На головну

Тема лекції 11 масо-і теплообмін при тепловій обробці. Зовнішній і внутрішній тепло- і масообмін при тепловій обробці будівельних матеріалів

  1.  III. типи фільтрів в селекції політичних стратегій.
  2.  Quot; ЛЕКЦІЇ ПО ЗАПРОВАДЖЕННЯ У ПСИХОАНАЛИЗ "(" Vorlesungen zur Einfuehrung in die Psychoanalyse ". Wien, 1916-1917
  3.  Quot; ЛЕКЦІЇ з феноменології ВНУТРІШНЬОГО СВІДОМОСТІ ЧАСУ "(" Vorlesungen zur Phanomenologie des innern Zeitbewubtseins ", 1905) - робота Гуссерля.
  4.  Аналіз статистичних матеріалів
  5.  Аналіз типових діаграм стану взаємодіючих матеріалів
  6.  Апарати теплообмінні листові
  7.  Апарати теплообмінні трубчасті без кожуха.

Тепловологісна обробка бетону насиченою парою - основний спосіб, який дозволяє створити вологості умови нагріву і зберегти вологу замішування в матеріалі. Тому саме цей спосіб застосовується на більшості заводів. Щоб уявити собі процеси, що проходять в установці і матеріалі при тепловій обробці, на першому етапі вивчення припустимо, що свежесформованной бетон після попередньої витримки набрав якусь початкову міцність, яка дозволяє піддавати його обробці без форми і піддону.

Бетон у вигляді модельного паралелепіпеда 2 (див. Схему наведену на рис. 11.2) помістимо в установку 1 і позначимо локальну температуру і вологовміст матеріалу відповідно на поверхні tп. м и Uп. м і в центрі tц.м и UЦМ. В установку подамо пар П і з установки будемо виводити конденсат К. Пар буде віддавати теплоту пароутворення, нагрівати поверхню матеріалу і теплову установку за рахунок конденсації на поверхнях матеріалу і установки. Цей процес, як вже було сказано, називається процесом зовнішнього, по відношенню до матеріалу і установці, тепло- і масообміну. Розглянемо процес зовнішнього тепло- і масообміну між парою і матеріалом.

Зовнішній тепло- і масообмін при безпосередньому зіткненні насиченої пари з матеріалом.

Зовнішній тепло- і масообмін визначає умови взаємодії насиченого пара, який подається в установку, і вироби, що піддається тепловій обробці. Від умов взаємодії насиченого пара з виробом залежить швидкість нагріву вироби і ступінь його зволоження з поверхні, а також температурне поле в установці для обробки їх виробів. Для аналізу умов зовнішнього тепло- і масообміну з бічної і нижньої граней матеріалу (див. Схему на рис. 11.2) проведемо осі координат X-У.

 Малюнок -11.2 Схема установки для тепло-вологості обробки (період нагрівання і ізотермічної витримки)

Зовнішній тепло- і масообмін при нагріванні матеріалу.Відкладемо на осі X (Рис. 11.3, а) відстань від матеріалу до стінки установки, а на осі У, по поверхні матеріалу, - тиск в установці Р. До надходження пара в установці знаходився повітря, тому тиск в ній, якщо вона не повністю герметична, буде дорівнює атмосферному Ру. Подамо пар в установку (умова неповної герметичності зберігається). В цьому випадку загальний тиск в установці Ру як і раніше має дорівнювати атмосферному і буде складатися (див. рис. 4.3, а) з парціального тиску водячи ного пара Р'п і парціального тиску повітря Р'В:

 (11.1)

Вступник пар, потрапляючи на більш холодну поверхню матеріалу, конденсується. В силу змочування поверхні на ній утворюється плівка конденсату товщиною б, поверхня нагрівається і її температура tn.M зростає, прагне до температури пароповітряної суміші tп. з. Разом з парою до поверхні, де він конденсується, надходить повітря. Парціальний тиск пара у цій поверхні знижується до Р "п при загальному постійному тиску в установці. Парціальний тиск повітря тут зростає до Р" в. Це можна описати рівнянням

 (11.2)

При цьому РП> РП , а Р 'ВВ- Відповідно до парціальним тиском пари на поверхні матеріалу Р 'п на стороні плівки, зверненої до пароповітряної суміші (рис. 4.3,6), буде температура t/ж, Що наближається до температури насичення tн при парціальному тиску пари Р "п. При товщині плівки конденсату на поверхні матеріалу ? питомий потік теплоти qт до матеріалу буде дорівнює

 (11.3)

поверхні матеріалу в координаті часу.

Необхідно відзначити, що плівка конденсату на поверхні матеріалу різко знижує коефіцієнт тепловіддачі а, отже, і питомий потік теплоти до матеріалу від пароповітряної суміші. За весь час нагрівання матеріалу парою питомий потік маси пара, що конденсується на поверхні, можна визначити за формулою Н. Б. Марьямова

 (11.4)

де рт - Коефіцієнт масообміну при конденсації; Рп - Парціальний тиск водяної пари в установці; Рп -Парціальний тиск пара у поверхні виробу.

Поруч досліджень доведено, що рт - Коефіцієнт масообміну при конденсації водяної пари з пароповітряної суміші близький до коефіцієнта масообміну при випаровуванні з поверхні рідкої плівки ат, т~ ~ 0,97сст), Тому в розрахунках зазвичай через труднощі визначення рт знаходять ат і до його значенню прирівнюють рт.

коефіцієнт масообміну ат при випаровуванні для умов природної конвекції визначають за критеріальною залежно ат = 0,618 Ат ° -шХ '// Т (При Аг = від 1,33-104 до 4-108), (11.5)

де Аг - критерій Архімеда; F - Поверхня випаровування (конденсації); X ' - Коефіцієнт массопроводності.

Коефіцієнт массопроводності підраховують за формулою

 (11.5)

де К - Коефіцієнт дифузії для водяної пари в повітря при нормальних умовах або коефіцієнт потенціалопроводності для вологого газу; ?п-молекулярная маса пара, р,п= 0,018 кг / моль; Тср - Середня абсолютна температура умовного прикордонного шару; те - Абсолютна температура; R?універсальна газова постійна; В0 - Барометричний тиск при нормальних умовах; В - Барометричний тиск повітря.

Зовнішній тепло- і масообмін в період ізотермічної витримки.Изотермическая витримка починається смоменту досягнення поверхнею матеріалу температури пароповітряної середовища в установці. У цей час центральні шари матеріалу продовжують ще якийсь час нагріватися за рахунок теплової енергії, що конденсується, на виробі пара. Сама установка теж за рахунок втрат в навколишнє середовище вимагає підведення тепла, рівного втраченого кількості теплової енергії. Однак внаслідок екзотермії цементу внутрішні шари вироби набувають температуру, кілька перевищує температуру пароповітряної середовища установки (на 2-5 ° С), Р "п стає Р 'п, І з поверхні матеріалу починає випаровуватися волога. За рахунок витрат теплоенергії на поверхні утримується температура, рівна температурі пароповітряної середовища установки. До кінця ізотермічної витримки плівка конденсату з поверхні матеріалу повністю випаровується, а сам матеріал втрачає значну кількість вологи.

За даними Л. А. Малінін, В. М. Семенова, Н. Б. Марьямова, кількість вологи, набраної матеріалом в період підігріву, оцінюється в 2-3% від води замішування бетону, а кількість втраченої в період ізотермічної витримки - в 1 , 0-1,5%, рахуючи від води замішування. Отже, на початку ізотермічної витримки відбувається ще конденсація підводиться пара і на виробі, і на поверхнях установки. В інший, значно більший час ізотермічної витримки, випаровується волога з поверхні виробу, на що витрачається крім теплоти екзотермії цементу і теплота пара. Крім того, теплова енергія пара заповнює втрати тепла в навколишнє установку середу. Питома потік теплоти, що віддається матеріалу парою при конденсації і від пароповітряної суміші, може бути підрахований за формулами (11.4) і (11.5).

Питома потік маси-вологи qWB, випаровується з поверхні в період ізотермічної витримки, знаходять за формулою

 (11.6)

де ?m - Коефіцієнт масообміну при випаровуванні; Рп"парціальний тиск пара у поверхні виробу при температурі мокрого термометра; Рп' -Парціальний тиск водяної пари в установці; під - Барометричний тиск при нормальних фізичних умовах; В ' - Барометричний тиск, що існує в установці.

Коефіцієнт масообміну при випаровуванні ат визначають за формулою (12.6). питома теплота qm, витрачається на випаровування, може бути підрахована з деяким наближенням, як твір теплоти пароутворення г на питому масу вологи, що випаровується qm (Тут не врахований витрата енергії на подолання сил, що утримують вологу на поверхні матеріалу):

 q = rq = r (11.7)

Наведені формули дозволяють визначити питомі потоки маси і теплоти і описують таким чином умови зовнішнього тепло- і масообміну в період ізотермічної витримки.

Внутрішній тепло- і массобмена при тепловій обробці.

Як було показано при розгляді зовнішнього тепло- і масообміну за періодами підігріву, ізотермічної витримки і охолодження змінюється температура tПM і вологовміст Uпм поверхні матеріалу. Ці зміни тягнуть за собою обов'язкову передачу теплоти і маси всередині вироби, тому подальшої завданням курсу є вивчення умов поширення теплоти і маси всередині матеріалу, а також їх впливу на структуроутворення, що відбувається в матеріалі в різні періоди обробки їх.

Внутрішній тепло- і масообмін в період нагріву матеріалу. Розглядається зразок матеріалу у вигляді модельного паралелепіпеда, що не укладений в форму (відкритий з усіх боків) (див. Рис. 11.2). Як було встановлено під час розгляду зовнішнього тепло- і масообміну, внаслідок конденсації пари поверхню матеріалу отримує теплоту і вологу, за рахунок яких нагрівається зі збільшенням вмісту вологи. По перетину зразка створюється перепад температур і вологовмісту

Малюнок 11.3 - Схема виникнення в матеріалі градієнтів температур і вологовмісту

а й г - відповідно до лінії ізопотенціальної поверхонь температур і вологовмісту; б - схема утворення градієнта температур VT і потоку

Розглянемо процес випаровування вологи в пляшечку повітря на i-d-діаграмі (рис. 11.4).

 Малюнок 11.4 - Схема визначення кількості вологи, що випаровується в пляшечку повітря

tср ?ср- відповідно температура і відносна вологість середовища, з якої взято бульбашка повітря; dп (?)- вологовміст

У початковий момент часу то повітря в бульбашці характеризувався параметрами середовища цеху tcp і ?ср (крапка А). На час ti повітря асимілює з поверхні вологої плiвки вологу по / -const до ? = 100% (точка В). При цьому кількість вологи, що випарувалася в пляшечку повітря, складе: Ad = = dn{Ti)-dn(T j. В процесі обробки матеріал нагрівається разом з повітрям припустимо до температури ti (крапка С). Нагрівання пароповітряної суміші в бульбашці до h буде йти по прямій ВС. При цьому ф повітря в бульбашці знизиться до фс, І вологе повітря знову набуває здатності до моменту часу тз асимілювати вологу по лінії СД до ф = 100%. При цьому кількість вологи, що випарувалася в бульбашці, складе: Adi = dn(x)-dn(T). Знаючи кількість вологи, що випарувалася в матеріалі, можна визначати надлишковий тиск в різних перетинах матеріалу.

Отже, всередині бетону при тепловій обробці в процесі нагрівання виникає, як встановлено, надлишковий тиск. Так як в установці для обробки їх в даному випадку, а отже, і на поверхні бетону тиск атмосферний, то між центральними шарами бетону і його поверхнею створюється перепад тисків DР. Різниця тисків по аналогії з раніше розібраним випадком (див. Рис. 4.6) для приватних потоків qBmu и qBmt призводить до появи приватного потоку вологи в матеріалі qBmp. Таким чином, в період нагріву відкритого з усіх боків матеріалу під час обробки їх виникають три приватних потоку вологи qBmu , qBmt и qBmp складають загальний потік вологи в матеріалі qBm . Волога, пересуваючись з поверхні всередину матеріалу, витісняє з нього повітря і займає його місце. Віддаляючись з матеріалу, волога заміщається повітрям, що надходять з навколишнього середовища. Тому в матеріалі весь час в процесі обробки їх рухаються потоки вологи і повітря, відбувається так званий массообмен або массоперенос. Тому нагрівання при тепловій обробці бетону супроводжується процесами тепло- і масообміну.

література

1 осн. [5-15],

2 доп. [3-7]

Контрольні питання

1. обробки їх бетону.

2. Зовнішній тепло- масообмінних при тепловій обробці.

3. Формула Н. Б. Марьямова.

4. Внутрішній тепло- і масообмін при тепловій обробці.

 




 Тема лекції 1. Введення. Призначення теплової обробки в технології будівельних матеріалів. Поняття про теплових системах. |  Класифікації способів теплової обробки будівельних виробів |  Тема лекції 3 Перший закон термодинаміки. |  Тема лекції 4 Основні термодинамічні процеси. |  Тема лекції 6 Принцип складання енергетичного (теплового) балансу |  Тема лекції 8. масо-і теплообмін при сушінні. Зовнішній і внутрішній тепло- і масообмін при сушінні будівельних матеріалів. Балансное рівняння теплового потоку. |  Матеріалів із застосуванням id-діаграми. |  Лекція № 13. Паливо і процес горіння |  види тисків |  Тема заняття 15. Теплопостачання у виробництві будівельних матеріалів і виробів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати