Диссертация (1172914), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Описание испытуемых образцовдля исследования теплотехнических характеристикИспытуемые образцы для проведения эксперимента изготавливались назаводе ОАО «Моспромжелезобетон» в виде плит размера 1,1×1,1×0,15 м. Такжекак бетонные кубы, железобетонные плиты были изготовлены трех видов: плита без добавки ППФ (К); плита с добавкой ProZASK IGS 12 мм (Р); плита с добавкой ProZASK IGS 6 мм (А).Общие характеристики ППФ, расход и основные составляющие компоненты бетонной смеси описаны в главе 2, раздел 2.1.3.Плотность образцов плит составила: плита без добавки ППФ – 2405 кг/м3;плита с добавкой ProZASK IGS 12 мм – 2465 кг/м3; плита с добавкой ProZASKIGS 6 мм – 2380 кг/м3.Для изготовления трех испытуемых образцов использовалась схема армирования, которая представлена на рисунке 3.9.73Рисунок 3.9 – Схема армирования испытуемых плитПеред началом заливки плит были изготовлены специальные формы исварены сетки из металлических прутов диаметром 6 мм для армирования плити придания жёсткости (рисунок 3.10).Рисунок 3.10 – Форма для заливки плитс металлической сеткой для армирования бетонаПеред изготовлением плит в середине сечения плиты закреплялись специальные держатели для термопреобразователей в количестве трёх штук длякаждой плиты.

Термопары устанавливались на разных высотах в вертикальнойплоскости для определения экспериментальных зависимостей прогрева во времени. Схема держателей представлена на рисунках 3.11, 3.12.74ТП31ТП223ТП1Рисунок 3.11 – Держательс установленнымитермопреобразователямиРисунок 3.12 – Схема держателядля термопреобразователей:1 – металлическая рамка;2 – металлическая проволока;3 – термопреобразователиНа рисунке 3.13 представлен вид форм для испытуемых образцов передзаливкой в них бетона.Рисунок 3.13 – Формы для испытуемых плитперед заливкой их бетономДалее после всех подготовительных работ начинается сам процесс заливки бетонной смеси в формы.

Сначала на специальном производственном оборудовании изготавливают бетонную смесь. Затем готовая бетонная смесь доставляется к месту заливки. Во время процесса используется специальный вибратор, который помогает равномерно распределить бетонную смесь в формах.Общий вид трех плит для проведения испытаний представлен на рисунке 3.14.75Рисунок 3.14 – Общий вид плит для исследованиятеплофизических характеристикПо истечении 28 дней и набора прочности бетона, изделия были перевезены во ВНИИПО МЧС России для непосредственного проведения испытанийи исследования теплофизических характеристик бетонов.3.4.

Методика проведения исследования теплофизическиххарактеристик бетона с полипропиленовой фибройДля исследования теплофизических характеристик бетонов без добавки ис добавкой ППФ использовалась методика [145], где описано используемоеоборудование, основные этапы проведения эксперимента и температурный режим, воспроизводимый при проведении эксперимента.Перед началом эксперимента все задействованное в нем оборудованиепроверяется, подключаются термопреобразователи к измерительной аппаратуре(«Микролаб ПРО»), и настраивается специальное программное обеспечениеЭВМ для регистрации данных в ходе испытаний. Затем на малую горизонтальную огневую печь укладывается испытуемый образец и на необогреваемую поверхность закрепляются термопреобразователи для измерения температуры снеобогреваемой стороны.76Согласно методике [145] на образец в ходе эксперимента должна действовать нормативная нагрузка.

В случае проведения данного эксперимента иопределения теплофизических характеристик во время испытания образец ненагружается, так как целью является не исследование огнестойкости, а определение температур бетона для получения коэффициентов теплоёмкости и теплопроводности.После наладки оборудования и установки испытуемого образца с помощью керосиновых форсунок создаётся стандартный температурный режим пожара, который описан на рисунке 3.15 [145].1200Температура, ℃100080060040020000204060Время, мин80100120Рисунок 3.15 – Стандартный температурный режим пожара [145]Стандартный температурный режим пожара рассчитывается по следующей формуле [145]:T  T0  345 lg8  1 .(3.2)Согласно значениям температур, рассчитанным по формуле (3.2), в огневой камере создавался описанный выше температурный режим. Далее с моментаначала прогрева испытуемого образца все параметры фиксировались на ЭВМ спомощью УКТ «Микролаб ПРО».

Испытание заканчивалось при достижении нанеобогреваемой поверхности испытуемого образца температуры равной 160 °С.773.5. Обработка полученных экспериментальных данныхпосле проведения испытания. Верификация программныхкомплексов KOKON и ANSYSОпределение теплотехнических характеристик заключается в решенииобратной задачи нестационарной теплопроводности, то есть полученные зависимости температуры от времени, зафиксированные в ходе эксперимента, сопоставляются с расчётными зависимостями, которые в ходе исследования рассчитываются посредством численного моделирования.Для решения поставленной задачи в работе применялись два программных комплекса KOKON и ANSYS.

Обоснованность применения данных комплексов заключается в простоте ввода данных, наглядности, точности расчёта,удобном древовидном интерфейсе (в случае с ANSYS), возможности решениясопряженных задач, например, решение совместной задачи «температурныйнагрев–статика» (в случае с ANSYS). Также к перечисленному можно отнестидоступность программы ANSYS, связанную с предоставлением разработчикамибесплатной студенческой лицензии.

Стоит отметить, что KOKON является верифицированной разработкой ВНИИПО МЧС России.Основной целью данных программных комплексов является расчёт прогрева различных материалов с указанием их основных прочностных и теплофизических свойств. Также моделирование прогрева в двух программных комплексах обуславливается определением достоверности расчётной модели ANSYS.

Так как программа KOKON в настоящее время верифицирована и используется в расчетах теплотехнической задачи, с помощью нее и эксперимента будет проверяться достоверность результатов расчёта в ANSYS.Для расчёта модели в программе используется метод конечных элементов, где создавалась твердотельная объемная (конечными элементами SOLID70) геометрия, которая в последующем разбивается на конечные элементы ввиде сетки (рисунок 3.16).

Сетка имеет узлы, в каждом из которых во временирассчитывается температура. Вследствие этих расчётов строятся графики расчётных зависимостей.78Расчетный узелконечного элементаКонечныйэлементРисунок 3.16 – Твердотельная геометрия с наложенной расчётной сеткойВ ходе проведения численного эксперимента необходимо рассмотретьрасчётные модели, заложенные в этих комплексах.Все расчётные модели двух комплексов основаны на первом законе термодинамики.Для расчётной модели задавались переменные, которые определялиначальные и граничные условия. В качестве исходных данных задавались свойства материала, зависящие от температуры, и начальная температура среды.Свойства материала описаны в таблице 3.2.Таблица 3.2 – Свойства бетонаХарактеристикаНачальный коэффициент теплопроводности, λt Вт/мКНачальный коэффициент теплоёмкости, ct, Дж/кг КВлажность бетона, W, %Значение1,3–0,00035t481+0,84t3,879Далее задавались параметры для граничных условий как на обогреваемой,так и на необогреваемых поверхностях.

Исходные данные для обогреваемойповерхности приведены в таблице 3.3.Таблица 3.3 – Граничные условия для обогреваемой поверхностиХарактеристикаКоэффициент передачи тепла конвекцией, αк, Вт/м2℃Приведенная степень чернотыбетонная поверхность», εпрЗначение29системы «огневая камера–0,67–0,0004tНа обогреваемой поверхности (таблица 3.3) задавались значения коэффициента передачи тепла конвекцией, приведенная степень черноты для излучения и стандартный температурный режим, описанный формулой (3.2). На необогреваемой поверхности в табличном виде задавался коэффициент теплоотдачи ’, рассчитанный по формуле (3.3) в программе Microsoft Office Excel [3].  t 4  t 4  i   н    100   100  3 '  1.5  ti  t н  5.77   пр  ,ti  t н(3.3)где ’ – коэффициент теплоотдачи от необогреваемой поверхности к среде,Вт/м2К; ti – температура необогреваемой поверхности, К; tн – начальная температура конструкции, К; εпр – приведенная степень черноты конструкции.Так как бетон является гигроскопичным материалом, то в ходе моделирования следовало учесть выпаривание свободной влаги из пор бетона.

Учитывалось выпаривание свободной влаги за счет увеличения коэффициентатеплоёмкости на промежутке 100–200 ℃. Окончательно модель учёта влажности выглядит следующим образом: при достижении средней температуры конечного элемента 100 ℃ теплоёмкость бетона скачкообразно увеличивается доэффективной теплоёмкости (рисунок 3.17). Рассчитывается этот скачок поформуле (3.4):80Сp W E cp ,t(3.4)где Ср – эффективная теплоёмкость, Дж/кг К; ср – коэффициент теплоёмкостисухого бетона, Дж/кг К; W – влагосодержание бетона в долях; Е – удельная теплота испарения воды, равная 2260 кДж/кг; t – промежуток фазового переходаКоэффициент теплоемкости,Дж/кг Кводы, ℃.7000600050004000300020001000020115300500700Температура, ℃9001100Рисунок 3.17 – Зависимость коэффициента теплоёмкостиот температуры с учетом влажности материалаВ конечном итоге при задании начальных и граничных условий в ANSYSмодель выглядит следующим образом: к обогреваемой поверхности прикладывается нагрузка в виде коэффициента передачи тепла конвекцией, и нагрузка ввиде излучения, для которой задается приведённая степень черноты (таблица3.3).

Характеристики

Список файлов диссертации