПВ) в камере (т. А) т.е. с этого момента начинается период изотермической выдержки.
За счет внутреннего тепло и массообмена, внутренние слои бетона прогреваются медленнее и достигнув температуры ПВС в установке во втором периоде в положение т. В будет нестационарным. Т.к. выравнивание температуры центра изделия и ПВС в установке будет зависеть от тепло и массопроводности бетона. Перепад температуры между поверхностью и центром изделия будет возрастать до конца периода , а частные потоки влаги будет направлены к центру изделия. Распространение теплоты в материале в этот период отображать уравнение:
В период изотермической выдержки (считая от т. В) меняется направление , а следовательно и частных потоков, т.к. температура в центре изделия будет больше на 5-10 , чем на поверхности в результате экзотермической реакции цемента.
В период охлаждения за счет испарения влаги и контактирования с холодным воздухом, поверхность изделия начнет охлаждаться. Однако в центре изделия бетон будет остывать медленнее, т.к. продолжаются экзотермические реакции гидратации, которые увеличивают перепад температур . Направление градиентов и потоков остается прежним.
Проведенная на рисунке пунктирная линия показывает, что давление на поверхности и в центре изделия, а также в установке до начала ТВО равно:
При ТВО во все периоды давления в установке и на поверхности изделия остается без изменения, т.е. , а давление в центре () меняется по периодам.
В период подъема температуры, () приблизительно до его середины давление в центре изделия растет и достигает максимального значения в т. А, т.е. возникает перепад давлений .
Механизм появления избыточного давления в центре изделия можно объяснить следующим образом: в период за счет перепада влагосодержания возникает частный поток , направленный к центру изделия, движущаяся с этим потоком влага частично выдавит воздух из бетона, а частично его закроет в гелевых капиллярах, т.к. сама в них проникнуть не может. При продолжающемся нагреве влага начинает испаряться в пузырьки воздуха, что увеличивает давление в бетоне. Кроме того сам воздух находящийся в бетоне, тоже нагревается и это повышает давление. Таким образом в период в бетоне появиться избыточное , которое будет выше, чем , что в итоге создаст перепад давлений между центром и поверхностью .
Этот перепад давлений будет являться , который образует частный поток переноса влаги (массы) за счет изменения P.
В период изотермической выдержки и частично в период , считая от т. А, происходит снижение избыточного давления в бетоне за счет потери воздуха, т.е. его вытеснение влагой, т.к. от т. А частный поток массы , будет уже направлен в сторону поверхности изделия.
В период охлаждения , давление вновь возрастает, но незначительно, т.к. из бетона начинает испаряться влага, а ее место занимает ПВС, которая проникает вглубь бетона из пограничного слоя, проникая в более нагретые слои воздух, находящийся в ПВС нагревается, а его уменьшается. Пузырьки воздуха, проникающие в бетон из пограничного слоя, начинает испаряться влага, находящаяся в бетоне, что приводит к незначительному росту давлений .
2. Расчет ямной пропарочной камеры
2.1 Исходные данные
Объем производства 22 тыс. м3/год. Изделия: панели перекрытия. Размер изделия 6,28х1, 19х0,22 м, объем изделия 1,66 м3, бетон тяжелый М300, расход арматуры 49.5 кг, удобоукладываемость бетонной смеси Ж=5-10 сек, вяжущее ПЦ500, начальная температура изделия tн 15 оС, температура в цехе tос 17 оС. Режим ТО 3+5+2=10 ч.
2.2 Расход составляющих на 1 м3 бетона марки М300
|
Ц/В |
В/Ц |
Расход компонентов, кг/м3 |
|||||
|
Цемент |
Щебень |
Песок |
Арматура |
Вода |
|||
|
1,54 |
0,6 |
320 |
1216 |
620 |
36 |
190 |
2.3 Технологический расчет
2.3.1 Определение внутреннего размера камеры и количества размещаемых в ней изделий
Габаритные размеры камеры зависят от размера изделий и форм. Геометрический размер форм, с необходимой для расчета точностью, можно определить, исходя из размера самого изделия. Для этого к значениям, характеризующим длину и ширину изделия, следует прибавить по 100 мм для каждой из сторон, а высоту увеличить на 100 мм, тогда габариты формы, исходя из размеров изделия, будут 5,98 х 1,19 х 0,22 м.
Далее необходимо сделать эскиз размещения форм в камере (рисунок …) с учётом установленных допусков их раскладки.
Пусть в рассматриваемом примере изделия в камере размещены в один ряд, т.е. их количество равно 7 шт. Тогда внутренние размеры камеры, (м), будут:
LК - длина 7,18; ВК - ширина 2,09; НК - высота 2,74.
2.3.2 Определение коэффициента загрузки камеры и количества камер
Коэффициент загрузки камеры определяют из отношения объёма изделий VИ, помещённых в камеру, и размеров самой камеры VK.
где VИ= 1,54 х 7 = 10,78 м3; VK= 7,18 х 2,09 х 2,74 = 41,12м3.
2.3.3 Определение количества камер
Вначале по заданной годовой производительности определяют общий рабочий объём всех камер:
где ПГ - объём производства, м3; тцикл = тзаг. +тго+твыг. - продолжительность полного цикла работы камеры, ч; тзаг. и твыг. - время загрузки и разгрузки камеры, ч. Для расчётов можно принимать в пределах от 1 до 3 ч. тго - время нагрева, изотермической выдержки и охлаждения изделий, ч. ФГ - годовой фонд времени работы установки, ч.
Необходимое количество камер для выполнения производственной программы
(камер)
2.4 Теплотехнический расчёт
2.4.1 Определение часового расхода тепла и пара за период нагрева
Масса сухих составляющих в 1 м3 бетона:
GС = gц + gщ + gп = 320+1216+620=2156 кг
где gц, gщ, gп - соответственно массы цемента, щебня и песка, определяемые из расчёта состава бетона, кг.
Теплоёмкость свежеотформованного изделия:
где Сс; Св; Са - соответственно теплоёмкость сухих составляющих бетонной смеси, равная 0,84 кДж/кг°С; воды - 4,18 кДж/кг°С; арматуры - 0,48 кДж/кг°С.
Коэффициент температуропроводности бетона:
где лБ - коэффициент теплопроводности свежеприготовленной бетонной смеси. С достаточной для практических расчётов точностью значение коэффициента можно принять в пределах от 1,63 до 1,98 Вт/м°С; сб - средняя плотность бетона.
Продолжительность нагрева изделий до определённой температуры:
где R - характерный размер изделия, равный половине его толщины, м.
Коэффициент экзотермии цемента:
где QЭ28, кДж/кг - тепловыделение цемента при 28-суточном твердении в зависимости от марки (таблица 3, приложение).
Критерии Фурье Fo и Био Вi:
где ф1 - время подъёма температуры в камере, ч; б - средний коэффициент теплообмена. Для расчётов можно принимать в пределах от 50 до 60 Вт/м2 оС. Из рисунка 1 приложения определяем для значений Fo и Вi величину С2, которая будет равна 0,08.
Величина, характеризующая тепловыделение цемента:
где tн - начальная температура изделия перед тепловой обработкой,°С;
b - скорость подъёма температуры в период ф1 равная:
где tK - максимальное значение температуры,°С.
Из рисунка 2 приложения определяем функцию критерия Fo для неограниченной пластины шпл = 0,13
Расход тепла на нагрев бетона:
где GБ - масса изделий, загружаемых в камеру, равная:
Температура поверхности и центра панели в период нагрева:
Из рисунка 3 приложения для известных значений ф1 = 3 ч, R2/a = 5,08, b - m = 21,29 град/ч, определяем температуру поверхности tпп (R; 3,5) и центра tцп (R; 0) панели при Х/R = 1 и X/R = 0. Температура поверхности панели при Х/R = 1 будет: tc - tпп (R; 3,5) = 5, где tc - температура среды в камере, tпп - искомая температура,°С.
Так как tc = tн + b х ф1 = 85°С, то температура поверхности панели будет:
tпп = tc - 7 = 85 - 7= 78°С.
Температура центра панели при X/R = 0 равна: tc - tцп (R; 0) = 43, откуда tцп = (tн + b х ф1) - 47 = 38°С.
Средняя температура панели в конце периода нагрева:
Средняя температура панели в конце периода нагрева:
Количество тепла, выделенное 1 кг цемента в период нагрева:
Количество тепла, выделенное цементом во всех изделиях в период нагрева:
тогда
количество тепла, выделенное 1 м3 бетона, составит:
Расход тепла на нагрев форм:
Расход тепла на нагрев металлической крышки с утеплителем:
Крышка камеры представляет собой плоскую металлическую сварную рамную конструкцию, плотно обшитую с двух сторон соединёнными в шпунт досками, между которыми проложен слой теплоизолирующего материала высотой 100 - 200мм. В целях снижения паропроницаемости крышку обшивают стальными листами толщиной 1,5-2 мм.
Прежде чем приступить к расчёту расхода тепла, необходимо определить размеры крышки, а также массы металла и утеплителя, требующихся на её изготовление. Размеры крышки могут быть вычислены, исходя из условия, что её грани опираются в средней части стен по периметру камеры.
В рассматриваемом примере, с учётом ранее определённых внутренних размеров камеры Lк - 7,18 м и Вк - 2,09 м и толщиной стен, принятой в расчётах равной 0,2 м, размеры крышки будут:
Lкр = 7,18 + 0,4/2 = 7,38 м и Вкр = 2,09 + 0,4/2 = 2,29 м.
Масса утеплителя:
Gти = Lкр х Вкр х hти х сти = 7,38x2,29x0,15x100=253,7 кг.
Масса металла:
Gм = 2 х (Lкр х Вкр х hм х см) = 2x (7,38x2,29x0,002x7800) = 527,3кг.
Тогда расход тепла будет:
где tос - температура окружающей среды, то есть температура в цехе,°С.
Расход тепла на аккумуляцию стенками и полом камеры;
где Lп и Вп - соответственно длина и ширина пола камеры, м; лст - теплопроводность стен камеры, Вт/м°С; Сст - теплоёмкость стен камеры, кДж/кг°С; сст - средняя плотность материала стенок камеры, кг/м3;
ф = ф1+фзаг+фвыг, ч.
Коэффициент теплообмена поверхности ограждения и окружающей среды:
где Ф - коэффициент, равный: для вертикальной поверхности 2,2, для горизонтальной поверхности 1,8; C1 - постоянная лучеиспускания для наружной поверхности ограждающих конструкций, равная 4,65; tст - температура поверхности ограждающих, конструкций, которую можно принять равной 45.50°С.
Площадь наружной поверхности стен камеры, выступающих над уровнем пола в цехе:
где Lнк и Внк - соответственно наружные длина и ширина камеры, определённые с учётом толщины стен, то есть Lнк = 7,38 + 0,2 = 7,58м; Внк = 2,29 + 0,2 = 2,49 м; hзаг - заглубление камеры относительно уровня пола в цехе, м.
Потери тепла через ограждающие конструкции камеры в период нагрева:
Максимальный часовой расход тепла в период нагрева без учёта экзотермии цемента:
где м - коэффициент, учитывающий способ регулирования подачи пара в камеру. Для расчётов принимают в пределах от 0,15 до 0,3
Максимальный часовой расход пара в период нагрева без учёта экзотермии цемента:
где I! - энтальпия пара, кДж/кг.
Расход пара за период нагрева без учёта экзотермии цемента:
Часовой расход тепла в период нагрева с учётом экзотермии цемента:
Часовой расход пара в период нагрева с учётом экзотермии цемента:
Расход пара за период нагрева с учётом экзотермии цемента:
Тогда за счёт экзотермии цемента экономия пара в период подъёма температуры составит
2.4.2 Определение часового расхода тепла и пара на термообработку изделий
Температура поверхности и центра панели в конце периода изотермической выдержки
Из рисунка 4 приложения для известных значений ф2 - 5 ч;
определяем величину Апл = 0,
при X/R = 0 и А! пл = 0, при X/R = 1.
Тогда температура центра и поверхности панели без учёта экзотермии цемента будет соответствовать
Средняя температура панели в конце периода изотермической выдержки:
Средняя температура панели за весь период изотермической выдержки:
Количество тепла, выделенное 1 кг цемента в период изотермической выдержки:
Количество тепла, выделенное цементом во всех изделиях в период изотермической выдержки:
тогда количество тепла, выделенное 1 м3 бетона, составит
Величина, характеризующая тепловыделение цемента:
Для заданных значений ф2 = 5 ч; и произвольном значении b-m, например 13,7, из рисунка 3 приложения определяем для пластины
при X/R = 0, tc - t = 55
и при X/R = 1, tc - t = 6, тогда величина Впл равна:
Температура поверхности и центра панели в конце периода изотермической выдержки с учётом экзотермии цемента:
Средняя температура панели в конце периода изотермической выдержки с учётом экзотермии цемента:
Расход тепла на нагрев бетона в период изотермической выдержки с учётом экзотермии цемента:
Расход тепла на нагрев форм:
Расход тепла на нагрев металлической крышки с утеплителем:
Расход тепла на аккумуляцию стенками и полом камеры:
где
фцикл = ф1+ф2+ф3+фзаг+фвыг, ч.
Потери тепла через ограждающие конструкции камеры:
Общий расход тепла на термообработку изделий без учёта экзотермии цемента в период нагрева:
Средний часовой расход тепла за время термообработки без учёта экзотермии цемента в период нагрева:
Общий расход тепла на термообработку изделий с учетом экзотермии цемента в период нагрева:
Средний часовой расход тепла за время термообработки изделий с учётом экзотермии цемента в период нагрева:
Средний часовой расход пара за время термообработки без учёта экзотермии цемента в период нагрева:
Средний часовой расход пара за время термообработки с учётом экзотермии цемента в период нагрева:
Средний часовой расход тепла за период изотермической выдержки:
Средний часовой расход пара за период изотермической выдержки:
Расход пара за период изотермической выдержки:
Общий расход пара за время термообработки изделий с учётом экзотермии цемента:
Удельный расход пара на 1 м3 бетона:
2.5 Пароснабжение пропарочной камеры
Для регулирования давления и количества пара, подаваемого в камеру из паровой сети, применяют различные типы регуляторов. Наиболее простым регулирующим устройством в системе пароснабжения является дроссельная диафрагма ДД, которая представляет собой металлическую пластину с отверстием определённого диаметра. Диаметр отверстия в ДД определяется в зависимости от расхода пара, давления перед диафрагмой и после неё.
Важным условием нормальной эксплуатации пропарочных камер является равномерное распределение в них паровоздушной среды. Расчёт устройства разводки пара в камере сводится к определению площади и числу пароподводящих отверстий в зависимости от часового расхода пара. Для достижения наибольшей дальнобойности струи отверстия в разводящем коллекторе, снабжающем камеру паром, выполняются в виде расширяющихся сопел Лаваля.
2.5.1 Расчёт элементов разводки пара в камере
Рассмотрим пример расчёта площади сечения выходных отверстий в разводящем коллекторе, когда давление в камере Р2 соответствует атмосферному, т.е. равно 0,1 МПа, а впуск пара осуществляется при сверхкритической скорости истечения, т.е. выполняется условие Р2 < 0,577 P1. Тогда суммарная площадь сечений всех выходных отверстий может быть определена по формуле
где gпc - секундный расход пара в период нагрева, кг/с; ц - скоростной коэффициент, равный 0,92 - 0,95; К - показатель адиабаты, для насыщенного пара 1,135, для перегретого пара 1,3; P1 - давление в разводящем коллекторе, Па; Ркр = Р2 - давление в установке, Па; с1 - плотность пара при соответствующем давлении, кг/м3.
При Р2, равном или близком к атмосферному, массовый расход пара (g) за час через 1 мм2 отверстия, выточенного в виде сопла, принимаем в зависимости от P1 из таблицы 1.
|
Таблица 1 - Значение массового расхода пара |
||||||||||||||
|
P1, MIIa |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
0,16 |
0,17 |
0, 20 |
0,30 |
0,35 |
0,50 |
0,90 |
1,40 |
|
|
g, кг/мм2ч |
0,26 |
0,49 |
0,59 |
0,68 |
0,76 |
0,82 |
0,87 |
1,02 |
1,52 |
1,76 |
2,50 |
4,40 |
6,72 |
Сечение разводящего коллектора для равномерности раздачи пара должно в два раза превышать суммарное сечение отверстий сопел.
Величины осевых скоростей истечения струи пара на различных расстояниях от устья сопла в зависимости от давления пара перед ним приведены в таблице 4 приложения.
Секундный расход пара:
Площадь сечений всех выходных отверстий:
Плотность пара с1 при давлении 0,18 МПа соответствует 1,022 кг/м3 (таблица 5 приложения).
По таблице 1 для давления P1 - 0,18 МПа находим массовый расход пара (g) за час при истечении струи через отверстие сечением в 1 мм2. Расход пара будет равен 0,97 кг/ч. Проверяем соответствие расхода пара определённого по таблице 1 с часовым потреблением, рассчитанным для периода нагрева.
1 мм2 - 0,87 кг/ч; 187мм2 - X кг/ч, откуда X = 162,69кг/ч.
Максимальное потребление пара в период нагрева по расчёту составляет 162,69 кг/ч.
Полученное значение расхода пара через сопла Лаваля соответствует расчетному.
Для подсчёта количества сопел в разводящем коллекторе воспользуемся данными из таблицы 4 приложения. Диаметр отверстия выбираем из условия создания мощной дальнобойной струи пара, обеспечивающей интенсивное перемешивание среды в камере с целью предотвращения температурного расслоения теплоносителя по высоте камеры. С учётом давления пара Р1 в разводящем коллекторе, равном 0,18 МПа, и дальнобойности струи принимаем диаметр устья сопла 4 мм и находим его сечение.
, откуда
Площадь сечения разводящего коллектора:
, откуда диаметр коллектора равен
2.5.2 Расчёт дросселирующего устройства
Расчёт дроссельной диафрагмы производится с учётом давления пара в разводящем коллекторе. По данным предыдущего примера давление пара в коллекторе равно 0,18 МПа. При расчёте диаметра ДД должно соблюдаться условие, при котором перепад давлений ?Р = Ро - P1 не может быть больше 0,423Ро (Ро - давление пара в паропроводе перед диафрагмой; Р1 - давление пара в разводящем коллекторе после диафрагмы).
При сверхкритической скорости истечения разность давлений в паропроводе и в коллекторе будет
?Р = 0,17/0,423 = 0,402 МПа, а давление пара в паропроводе Ро = 0,17 + 0,402 = 0,572 МПа.
Диаметр отверстия в дроссельной диафрагме определяем исходя из расчётного расхода пара gпЧф1 для периода нагрева, который равен 162,4 кг/ч.
Конструктивная часть
Тепловые агрегаты
В зависимости от технологии для тепловлажностной обработки железобетонных изделий применяют различные тепловые агрегаты: пропарочные камеры периодического и непрерывного действия, кассетные установки, термоформы, термопосты и т.д.
Ямные пропарочные камеры используют в технологических линиях, оснащенных крановым оборудованием для перемещения форм с изделиями. Основными элементами ямной камеры являются стенки, пол с гидравлическим затвором для стока конденсата, крышка и система паропроводов, оснащенных запорно-регулирующей арматурой для подачи пара в камеру.
...Подобные документы
Характеристика выпускаемых материалов и изделий. Описание процессов, протекающих при тепловой обработке стеновых панелей из тяжелого бетона. Выбор способа и режима тепловой обработки, теплоносителя и тепловой установки. Расчет ямной пропарочной камеры.
курсовая работа [321,3 K], добавлен 15.03.2015Конструкция и принцип работы ямной пропарочной камеры. Выбор режима тепловой обработки стеновых блоков в камере. Материальный баланс, основные размеры, продолжительность рабочего цикла, аэродинамический и гидравлический расчет ямной пропарочной камеры.
курсовая работа [826,1 K], добавлен 02.02.2014Процессы, происходящие в цементно-водной системе. Механизм коагуляционно-кристализационного структурообразования в цементно-водных системах. Регулирование свойств бетона в период службы. Роль клинкерных остатков в бетоне в процессе его созревания.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 22.12.2013Конструктивный расчет ямной камеры. Определение размеров форм с изделиями, внутренних и наружных размеров камеры. Определение материального и температурного баланса ямной камеры. Период изотермической выдержки. Назначение конденсатоотводящего устройства.
дипломная работа [138,3 K], добавлен 21.02.2016Обследование технического состояния резервуаров. Причины хорошей сохранности конструкций, находящихся ниже уровня налива нефти. Механизм и кинетика деструктивных процессов, протекающих в бетоне и железобетоне при воздействии газовоздушной и жидкой сред.
автореферат [220,6 K], добавлен 09.04.2011Общие сведения о тяжелом, легком и ячеистом бетоне. Характеристика бетонных смесей по удобоукладываемости: марки по жесткости П-1 и П-3. Расчет состава легкого и тяжелого бетона. Определение расходов воды, цемента, щебня и песка на 1 метр кубичный.
курсовая работа [160,2 K], добавлен 08.02.2012Использование в строительстве бетонов, приготовленных на цементах или других неорганических вяжущих веществах. Расчет состава тяжелого бетона методом объемов. Виды химических добавок. Подбор состава легкого бетона. Декоративные (архитектурные) бетоны.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 22.12.2015Основные положительные и отрицательные свойства портландцемента и цементного камня. Влияние агрессивных, физико-химических действий жидких, газообразных и твердых сред на бетон. Воздействие на него сульфатов. Основные мероприятия по борьбе с коррозией.
реферат [69,0 K], добавлен 04.12.2013Механические свойства бетона и состав бетонной смеси. Расчет и подбор состава обычного бетона. Переход от лабораторного состава бетона к производственному. Разрушение бетонных конструкций. Рациональное соотношение составляющих бетон материалов.
курсовая работа [113,6 K], добавлен 03.08.2014Подбор состава бетона. Расчетно-экспериментальный метод определения номинального состава тяжелого бетона. Физико-механические свойства асфальтобетона. Определение расхода материалов на один замес бетоносмесителя. Расчет оптимального содержания битума.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 05.01.2015Изготовление штучных строительных конструкционных изделий и монолитов. Использование легкого пористого высокопрочного саморастущего бетона с регулируемой активностью. Улучшение физико-механических характеристик, упрощение технологии приготовления бетона.
статья [208,2 K], добавлен 01.05.2011Бетон как композиционный материал, его свойства в зависимости от входящих в состав элементов, разновидности и использование в строительстве. Классификация бетона по уровню водонепроницаемости и жаростойкости, его применение для различных конструкций.
реферат [17,8 K], добавлен 28.05.2009Обзор сырьевых материалов и проектирование подбора состава тяжелого бетона. Расчет химической добавки тяжелого бетона, характеристика вещества. Разработка состава легкого бетона. Область применения в строительстве ячеистых теплоизоляционных бетонов.
реферат [110,6 K], добавлен 18.02.2012Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность. Усадка бетона и начальные напряжения. Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием основных способов приготовления. Деформативность бетона и основные виды деформаций.
реферат [22,4 K], добавлен 25.02.2014Расчет номинального и производственного состава бетона методом абсолютных объемов. Коэффициент выхода бетона; расход материалов на один замес. Модуль крупности песка. Прочность бетона при использовании пропаривания, как способа ускорения твердения.
контрольная работа [643,5 K], добавлен 17.12.2013Приготовление легких бетонов. Снижение собственной массы несущих конструкций. Крупнопористый легкий бетон. Материалы для изготовления легкого бетона. Крупнопористый бетон и гипсобетон. Улучшение теплофизических свойств. Прочность поризованного бетона.
реферат [35,1 K], добавлен 15.02.2012Определение и уточнение требований, предъявляемых к бетону и бетонной смеси. Оценка качества и выбор материалов для бетона. Расчет начального состава бетона. Определение и назначение рабочего состава бетона. Расчет суммарной стоимости материалов.
курсовая работа [84,9 K], добавлен 13.04.2012Классификация бетона по маркам и прочности. Сырьевые материалы для приготовления бетонов. Суперпластификаторы на основе поликарбоксилатов. Проектирование, подбор и расчет состава бетона с химической добавкой. Значения характеристик заполнителей бетона.
курсовая работа [52,7 K], добавлен 13.03.2013Проектирование оптимального состава теплоизоляционного пенобетона. Применение теплоизоляционного пенобетона при возведении ограждающих конструкций. Структура бетонной смеси и физико-химические процессы, происходящие при ее формировании. Усадка пенобетона.
курсовая работа [251,2 K], добавлен 06.08.2013Характеристика цемента, песка, щебня. Нормируемая отпускная прочность бетона. Форма и размеры арматурных изделий и их положение в балках. Материалы пониженного качества. Расход крупного и мелкого заполнителя. Расчет состава бетона фундаментной балки.
курсовая работа [25,4 K], добавлен 08.12.2015
