Расчет теплотехнического оборудования. Камера ямного типа

1. В начале периода подъема температуры

     Bi_п= = =1,15  Fo_п= = =0,373, где

           a_п – средний за период прогрева коэффициент теплообмена между греющей средой и поверхностью изделий, Вт/(м²×°С);

     R – характерный размер изделия, м;

     а – коэффициент температуропроводности, м²/ч.

     Количество  градусо-часов в период прогрева

      , где

       – средняя температура бетона за период прогрева, °С

      , где

     C₂=f (Fo_п, Bi_п) определяется по графикам [1, прил.27]

     С₂=0,02 при F₀=0,37; Bi=1,15;

      =20+ =23,22 °С/ч

     Q_П=23,22×3=69,66 °С

2. В конце периода подъема температуры:

      =t₀+ × , где

       – средняя температура бетона в конце периода прогрева, °С :

     С₁=f(Fо_кп,Вi_кп) определяется по графикам [1, прил.26]

     Bi_к.п.= = =4,68; Fo_к.п.= = =0,37

     С₁=0,26

      =20+ =61,86 °С

3. В период изотермической выдержки

     

     С₃=f(Fо_из,Вi_из) определяется по графикам [1, прил.28]

     Bi_из= = =4,95  Fo_из= = =0,62

     С₃=0,15

     Q=80×5-(80-61,86)× = 378,1°С/ч

     Количество  градусо-часов за весь период ТВО

     Q=Q_ИЗ+Q_П=378,1+69,66=447,76 °С/ч

     По  номограмме определяем [1, прил.21]:

           а) общее удельное тепловыделение цемента за весь цикл тепловой обработки q_э – по общему количеству градусо-часов Q:

     q_э=53,5 ккал/кг=224,7 кДж/кг

           б) удельное тепловыделение цемента в период подъема температуры q_э^п – по количеству градусо-часов, полученным бетоном за период подъема температуры Q_П:

     q_э^п=15 ккал/кг=63 кДж/кг

           в) удельное тепловыделение цемента в период изотермического  прогрева:

     q_э^и = q_э- q_эⁿ=224,7-63=161,7 кДж/кг

     Соответствующие значения удельного тепловыделения бетона кДж/м³, будут равны:

     Q_э=q_э×Ц=224,7×369,1=82936,77 кДж/м³

     Q_э^п=q_э^п×Ц=63×369,1=2325,33 кДж/м³

     Q_э^и=q_э^и×Ц=161,7×369,1=59683,47 кДж/м³

     Величина, характеризующая тепловыделение бетона

     m= _,

          где А=0,0023×Q_э28(B/Ц)^0.44 – коэффициент, учитывающий водоцементное отношение. Для ПЦ 400: Q_э28=419кДж/кг

     А=0,0023×419×(0,43)^0.44=0,67

     m= =6,4 °С/ч

 

VII. Расчет распределения температур 
в бетонных и железобетонных изделиях

Период  подъема температур

     Если  испарения влаги из бетона нет и начальная температура его равна начальной температуре среды, то температуру бетонного изделия в любой его точке в зависимости от продолжительности нагрева, теплофизических констант, скорости подъема температуры и тепловыделения бетона можно рассчитать по следующим формулам:

     t(r,t)=t₀+bt– [R²(1+ )–r_ц²]+ R² , где

     r_ц – координаты точки рассматриваемого тела,

     A_n, m_n – постоянные, зависящие от формы тела и критерия Bi,

     I₀ – функция Бесселя первого рода нулевого порядка [1, прил. 8].

• Так как Fo>0,2, то ограничиваемся только первым рядом суммы и соответственно значениями A₁ и m₁[1, прил. 32].

     A₁ =1,54, m₁ =1,92,

• Температура центра изделия (r=0)

           t(0;t)= [0,15²(1+ ]+0,15² × × =55°C

• Температура поверхности изделия (r=0,15 м)

           t(0,15;t)=20+20×3– [0,15²(1+ ]+ × × =72,25 °C

Период  изотермической выдержки

     Для определения температур по сечению  изделия служат те же дифференциальные уравнения, что и для периода подъема, но при других начальных условиях. За начало отсчета времени следует брать время конца периода прогрева. При этом изделия будут иметь начальное распределение температур, определяемое вышеприведенными уравнениями, в которых следует положить t = t_под. Величину m_из рассчитываем по формуле:

     m_из= , где

     Q_Э – тепловыделение 1 м³ бетона в зависимости от , кДж/м

     m_из= =8°С/ч

     Таким образом, получаем решения, которые  удобно представить в следующем виде:

     

     A_из=

     B_из=

     Для Bi_из=4,95 и Fo_из=0,62 значения A₁ и m₁ соответственно равны[1, прил. 32]:

     A₁ =1,57, m₁ =2

     Для центра:

     A_из= =0,191

     B_из= =1,188

     

      =80,08 °C

     Для поверхности изделия

     A_из= =0,043

     B_из= =1,143

     

      =80,09 °C

     Определим средние температуры изделий  в начале и конце каждого периода.

      =60,75 °С

      =40,38 °С

      =80,09 °С

      =70,42 °С

 

VIII. Теплотехнический расчет 

     Этот  расчет выполняют путем составления  материального и теплового балансов установки. Материальный баланс установок  тепловлажностной обработки позволяет учесть массы всех материалов, участвующих в процессе (сырьевых материалов, закладных деталей и арматуры, форм, ограждающих конструкций). Тепловой баланс позволяет определить удельный расход теплоты на единицу продукции, максимальный часовой расход тепла, теплоносителя или топлива. На основе этого расчета подбирают диаметры труб для подвода теплоносителя, дроссельные диафрагмы, регуляторы давления и температуры, основные элементы системы автоматики.

     Тепловой  баланс для установок периодического действия выполняют отдельно по периодам, поскольку часовой расход тепла в период нагревания в несколько раз превышает расход тепла в период изотермической выдержки.

     Расчет  ведем для одной установки. 

     VIIIa. Материальный баланс

     Приход  материалов

1. Масса сухой части изделия

      , где

     Ц – удельный расход цемента, кг/м³

     П – удельный расход песка, кг/м³

     Щ – удельный расход щебня, кг/м³

     V_б – объем бетона в расчетной загрузке, м³.

     G_c=(369,1+622,3+1270)∙6,3=14250 кг

2. Масса воды затворения

      ,где 

     В – удельный расход воды, кг/м ³

     G_в1=158,7∙6,3=1000 кг

3. Масса арматуры и закладных деталей

      , где

                       А – удельный расход арматуры и закладных деталей, кг/м ³ (находится по [7]).

      кг

4. Масса форм или поддонов

      , где

    G_ф1 – масса одной формы или поддона, кг[1, прил.9];

                      n – количество форм или поддонов в расчетной загрузке, шт.

      =112840 кг

5. Масса материалов ограждающих конструкций

      , где

     V_огр- объем ограждений, м³;

     ρ_огр - плотность материала ограждений, кг/м ³[1, прил.11].

                 G_огр=2∙7∙2,48∙0,38∙1700+2∙1,65∙2,48∙0,38∙1700+7∙1,65∙0,2∙300+ +7∙1,65∙0,2∙2400=33950 кг

6. Приход материалов

     G_прих= G_c+G_в1+G_a+С_ф+G_огр

     G_прих=14250+1000+945+112840+33955=162990 кг≈163 т 

     Расход  материалов

     G_расх= G_c+G_в2+G_a+G_ф+G_огр, где

                 G_в2- масса оставшейся после испарения воды в материале, кг, равная G_в2= G_в1-W, где

                 W»0,01r_бV_б- масса испарившейся воды, кг.

     G_в2=1000–0,01∙2400∙6,3=848,8 кг