Вертикальная камера профессора Семенова
Министерство образования и науки Украины
Одесская Государственная Академия Строительства и Архитектуры
Кафедра процессов и аппаратов в технологии строительных материалов
Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу:
«Теплотехника и теплотехническое оборудование»
на тему:
Вертикальные камеры проф. Семенова
Выполнила:
ст.гр.ПСК-441
Голышев А.А.
Проверила:
Антонюк Н.Р.
Одесса
2009
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Вертикальные камеры проф. Семенова
(башенные камеры вертикального типа)
Длина камеры:
м,
где: lф – длина формы – вагонетки (принимается равной длине изделия +0,5 м на форму),м; l1 – расстояние между стенкой камеры и формой (l1 – 0,5-0,6 м).
Lk=2*6,5+3*0,5=13+1,5=14,5м.
Ширина камеры Вк:
,
м.
где: bф –ширина формы, м; b1 – расстояние между стенкой камеры и формой (b1=0,5-0,6 м).
Bk=1,2+2*0,5=1,2+1=2,2.
Высота камеры(надземная часть). Высота камеры не должна превышать 6м.
где: hя – число ярусов в камере,шт; hф – высота формы с изделиями (равна 0,31 м + толщина изделия), м; h1 – высота консоли поворотных устройств и расстояние от формы до пола камеры и потолка ( h1 =0,2 м).
Hk=3*1,51+(3+1)*0,2=5,33м
Количество камер определяют по формуле:
Z=Gгод*τто/ τгод *Vи* nто
где: Gгод – годовая производительность завода или технологической линии, м3/год; τгод – количество рабочих часов в году, час; τто – время тепловой обработки, час; Vи – объем одного изделия, м3; τто – количество изделий, находящихся в камере, шт.
Z=(20000*11)/(340*16*6*1,2*0,24*3)=7,8.
Проверка производительности камеры:
Gк= nто* Vи* τгод/ τто, м3/год
Gк=(3,6*1,2*0,24*340*16)/11=2563,72 м3/год.
Для определения длин зоны подогрева, охлаждения и изотермической выдержки определяем количество изделий, находящихся в зоне изотермической выдержки:
nиз=nто*( τII/ τто),шт
где: τII – время изотермической выдержки, час.
Nиз=3*(7/11)=1,9.
Тогда зону изотермической выдержки можно определить по формуле:
LII = nяII*(hф+h1).
где: nяII - количество ярусов в зоне изотермической выдержки.
LII =3*(1,51+0,2)=5,13.
Зона нагрева и охлаждения:
LI=LIII=Hk-LII, м
LI=5,33-5,13=0,2 м.
Высота машинного отделения, находящегося в подземной части камеры, равна 1,8 м.
Расчет скорости нагрева и охлаждения изделий
1. Общие положения
Цикл тепловой обработки бетона с момента подачи тепла состоит из следующих этапов:
1. Подъем
температуры
греющей среды
от начальной
до максимально
заданной (
);
считают, что
изменение
температуры
происходит
по линейному
закону, т.е.
,
где
- температура
среды в момент
времени
;
- начальная
температура;
b - скорость
подъема температуры
в град/час.
2. Выдерживание
изделий при
максимальной
постоянной
температуре
- изотермический
прогрев - (
);
на этом этапе
изделие должно
быть равномерно
прогрето по
сечению, однако
какое-то время
может происходить
выравнивание
температур
- «центр-поверхность»
изделия до
достижения
температуры
среды.
3. Остывание
изделий (
);
на этом этапе
температура
изделий понижается
соответственно
заданному
режиму понижения
температуры
тепловой установки.
Особое значение имеет расчет температуры бетона в период нагрева, т.к. на этой стадии температурные градиенты по сечению изделия существенно влияют на процессы структурообразования в бетоне, а также процесс охлаждения, когда возникает опасность появления трещин.
Определяющим
параметром
в условиях
конвективного
теплообмена
- основного
вида теплообмена
при тепловой
обработке
бетона - является
коэффициент
теплообмена
,
зависящий
от содержания
воздуха в паре,
характера и
скорости движения
среды, от температуры
среды, состояния
поверхности
твердого тела,
величины
температурного
перепада между
средой и поверхностью
изделия и др.
В зависимости от условий теплообмена определяют соответствующие им коэффициенты теплообмена (прил. КП-5).
Для правильного назначения режимов тепловой обработки изделий необходимо знать кинетику температуры в отдельных точках изделия и ее распределение в объеме изделия в различные моменты времени. Эти же данные нужны и для теплотехнических расчетов установок. В результате такого расчета определяют количество и график подачи тепла в установку.
Для этого
период нагрева
()
разбивают на
3 стадии в каждой
из которых, в
соответствии
со средними
за стадию параметрами
процесса, определяют
искомые температуры.
При этом принимают
во внимание,
что конец первой
стадии - есть
начало второй,
конец второй
- есть начало
третьей и т.д.
(в период изотермической
выдержки и
охлаждения
разбивку на
стадии не
производят).
2. Расчет температуры греющей среды по этапам
Скорость подъема температуры греющей среды:
где:
- начальная
температура
среды;
- температура
изотермической
выдержки;
-
время этапа
подъема температуры.
Режим тепловлажностной
обработки (
+
+),
а также температура
изотермической
выдержки указываются
в бланке задания.
град./час
Цикл тепловой обработки бетона в камере Семенова
Конечные и средние температуры каждой стадии и этапов:
Этап
подъема температуры
():
Стадия I-1:
0С;
0С;
0С.
Стадия1-2:
0С;
0С;
0С.
Стадия1-3:
0С;
0С;
0С.
где:
и
- начальная и
конечная температура
каждой стадии;
-
время каждой
стадии
;
-
средняя температура
стадии.
Этап
изотермической
выдержки
0С;
Этап
охлаждения
():
0С;
0С;
0С.
ЭтапI ЭтапII ЭтапIII
3. Метод критериальных уравнений
Эффективность нагрева изделий в условиях протекания процесса конвекционного теплообмена прямо пропорциональна интенсивности теплообмена, толщине прогреваемого слоя изделия и обратно пропорциональна теплопроводности материала тела. При расчетах нестационарных процессов нагрева эта связь (зависимость распространения тепла в изделии от интенсивности внешнего теплообмена) учитывается критериальным комплексом Био :
где:
- коэффициент
теплопередачи,
Вт/м2 • град.;
-
определяющий
размер по
соответствующей
оси, м. ;
-
коэффициент
теплопроводности
бетона.
Скорость изменения температуры при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:
где:
- коэффициент
температуропроводности,
м2/час;
- продолжительность
процесса нагрева,
час.
При расчете температур материала в любой точке по оси X используют зависимости типа:
где:
-
безразмерная
температура;
,
-
температура
среды и начальная
температура
тела.
Аналогично
определяют
безразмерные
температуры
и
по осям Y,Z.
Для определения температуры на поверхности и в центре всесторонне прогреваемого изделия используются графики, приведенные в прил. КП-7. По определенным критериям Фурье и Био на соответствующем графике находят безразмерную температуру, по которой определяют искомую темпе-ратуру в центре или на поверхности изделия.
Порядок расчета по методу критериальных уравнений
Определение
критериев
-
и
для центра и
поверхности
изделия для
всех этапов.
Этап подъема температуры (стадия 1-1);
Критерий Bi:
;
;
где:
- коэффициент
теплопередачи
для первой
стадии; 1, b,
h - соответственно
длина, ширина
и толщина изделия
(по заданию);
- коэффициент
теплопроводности
данного вида
бетона (Прил.КР-3).
Расчет коэффициента теплопередачи а для всех стадий этапа подъема температуры, этапа изотермической выдержки и этапа охлаждения изделий определяется по Прилож.КП-5, где:
Пункт А: для паровоздушной среды при естественной конвекции (ямные камеры конструкции «Гипростройиндустрии», проф. Л.А.Семенова и др.);
Пункт Б: для установок с интенсивной циркуляцией среды (ямные камеры конструкции ПДК КИСИ и др.);
Пункт В: для чистого (без примеси воздуха) насыщенного пара (автоклавы и вертикальные камеры проф. Л.А. Семенова и др.);
Пункт Г: для кассетных установок.
Этап
подъема температуры
():
Стадия I-1: t I-1 =32,57.
0С,
,
;
;
;
Стадия 1-2: t I-2 =57,7С0.
0С,
,
;
;
;
Стадия 1-3: t I-3 =82,83.
0С,
,
;
;
;
Этап
изотермической
выдержки
0С;
,
;
;
;
Критерий
:
;
;
.
где: а - коэффициент температуропроводности, определяемый по Прил.КР-3 для заданного вида бетона; г/.у - длительность первой стадии.
Этап
подъема температуры
():
;
;
.
Этап
изотермической
выдержки
;
;
.
По графикам в зависимости от значений критериев Bi и Fo находят без- размерные температуры по каждой оси для поверхности и центра изделия (Прил.КП-6):
- для
поверхности
изделия:
;
;
;
Этап
подъема температуры
():
Стадия
I-1:
Стадия
1-2:
Стадия
1-3:
;
- для центра
изделия:
;
;
.
Этап
подъема температуры
():
Стадия
I-1:
;
Стадия
1-2:
;
Стадия
1-3:
;
Общая безразмерная температура для поверхности и центра изделия:
=
=
.
Этап
подъема температуры
(