Разработка энергоэффективных режимов установок для тепловой обработки бетонных изделий с использованием численных методов расчета

Производство бетонных и железобетонных изделий в условиях Республики Беларусь и в странах с аналогичными климатическими условиями требует проведения тепловой обработки в теплотехнологических установках с целью достижения продукцией заданной прочности в назначенное время, на что расходуется большое количество тепловой энергии. Назначение режимов работы оборудования в этом случае сопряжено с целым рядом трудностей, когда речь идет о новых изделиях сложной пространственной конфигурации и структуры. Критериями оптимальности таких режимов выступают, как правило, продолжительность и температурные пределы обработки, обеспечивающие требуемую прочность при минимальном потреблении энергии. В условиях серийного производства в случае конструктивно простых объектов назначение режимов тепловой обработки осуществляется опытным путем. Как показывает анализ, полученные таким образом режимы не отвечают названным выше критериям, особенно с позиций энергосбережения. В статье с использованием ранее разработанной авторами математической модели предлагаются зависимости для расчета оптимальных режимов тепловой обработки бетонных изделий, отличающихся сложной пространственной формой и многокомпонентной структурой. Метод основан на трехмерных уравнениях переноса с учетом внутренних источников тепловыделений, обусловленных протекающей реакцией гидратации активных компонентов цементного клинкера, и граничных условий, соответствующих структуре обрабатываемого изделия, а также виду теплотехнологического устройства для ускоренной гидратации. Предложены уравнения для расчета количества подводимой к обрабатываемому изделию тепловой энергии, обеспечивающей заданную прочность в назначенное время. На примере выпускаемого промышленного бетонного изделия и для условий реально применяемого устройства ускоренной гидратации выполнено сравнение двух предельных режимов тепловой обработки: с изотермической выдержкой и без нее. В результате расчетов получены зависимости энергопотребления, температурных полей и степени гидратации в изделии для обоих режимов и разработан соответствующий рассматриваемому случаю энергосберегающий режим тепловой обработки. Показано, что используемый численный метод позволяет решать задачи подобного типа и добиваться экономии тепловой энергии.

1. Марьямов, Н. Б. Тепловая обработка изделий на заводах сборного железобетона (процессы и установки) / Н. Б. Марьямов. М.: Стройиздат, 1970. 272 с.

2. Соколовский, Л. В. Снижение расхода тепла при производстве бетона и железобетона [Электронный ресурс] / Л. В. Соколовский // Строительство и недвижимость. 2001. № 18. Режим доступа: http://www.nestor.minsk.by/sn/2001/18/sn11806.html. Дата доступа: 08.03.2019.

3. Временные нормы для расчета расхода тепловой энергии при тепловлажностной обработке сборных бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях: СН 513–79. М.: Стройиздат, 1980. 30 с.

4. Аксенчик, К. В. Совершенствование тепловой работы пропарочных камер для тепловлажностной обработки железобетонных изделий / К. В. Аксенчик. Иваново, 2014. 20 с.

5. Аксенчик, К. В. Оценка энергетической эффективности тепловых установок для тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий / К. В. Аксенчик // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: сб. науч. тр. по матер. Междунар. заочной науч.-практ. конф. Воронеж: ФГБОУ ВПО «ВЛГТА», 2014. № 3. Ч. 1. С. 204–211.

6. Нияковский, А. М. Разработка математической модели процесса твердения бетона на основе трехмерного уравнения теплопроводности / А. М. Нияковский // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. F. Строительство. Прикладные науки. 2018. № 16. С. 72–79.

7. Повышение энергетической эффективности теплотехнологического оборудования на основе численного моделирования нестационарных процессов / А. М. Нияковский [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 2. С. 177–191. https://doi.org/10.21122/1029-7448-201962-2-177-191.

8. Верификация нестационарной математической модели твердения бетона в теплотехнологических установках / А. М. Нияковский [и др.] // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 2. С. 137–145. https://doi.org/10.21122/ 2227-1031-2019-18-2-137-145.

9. Дискретная оптимизация программно управляемых режимов тепловой обработки бетонных изделий в теплотехнологических установках / А. М. Нияковский [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 3. С. 280–292. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-3-280-292.

10. Нияковский, А. М. Алгоритм и численная схема моделирования нестационарных процессов тепловой обработки бетонных изделий / А. М. Нияковский, Ю. В. Яц-кевич, А. Н. Чичко // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. C. Фундаментальные науки. Информационные технологии. 2019. № 4. С. 50–61.

11. Численное моделирование эволюции энергетических характеристик процесса тепловой обработки композитного бетонного изделия / А. М. Нияковский [и др.] // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2019. Т. 723, № 3. С. 86–100.

12. Нестационарная модель процесса гидратации железобетонного изделия, находящегося в программно-нагреваемой среде / А. М. Нияковский [и др.] // Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2019. Т. 63, № 4. С. 496–505. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2019-63-4-496-505.

13. Метод расчета эволюции теплоэнергетических характеристик процесса ускоренной гидратации бетонных изделий / А. М. Нияковский [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 4. С. 307–324. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-4-307-324.