Лабораторная работа № 7. Тепловой баланс лабораторной пропарочной камеры в период прогрева

Цель работы: изучение методики составления теплового баланса пропарочной камеры с целью определения общего и удельного расходов теплоты на обработку бетонного изделия и уточнения величины тепловых потерь в период подогрева.

 

Основные понятия

 Одним из основных показателей работы тепловых установок является коэффициент полезного действия – отношение полезной теплоты, необходимой для физико-механических превращений и придания материалу новых свойств, ко всему количеству теплоты, затраченной на тепловую обработку. Однако тепловлажностные установки нельзя сравнивать по КПД, поскольку в процессе пропаривания бетонных изделий нет затрат теплоты на эндотермические реакции, на испарение или плавление (как основной процесс). Наоборот, в процессе твердения бетонов выделяется теплота, которую в идеальном процессе, когда ее потери (в окружающую среду, с выбиванием пара и так далее) исключены, необходимо отводить в специальный холодильник. Причем тем больше, чем выше расход цемента на 1 м³ бетона.

Установки для тепловлажностной обработки сравнивают по другому основному показателю работы – удельному расходу теплоты, затрачиваемой в процессе тепловлажностной обработки на 1 м³ бетона, имеющего определенные теплофизические характеристики, например, плотность, удельную теплоемкость. Чем меньше фактический удельный расход теплоты на пропаривание бетона, тем лучше, с теплотехнической точки зрения, работает установка при прочих одинаковых показателях. Этими показателями являются расход и марка цемента, состав бетонной смеси, отношение массы формы к массе бетона, основные условия режима обработки.

Определить удельный расход теплоты пара, газа, электроэнергии на 1 м³ бетона, а также максимальный часовой расход теплоты (пара, газа, электроэнергии) на камеру, кинетику роста температуры бетонных изделий в зависимости от изменения температурного режима среды в камере, можно из теплового баланса пропарочной камеры.

Тепловой баланс камеры периодического действия, как и материальный, составляют на весь цикл работы, раздельно по периодам нагревания, изотермической выдержки и охлаждения.

Период нагревания. За время τ_н изделия нагреваются до температуры t _бк. Теплота источника (ТЭНов) Q _и1, в камере расходуется на нагревание бетона Q _б1,форм Q _ф1, воды, залитой в камеру Q _в1, на испарение части воды  воздуха в камере Q _возд.1, металла конструкции камеры Q _к1 и  восполнение потерь в окружающую среду . Кроме того, при нагревании бетона из-за реакций гидратации выделяется теплота экзотермии Q _э1.

Уравнение теплового баланса для периода нагревания имеет вид

   Q _и1 + Q _э1 = Q _б1 + Q _ф1 + Q _в1 + + Q _возд.1 + Q _к1 + ∑ Q _п.         (7.1)

Из этого уравнения определяют теплоту источника нагревания в период нагревания изделий.

При изотермической выдержке изделий темпе­ратура среды в камере остается постоянной. Изделия продолжают нагреваться, из них испаряется влага, на что расходуется теплота Q _{ив 2}.Продолжает выделяться теплота экзотермии цемента Q _э2. Кроме того, теплота расходуется на потери в окружаюшую среду.

 Все затраты тепловой энергии должны восполняться за счет источника нагревания Q _и2 и экзотермии цемента. Тогда уравнение теплового баланса для периода изотермической выдержки приобретает вид

                  Q _и2 + Q _э2 = Q _б2 + Q _ив + ∑ Q _п2.                               (7.2)

 

Отсюда можно определить количество теплоты, которое нужно получить от источника нагревания в период изотермической выдержки Q _и2. Так как в период охлаждения теплота не потребляется, то общее количество теплоты от источника нагревания на обработку изделия будет

                                  Q _и = Q _и1 + Q _и2 .                                        (7.3)

  Удельное количество теплоты рассчитывают по формуле

                                                                  (7.4)

Если количество теплоты, полученное от источника нагревания известно, то используя уравнения (7.1) – (7.3), можно уточнить потери теплоты.

На основе теплового баланса камеры подбирают трубопровод для подвода теплоносителя, дроссельные диафрагмы, регуляторы давлений и температуры, основные элементы системы автоматики процесса                         тепловлажностной обработки.