Метод расчета эволюции теплоэнергетических характеристик процесса ускоренной гидратации бетонных изделий

Abstract

Разработка методов расчета динамики изменения тепловых энергетических характеристик процесса ускоренной гидратации является одной из сложнейших задач теплоэнергетики. В статье рассмотрен новый метод расчета теплотехнических характеристик процесса, ориентированный на применение его в установках ускоренной гидратации, применяемых в производстве 3D-бетонных конструкций. При разработке метода использованы принципы клеточно-автоматного моделирования энергетических характеристик процесса тепловой обработки бетонов. Математический аппарат метода основан на конечно-разностном трехмерном уравнении теплопроводности, позволяющем учесть: пространственные размеры изделия из бетона, пространственное расположение опалубки, пространственное распределение нагревательных элементов и другие конструктивные особенности системы ускоренной гидратации за счет системы граничных и начальных условий. Входными параметрами используемых моделей являются плотности, теплопроводности, теплоемкости бетонной смеси и конструктивных элементов, входящих в технологическую оснастку изделия. Граничные и начальные условия позволят решать задачи моделирования для любой 3D-конструкции. Цель исследований – разработка метода расчета динамики изменения энергетических характеристик твердеющего 3D-изделия из бетона, подвергнутого тепловой обработке, на основе сеточной неравновесной теплофизической модели. Представлен формульный аппарат, позволяющий связать геометрические характеристики изделия и конечно-разностные уравнения теплопроводности с учетом источников тепловыделений. Предложен численный метод определения энергетических характеристик твердеющего 3D-изделия из бетона, подвергнутого тепловой обработке, заключающийся в вычислении в зависимости от времени тепловой обработки: теплоты, подведенной к изделию извне; теплоты, рассеянной в окружающую среду; выделившейся теплоты гидратации; аккумулированной в изделии теплоты с учетом геометрии изделия. Метод построен на основе сеточной трехмерной теплофизической модели, учитывающей неравновесность и систему граничных условий, отражающих специфику процесса в установках ускоренной гидратации бетонов. Выполнены расчеты функций энергетических характеристик, определяющих тепловую обработку, в зависимости от времени тепловой обработки для кубических 3D-изделий из бетона различного размера. Показано, что скорость изменения энергетических характеристик можно моделировать для изделий любой пространственной конфигурации.