5. Выбор и обоснование режима тепловой обработки

Для производства изделия назначается следующий тепловой режим:

1. Подъем температуры 1 час;

2. Изотермическая выдержка при =70 ºС 4 часа;

3. Время охлаждения 4,5 часа;

Итого: 9,5 часов.

Для расчета температур воспользуемся критериальными зависимостями теплопроводности при нестационарных условиях теплопередачи. Бетон рассматриваем как инертное тело без учета теплоты, выделяющейся при гидратации цемента.

Качественную характеристику скорости изменения температуры тела при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:

,

где  - расчетный промежуток времени, ч;

R- определяющий размер изделия, м;

a- коэффициент температуропроводности, м²/ч;

, где

- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС), для тяжелого бетона =2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность бетона, кг/м³,

с- теплоемкость материала, кДж/(кг ºС),

, кДж/(кг ºС),

где с_{ц,п,щ,в,м}- массовые теплоемкости цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кДж/(кг ºС),

G_{ц,п,щ,в,м} – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

	цемент	песок	щебень	вода	сталь
с, кДж/(кг ºС)	0,84	0,84	0,85	4,19	0,48
G кг.	367	715	1089	202	51

кДж/(кг ºС),

м²/ч

С учетом, что R=0,07 м и τ=1 ч имеем:

Зависимость скорости распространения теплоты в изделии от интенсивности внешнего теплообмена учитываем критериальным комплексом Био:

, где

α- коэффициент теплоотдачи от среды к поверхности обрабатываемого изделия Вт/(м² ºС);

В зависимости от α₁=100, α₂=90, имеем следующие значения Bi:

; ;

При расчете температуры материала в точке х используется критериальная зависимость типа:

, где

- безразмерная температура;

t_с- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

t_н- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности равна:

Температура в центре изделия:

Значения безразмерных температур _п и _ц определим по графикам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi:

_ц1=0,41; _п1=0,18;

_ц2=0,43; _п2=0,21;

Зная значения безразмерных температур _п и _ц вычислим значения температур:

-на поверхности изделия

t_п1=45 - 0,18*(45 - 20)=40,5;

t_п2=70 - 0,21*(70 – 40,5)=63,8;

t_п3=70 - 0,21*(70 – 63,8)=68,7;

t_п4=70 - 0,21*(70 – 68,7)=69,7;

t_п5=70 - 0,21*(70 – 69,7)=69,99;

-в центре изделия

t_ц1=45 – 0,41*(45 - 20)=34,8;

t_ц2=70 - 0,43*(70 – 34,8)=54,9;

t_ц3=70 - 0,43*(70 – 54,9)=63,5;

t_ц4=70 - 0,43*(70 – 63,5)=67,2;

t_ц5=70 - 0,43*(70 – 67,2)=68,9;

Средняя температура изделия за расчетный период определим по формуле

, ºС

t^ср₁=( t_п1+2* t_ц1)/3=(40,5+2*34,8)/3=36,7;

t^ср₂=( t_п2+2* t_ц2)/3=(63,8+2*54,9)/3=57,9;

t^ср₃=( t_п3+2* t_ц3)/3=(68,7+2*63,5)/3=65,2;

t^ср₄=( t_п4+2* t_ц4)/3=(69,7+2*67,2)/3=68,03;

t^ср₅=( t_п5+2* t_ц5)/3=(69,99+2*68,99)/3=69,5;

№	Bi	Fo	п	ц	tп	tц	tср
1	2,8	0,67	0,18	0,41	40,5	34,8	36,7
2	2,52	0,67	0,21	0,43	63,8	54,9	57,9
3	2,52	0,67	0,21	0,43	68,7	63,5	65,2
4	2,52	0,67	0,21	0,43	69,7	67,2	68,03
5	2,52	0,67	0,21	0,43	70	70	70

Для наглядности процесса разогрева бетона и паровоздушной среды построим график изменения температур во времени: