WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ПОРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ПЕНОСТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ ...»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановский государственный политехнический университет»

На правах рукописи

БАКАНОВ МАКСИМ ОЛЕГОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ПОРООБРАЗОВАНИЯ

ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ПЕНОСТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ

Специальность:

05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: академик РААСН, доктор технических наук, профессор Федосов Сергей Викторович Иваново – 2014 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..… 4 Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ………………...... 9

1.1. Актуальность использования теплоизоляционных материалов в строительстве……………………………………………………………..…. 9

1.2. Преимущества пеностекла в сравнении с другими теплоизоляционными материалами……………………………………..…. 10

1.3. Физико-химические основы порошкового способа производства пеностекла………………………………………………………………….... 20

1.4. Процессы, протекающие в пенообразующей смеси на стадии формирования пеностекла………………………………………………..… 26

1.5. Особенности вспенивания стекла………………………………………..… 33

1.6. Подходы к моделированию процессов, протекающих на стадии формирования пеностекла………………………………………………..… 38



1.7. Существующие методы определения теплофизических характеристик материалов…………………………………………………………………… 44

1.8. Цель и задачи исследования…………………………………………….…. 57

1.9. Выводы…………………………………………………………………….... 58 Глава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ………………………………….….. 60

2.1. Характеристики сырьевых материалов…………...……………………..…. 60

2.2. Методы исследования свойств и структуры пеностекла………………..… 63

Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТОЙ

СТРУКТУРЫ В РАСПЛАВЕ ПЕНОСТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ…………. 67

3.1. Физическая модель формирования пористой структуры……………….... 67

3.2 Основные допущения при моделировании процесса роста единичной поры в расплаве пеностекольной шихты…………………………………… 73

3.3. Математическая модель роста единичной поры в расплаве пеностекольной шихты……………………………………………….….…. 74

3.4. Нахождение временной функции формирования пористой структуры………………………………………………………………….…

3.5. Выводы………………………………………………...…………………...... 89 Глава 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕНОСТЕКЛА …………………………………………………..………... 91

4.1 Метод решения краевых задач нестационарной теплопроводности..…… 92

4.2. Условия проведения исследования, описание экспериментальной установки……………………………………..……………………….…... 101

4.3. Выводы………………………………………………………….………..… 108

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ..……………………………………...... 109 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….……………… 111 ВВЕДЕНИЕ В химической промышленности и строительстве все больший удельный вес приобретают синтезированные материалы, которые по своим технологическим и эксплутационным параметрам имеют преимущества перед естественными материалами. Среди широкого аспекта строительных материалов немаловажное значение имеет изучение свойств пористых материалов, таких как пеностекло, а также технологии его получения.

На сегодняшний день производство пеностекла осуществляется преимущественно порошковым способом. Недостаточная изученность стадии порообразования при вспенивании пеностекла сдерживает темпы модернизации самой технологии. Кроме того, в настоящее время отсутствуют обоснованные математические и физические модели данного процесса, что, безусловно, влияет как на качество продукции, так и на процесс в целом.

Одним из основных направлений развития как химической промышленности, так и научной сферы является разработка энергосберегающих технологий. Основной путь снижения энергетических затрат на производство материалов лежит в изучении всех особенностей технологии их получения. При решении общей задачи экономии энергоресурсов необходимо учитывать затраты на производство самих материалов, составляющих большую часть их себестоимости. При отсутствии ясных представлений о динамике процесса порообразования, являющегося самым энергоемким при производства пеностекла, невозможно предлагать обоснованные меры, корректирующие как сам процесс вспенивания пеностекла, так и его производство в целом.

Актуальность работы. Производство теплоизоляционных изделий из пеностекла – интенсивно развивающаяся отрасль химической технологии. Одним из перспективным способов получения теплоизоляционного пеностекла является порошковая технология. Рациональный режим термической обработки является одним из важнейших этапов в технологии производства пеностекла, т. к. в зависимости от выбранного режима можно получить пеностекло с широким диапазоном свойств. Довольно слабо исследованы вопросы формирования исходной системы, из которой в результате постепенного накопления газообразных продуктов при увеличении температуры формируется оптимальная пористая структура пеностекла. Не получил исчерпывающего качественного и количественного объяснения механизм порообразования при термической обработке пеностекольной шихты, характер влияние на данный процесс вязкости расплавленной шихты, поверхностного натяжения, а также парциального давления, развиваемого газообразователем. Отставание исследований в этой области привело к тому, что в настоящее время практически отсутствуют обоснованные модели, описывающие процессы, протекающие при формировании пор в расплаве пеностекольной шихты при постепенном увеличении температуры.

Указанные факторы не позволяют со всей полнотой использования преимуществ порошкового способа производства пеностекла, регулировать физические и теплофизические свойства пеностекла на стадии плавления пеностекольной шихты.

В связи с этим теоретическое и экспериментальное исследование механизма формирования пористой структуры пеностекла на стадии плавления шихты, изучение влияния вязкости расплава стекла, поверхностного натяжения и парциального давления, развиваемого газообразователем, являются актуальными задачами.

Цели работы. Научная работа посвящена установлению закономерностей процесса порообразования при термической обработке пеностекольной шихты.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучение процесса формирования пористой структуры в пеностекле;

- разработка математической модели динамики процесса порообразования при термической обработке пеностекольной шихты;

- изучение механизмов влияния поверхностного натяжения и вязкости расплава стекла на формирование теплофизических свойств пеностекла;

- разработка методики и проведение экспериментальных исследований по определению теплофизических характеристик пеностекла.

Методы исследования. Для определения теплофизических характеристик материала использовали метод нестационарного режима, при исследовании динамики процесса порообразования применяли математическое моделирование с использованием численных методов и их реализации в виде программ на ЭВМ.

Достоверность результатов обусловлена:

- согласованностью результатов с известными теориями порообразования в расплаве пеностекольной шихты и экспериментальными данными, полученными непосредственно при изучении процесса производства пеностекла с использованием порошковой технологии;

- адекватностью модели порообразования в расплаве пеностекольной шихте.

Научная новизна работы.

разработана математическая модель динамики процесса порообразования при термической обработке пеностекольной шихты, с учетом механизма возникновения пузырька пор при установленном режиме термической обработки пеностекольной шихты;

установлены закономерности процесса порообразования, влияние на процесс основных факторов, обеспечивающих устойчивость пены до полного застывания пеностекла, таких как вязкость стела, поверхностное натяжение расплавленной шихты и парциальное давление, создаваемое газообразователем;





разработана методика для определения коэффициента температуропроводности на образцах, выполненных в виде цилиндра, на основе аналитических решений типовых линейных задач нестационарной диффузии.

Практическая значимость работы.

Разработанная математическая модель динамики процесса порообразования при термической обработке пеностекольной шихты позволяет рассчитывать диаметр пор в зависимости от режима термообработки, источника газообразования и структурных параметров изделий, их теплофизических свойств и характера внешнего воздействия. Это дает возможность проводить проектирование режимов термообработки на различных этапах процесса производства, также позволяет повысить эффективность производства, обеспечить снижение энергетических затрат и продолжительности процессов при термообработке пеностекла.

Разработанная математическая модель реализована в виде прикладной программы и может быть использована как на предприятиях по производству пеностекла, так и в практике теплофизических измерений, в строительной и химической технологии.

На основе модели процесса порообразования в расплаве пеностекольной шихты при термической обработке рассмотрены процессы, протекающие на стадии размягчения смеси стекла и газообразователя в печи вспенивания, разработана методика, позволяющая повысить эффективность производства, а также снизить энергетические затраты и продолжительность процессов при термообработке пеностекла в 1,5 раза. Ожидаемый экономический эффект от реализации разработанных методик для ОАО «Гомель стекло» (Республике Беларусь) составит более 283 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на следующих внутривузовских, Всероссийских, Международных конференциях и семинарах: 68-я Всероссийская научно-техническая конференция по итогам НИР 2010 г. (Самара, 2011); XVIII Международная научно-техническая конференция «Информационная среда ВУЗа» (Иваново, 2011); Международная научнотехническая конференция молодых ученых (Могилев, 2011); XIX Международная научно-техническая конференция «Информационная среда ВУЗа» (Иваново, 2012); Международная научно-практическая конференция «Актуальные научнотехнические и экологические проблемы сохранения среды обитания» (Брест, 2013); VIII Международная конференция молодых ученых (Пенза, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 4 научных статьи в рецензируемых изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК РФ, и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по работе. Объем работы составляет 120 страниц, включая 12 таблиц, 20 рисунков и библиографический список из 97 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность за научное консультирование по вопросам порошковой технологии получения пеностекла д–ру техн. наук, профессору Ю. А. Щепочкиной, по вопросам массопереноса и химической кинетики, которые нашли отражение в главе 4 настоящей работы, д–ру техн. наук, профессору В. Е. Румянцевой, всем преподавателям и сотрудникам кафедры «Строительное материаловедение, специальные технологии и технологические комплексы» Ивановского государственного политехнического университета.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

–  –  –

Российская экономика в последнее время претерпевает существенные изменения. Сложившиеся рыночные отношения и форма устройства хозяйства требуют более осмысленного использования существующих ресурсов с максимальной эффективностью. В условиях конкуренции ведется непрерывная борьба за рынки сбыта, а, следовательно, производителю требуется постоянно искать новые пути улучшения качества и потребительских свойств продукции, снижения ее себестоимости и т. д.

Химическая промышленность занимает особое место в экономике. Данная отрасль потребляет большое количество различных материалов, человеческих и энергетических ресурсов, следовательно, для нее более актуально встает вопрос об их эффективном использовании.

В научной сфере, ориентированной на усовершенствование технологических процессов в химической отрасли, все большее место занимает разработка энергосберегающих технологий и применение новых теплоизоляционных материалов для оборудования, работающего при повышенных температурах.

Поэтому следует уделить особое внимание поиску технических и технологических решений эффективной теплозащиты различных узлов и механизмов, работающих при повышенных температурах, обеспечивающих новые нормативные показатели.

В энергетике объектами тепловой изоляции являются паровые котлы, паровые и газовые турбины, теплообменники, баки-аккумуляторы горячей воды, дымовые трубы.

В промышленности тепловой изоляции подлежат вертикальные и горизонтальные технологические аппараты, насосы, теплообменники, резервуары для хранения воды, нефти и нефтепродуктов. Особенно высокие требования предъявляются к эффективности тепловой изоляции низкотемпературного и криогенного оборудования.

Тепловая изоляция обеспечивает возможность проведения технологических процессов при заданных параметрах, позволяет создать безопасные условия труда на производстве, снижает потери легкоиспаряющихся нефтепродуктов в резервуарах, дает возможность хранить сжиженные и природные газы в изотермических хранилищах.

Проблемы изоляции технологического оборудования хорошо известны. Их решение в настоящее время осуществляется путем использования, как правило, минеральных ват. Однако из-за их недолговечности замена изоляции производится раз в три года. Учитывая свойства пеностекла, его использование в качестве изоляции позволяет ее снимать для производства ремонтных работ оборудования значительно реже и, более того, далее повторно использовать.

1.2 Преимущества пеностекла в сравнении с другими теплоизоляционными материалами В настоящее время особенно актуален вопрос оценки качества и экономических показателей теплоизоляционных материалов как для ограждающих конструкций зданий и сооружений, так и теплоизоляции технологического оборудования. Обеспечение народного хозяйства эффективными теплоизоляционными материалами – одна из важных задач промышленности.

Современная промышленность производит достаточно большое количество различных теплоизоляционных материалов: пенопласты, пено-, газобетоны, минеральная вата и пеностекло. Первое место по объему выпуска занимает минеральная вата (75%); второе место – пенопласты (20%); далее – изделия из легких бетонов (3%). Все остальные виды теплоизоляционных материалов занимают 2% от общего объема [14].

Основные характеристики современных теплоизоляционных материалов представлены в табл.1.1.

–  –  –

Из перечисленных выше материалов только ячеистые бетоны являются достаточно безопасными и долговечными. Этим обусловлено их широкое применение в строительстве. Несмотря на ряд преимуществ перед иными теплоизоляционными материалами, газобетонам и пенобетонам присущи существенные недостатки. Высокое водопоглощение приводит к низкой влаго- и морозостойкости. Высокая гидрофобность поверхности снижает адгезию к поверхности и затрудняет штукатурные работы. Например, прочность газобетона плотностью 300 кг/м3 составляет всего 0,8 МПа, плотностью 500 кг/м3 – 2,5-3 МПа и плотностью 600 кг/м3 – 305 МПа [64].

Использование пенопластов при теплоизоляции в строительстве и производстве вызывает не только проблемы, связанные с высокой пожарной и экологической опасностью, адгезионной несовместимостью с цементными и керамическими конструкциями. Пенопласты со временем подвергаются окислительной деструкции и разрушению [33].

Сравнительная характеристика наиболее распространенных теплоизоляционных материалов показывает, что по комплексу свойств наиболее перспективно применение композиционных материалов на основе пеностекла.

Главным преимуществом пеностекла по сравнению с другими теплоизоляционными материалами являются его полностью неорганический состав и низкое водопоглощение.

Благодаря незаменимым и уникальным качествам пеностекло применяют для тепло- и гидроизоляции фундаментов, подвалов, кровли, стен. В отличие от большинства теплоизоляционных материалов пеностекло может применяться для изоляции трубопроводов и технологического оборудования, работающего при повышенных температурах. Пеностекло может применяться при температурах от

-260 до +600 °C [14]. При нагревании и охлаждении пеностекло, в отличие от полимерных теплоизоляционных материалов, не теряет своих теплоизоляционных свойств. После воздействия влаги пеностекло, в отличие от волокнистых теплоизоляционных материалов, сохраняет свои свойства. Влага может не только конденсироваться на поверхности теплоизоляции при температурных перепадах, но и попасть на изоляцию в случае аварии. Одним из самых важных преимуществ пеностекла по сравнению с другими теплоизоляционными материалами является долговременный срок эксплуатации, при котором пеностекло абсолютно не изменяет своих физических свойств. Ведь оно представляет собой не что иное, как обычное вспененное стекло. Именно это делает его особо устойчивым к химически и биологически активным средам, а также к термическому воздействию.

Применение пеностекла в строительстве позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций, снизить расход основных строительных материалов, облегчить строительные конструкции, индустриализировать строительные работы, удешевить строительство, снизить эксплуатационные работы, в частности, затраты на отопление зданий [33]. В табл. 1.2 представлены основные характеристики слоя ограждающих конструкций, выполненных из различных материалов.

–  –  –

Вместе с тем, одним из главных преимуществ пеностекла по сравнению с некоторыми природными и изоляционными материалами следует полагать неорганический состав, устойчивость против гнили, микроорганизмов, действия высоких температур, кислот, щелочей.

Для полного анализа преимущества свойств пеностекла по сравнению с другими теплоизоляционными материалами имеет смысл рассмотреть его теплоизоляционные свойства.

Пеностекло является биостойким материалом и ни при каких условиях не поддается разрушающему действию микроорганизмов, бактерий, насекомых и грызунов.

По данным В. А.

Китайцевой [52], теплопроводность материалов зависит от следующих факторов:

- физического состояния и строения, которые определяются фазовым состоянием вещества; степенью кристаллизации и размерами кристаллов;

анизотропией кристаллов; направлением теплового потока; объемом пористости материала и характеристиками пористой структуры;

- химического состава и наличия примесей, которые особенно влияют на теплопроводность кристаллических тел;

- условий эксплуатации материала, которые определяются температурой, давлением, влажностью, наличием радиационного облучения, интенсивностью съема теплоты с холодной поверхности материала.

Минимальная теплопроводность для пеностекла оценивается уровнем до 0,055 Вт/(м·К) (см табл.1.1).

Материалы с низкой плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности и являются хорошими теплоизоляторами.

Однако теплоизоляционные качества материала зависят не только от объема воздуха, заключенного в порах материала, но главным образом от равномерного распределения воздуха в пористом материале. Материалы с одинаковой плотностью не всегда будут иметь равные коэффициенты теплопроводности.

Мелкопористый материал как теплоизолятор будет эффективнее крупнопористого с той же плотностью.

Сравнительная оценка плотности и пористости различных материалов приведена в табл. 1.3.

–  –  –

Величины пор у различных теплоизоляционных материалов колеблются в широких пределах. Размер пор в ячеистых теплоизоляционных материалах обыкновенно не превышает 3…5 мм [54].

Средний диаметр ячеек пенобетона равен 0,4…2 мм, газобетона 0,6…0,8 мм, пенодиатомитового кирпича 0,2..0,4 мм. Диатомитовые изделия, полученные с применением выгорающих добавок, имеют более крупные поры.

Средний размер пор при этом составляет 2,5…5 мм. Пеностекло же имеет поры от 0,1 до 3…5 мм, но возможно пеностекло и с порами величиной 1…5 мкм [82,83].

Из большого количества теплоизоляционных материалов пеностекло, наряду с асбестом, керамикой, вермикулитом и др. относится к классу несгораемых [15].

При оценке огнестойкости строительных конструкций с применением теплоизоляционных материалов учитывается низкая теплопроводность, что объясняется их высокопористым строением. Благодаря этому предел огнестойкости таких изделий будет ниже, чем у родственных им изделий из плотных материалов.

Температуростойкость оценивается способностью материала сохранять свои свойства при нагревании при определенной температуре.

Температуростойкость важна главным образом в случае тепловой изоляции поверхностей разного оборудования и трубопроводов. Обычно для характеристики поведения теплоизоляционных материалов при нагревании служит величина предельной температуры применения. Для большинства теплоизоляционных материалов эту температуру устанавливают в целях предосторожности несколько ниже значения температуростойкости, см табл. 1.4.

Прочность материала, используемого в строительстве, имеет большое значение. Высокопористая структура материала обуславливает пониженную прочность большинства теплоизоляционных материалов.

Прочность теплоизоляционных материалов характеризуют показатели пределов прочности: при сжатии сж, при изгибе изг и при растяжении раст. При определении прочности теплоизоляционных материалов ячеистого строения ограничиваются одним показателем прочности – величиной сж. Прочность изделий волокнистого строения чаще выражают величиной изг. Предел прочности при растяжении служит в-первую очередь для характеристики гибких изделий, например, войлока и матов из минеральной ваты. В ряде случаев прочность материалов независимо от их строения и вида характеризуют двумя показателями прочности сж и изг. Это относится преимущественно к изоляционно-конструкционным материалам. Предел прочности при сжатии у теплоизоляционных материалов обычно больше предела прочности при изгибе.

–  –  –

Прочность отдельных групп теплоизоляционных материалов в известных пределах можно регулировать, подбирая определенный состав сырьевой шихты или применяя некоторые способы обработки материала.

Немаловажное значение при характеристике теплоизоляционных материалов имеет водопоглощение. Изделия с преимущественно замкнутыми порами, каким является пеностекло, имеют более низкое водопоглощение, чем с сообщающимися порами. Водопоглощение зависит не только от капиллярного строения материала, но и от его сорбционных и других свойств.

Пеностекло представляет собой материал из замкнутых стеклянных ячеек, имеющих сферическую и гексагенальную форму. Среди всех представленных на рынке теплоизоляционных материалов пеностекло наиболее устойчиво к воздействию влаги и пара. Гигроскопичность пеностекла равна нулю. Его сорбционная влажность близка к нулю (менее 0,5%) даже в атмосфере со 100% ной влажностью. Водопоглощение пеностекла при полном погружении в жидкость не превышает 5% от общего объема материала и обусловлено лишь накоплением влаги в поверхностном слое разрушенных при механической обработке ячеек [16]. Необходимо отметить, что водопоглощение пеностекла независимо от периода полного увлажнения не возрастает с течением времени, что позволяет эксплуатировать данный материал как при максимальной влажности атмосферы и почвы, так и непосредственно в воде.

Пеностекло может одновременно служить для теплоизоляционных и акустических или только акустических целей в ограждающих конструкциях зданий.

Акустическими свойствами являются звукоизоляция и звукопоглощение.

Звукоизолирующие материалы способны снижать уровень громкости звука при прохождении его через ограждение из такого материала и предназначены для защиты от передачи строительным конструкциям ударного и вибрационного шума [19].

Звукопоглощающие материалы применяют для отделки внутренних поверхностей стен и потолков с целью борьбы с реверберацией в помещениях, где возникает шум.

В сравнении с большинством теплоизолирующих материалов пеностекло обладает также рядом дополнительных полезных свойств.

К ним относятся:

несгораемость, огнестойкость, температуростойкость и др.

В частности, данные по несгораемости приведены в табл. 1.5. Из большого количества теплоизоляционных материалов пеностекло, наряду с асбестом, керамикой, вермикулитом и др. относится к классу несгораемых.

Таблица 1.5 – Горючесть основных теплоизоляционных материалов

–  –  –

По своей химической структуре пеностекло не более чем вспененное силикатное стекло (аморфное тело), состоящее из расплава высших оксидов кремния, кальция, натрия, алюминия и магния. Пеностекло не содержит никаких органических соединений или химических веществ, за исключением вышеперечисленных. Как известно, высшие оксиды совершенно не окисляются, не горят и не воспламеняются. Оксиды кремния, кальция, натрия, алюминия и магния распадаются на газообразную ионизированную плазму только при температуре в несколько тысяч градусов Цельсия, что достижимо только в лабораторных условиях. Таким образом, пеностекло не горит и не воспламеняется, огнестойко и не выделяет газов и паров при нагреве.

Одним из основных вопросов при выборе теплоизоляционного материала является его стоимость. Согласно исследованиям, проведенным О. В. Пучка и М. Н. Степановой [77], определена стоимость 1 м3 теплоизоляционного материала (см. табл. 1.6).

–  –  –

Сравнительная характеристика наиболее распространенных теплоизоляционных материалов показывает, что по комплексу свойств наиболее перспективно применение композиционных материалов на основе пеностекла.

Основным преимуществом пеностекла по сравнению с другими теплоизоляционными материалами является его полностью неорганический состав и низкое водопоглощение.

Отделочные блоки из пеностекла для теплоизоляции по лицевой поверхности зданий позволяют, аналогично другим изоляционным материалам, производить нанесение декоративных штукатурок или облицовывать керамической плиткой. В настоящее время большую актуальность приобретает возможность производить пеностекло с последующим нанесением на него защитных и декоративных стекловидных покрытий. Тем самым появляется возможность значительно снизить затраты на монтаж фасадных систем, повысить физико-технические показатели пеностекла и повысить его эстетические свойства.

1.3 Физико-химические основы порошкового способа производства пеностекла Наиболее эффективным и распространенным способом производства пеностекла является порошковый метод получения. Остановимся на основных аспектах данного способа.

Сущность порошкового способа производства пеностекла заключается в следующем: шихту, состоящую из молотого стекла и газообразователя (0,5—3% от массы стекла), засыпают в формы, нагревают до вспенивания и охлаждают [23], технологическая схема производства пеностекла представлена на рис. 1.1.

При нагревании сначала частицы стекла размягчаются. Для большинства стекол это происходит при температуре 600°С. Вязкость массы в этот период велика. При дальнейшем нагревании начинается разложение газообразователя, а вязкость снижается. Выделяющиеся газы образуют в стекломассе поры, диаметр которых постепенно возрастает, так как пленки стекла растягиваются под влиянием давления газа, и объем стекломассы значительно увеличивается. По достижении массой определенного объема температуру в печи снижают, чтобы прекратить разложение газообразователя и закрепить полученные объем и структуру. При резком возрастании вязкости с понижением температуры структура становится устойчивой.

Рисунок 1.1 – технологическая схема производства пеностекла

Процесс вспенивания и формирования структуры пеностекла в виде пор является самой энергоемкой стадией во всем процессе получения пеностекла. В настоящее время производители руководствуются только широко известными подходами к проектированию данного процесса, полученными эмпирическим путем. Математическое описание процесса, зависимости, физически ясные представления о процессе вспенивания отсутствуют. Стадия вспенивания расплавленной смеси стекла и газообразования является ключевой в процессе изготовления пеностекла, т. к. при рационально выбранных режимах термической обработки появляется возможность проектировать необходимые параметры будущего материала, а также экономить энергоресурсы, затрачиваемые в целом на производство.

Таким образом, в процессе порообразования вся масса представляет собой пластичную вязкую систему, в которой равномерно распределен газообразователь, выделяющий газ и создающий устойчивую и равномерную пену стекла. При образовании пены основное значение имеют вязкость жидкости и поверхностное натяжение на границе жидкость — газ. Вязкость противодействует разрыву пленки, а низкое поверхностное натяжение способствует ее утоньшению. При высоком поверхностном натяжении пена не образуется. Следует отметить, что при изготовлении пеностекла, как и в производстве минеральной ваты, имеет значение интервал вязкости вспениваемого расплава. В этом случае желательно применять «длинные»

расплавы.

Порообразование при высокой вязкости стекломассы возможно лишь тогда, когда давление газовой фазы в состоянии вспенить стекломассу. По имеющимся данным, это давление может достигать 1,1 МПа (О2 при 6800С) [16].

Таким образом, возможность вспенивания стекломассы определяется совокупностью следующих факторов: достаточно высокой вязкостью, низким поверхностным натяжением и достаточно большим давлением газовой фазы.

Вязкость и поверхностное натяжение зависят от химического состава стекла, давление газовой фазы зависит от вида газообразователя.

Помимо химического состава стекла и вида газообразователя, на структуру, а следовательно, и на свойства пеностекла влияют следующие технологические факторы: тонкость помола стекла и количество газообразователя, температура и продолжительность вспенивания.

Чем меньше размер зерен спекаемого материала, тем равномернее структура пеностекла, тем лучше его качество. Практически применяют порошок, тонкость помола которого определяется полным прохождением через сито с 6400 отв/см2, остаток на сите со 10 000 отв/см2— 10% [19].

Повышение количества газообразователя в известных пределах приводит к уменьшению объемной массы, но при этом увеличивается диаметр пор. При введении более 3—5% газообразователя получается пеностекло с неравномерной крупнопористой структурой из-за высоких давлений, развиваемых газовой фазой при нагревании.

Влияние температуры сказывается следующим образом: чем выше температура спекания, тем меньше объемная масса. Это происходит вследствие снижения вязкости и более быстрого разложения газообразователя. Повышение температуры целесообразно до определенного предела, выше которого вязкость уменьшается настолько, что стенки пор прорываются, и образуются крупные пустоты.

Чем длительней процесс вспенивания при одной и той же температуре, тем меньше объемная масса пеностекла вследствие образования большего количества газовой фазы. Увеличивая продолжительность спекания при относительно низких температурах, можно получить те же результаты, что и при кратковременном спекании, но при более высоких температурах.

Таким образом, при порошковом методе изготовления пеностекла можно в широких пределах регулировать процесс порообразования в спекаемой массе.

Основные требования, предъявляемые к газообразователям, следующие:

температура выделения газа должна быть на 50—70° выше температуры размягчения стекольного порошка; равномерное выделение газа в количестве, обеспечивающем нужное давление; недефицитность, нетоксичность и невысокая стоимость.

Таким условиям отвечают: углеродистые вещества — антрацит, кокс, полукокс, ламповая сажа; карбонаты — известняк, мрамор, мел; карбиды кальция и кремния (Са2С и SiC); пиролюзит (МnО2); селитра (NaNO3).

Выбор вида газообразователя зависит от температуры спекания и интервала вязкости стекла, а также от требуемых показателей пористости и окраски пеностекла. Виды основных газообразователей приведены в табл. 1.7.

–  –  –

Таким образом, производство пеностекла порошковым методом позволяет варьировать качественные и теплофизические свойства конечного продукта путем изменения температурно-временных режимов получения пеностекла, что в свою очередь делает процесс получения пеностекла данным способом более гибким.

Для научно обоснованного исследования свойств и структуры пеностекла на различных стадиях его получения необходимо достаточно полно знать механизм формирования исходной системы, из которой в результате постепенного накопления газообразных продуктов при увеличении температуры формируется оптимальная пористая структура пеностекла. При разработке температурной кривой вспенивания необходимо учитывать взаимосвязь между физическим состоянием пеностекольной шихты на каждом технологическом этапе и динамикой изменения ее теплофизических свойств. Исходя из этого, считаем целесообразным более детально изучить физические процессы, обуславливающие при дальнейшей термической обработке пеностекольной шихты формирование оптимальной пористой структуры пеностекла.

1.4 Процессы, протекающие в пенообразующей смеси на стадии формирования пеностекла С физической точки зрения пеностекло можно рассматривать как гетерогенную систему, состоящую из газообразной и твердой фаз. Хотя газообразная фаза в конечном продукте диспергирована в твердой, образование пены протекает между жидкой и газообразной фазами. Поэтому характер формирования структуры пеностекла определяется также особенностями перехода жидкой фазы в твердое состояние. Кинетика этого процесса обусловливается явлениями, в результате которых сначала образуются, а затем накапливаются газы, которые при некотором фазовом соотношении вызывают вспенивание [49].

Для научного объяснения свойств и структуры пеностекла на различных стадиях его получения необходимо знать механизм формирования исходной системы, из которой в результате постепенного накопления газообразных продуктов при увеличении температуры формируется пеностекло, характеризуемое некоторым структурным состоянием [22].

Согласно взглядам И. И. Китайгородского [50], которому принадлежат большие заслуги в разработке порошкового способа получения пеностекла, образование ячеистой структуры при вспенивании силикатных материалов обусловлено взаимодействием двух основных факторов: пиропластическим состоянием нагреваемого до размягчения материала и выделением газов, которые вызывают вспенивание. Несколько позже С. П. Каменцкий [43] и А. В. Жуков с соавторами [Ошибка! Источник ссылки не найден.], исследуя вспучивание перлитов и других вулканических пород, пришли к аналогичным выводам, дополнив их данными относительно постоянства реологических свойств расплава в момент вспучивания. В связи с этим фактор однородности пенообразующей смеси (стекла и газообразователя) имеет важное значение, поскольку к пеностеклу предъявляются большие требования по равномерности его структуры. Последнее, по мнению ряда исследователей [95], обеспечивается изотермическим состоянием спеков смеси в интервале температур вспенивания, равномерным распределением в нем газообразователя и ходом реакций газообразования. Таким образом, процесс формирования и развития структуры пеностекла того или иного типа является многофакторным, объединяющим комплекс явлений, протекающих в исходном стекле, пенообразующей смеси, в пиропластическом спеке и сформировавшемся пеностекле [Ошибка! Источник ссылки не найден., 43, 44].

Деформационо-упругие свойства пиропластического пеностекла связаны, несомненно, с реологическими свойствами исходного стекла и давлением газов внутри ячеек. Взаимная связь этих параметров определяет, очевидно, интервал температуры, в котором возможно формование пеномассы [22].

Как видно из работы [97], основной задачей при формовании изделий из пеностекла является определение температурных полей в зоне формующих устройств и самом изделии. Точное аналитическое решение задачи о распределении температур в области формования пеностекла практически невозможно из-за трудностей получения исходных данных для составления условий задачи.

Согласно существующим представлениям о механизме формирования силикатных пен [23, 50], максимум замкнутых ячеек образуется при вспенивании гомогенных с оптимальной вязкостью расплавов, в которых обеспечиваются, с одной стороны, плавное и беспрепятственное пенообразование, с другой — высокая устойчивость сформировавшейся пены за счет ее структурномеханического фактора.

Как известно [23, 50], эти условия достигаются при синтезе пиропластических систем на основе некристаллизующихся стекол, имеющих наименьший градиент вязкости в области температур вспенивания.

Вторым обязательным условием при синтезе спеков пенообразующих смесей является обеспечение изотермии в порошкообразной смеси и ее спеках в области температуры формирования пеностекла.

Чтобы полнее представить механизм формирования спеков и ход процесса вспенивания пеностекла в зависимости от их термической однородности, рассмотрим динамику явлений, происходящих в идеализированной грануле из порошкообразной смеси, обладающей минимальным значением теплопроводности [50].

При быстром нагреве (~40 0С/мин.) такой гранулы (рис. 1.2) в интервале температур 650-800 0С в результате малого (0,183 ккал/(м·ч·0С)) значение рыхлой порошкообразной массы ( = 700-800 кг/м3) [49] и возникшего вследствие этого большого температурного градиента на поверхности ее формируется газонепроницаемая пленка расплава. Образовавшаяся пленка оказывает давление на внутренние слои массы гранулы, а сама пленка испытывает растяжение. При повышении температуры более нагретые поверхностные слои начинают вспениваться, в то время как более холодные внутренние слои продолжают спекаться, т. е. уменьшать свой объем, в результате чего между ними возникают усилия растяжения, которые приводят к частичному или полному разделению массы на два слоя и могут явиться причиной образования пустот. Их образование объясняется, очевидно, тем, что находящаяся в переходной зоне вязкая стекломасса под действием противоположных сил растягивается в неправильные нитевидные и перепончатые формы, выделяющиеся при спекании слоя В газы оказывают давление на эти предварительно оформленные пустоты – раздувая их, увеличивают и взаимно соединяют, в результате чего формируются крупные раковины. С повышением температуры, когда область В переходит от спекания к вспениванию и газовыделение возрастает, в слое Б увеличивается размер раковин, а для слоя А характерна неравномерная пористость. Можно допустить также и образование в слое А плотной слабовспененной массы. Это свидетельствует о чрезвычайно большом влиянии теплопроводности пенообразующей смеси на процесс формирования структуры пеностекла и его свойств, главным образом, структурно-механической прочности. Повышение смеси, наоборот, позволяет свести до минимума усилия растяжения или сжатия, возникающие между слоями А, Б и В, что дает возможность вести процесс нагрева смеси до температуры максимума вспенивания с большой скоростью без ущерба для качества структуры пеностекла.

Рисунок 1.2 – схема распределения усилий сжатия и растяжения в идеализированной грануле из порошкообразной пенообразующей смеси на стадиях формирования спека и вспенивания пеностекла Анализ закономерностей формирования спеков из пенообразующей смеси и структуры пеностекла показывает, что при разработке теоретической температурной кривой вспенивания необходимо учитывать взаимосвязь между физическим состоянием смеси на каждом технологическом этапе и динамикой изменения ее теплофизических свойств.

Из рассмотренной в [23] схемы формирования спека наиболее сложный характер температурной кривой, очевидно, должен быть для порошкообразной смеси, обладающей минимальным значением. Процесс формирования спеков из нее осложнен усадочными явлениями, возникающими при спекании частиц стекла, что в меньшей мере свойственно уплотненной смеси. Быстрое нагревание рыхлой пенообразующей смеси приводит к образованию трещин, на поверхности которых выгорает газообразователь. При вспенивании таких спеков в пеностекле образуются уплотнения, затрудняющие процесс развития структуры, или участки с неравномерной структурой. Эти дефекты снижают прочностные характеристики пеностекла.

Вспенивание предварительно уплотненных образцов смеси позволяет значительно улучшить структуру пеностекла; размеры и количество дефектов уменьшаются по мере повышения исходной плостности пробы. В работе [23] для выяснения причин, вызывающих повышение качества пеностекла, была изучена взаимосвязь между динамикой теплофизических свойств пенообразующей смеси различной исходной плотности и характером формирования температурного поля при нагревании.

Интенсивность распространения температуры в слое пенообразующей смеси при стационарном режиме зависит от значения, причем тепловая проводимость слоя (/) тем больше, чем меньше его толщина (). Отсюда следует, что минимальное значение температурного градиента t между точками t'1 и t2 (рис.1.3) может быть при наибольшем значении смеси и возможно меньше толщины слоя. Следовательно, выравнивание температуры в слое спекаемой смеси может осуществляться путем повышения ее плотности любым из известных способов [23].

Рисунок 1.3 – теплопередача в слое пенообразующей смеси при стационарном режиме (t1-t2; q1=q'1) Для выбора более выгодных способов уплотнения пенообразующей смеси были рассчитаны значения тепловых потоков q1 и q'1, воспринимаемых плоскостью х–0 (рис.

1.3), при различных значениях и.

Значение 2 при =700 кг/м3 (неуплотненное состояние) принято равным 27 мм, что соответствует величине навески, необходимой для вспенивания блока пеностекла высотой 100 мм при объемной массе его 200 кг/м3 [23].

В зависимости от степени дисперсности пенообразующей смеси объемная масса ее колеблется в пределах 700-1000 кг/м3. С помощью вибрации смеси может быть повышена до 1100-1200 кг/м3. Дальнейшее уплотнение возможно лишь прессованием [23].

Анализ зависимости q=(/)t показывает, что тепловая проводимость слоя повышается в 1,5 раза в случае вибрации пенообразующей смеси и в 5,5 при сравнительно небольшом (15-20 кгс/см3) усилении прессования [23].

Для выбора оптимальной температурной кривой вспенивания пеностекла необходимо также проследить за ходом структурных изменений, протекающих в спеках и пеностекле. С этой целью равновеликие навески смеси с различной исходной плотностью нагревались до 850 0С в металлической форме по заданной температурной кривой, принятой одинаковой для всех проб.

Максимальное значение градиента температур имеет образец из смеси, уплотненной прессованием, затем по мере уменьшения плотности смеси величина температурного градиента снижается. Так, зависимость прослеживается лишь в области температур 20-600 С. С началом спекания стекла скорость распространения температуры во всех трех образцах почти выравнивается, что связано с последующим повышением плотности спеков вибрированной смеси и неуплотненной порошкообразной.

Характерно, что температура в центре образца неуплотненной смеси достигает максимального значения (850 0С) к моменту завершения процесса вспенивания, что подтверждает наши предположения о ходе процесса вспенивания по схеме, приведенной на рис. 1.2.

По мере повышения исходной плотности смеси интервал температур вспенивания расширяется. Для смеси, уплотненной вибрацией, он составляет 14 мин. прессованием – 17,5 мин. Для этих кривых характерно отсутствие в их начале изгибов, свойственных неуплотненной смеси, которые указывают на наличие усадочных явлений при спекании.

Таким образом, уплотнение пенообразующей смеси позволяет не только сократить продолжительность их нагрева до температуры вспенивания, но и вести процесс вспенивания при более стабильной температуре и в большем временном интервале.

Наиболее сложный характер температурной кривой вспенивания находится на участке нагрева смеси до температуры вспенивания, поскольку в данном случае мы имеем область теплопередачи с нестационарным режимом. Здесь процесс теплопередачи осложнен структурными и фазовыми превращениями, происходящими по-разному в нагреваемом образце.

1.5 Особенности вспенивания стекла

Вспенивать стекла можно несколькими способами. Однако лишь два из них являются наиболее эффективными: первый основан на вспенивании расплавленной стекломассы, а второй – на спекании стекольного порошка и пенообразователя с последующим вспениванием в процессе постепенного нагревания всей спекшейся массы стекла.

Первый способ может осуществляться при температурах стекломассы 1100С, второй – при температурах 700-800 0С для обычного стекольного порошка и при температурах 950-1150 0С [23] для порошков стекла, полученного из глин, нерудных ископаемых или горных пород.

В настоящее время применяют второй способ. Тонкомолотый порошок стекла тщательно перемешивается с пенообразователем. Полученная смесь засыпается в формы или формуется в виде брикетов и затем нагревается. При температуре около 600 0С [23] пылинки стекольного порошка слипаются и образуют полости, в которых замкнут пенообразователь. При дальнейшем повышении температуры поверхностные пленки стекла начинают растягиваться под влиянием газов, выделяемых пенообразователем.

Процесс вспенивания продолжается на протяжении строго определенного времени, после чего температуру резко снижают. При резком возрастании вязкости пена становится устойчивой и в таком виде окончательно закрепляется.

Затем блок или изделие пеностекла постепенно охлаждают.

Таким образом, в процессе пенообразования вся масса представляет пластичную систему с чрезвычайно высокой вязкостью, в которой равномерно распределен пенообразователь, выделяющий газ и создающий устойчивую и равномерную пену стекла.

Механизм образования пены в производстве пеностекла до известной степени аналогичен механизму образования пены в высоковязких жидкостях.

Под пеной обычно подразумевают дисперсную систему различной устойчивости с развитой поверхностью раздела жидкость-газ, образующейся при пропускании газа через жидкость при ее кипячении или встряхивании. Пена до застывания является неустойчивой системой, стремящейся уменьшить до минимума поверхность раздела, т. е. поверхность пленок пены.

При образовании пены основное значение имеют определенная вязкость жидкости и низкое поверхностное напряжение на границе жидкость-газ.

Вязкость должна противодействовать разрыву пленки, а низкое поверхностное натяжение – способствовать ее утоньшению.

Для пенообразования недостаточно, чтобы жидкость имела только высокую вязкость. Поверхностное натяжение при высокой вязкости жидкости должно быть низким.

Для жидкостей, способных вспениваться, различают два вида вязкости:

- внутренняя вязкость или внутреннее трение;

- поверхностная вязкость, которая тормозит движение вещества на поверхности раздела жидкость - газ.

В процессе пенообразования проявляются роль поверхностной вязкости и поверхностное сопротивление сдвигу. Молекулы на поверхности раздела так тесно прижаты друг к другу с боков, что поверхность, образованная ими, может быть названа «жесткой».

В некоторых растворах образующиеся твердые поверхностные коагулянты повышают устойчивость пены. Нет необходимости, чтобы на разделе образовалась непрерывная твердая поверхность.

Устойчивость пузырькам и всей системе в целом придают отдельные твердые частицы. Необходимым условием для образования устойчивой пены являются также определенный градиент концентрации в поверхностном слое и положительная или отрицательная адсорбция на границе раздела жидкость-газ.

Устойчивость пены, в которой содержатся твердые частицы, зависит от концентрации пенообразователя, сродства между пенообразователем, аморфнотвердой фазой и ее дисперсностью. Оптимальная дисперсность пенообразователя в наиболее устойчивых пенах находится между коллоидной дисперсностью и дисперсностью грубых суспензий. Особенно устойчивые пены получаются в тех случаях, когда поверхностно-активные вещества имеют твердые поверхностные слои.

При термической обработке пеностекольной шихты в интервале температур, близких к началу размягчения стекла, сначала расплавляются и слипаются поверхностные слои крупинок. Внутренние слои этих крупинок остаются еще аморфно-твердыми. При дальнейшем подъеме температур, когда начинает проявляться действие пенообразователя в результате диссоциации или сгорания, вся система увеличивается в объеме – вспенивается.

Основными факторами, обеспечивающими устойчивость пены до полного застывания пеностекла, являются:

- вязкость стекла;

- поверхностное натяжение;

- парциальное давление, развиваемое пенообразователем.

Кроме этих факторов, в процессе образования пеностекла по принятой технологической схеме определенное значение имеют:

- зерновой состав стекольного порошка;

- зерновой состав пенообразователя;

- количество и природа пенообразователя;

- условия предварительного подогрева шихты.

Текстура пеностекла определяется совокупностью всех этих условий.

Качество пеностекла как теплоизолятора определяется в первую очередь малым объемным весом, равномерным распределением пор по всему объему и максимально достижимой прочностью при данном объемном весе.

Рассмотрим влияние некоторых основных факторов на образование пеностекла и его свойств.

Вязкость стекла. Как известно, вязкость стекла резко изменяется с изменением температуры. Каждые 5-10 С заметно изменяют [Ошибка!

Источник ссылки не найден.] вязкость, поэтому температурный фактор в технологии пеностекла является основным. Температурный интервал, установленный для вспенивания, не может колебаться в произвольных пределах.

Его можно несколько расширить за счет подбора химического состава стекол с широким интервалом размягчения и известных в практике под именем «длинных». В отличие от коротких стекол у длинных падение вязкости в интервале низких температур протекает в течение большего времени.

Так, свинцовые стекла, которые относятся к длинным, значительно медленнее застывают и легче подвергаются термической обработке, нежели высокоглиноземистые малощелочные стекла, которые считаются короткими.

Следовательно, вспенивать порошки свинцового стекла легче, чем порошки высокоглиноземистых малощелочных стекол.

Значение широкого температурного интервала вспенивания в производственных условиях, в особенности при изготовлении пеностекольных блоков крупногабаритных размеров, возрастает. Поэтому для производства пеностекла желательно пользоваться длинными стеклами.

Поверхностное натяжение стекол мало зависит от состава. Однако поверхностное натяжение длинных стекол ниже, чем коротких. Следовательно, и с точки зрения поверхностного натяжения для изготовления пеностекла более целесообразно применять длинные стекла.

Характер пенообразователя или газообразователя является чрезвычайно важным, поэтому при его выборе необходимо руководствоваться следующими соображениями.

Во-первых, пенообразователь газовой фазы не должен выделяться при температуре ниже размягчения стекла и образования жидких поверхностных слоев. Преждевременное выделение газовой фазы до слипания крупинок стекла исключает возможность вспенивания массы.

Во-вторых, парциальное давление газовой фазы должно нарастать постепенно т. е. по возможности в широком температурном интервале, который должен совпадать с температурным интервалом, обеспечивающим рабочую вязкость стекла или быть близким к нему.

В противном случае газовая фаза может либо разорвать пленки, образующие поры, либо может оказаться недостаточно упругой, чтобы вспенить вязкую стекломассу.

На рис. 1.4 показаны кривые упругости диссоциации карбонатов магния, кальция, железа и стронция. Как видно из рис. 1.4, углекислый магний и кальций могут применяться в качестве пенообразователей при температурах 750-900 0С [49], в то время как углекислый стронций для этих температур непригоден. Его можно использовать при вспенивании тугоплавких стекольных порошков в интервале более высоких температур.

–  –  –

Прогрев пенообразующей смеси в форме до температуры спекания продолжается относительно длительное время. Но данные о времени нагрева шихты до температур спекания являются неоднозначными. В [23] проведен анализ пяти экспериментов, проведенных различными исследователями, и показано, что это время лежит в довольно широких пределах: от 15 до 70 минут, хотя условия экспериментов практически одинаковые.

Приведенные примеры достаточно наглядно иллюстрируют отсутствие единого мнения об оптимальном режиме нагрева пенообразующей смеси. Исходя из этого, считаем целесообразным более детально изучить тепловые процессы на первой стадии формирования пеностекла – нагреве шихты, для чего в [49] была предложена математическая модель процесса нагрева с учетом реальной геометрии – металлической формы, в которой исходная шихта подается в печь.

Математическая модель процесса нагрева шихты впервые была заявлена И.И.

Китайгородским, приведена в [50] и представляет собой одномерную симметричную задачу теплопроводности с граничными условиями третьего рода (рис.

1.5), то есть учитывается только конвективная составляющая подвода тепла от газа печного пространства к поверхности шихты qконв :

Т Т (1.1) с 0 x L;

, х х

–  –  –

при пониженных температурах газов и при относительно высоких скоростях движения (3...5 м/с) [86].

Более того, необходимо рассматривать двумерную модель нагрева шихты, так как отношение линейных размеров формы (рис. 1.6) H/L=150/510=0,290,10 и необходимо учитывать торцевые эффекты. Поэтому, для ответа на вопрос о необходимости учета радиационной составляющей подвода тепла при нагреве шихты в печи проведем решение задачи в двумерной постановке [60,46,47] с учетом подвода тепла за счет конвекции, излучения и одновременно конвекции и излучения в диапазоне температур греющего газа 400...800 °С.

В работе [18] рассматривается металлическая форма с пеностекольной шихтой, схематическое изображение которой приведено на рис. 1.6.

Рисунок 1.6 - Схема подвода тепла к шихте за счет конвекции и радиации

Подвод тепла к форме в печи осуществляется дымовыми газами, которые омывают ее снаружи. В стенках формы тепло передается за счет теплопроводности [45,48]. К шихте тепло подводится следующим образом (рис.

1.6):

1) снизу и по бокам – за счет контакта со стенками формы (участки 1-3);

2) сверху – от дымовых газов (участок 6).

При постановке задачи приняты следующие допущения:

1. На границах между стенками формы и шихты выполняется условие идеального теплового контакта.

–  –  –

Обозначения: – плотность, кг/м3; С – теплоемкость, Дж/(кг·К); – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К); х, у – координаты; – коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к поверхностям формы и шихты, Вт/(м2·К); – приведенная степень черноты; = 5,669-10-8, Дж·с1·м2 К4 – постоянная Стефана-Больцмана.

Индексы: дн – днище; дг – дымовые газы; ш – шихта; cm – сталь; 0 – начальный момент времени.

Для оценки отдельной конвективной составляющей подвода тепла к шихте в системе (1.5) – (1.23) необходимо исключить лучистый теплообмен, т.е.

ст ш дг дг 0. Для оценки только радиационной составляющей положить =0 [18].

Таким образом, существующие модели, описывающие процессы, протекающие в шихте при термической обработке, не учитывают такой параметр, как пористость конечного материала и зависимость размера образованных пузырьков от времени нагрева. Поскольку механизм образования пены в производстве пеностекла до известной степени аналогичен механизму образования пены в высоковязких жидкостях, немаловажным фактором становится изучение динамики образования единичной поры в расплавленной пеностекольной шихте. Изучение этих процессов поможет на стадии планирования и проектирования необходимых свойств материала прогнозировать рациональные режимы термической обработки материала, а также сократить энергозатраты на обеспечение издержек при их производстве.

1.7 Существующие методы определения теплофизических характеристик материалов Теория регулярного режима была разработана Г. М. Кондратьевым [35] и в последующем углублена другими исследователями [Ошибка! Источник ссылки не найден., Ошибка! Источник ссылки не найден., Ошибка! Источник ссылки не найден., 11]. Метод регулярного теплового режима получил весьма широкое распространение в теплотехнических лабораториях по определению теплофизических характеристик строительных, теплоизоляционных, облицовочных твердых, сыпучих и порошковых материалов.

Методы регулярного режима первого рода, основные закономерности которых рассмотрены в [35, 36, 60], получили широкое использование для а, определения коэффициента температуропроводности коэффициента теплопроводности, а также теплоемкости с материалов.

Для регулярного режима первого рода, под которым принято понимать упорядоченную, свободную от начальных условий стадию охлаждения (нагревания) тела в среде с температурой tc – const и коэффициентом теплоотдачи = const, изменение температуры во времени для любой точки тела описывается показательной функцией [94]:

t tc A U e m, (1.25) где – избыточная температура тела; t – температура в фиксированной точке тела; tс = const – температура окружающей среды; А – коэффициент, зависящий от формы тела и начального распределения температур; U – функция координат; т – темп охлаждения (нагрева), величина постоянная и не зависящая от координат и времени.

Исследование и определение теплофизических характеристик материалов при невысоких температурах обычно проводят на образцах простой формы.

Смысл эксперимента состоит в следующем: образец в форме пластины, шара, параллелепипеда или короткого цилиндра с начальной температурой t0 в начальный момент времени погружается в жидкость с температурой tc, которая перемешивается с помощью мешалки, и тем самым создается бесконечно большой коэффициент теплоотдачи между жидкостью и телом. Коэффициент теплоотдачи, стремящийся к бесконечности, можно получить, если исследуемый образец поместить в кипящую воду [94].

Получается задача о нагреве или охлаждении тела при так называемых граничных условиях первого рода. Измерения избыточных температур в моменты времени 1 и 2 осуществляются с помощью дифференциальной термопары, подключенной к гальванометру, спаи которой монтируются в центральной зоне образца и в среде с интенсивной теплоотдачей [94].

Температурное поле при нагревании описывается в виде бесконечного быстросходящегося ряда.

Например, для плоского образца – пластины, толщиной 2R:

–  –  –

где – коэффициент теплоотдачи от воды к поверхности пластины (тела);

– коэффициент теплопроводности вещества.

При некотором значении * все члены ряда, начиная со второго, станут пренебрежительно малы по сравнению с первым ( 1 2 3... ), и поэтому ими можно пренебречь.

Тогда избыточная температура (tc t0 ) будет выражаться так:

–  –  –

постоянной температуре среды tc.

Таким образом ln m const.

Следовательно, теория регулярного режима устанавливает зависимость темпа нагрева (охлаждения) тела от его физических характеристик, геометрической формы и размеров, а также условий теплообмена с окружающей средой. К наиболее распространенным методам, основанным на теории регулярного режима, относятся: а-калориметра, лямбдакалориметра, калориметра двух и более точек, бикалориметра, микрокалориметра. В этих методах обработка опытных данных сводится к определению темпа нагрева или охлаждения [94].

Для определения коэффициента температуропроводности на практике обычно используется схема а-калориметра, позволяющая осуществить режим, близкий к условию Bi. Исследования обычно проводят на образцах простой формы (плита, цилиндр, шар). Автор данного метода профессор Г. М. Кондратьев [35, 36] создал весьма удобную экспериментальную установку «а-калориметр», схема которой показана на рис. 1.8.

–  –  –

Реализация метода регулярного режима осуществляется при температурах, близких к комнатным. Установка а-калориметр представляет собой тонкостенный металлический стакан (сосуд), выполненный из металла (медь, латунь и т. п.) с высоким коэффициентом теплопроводности, наполненный исследуемым материалом и имеющим дифференциальную термопару. Предварительно нагревание а-калориметра осуществляется в сушильном шкафу с электрическим нагревателем. Затем нагретый а-акалориметр переносят в жидкостный термостат, где происходит его охлаждение в непрерывно перемешиваемой жидкой среде при и имеющей на протяжении всего опыта постоянное значение температуры tc = const. Возможно также и нагревание а-акалориметра в среде кипящей воды при tc = const = 100 °С [94].

Выполнение а-акалориметра в виде закрытого стакана позволяет избежать проникновения влаги внутрь исследуемого материала и наиболее удобно при исследовании материалов порошковой структуры. Строительные и теплоизоляционные материалы часто покрывают слоем эпоксидной смолы, что также позволяет избежать проникновения влаги внутрь исследуемого материала.

Погрешность измерений составляет 2...4 % [85].

Измерение температуры проводят дифференциальной термопарой, один из спаев которой помещен в центре а-калориметра или в центре образца, а другой – в охлаждающей среде. Определяемый в ходе эксперимента темп охлаждения служит основой для определения коэффициента температуропроводности.

Коэффициент температуропроводности определяется из соотношения

–  –  –

где К – коэффициент пропорциональности образца или фактор формы тела, м2, и зависит лишь от формы и размеров тела.

Значения коэффициента пропорциональности образца – К, м2, для неограниченной пластины Кпл толщиной 2R =, неограниченного цилиндра Кн.цил радиусом R, короткого цилиндра Кцил радиусом R и длиной l, и шара Кшара радиусом R соответственно равны:

–  –  –

Преимущества метода [94]: 1) метод абсолютен, не требует эталонов с известными тепловыми характеристиками; 2) обеспечивает достаточно высокую точность эксперимента; 3) опыт идет непродолжительное время, а формулы для обработки экспериментальных результатов имеют простой вид.

Недостатки метода [94]: 1) для эксперимента необходима капельная среда (жидкость); 2) опыт соответствует теории только при условии, когда температура окружающей среды tс на протяжении всего опыта остается постоянной; 3) во избежание смачивания образца и проникновения влаги внутрь исследуемого материала его помещают в герметично закрытый стакан или его поверхность покрывают эпоксидной смолой или лаком; 4) опыты с сыпучими материалами приходится производить в специальных условиях (герметично закрытом стакане);

5) обязательно обеспечивать большую величину коэффициента теплоотдачи.

В методе лямбдакалориметра требуется охлаждать тело при постоянном значении температуры среды и при конечном значении числа Bi. В этом случае темп охлаждения a К, (1.38) m R2 П

–  –  –

Недостатком данного способа является наличие в опытной установке дополнительного эталонного образца, теплофизические характеристики которого должны быть заранее известны. Для устранения этого недостатка Г. М. Кондратьев предложил другой вариант – метод двух точек, который дает возможность найти коэффициенты теплопроводности и температуропроводности независимо друг от друга [94].

По методу двух точек при охлаждении испытуемого образца нужно измерять значения избыточных температур в двух произвольных точках тела в один и тот же момент времени. На практике в большинстве случаев регистрируют значение температур центра и поверхности тела. После наступления регулярного режима отношение этих температур с течением времени не меняется и зависит от формы и размеров тела, координат точек, где измеряется температура, а также от интенсивности теплообмена на поверхности, соприкасающейся со средой [94].

Метод бикалориметра использует закономерности охлаждения составного тела – металлического ядра, окруженного тонким слоем исследуемого материала в термостатированной среде. Бикалориметр состоит из полой металлической оболочки (плоской, цилиндрической или шаровой формы), внутри которой с небольшим зазором размещается сплошное металлическое ядро (такой же формы). Зазор заполняется исследуемым материалом. Измерение температур в ядре бикалориметра производится сверлением для закладки рабочих концов (спаев) термопар.

В процессе опыта бикалориметр с исследуемым материалом помещается в печь для предварительного нагревания, а затем в термостат, где обеспечиваются необходимые условия охлаждения. При другой реализации метода в ядре устанавливается электрический нагреватель (для подогрева ядра перед опытом), а через оболочку пропускается жидкость от термостата. На основании опытных измерений определяется темп охлаждения, а затем по расчетному уравнению вычисляется коэффициент теплопроводности [85].

Коэффициент теплопроводности для плоского П, цилиндрического ц, шарового ш бикалориметра определяется из выражения:

–  –  –

где К – коэффициент формы тела; т – темп охлаждения; (с) – объемная теплоемкость ядра; – толщина слоя исследуемого вещества; R – половина толщины ядра плоского бикалориметра или радиус цилиндрического и шарового ядра; N – параметр, зависящий от коэффициента формы и полной теплоемкости ядра и слоя исследуемого вещества.

Коэффициент формы тела К определяется из соотношений:

- для плоского бикалориметра Кп=1;

- для цилиндрического бикалориметра К Ц R1 ln R2 / R1 / 2 R2 R1 ;

- для шарового бикалориметра К Ш R2 / 3R1 ;

где R2 и R1 – наружный и внутренний радиус цилиндрической или шаровой полых оболочек бикалориметров.

Параметр N для плоского, цилиндрического и шарового бикалориметра соответственно определяется соотношениями:

–  –  –

где с1 и с2 – полные массовые теплоемкости соответственно ядра и слоя исследуемого вещества.

Плоские и цилиндрические бикалориметры, по сравнению с шаровыми, проще в изготовлении, однако в цилиндрических бикалориметрах труднее обеспечить одномерность температурного поля. Шаровые бикалориметры удобны при исследовании материалов порошковой и волокнистой структуры (а также жидкостей), а плоские – твердых материалов и листовой изоляции (ткани, покрытия и т. п.).

Метод микрокалориметра, основанный на теории регулярного режима первого рода, использует закономерности охлаждения образца исследуемого материала в термостатированной среде с малым коэффициентом теплоотдачи а, около 3...6 Вт/(м2·К), при Bi 0,1 и пригоден для определения массовой теплоемкости с твердых материалов [85].

Расчетное уравнение для определения с, полученное сравнением темпов охлаждения тэ и т – небольших цилиндрических сосудов соответственно с эталонным веществом и исследуемым материалом (при одинаковых размерах сосудов) имеет вид [36]:

/ 8 а, (1.47) с G mэ / т с э сМ 1 т R где G – масса образца; сэ – полная теплоемкость сосуда с эталонным веществом; См – полная теплоемкость оболочки сосуда для исследуемого R а материала; – внутренний радиус цилиндрического сосуда; – температуропроводность исследуемого материала.

Установка включает два тонкостенных металлических стакана (диаметром 20...25 мм, высотой 60...75 мм) – один для образца исследуемого материала обычно измельченного, другой для эталонного вещества, а также два термостата – один для предварительного нагревания, другой для охлаждения. Измерение температур образца и эталона осуществляется дифференциальными термопарами.

Из данных измерений температур определяются темпы охлаждения, а по расчетным формулам находится теплоемкость материала с. Погрешность измерений составляет 5 % [36].

Методы регулярного режима являются универсальными, однако реализация их при высоких температурах затруднительна. Установки, в основу которых положен принцип регулярного режима, отличаются простотой измерительной аппаратуры. Опыты, проводимые с помощью этих установок, занимают мало времени и технически несложны. Основной измеряемой величиной в эксперименте является темп нагревания (охлаждения). Для этого достаточно фиксировать значения температур в одной произвольной точке тела (кроме метода двух точек) и окружающей среды. Способы, использующие этот режим, дают возможность производить экспериментальные исследования различных теплофизических параметров многих веществ. Все они являются самоконтролируемыми [94].

К их недостаткам относится необходимость тщательной реализации теоретических предпосылок о постоянстве температуры среды и коэффициента теплоотдачи на протяжении всего опыта [94].

Также существует метод квазистационарного теплового режима устанавливается при нагревании тел постоянным во времени потоком тепла (граничные условия II рода). На закономерностях квазистационарного теплового режима основано большое число методов по изучению теплофизических характеристик материалов [Ошибка! Источник ссылки не найден., 6, 9,13].

Методы базируются на решении линейного уравнения теплопроводности для пластины, цилиндра, шара в случае нагревания их постоянным тепловым потоком или в среде с постоянной скоростью изменения температуры.

основываются на Методы монотонного теплового режима закономерностях приближенного анализа нелинейного уравнения теплопроводности [21, 40, 41,73]. Под монотонным тепловым режимом принято понимать плавный разогрев или охлаждение тел в широком диапазоне изменения температуры со слабопеременным полем скорости внутри образца.

По характеру основных закономерностей монотонный режим является обобщением квазистационарного теплового режима.

Монотонный режим используют и в случаях с переменными теплофизическими характеристиками веществ t ; a a t ; c c t и скорости нагревания (охлаждения):

b = b(x, ). (1.48)

Методы монотонного теплового режима позволяют из одного опыта получить температурную зависимость исследуемого параметра во всем интервале нагревания образца и носят иногда название динамических методов.

Практический интерес к теплофизическим измерениям в монотонном режиме появился как результат естественного стремления исследователей упростить техническую реализацию квазистационарных методов и использовать их для изучения температурной зависимости теплофизических коэффициентов материалов в широком диапазоне изменения температуры, устранив условные предпосылки о постоянстве исследуемых величин [94].

Методы теплового импульса [7, 12, 25, 42] позволяют определять теплофизические характеристики в нестационарной области разогрева. В основе метода мгновенного источника лежит решение задачи охлаждения неограниченной пластины в неограниченной среде при наличии мгновенного источника, расположенного в середине пластины.

Среди методов импульсного типа в последние годы получил широкое распространение метод нагрева лазерным импульсным излучением плоских образцов-дисков [30]. Информация о характерном времени изменения температуры стороны, противолежащей нагреваемой, дает возможность определять температуропроводность образца. В целом, это один из самых удобных и популярных методов исследования, но требуется дорогая и сложная аппаратура (импульсный оптический квантовый генератор, осциллограф, калориметр, газовый лазер и др.).

Другая группа методов импульсного нагрева имеет дело с плоскими или цилиндрическими нагревателями, внедряемыми в тело образца [38, Ошибка!

Источник ссылки не найден.]. При хорошем тепловом контакте зонда с исследуемой средой этот способ позволяет достаточно точно определить количество теплоты, вводимой в материал.

Преимущества метода [94]: 1) метод относится к скоростным методам;

2) окончательная формула для обработки результатов опыта имеет простой вид;

3) легко изготовить образец (теплоприемник), т. к. он имеет цилиндрическую форму; 4) в результате численных расчетов по теории построены удобные номограммы и таблицы.

Недостатки метода: 1) метод не абсолютный и требует предварительного определения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности материала теплоприемника; 2) необходимо поддерживать постоянную температуру на одной стороне образца; 3) для определения температуропроводности необходимо иметь боковую теплоизоляцию, характеристика и размеры которой позволяют рассматривать задачу о нагреве неограниченной пластины.

При определении температуропроводности всех импульсных методов основным источником погрешностей являются потери тепла из-за теплообмена между образцом и окружающей средой и влияние конечной длительности импульса. Теплообмен облученного образца с окружающей средой приводит к потерям тепла за время распространения импульса в образце. Это влечет за собой уменьшение времени и, следовательно, завышение значения коэффициента температуропроводности.

Борьба с тепловыми потерями ведется самыми разнообразными способами.

С одной стороны, выбираются образцы с малым отношением толщины к диаметру [Ошибка! Источник ссылки не найден.], с другой, для устранения потерь тепла конвекцией, радиацией и теплопроводностью образцы помещают в вакуум, экранируют и окружают тепловой изоляцией [26]. Однако такие меры не позволяют избавиться от тепловых потерь, да и для определения температуропроводности необходимо производить корректировку методом последовательных приближений.

Необходимо также учитывать поправки на эффект конечной длительности импульса, особенно если в эксперименте время импульса соизмеримо с характеристическим временем [10]. В этом случае подъем температуры на поверхности образца будет несколько замедлен, что приводит к заниженным значениям коэффициента температуропроводности.

Несмотря на глубокую аналитическую и практическую разработку импульсных методов, существуют некоторые неучтенные факторы, способные вызвать систематические погрешности при измерениях. Так, не учитывается влияние инерционных измерительных схем. При исследовании теплоизоляторов использование контактных поверхностных термопар неизбежно приводит к тепловым контактным сопротивлениям между образцом и температурным датчиком. В результате значение максимальной температуры образца будет заниженным, а инерционность термопары резко возрастет [72].

1.8 Цель и задачи исследования

Цель работы. Основной задачей настоящей работы является исследование процесса порообразования при термической обработке пеностекольной шихты.

Решение этой задачи неразрывно связано с изучением закономерностей формирования теплофизических свойств пеностекла на стадии плавления пеностекольной шихты, также влияние формируемой пористости в стадии расплава пеностекольной смеси на теплопроводность пеностекла, и возможные механизмы их регулирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиезадачи:

- изучить процесс формирования пористой структуры в пеностекле;

- разработать математическую модель динамики процесса порообразования при термической обработке пеностекольной шихты;

- изучить механизмы влияния поверхностного натяжения и вязкости расплава стекла на формирование теплофизических свойств пеностекла;

- разработать методику и провести исследования по определению теплофизических характеристик пеностекла.

–  –  –

Сравнительный анализ показал, что по комплексу физико - механических 1.

свойств наиболее перспективно применение пеностекла для создания новых композиционных теплоизоляционных материалов. Его отличает от всех используемых материалов низкая теплопроводность 0,05 – 0,07 Вт/м К [50], высокая прочность при малой объемной массе, химическая и биологическая устойчивость, большая морозоустойчивость и долговечность. Все эти свойства определяют высокую конкурентную способность данного материала.

Наиболее эффективным и распространенным способом производства 2.

пеностекла является порошковый метод получения. Данный метод дает возможность получать пеностекло с различной структурой и свойствами в зависимости от зернового состава порошков, вида и количества газообразователя, температуры и продолжительности процесса спекания. При порошковом методе изготовления пеностекла можно в весьма широких пределах регулировать процесс порообразования в спекаемой массе.

В литературе можно встретить ряд методов, позволяющих определять 3.

теплофизические характеристики материалов. Эти методы обладают определенными преимуществами и недостатками. В частности, требуется:

создание постоянного теплового потока, проведение эксперимента в обстановке капельной среды при постоянной ее температуре, малые геометрические размеры исследуемых образцов, устройство изоляции и охранных нагревателей, поддержание определенных коэффициентов теплообмена, учет поправок (на нелинейность, контактное сопротивление, боковой теплообмен). При использовании таких методов, как квазистационарный, импульсный, монотонного нагрева, требуется сложное и дорогостоящее оборудование. В большинстве методов датчики температур устанавливаются внутри объема образца. Это тоже связано с рядом трудностей, так как расположение термопар в центральной части геометрического тела нарушает целостность образца.

Теплообмен в пористых изоляциях имеет сложный характер, особенно 4.

при высокотемпературной термообработке в связи с наличием радиационного теплообмена в порах.

Процесс вспенивания и формирования структуры пеностекла в виде пор 5.

является самой энергоемкой стадией во всем процессе получения пеностекла. В настоящее время производители руководствуются только широко известными подходами к проектированию данного процесса, полученными эмпирическим путем. Математическое описание процесса, зависимости, физически ясные представления о процессе вспенивания отсутствуют.

Для эффективного исследования технологии производства 6.

теплоизоляционного пеностекла необходимо построение математической модели, учитывающей особенности формирования в расплаве пеностекольной шихты пор заданного размера, влияние на этот процесс вязкости, поверхностного напряжения и давления, развиваемого газообразователем.

–  –  –

Производство пеностекла – достаточно энергоемкий процесс, и выбор сырьевых материалов, многостадийность производства и время, затраченное на производство единицы продукции, являются определяющими для формирования стоимости пеностекла. Совокупность перечисленных факторов определяет экологическую результативность и энергоэффективность производства.

Стоимость энергоресурсов является также одной из самых значительных статей текущих расходов для пеностекольного производства и представляет собой значительный стимул для снижения потребления энергии.

Очевидным становится тот факт, что применение наиболее доступных и относительно дешевых материалов в качестве сырьевых, а также сокращение количества технологических циклов при производстве пеностекла поможет в значительной степени сократить энергозатраты и, как следствие, стоимость единицы продукции. Ввиду этого использование тарного и листового стекла в качестве сырьевых материалов для производства пеностекла является рациональным.

В качестве сырьевых материалов применяли:

- бой листового стекла [51] (подвергали помолу, до прохождения через сито 0,063);

–  –  –

2.2 Методы исследования свойств и структуры пеностекла Стандартом СТБ EN 13167-2008 предусмотрены следующие методы испытаний изделий из пеностекла:

- термическое сопротивление и теплопроводность;

- прочность при сжатии;

- прочность при изгибе;

- прочность при растяжении в плоскости плиты;

- водопоглощение;

- паропроницаемость;

- звукопоглощение.

Пеностекло представляет собой легкий пористый материал из стекла, в котором равномерно распределенные ячейки разделены тонкими стенками.

Ячеистая структура стекла может быть получена разными способами [14]:

1) введением в состав стекольной шихты веществ, вызывающих обильное пенообразование в процессе варки стекла;

2) вспениванием размягченного стекла под вакуумом;

3) вспениванием измельченного стекла пенообразующими веществами на холоде с последующим фиксированием структуры спеканием частиц стекла (холодный способ);

4) спеканием смеси порошкообразного стекла с газообразователем (порошковый способ).

В промышленных масштабах пеностекло получают порошковым способом.

При проведении исследований по разработке композиционного материала руководствовались требованиями нормативных документов на строительные и теплоизоляционные материалы: СНиП 23-02-2003, ГОСТ 17177-94, ГОСТ 7076СНиП 21-01-97, СП 23-101-2004.

Помол сырьевых материалов проводили в дробилке объемом 5 л, до прохождения через сито 0,063.

Вспенивание проводили в лабораторной муфельной печи СНОЛ с полезным объемом 3 л по разработанным температурно-временным режимам.

Для получения пеностекла использовали бой листового стекла, мел природный сухомолотый ММ-2 по одностадийной порошковой технологии получения [16]. Бой листового и тарного стекла подвергали помолу до прохождения через сито 0,063.

Шихту для пеностекла готовили путем тонкого измельчения и тщательного смешивания стекла и газообразователя. Чем тоньше измельчена смесь и чем лучше газообразователь распределен в смеси, тем равномерней структура пеностекла и, следовательно, лучше физико-химические свойства материала.

Для вспенивания пенообразующих смесей использовали кубические формы с гранями 50x50x50 мм (рис. 2.1.). Формы предварительно очищали, обмазывали по внутренней поверхности глиной для предотвращения прилипания пеностекла к металлу и помещали на огнеупорную подложку. Подготовленную шихту для пеностекла равномерно загружали в формы, заполняя 30...50% их объема, и вручную производили уплотнение смеси.

Рисунок 2.1 - Форма для вспенивания пеностекла

Затем переносили формы в разогретую до установленной температуры электрическую муфельную печь для вспенивания. В камере печи формы устанавливали в зоне постоянных температур. Отжиг блоков пеностекла происходил при самопроизвольном охлаждении муфельной печи в течение 2 часов. После извлечения блоков из форм им придавали заданные размеры (40x40x40 мм) путем обрезки граней.

Рациональным температурным интервалом для вспенивания пеномассы и стекловидного слоя является 935-9550С [96,90,91].

Использовали следующий состав шихты, содержащий (мас. %): бой стекла тарного 92,0; газообразователь 4,0; сода 4,0. Соду использовали в качестве плавня для понижения температуры плавления шихты и вязкости.

Физико-химические свойства материала определяли по общепринятым методикам.

Водопоглощение (ГОСТ 2409-80). Для определения водопоглащения полученных образцов их сушили при температуре 1100С до постоянной массы.

Далее образцы охлаждали до комнатной температуры и взвешивали, полученное значение массы – масса сухого испытуемого образца m1.

Охлажденные и высушенные образцы поместили в емкость с водой температурой 15-200С так, чтобы уровень воды в нем был выше верха образцов на 2-10 см. Их выдерживали 48 ч, затем вынимали из емкости, обтирали влажной тканью и немедленно взвешивали. Массу воды, вытекшей из образца на чашку весов, включают в массу насыщенного водой образца.

Пористость определяли по формуле (2.1):

П=(1-0/)100 (2.1) где 0 – плотность материла, г/см3; – истинная плотность материала, г/см3.

Плотность неправильной геометрической формы определяли методом, основанном на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружали при помощи объемомера.

Образцы парафинировали, после того как парафин застывал, образцы осматривали, удаляли обнаруженные на парафиновой пленке пузырьки или трещины, заглаживая нагретой металлической проволокой. После парафинирования образец перевязывали прочной нитью и взвешивали. После погружения испытуемого образца в объемомер вытесняемая вода вытекала из трубки в стакан. Далее стакан с водой взвешивали и определяли массу вытесненной воды.

Плотность образца вычисляли следующим образом.

Сначала определяли объем парафина (см3), затраченного на покрытие образца:

Vп=(m1-m)/ п (2.2)

где m – масса сухого образца, г; m1 – масса образца, покрытого парафином, г; п – плотность парафина, равная 0,930 г/см3.

Морозостойкость. Для определения морозостойкости образцы погружали в ванну с водой до полного насыщения, затем их помещали в морозильную камеру при температуре -150С до полного промерзания. Продолжительность одного замораживания не менее 6 ч.

Замороженные образцы вынимали из камеры, помещали для полного оттаивания на 4 ч в ванну с водой, имеющей температуру 15-200С. На этом заканчивался один цикл. Через каждые пять циклов образцы осматривали на предмет разрушения, видимых повреждений.

Термостойкость определялась методом теплосмен на установке для определения термостойкости согласно ГОСТ 25535-82 [69, 78]. Исследуемые образцы пеностекла с покрытием нагревали до заданной температуры, извлекали из печи и охлаждали в проточной воде. Критерием стойкости служило количество теплосмен, приводящее к образованию трещин на образцах или их разрушению.

–  –  –

3.1 Физическая модель формирования пористой структуры Перед описанием модели необходимо рассмотреть особенности формирования пористой структуры в пеностекле. В процессе пенообразования пеностекла вся масса представляет пластическую систему с чрезвычайно высокой вязкостью, в которой равномерно распределен газообразователь, выделяющий газ и создающий устойчивую равномерную пену стекла. Механизм образования пены в производстве пеностекла до известной степени аналогичен механизму образования пены в высоковязких жидкостях [53, 57, 58, 65, 66, 67, 84].

Под пеной обычно подразумевают дисперсную систему различной устойчивости с развитой поверхностью раздела жидкость-газ, образующейся при пропускании газа через жидкость при ее кипячении или встряхивании. Пена до застывания является неустойчивой системой, стремящейся уменьшить до минимума поверхность раздела, т. е. поверхность пленок пены. При образовании пены основное значение имеют определенная вязкость и поверхностное напряжение на границе жидкость-газ. Вязкость должна противодействовать разрыву пленки, а низкое поверхностное натяжение – способствовать уменьшению толщины.

Для жидкостей, способных вспениваться, различают два вида вязкости:

- внутренняя вязкость или внутреннее трение;

- поверхностная вязкость, которая тормозит движение вещества на поверхности раздела жидкость-газ.

В процессе пенообразования проявляются роль поверхностной вязкости и поверхностное сопротивление сдвигу. Молекулы на поверхности раздела так тесно прижаты друг к другу с боков, что поверхность, образованная ими, может быть названа жесткой.

Устойчивость пены, в которой содержатся твердые частицы, зависит от концентрации газообразователя, сродства между газообразователем, аморфнотвердой фазой и ее дисперсностью. Оптимальная дисперсность газообразователя в наиболее устойчивых пенах находится между коллоидной дисперсностью и дисперсностью грубых суспензий.

При термической обработке пеностекольной шихты в интервале температур, близких к началу размягчения стекла, сначала расплавляются поверхностные слои крупинок. Внутренние слои этих крупинок остаются еще аморфно-твердыми. При дальнейшем подъеме температур, когда начинает проявляться действие газообразователя в результате диссоциации или сгорания, вся система увеличивается в объеме – вспенивается.

Основными факторами, обеспечивающими устойчивость пены до полного застывания пеностекла, являются:

- вязкость стекла;

- поверхностное натяжение;

- парциальное давление, развиваемое газообразователем.

Вначале сформулируем некоторую физическую модель процесса формирования пористой структуры в возможных ее стадиях или фазах.

В качестве модели, описывающей механизм формирования пор в расплаве пеностекольной шихты, нами предлагаются следующие положения:

1. Смесь пеностекольной шихты с газообразователем до нагрева в печи можно представить как пористую структуру, в которой порами являются промежутки незаполненные измельченным стеклом (рис. 3.1). Внутренняя поверхность каждой такой поры покрыта газообразователем (мелом). Пористость данной структуры можно менять различными технологическими операциями, например, виброуплотнением. Однако в этом случае пористость низкотемпературного материала будет «игольчатоподобной» вследствие таковой формы самих осколков стекла.

2. Находясь в печи, по мере плавления шихты пространства между частицами стекла оплавляются, и по мере увеличения температуры их форма становится сферической.

3. При повышении температуры газообразователь начинает разлагаться с выделением углекислого газа. Причем все газовыделения осуществляются с поверхности поры. Разложение карбоната кальция происходит по следующему механизму:

образование газовой фазы по реакциям:

- замещения CaCO3 + SiO2 – CaSiO3 + CO2, которая идет от 6000С;

- разложения CaCO3-CaO + CO2, которая начинается при температурах 795…9000С [23, 95].

4. Под влиянием давления газа на стенки пор последние расширяются, увеличивая радиус пор в структуре материала.

5. Заканчивается этот процесс на том этапе (по времени), когда размеры пор создадут нужную по теплофизическим характеристикам (например, по теплопроводности полученного материала) структуру. Поэтому технические условия выдержки материала в печи должны учитывать изложенные выше моменты.

Изучим теперь эти положения, разбив время процесса на этапы.

Рассмотрим вопрос о времени, необходимом для процесса размягчения пеностекольной шиты и газообразователя (с добавками плавней), до температуры инициализации газовыделения мелом.

Рисунок 3.1 – Модель материала до термической обработки

Время нагрева измельченного стекла до температуры более 9000С [49, 96, 90, 91] обозначим 1.

Теплопроводность воздуха, который заполняет промежутки между частицами стекла, имеет более низкую теплопроводность, чем у стекла. Поэтому теплопроводность в целом такой смеси будет ниже, чем у стекла. В зависимости от технических условий формирования пеностекольной шихты в форме эти соотношения могут меняться, и значительно [68]. Если на этом этапе условия заполнения формы шихтой не менялись (постоянна дисперсность стекла, заполненность его в форме и т. п.), то можно считать исходную низкотемпературную пористую структуру постоянной и характеризуемой неким средним (по температуре) коэффициентом температуропроводности a.

Коэффициент температуропроводности a определяет скорость распределения и выравнивания температур по всему объему материала, его размерность: [a] = м2/с.

Поскольку тепло охватывает форму со всех сторон, то время, необходимое для выравнивания температуры по объему, можно оценить из соображений размерности:

h2, (3.1) 1 a где h – характерный масштаб длины в объеме формы.

Он равен половине ребра кубической формы размерами: 5 5 5 см, т.е.

2,5 см. Следует отметить, что количество работ, посвященных моделированию и нахождению различных зависимостей теплофизических характеристик пористых структур, достаточно велико [6, 12, 18, 17, 20, 23, 30], однако результаты моделирования отличаются на десятки процентов от истинных результатов измерений. Моделирование и исследование их теплофизических характеристик должно учитывать главную особенность этой структуры, подмеченной еще Мандельбротом [63], – ее фрактальность, что не входит в задачи настоящей работы. Мы лишь можем констатировать, что время процесса разогревания в объеме формы может определяться формулой (3.1).

Численное значение коэффициента температуропроводности чистого стекла a в области температур, близких к исследуемым ( T 1000 0 C ), приводимое в различных источниках [17, 55, 56, 71], составляет 4 107 5 107 м2 с. Однако с учетом того, что в шихте присутствует измельченное стекло, то величина температуропроводности падает примерно на 30% и составляет м2 a 2,5 10 7 3,5 10 7.

с В этом случае расчетное время первого этапа процесса 1 по формуле (3.1) составляет 30 – 40 минут [23, 49].

Безусловно, это время будет варьироваться в зависимости от условий формирования шихты в форме, но для этого необходимо провести более детальные исследования. Время, подобранное нами в качестве оценки времени первого этапа процесса, вполне оправдано и соответствует формуле (3.1).

–  –  –

поверхностное натяжение 0, 22 Н / м [17, 18].

На первом этапе мы получили достаточно однородный расплав стекла и достигли температуры, необходимой для запуска в действие механизма активного выделения углекислого газа мелом (газообразователем), осевшим на стенки пор, которые к этому времени приобрели более сферические формы очень малых размеров [23].

Формально необходимо изучить процесс формирования единичного пузырька в расплаве шихты. Остальные поры (в среднем по объему) будут развиваться аналогично. Время этого этапа определяется временем формирования поры до определенного размера R.

В дальнейшем источники газовыделения с поверхностей сфер для простоты будем называть «источниками».

Будем считать, что смесь шихты с газообразователем однородна по составу, пусть также в расплаве пеностекольной шихты эти источники распределены равномерно по объему и имеют одинаковую и постоянную интенсивность j (г/с), под которой будем понимать скорость производства массы газа в единицу времени:

–  –  –

Существует 3-й этап процесса формирования пористой структуры, когда извлекают нагретый образец из печи и он охлаждается. И эта стадия может иметь также характерное время, в том случае если интенсивность точечного источника внутри поры остается отличной от нуля. В этом случае эта стадия характеризуется временем 3.

И суммарное время трех стадий будет следующим:

t 1 2 3. (3.4)

Третий этап очень важен, т. к. именно время остывания ведет к закреплению образующейся структуры пор, но, в настоящей работе не рассматривается, поэтому считаем время процесса по формуле (3.3).

Рассмотрим вторую стадию более подробно. Ее рассмотрение представляет собой построение модели роста единичной поры в пространстве пеностекольной шихты.

3.2 Основные допущения при моделировании процесса роста единичной поры в расплаве пеностекольной шихты

1. Считаем, что пора находится в окружении безграничной среды (расплав пеностекольной шихты), плотность которой равна плотности расплавленного стекла.

2. Считаем, что источники газообразования распределены равномерно, исходя из результатов эксперимента.

3. Учитывая медленность процесса развития поры (низкие скорости деформации среды), напряжения, возникающие в среде, которая зависит от скорости деформации можно разложить в ряд Тейлора по малым скоростям деформации и ограничиться линейным членом, а это соответствует свойствам Ньютоновской жидкости.

4. Взаимодействие между порами осуществляется благодаря обмену импульсами друг с другом через среду. Вследствие низких скоростей движения среды производная импульса также невысока, поэтому, силы взаимодействия между порами также невысоки, что дает основание ими пренебречь.

5. Считаем, что поры распределены равномерно, и плотность их распределения на единицу объема составляет 132 поры на см3.

6. С точки зрения исследования теплофизических свойств пористых материалов необходимо учитывать две характеристики: пористость и плотность распределения пор на единицу объема.

3.3 Математическая модель роста единичной поры в пеностекольной шихте Существуют различные модели [87, 88, 89], описывающие тепловые процессы, происходящие внутри шихты. Одной из таких является модель нагрева шихты И. И. Китайгородского [50], а также модернизированная модель Р. В. Городова [18], учитывающая степень черноты нагревающейся пеностекольной шихты. Однако обе эти модели не учитывают такой параметр, как пористость конечного материала и зависимость размера образованных пузырьков от времени нагрева. Нами предложена модель, позволяющая учесть этот параметр.

На рис. 3.2 изображена пора с поверхностным (на поверхности поры) источником углекислого газа. Окружающее пространство – пеностекольная шихта. Другие поры тоже растут, но они находятся далеко друг от друга, и будем считать, что не взаимодействуют между собой.

Рисунок 3.2 – Единичная пора с радиальным полем скоростей течения расплава вокруг него (стрелками с поверхности пузырька показано направления выброса газа) Введем функцию роста радиуса поры со временем – R (t ).

Наша задача состоит в том, чтобы попытаться найти этот закон.

Введем параметр источника – его интенсивность j, в соответствии с формулой (3.2). Расплав пеностекольной шихты будем характеризовать плотностью и коэффициентом динамической вязкости (или коэффициентом кинематической вязкости / ).

Запишем уравнения движения вязкой несжимаемой жидкости (НавьеСтокса) и уравнение неразрывности в сферических координатах [61], принимая во внимание, что скорость движения жидкости вокруг пузырька имеет только радиальную составляющую и вследствие сферической симметрии зависит только от r – расстояния от центра пузырька и t – времени процесса – ( r, t ), получим:

–  –  –

Обозначим на поверхности поры скорость движения его границы – V(R), давление на поверхности – P(t), на бесконечности: давление равно атмосферному

– P0, скорость движения расплава шихты равна 0.

Интегрируя первые три слагаемых уравнения (3.9) с учетом граничных условий, получим:

–  –  –

Уравнение (3.17) следует дополнить зависимостью P(t) – давлением на поверхности феерической поры. Кроме положительного давления со стороны газа, на поверхность также действует отрицательное Лапласово давление.

С учетом этого искомое давление на границе сферы:

–  –  –

где V ( R) R 3 – объем поры, М1 – молярная масса газа, находящего до начала работы источника (обычно воздух), М2 – молярная масса источника газа Дж

– газовая постоянная, Т – температура среды, m(t) – (углекислоты), R 8,31 моль К масса газа в поре вследствие работы источника (она является функцией времени), m0 – первоначальная масса газа (воздух, не вышедший на поверхность расплава).

Если считать, что до окончания процесса работы источника его интенсивность j постоянна, тогда из формулы (3.1) получим: m(t)=j·t.

Уравнение (3.19) с учетом наших высказанных выше предположений примет вид:

–  –  –

Таким образом, модель второй стадии процесса представляет собой нелинейное обыкновенное дифференциальное [92] уравнение для R(t) роста радиуса поры со временем. Уравнение (3.22) требует применения инспекционного анализа для установления степени значимости каждого слагаемого. Далее его можно решать с помощью прикладных компьютерных программ. Сразу понятно,

–  –  –

Принимаем в (3.23) R 10 3 м – характерные размеры пузырьков, время процесса порядка нескольких минут: 2 500 с.

В правой части уравнения (3.22) оценка первого слагаемого может быть приведена к виду:

–  –  –

Из последнего соотношения видно, что диапазон изменения кинематической (и динамической) вязкости составляет несколько порядков.

Такой факт может говорить о том, что на разных этапах порообразования вязкость оказывает разный вклад в этот процесс.

Составляя отношения размерных слагаемых друг к другу, получим безразмерные комплексы, которым необходимо сделать оценку:

Слагаемое (3.23) по отношению к (3.25):

–  –  –

Зависимость свидетельствует о малом значении левой части уравнения (3.22) по сравнению с вязкостным слагаемым правой части, и, следовательно, этим слагаемым можно пренебречь.

Слагаемое (3.24) по отношению к (3.25):

–  –  –

Из уравнения (3.29) следует, что на рассматриваемой стадии процесса (с невысоким коэффициентом вязкости) время определяется атмосферным давлением, интенсивностью источника, начальным количеством газа в поре и необходимым размером поры. Зависимость времени процесса от радиуса поры находится в кубической степени.

Добавки плавней в пеностекольную шихту ведут к снижению или повышению вязкости [24, 27, 28]. Однако снижение вязкости шихты также необходимо для создания в расплаве более точечных пор, т. к. по мере снижения вязкости расплав будет «заливать» все большие свободные пространства.

Формирование пористой структуры получаемого материала – следствие многочисленности появление таких единичных пор (рис. 3.3). Будем считать, что источники в порах распределены равномерно по объему расплава V, пусть также число таких источников равно N. Полагаем, что mi – масса мела в таком единичном центре (считаем, что эта масса одинакова у всех источников).

Рисунок 3.3 - Формирование пористой структуры по всему объему расплава Если m – масса мела в расплаве, то m mi N (хотя последнее уравнение требует обоснований, потому что не вся масса мела может находиться в этих центрах).

Если k% – массовая доля мела в расплаве, то справедлива формула:

–  –  –

Остается открытым вопрос о распределении источников по массе mi.Однако, проведя дополнительные экспериментальные исследования, можно по известной величине П определить mi.

3.4 Нахождение временной функции формирования пористой структуры Для того чтобы определить оптимальный режим сформированного пористого материала и определить характерный размер пор, а также времени их образования необходимо в уравнении (3.22) сделать некоторые преобразования с учетом инспекционного анализа, проведенного выше.

Мы учтем пренебрежимо малый вклад левой части уравнения (3.22), малую значимость коэффициента поверхностного натяжения, а также допустим, что масса воздуха в поре незначительна по сравнению с массой газа, поставляемого источником. Поскольку вязкость на разных этапах процесса (при медленном нагревании смеси стекла и мела) оказывает разный вклад мы учтем ее в общем уравнении.

Тогда (3.22) будет иметь вид:

–  –  –

момент времени. По данным наших исследований начальный размер поры составляет R(0) R0 0,1мм.

При исследовании уравнения (3.35) требуется внести значения параметров модели, но если P0 – атмосферное давление известно, то динамическая вязкость очень значительно меняется в процессе нагрева, и коэффициент активности источника требует также своей оценки.

Попробуем оценить коэффициент из следующих соображений.

В нашем эксперименте масса мела составляет m 0,8 г. При разложении согласно уравнению реакции выделяется углекислота CO2.

Подсчитаем массу молекул углекислоты, приходящихся на 1 пору за время работы источника. Для этого подсчитаем сначала количество молекул мела N мела, которые и определят количество молекул углекислоты. Зная массу мела с молекулярной формулой CaCO3 и его молекулярный вес: M мела 100г / моль,

–  –  –

Количество пор на 1 см 2 N 26 (рис. 3.4), следовательно, в единице объема (1 см3 ) таких пор будет N N, а в шихте размерами 5 5 5 см3 таких пор будет

N N 125 16572. Тогда масса углекислоты, приходящаяся на одну пору:

m p тсо2 /16572 2,1 105 г. Считая закон действия источника линейным: m p j t и за

–  –  –

Рисунок 3.4 – Срез полученного образца пеностекла при увеличении в 40 раз В модели также можно учесть тот факт, что коэффициент динамической вязкости меняется с температурой, а, следовательно, и во времени процесса (t ).

В этом случае уравнение (3.35) с учетом начальных условий имеет вид:

–  –  –

Коэффициент динамической вязкости в процессе находится довольно в широком диапазоне изменения: 103 108 (Па·с), 2 1000 (с). С уменьшением вязкости на процесс роста поры существенное влияние оказывает внешнее давление.

С учетом вышесказанного уравнение (3.22) преобразуется к виду:

2( R) 2 с t k b, (3.38) R R 3 3R R Исследуем уравнение (3.38) на этапе работы источника: T 800 0 C. Будем считать, что активность источника высока и выполняется неравенство с t k.

Такое упрощение вполне оправдано, т. к. активный рост пор начинается именно благодаря включению источника.

Тогда уравнение (3.38) примет вид:

–  –  –

Исследование уравнения (3.39) численными методами помогает получить следующие графические зависимости для различных значений активности источника при b 100 с 1 (рис.

3.5):

–  –  –

Как следует из графиков, повышение активности источника снижает время процесса формирования поры.

Представим результаты получения поры нужных размеров в виде таблицы:

Таблица 3.1 – Показатели активности источника, время процесса и необходимый радиус поры

–  –  –

Как следует из табл. 3.1, увеличение радиуса поры до 2 мм занимает в 8 раз больше времени, чем для формирования поры в 1 мм, а для формирования поры 3 мм – в 27 раз.

Анализируя уравнение (3.39) по порядковым величинам, получим оценочную взаимосвязь времени второй стадии процесса:

–  –  –

1. Время, необходимое для формирования нужной пористости в расплаве, определяется суммарным временем процессов: временем доведения шихты до определенной температуры, которая запускает механизм газообразования в источниках, и временем формирования пор необходимых размеров.

2. На первом этапе значительную роль в формировании пор играет высокая вязкость. Благодаря поверхностному натяжению и высокой вязкости пора формируется в виде сферы.

3. Поверхностное натяжения расплава стекла не влияет на процесс роста поры, т.к. было показано, что Лапласово давление на 2-3 порядка меньше давления атмосферы.

4. На втором этапе процесса вязкость резко снижается, и в действие механизма формирования поры оказывают влияние активность источника и внешнее давление. При этом зависимость времени процесса становится пропорциональной кубу размера поры и пропорциональной внешнему давлению и обратно пропорционально активности источника.

5. В соответствии с формулой (3.42) можно предложить эксперимент, который снизил время процесса: на первой стадии необходимо увеличить давление в печи для формирования внутри поры с большим количеством воздуха, на этапе включения источников давление в печи снизить, и в соответствии с формулой (3.45) во столько же раз уменьшится время образования поры нужного размера.

6. Данная модель не рассматривает рост пузырьков в приповерхностном слое материала. Мы исходим из того, что число поверхностных центров испарения значительно меньше этого числа в объеме.

Интенсивность источника j в модели была принята постоянной во времени 7.

величиной. Такое предположение требует экспериментальной проверки. Но даже если эксперимент покажет иную зависимость, то ее просто необходимо учесть в уравнении модели (3.38).

8. Оптимальный режим выдерживания в печи должен определяться временем, когда источники перестают быть активными.

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕНОСТЕКЛА

Задачи тепло- и массопереноса являются одними из важнейших задач при изучении теплофизических свойств материалов. Это объясняется как их повсеместным распространением, так и определяющим влиянием на эффективность тепловых, диффузионных и химических аппаратов [37].

Реальность мира и реальных процессов необъятна, она бесконечно глубока и широка. При любом, самом детальном, возможном в проектируемых условиях рассмотрении всегда сохраняются неизвестные черты явления. Для описания реальности составляются ее модели. Они всегда являются приближенными. Так и модели процессов тепломассопереноса, теплопроводности и диффузии являются приближенными не только в детально рассматриваемой простой форме уравнений Фурье и Фика, но даже в имеющихся или разрабатываемых самых общих, полных и сложных формах.

Постановки описаний, научных и инженерных задач всегда являются модельными. Последние десятилетия характеризуются созданием общих, универсальных описаний и моделей. При всей их познавательной ценности, универсальные модели часто оказываются неработоспособными. Причины неработоспособности универсальных моделей и нарушений теоретических представлений и аналогий между процессами во многом схожи.

Процессы теплопроводности и диффузии описываются формально сходными (аналогичными) уравнениями. Поэтому можно в основном рассматривать и решать задачи теплопроводности, так как они несколько шире по формальным характеристикам. В частности, в задачи теплопроводности входят и коэффициент теплопроводности, и коэффициент температуропроводности a = /c, а в задачи диффузии – только коэффициент диффузии D, являющийся формальным аналогом a [37]. Однако всегда необходимо учитывать, что эта аналогия является только формально-математической, так как физика процессов переноса тепла и вещества совершенно различна.

В данной главе будет рассмотрен процесс нестационарной теплопроводности. Рассматриваемый класс задач относится к наиболее сложным в аналитической теории теплопроводности. Учитывая физико-математическую аналогию процессов диффузии и теплопроводности, для решения задачи нестационарной теплопроводности применялись математические методы изложенные в трудах проф. С. П. Рудобашты и профессора Э. М. Карташова, для решения краевых задач нестационарной диффузии. В работе [79] отмечается принципиальное отличие с математической точки зрения краевых задач нестационарной диффузии от классических. В общем случае вследствие зависимости границ диффузионной области от времени к этому типу задач неприменимы классические методы разделения переменных и интегральных преобразований Фурье, так как в рамках классических методов математической физики не удается согласовать решение уравнения диффузии с движением границы. В таких случаях используются модификации классических подходов применительно к областям с движущимися границами.

4.1 Метод решения краевых задач нестационарной теплопроводности

Для расчета теплофизических характеристик пеностекла использовали аналитические решения типовых линейных задач нестационарной диффузии для областей канонической формы из работы С. П. Рудобашты и Э. М. Карташова [79], в которой температура на поверхности и в центре образца является функцией времени.

Запишем решение задачи теплопроводности без источника:

–  –  –

Кривые температур брали для поверхности и центра образца в пределах от 5 до 20 минут, в данном временном промежутке происходит линейно изменение температур поверхности и центра образца. Аппроксимируя кривые прямой линией, получили следующие графики, представленные на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Аппроксимированные термограммы пеностекла:

–  –  –

1 1 1 1 1 1 3 2, 76... 3,16...

1 1 1 1 1 1 3 2, 76... 2, 76...

–  –  –

После многочисленных итераций численные значения коэффициента температуропроводности при температуре до 400С и пористости пеностекла 60% а 1,1 2, 2 10 7 м2/с.

составляют порядка Полученные значения температуропроводности показывают, что испытуемый материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами при распространении температуры в нестационарных тепловых процессах. Полученное значение температуропроводности позволяет сделать вывод о том, что материал в полной мере может использоваться при теплоизоляции конструкций.

4.2 Условия проведения эксперимента, описание экспериментальной установки Для определения теплофизических характеристик использовали метод нестационарного режима, когда подводимая к нагретому телу теплота обеспечивает подъем температуры в теле в зависимости от времени его нагрева.

Схема измерительного прибора показана на рис. 4.3, где датчиками являются три термопары, одна из которых установлена на поверхности цилиндрической оболочки, другая – на поверхности исследуемого образца, и третья – в центре образца.

Рисунок 4.3 – Схема измерительного устройства 1 – исследуемый образец в форме цилиндра; 2 – цилиндрическая форма;

3 – корпус сушильного шкафа 2В-151; 4 – термопары; 5 – потенциометр.

Для этого исследуемый материал помещается в цилиндрическую капсулу с двумя термопарами, из которых одна устанавливается в центре образца, а вторая – на его поверхности, измеряя температуру внутренней стенки капсулы. В процессе измерения образец нагревается от температуры t1 до t2 за время, при этом температура внутренней стенки капсулы (или наружной поверхности исследуемого материала) всегда будет выше, чем температура материала в центре образца. При этом делается допущение, что температура наружной поверхности капсулы равна температуре среды, т. е. время достижения выравнивания температур поверхности капсулы и среды пренебрежимо мало со временем прогрева всего образца. Из графика (рис. 4.4) для выбранных температур t', t'', и т. д. определяют время выравнивания температуры между центром образца и его поверхностью 1=2-1; 2=4-3, и т. д.

Рисунок 4.4 – Изменение температур в центре и на поверхности образца от времени нагрева Затем вычисляли коэффициенты температуропроводности соответственно для температур t', t'' и т.

д.

После измерения температур в трех точках образца (на поверхности цилиндрической оболочки, на поверхности исследуемого образца и в центре образца) получили следующие показатели, приведенные в табл. 4.1, рис. 4.5.

–  –  –

Коэффициент теплопроводности определяли по следующей методике [75].

Полагая, что теплота к исследуемому материалу подводится от внешней среды через стенку капсулы (с известными теплофизическими свойствами), получим:

–  –  –

где L – длинна цилиндра экспериментальной установки (50 мм); D – внешний диаметр цилиндра (25 мм); d – диаметр испытуемого образца (11 мм);

d1– диаметр термопары в центре испытуемого образца (4 мм).

–  –  –

Производство теплоизоляционного пеностекла в настоящее время – бурно развивающаяся отрасль химической технологии. Получивший наибольшее распространение порошковый способ производства пеностекла является популярным. Данный способ не до конца изучен и основан на эмпирических подходах к определению рациональных режимов термической обработки пеностекла. Самой энергоемкой стадией в порошковом способе производства является стадия вспенивания смеси измельченного стекла и газообразователя.

Отсутствие математических зависимостей и физически ясных представлений об этом процессе, безусловно, сдерживает развитие отрасли в целом, а также влияет непосредственно на себестоимость материала. Представленные в работе результаты, направленные на изучение математических и физических взаимосвязей процесса вспенивания пеностекольной шихты, открывают проблемную область исследования в технологии пеностекла. Сложность процесса вспенивания, влияние многих факторов на процесс формирования пор, нестационарность процесса теплопередачи ставит перед исследователем сложную задачу: связать, основываясь как на классических, так и на частных методах аналитических решений нестационарных задач диффузии и теплопроводности, с динамикой образования пористой структур.

–  –  –

1. Разработана методика для определения коэффициента температуропроводности на образцах, выполненных в виде цилиндра. Для экспериментального определения коэффициента температуропроводности материалов, возможен один из нескольких любых вариантов: нагревание образца в предварительно прогретой экспериментальной установке или одновременно вместе с ней.

2. Полученные в результате экспериментов коэффициенты температуропроводности пеностекла согласуются с опубликованными в справочной и технической литературе данными и подтверждают точность метода, для определения коэффициента температуропроводности, по температурным измерениям на поверхности образца и в центре.

3. Предлагаемая методика выгодно отличаются от известных быстродействием, небольшой погрешностью, обладает новизной и оригинальностью. Кроме того, методика позволяет легко автоматизировать теплофизический эксперимент, упрощается реализация на базе микропроцессорной техники, и поэтому является перспективными для использования в информационноизмерительных системах контроля теплофизических характеристик материалов.

4. Экспериментальные исследования позволяют рекомендовать закономерности нестационарного теплового режима (4.24) для экспериментального определения коэффициента температуропроводности строительных и теплоизоляционных материалов на образцах, выполненных в виде цилиндра.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основными результатами диссертационной работы являются теоретическая и экспериментальная разработка метода проектирования и планирования свойств и структуры пеностекла на предварительной стадии производств, а также метода определения теплофизических характеристик строительных материалов без нарушения их целостности и эксплуатационных характеристик. Реализация разработанных методов в программном комплексе «Моделирование и визуализация динамических процессов термического вспенивания стекольной шихты с целью управления пористостью декоративного пеностекла» может применяться как на предприятиях по производству пеностекла, так и в практике теплофизических измерений, в строительной и химической технологии.

На основе модели процесса порообразования в расплаве пеностекольной шихты при термической обработке рассмотрены физическо-химические явления, протекающие на этапе размягчения смеси стекла и газообразователя в печи вспенивания. Разработана методика, позволяющая повысить эффективность производства, а также снизить энергозатраты и продолжительность процессов при термообработке пеностекла в 1,5 раза. Ожидаемый экономический эффект от реализации разработанных методик для ОАО «Гомель стекло» (Республика Беларусь) составит более 283 тыс. руб.

Получены следующие результаты, определяющие научную новизну работы и ее практическую значимость.

1. На основе анализа существующих подходов к моделированию процессов, протекающих при термической обработке пеностекольной шихты, обосновано построение математической модели, учитывающей особенности формирования в расплаве пеностекольной шихты пор заданного размера, влияние на этот процесс вязкости, поверхностного напряжения и давления, развиваемого газообразователем.

2. Изучены физико-химические закономерности процесса вспенивания пеностекла. Показано, что процесс формирования и развития структуры пеностекла любого типа определяется закономерностями проявления реологических свойств спеков пенообразующей смеси в области температур от начала спекания стекла до максимума вспенивания.

3. Разработана математическая модель динамики порообразования при термической обработке пеностекольной шихты. Модель предполагает возможность расчета диаметра единичных пор пеностекла при заданном режиме термической обработки и времени вспенивания.

4. Показано, что время, необходимое для формирования нужной пористости в расплаве пеностекольной шихты, определяется суммарным временем процессов: временем доведения шихты до определенной температуры, которая запускает механизм газообразования в источниках и временем формирования пор необходимых размеров.

5. Проведенные экспериментальные исследования на лабораторной установке показывают адекватность предложенной математической модели при сравнении ее результатов с реальным процессом порообразования, при заданных условиях.

6. Разработана методика для определения коэффициента температуропроводности. Уравнение нестационарного теплового режима (4.24) возможно применять для экспериментального определения коэффициента температуропроводности строительных и теплоизоляционных материалов на образцах, выполненных в виде цилиндра. Определены удельная Дж/(кг·К)), теплоемкость материала (845 также коэффициент температуропроводности ( 1,1 2, 2 10 7 м2/с).

7. Установлены основные закономерности физико-химических явлений процесса порообразования, степень влияния основных факторов, обеспечивающих устойчивость пены до полного застывания пеностекла, таких как вязкость стела, поверхностное натяжение расплавленной шихты и парциальное давление, создаваемое газообразователем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алиев, М. И. Прибор для измерения температуропроводности твердых тел методом светового импульса // М. И. Алиев, Р. Э. Гусейнов, Д. Г. Араслян // Изв. АН Аз. ССР. Серия физико-технических и математических наук. – 1979. – № 3. – С.77.

2. Аппен, А. А. Химия стекла / А. А. Аппен. – Л.: Химия, 1976. – 296 с.

3. Бартенев, Г. М. Строение и механические свойства неорганических стекол / Г. М. Бартенев. – М.: Издательство литературы по строительству, 1966. – 216 с.

4. Беляев, Н. М. Методы теории теплопроводности / Н. М. Беляев, А. А. Рядко.

Ч.1.– М.: Высшая школа, 1982. – 327 с.

5. Бойков, Г. П. Основы тепломассообмена / Г. П. Бойков, Ю. В. Видин, В. Н. Журавлев. – Красноярск, 2000. – 272 с.

6. Бровкин, Л. А. Определение коэффициента температуропроводности при квазистационарном режиме / Л.А. Бровкин // Заводская лаборатория. 1961.

Т. 27. № 5. С. 578 —581.

7. Вавилов, В. П. Тепловые методы неразрушающего контроля: справочник / В. П. Вавилов. – М.: Машиностроение, 1991. – 240 с.

8. Варганов, И. С. Тепловой метод неразрушающего контроля с помощью датчика теплового потока / И.С. Варганов, О.А. Геращенко // Промышленная теплотехника. 1987.№4. С. 77 —80.

9. Васильев, Л. Л. Теплофизические свойства плохих проводников тепла / Л.Л.

Васильев, Ю.Е. Фрайман. Минск, Наука и техника, 1967. 172 с.

10. Волькенштейн, B.C. Скоростной метод определения теплофизических характеристик материалов / В.С. Волькенштейн. Л.: Энергия, 1971. 145 с.

11. Геращенко, О. А. Основы теплометрии / О.А. Гращенко. Киев: Наукова думка, 1971. 192 с.

12. Геращенко, О.А. Теплометрический метод определения комплекса теплофизических свойств вещества при гармоническом теплопоточном воздействии / О.А. Геращенко, Т.Г. Гриценко // Теплофизика и теплотехника. 1979.Выпуск 36. С. 19 — 22.

13. Гурьев, М. Е. Тепловые измерения в строительной теплофизике / М.Е.

Гурев. Киев, 1976. С. 93 —105.

14. Горлов, Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий: учебник для вузов по спец. «Производство строительных изделий и конструкций» / Ю.П. Горлов. – М.: Высшая школа, 1989. – 384 с.

15. Горлов, Ю.П. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы / Ю.П. Горлов.

– М.: Стройиздат, 1976. – 192 с.

16. Горлов, Ю.П. Технология теплоизоляционных материалов: учебник для вузов / Ю. П. Горлов, А. П. Меркин, А. А. Устенко. – М.: Стройиздат, 1980.

– 399 с.

17. Городов, Р.В. Экспериментальное определение зависимости температуропроводности пеностекольной шихты от температуры / Р.В.

Городов // Известия Томского политехнического университета. - 2009. Т.314. - №4. - С. 33-37.

18. Городов, Р.В. Математическая модель роцесса нагрева шихты при производстве пеностекла / А.В. Кузьмин // Современные техника и технологии: Труды XIV Междунар. Научно-практ. Конф. Молодых ученых.

– г. Томск, 2008. – Т.3.-С. 356-359.

19. Горяйнов, К.Э. Технология теплоизоляционных материалов и изделий / К.Э. Горяйнов. – М.: Стройиздат, 1982. – 376 с.

20. Дамдинова, Д.Р. Вспененный стеклокристаллический материал на основе местных пород и отходов промышленности / Д.Р. Даидинова, И.И. Будаева,

И.И. Убеева // Матер. науч.-техн. конф. «Технические науки». – Улан-Удэ:

Изд-во. ВСГТУ, 2002. – С. 38-39.

21. Дульнев, Г. Н. Температуропроводность неоднородных систем / Г.Н.

Дульнев, А.В. Сигалов. ИФЖ. 1980. Т. 39. № 5. С. 859.

22. Демидович, Б.К. Производство и применение пеностекла / Б.К. Демидович.

– Минск: Наука и техника, 1972. – 304 с.

23. Демидович, Б.К. Пеностекло / Б.К. Демидович. – Минск: Наука и техника, 1975. – 248 с.

24. Дудеров, И.Г. Общая технология силикатов / И.Г. Дудеров, Г.М. Матвеева, В.Б. Суханова. М.: Стройиздат, 1987. - 560 с.

25. Елисеев, В. Н. Теоретическое и экспериментальное исследование погрешности измерения температур термопарами в теплоизоляционных материалах / В.Н. Елисеев, В.А. Соловов // Инженерно-физический журнал.

1983. Т. 45. № 5. С. 737 — 742.

26. Егоров, Б. Н. Комплексное определение теплофизических свойств твердых материалов импульсно-адиабатическим методом / Б.Н. Егоров, В.С. Килессо // Тепофизические свойства твердых тел. Киев: Наукова думка. 1971. С. 65 — 71.

27. Жерновая, Н.Ф. Физико-химические основы технологии стекла и стеклокристаллических материалов: учебно-практическое пособие / Н.Ф. Жерновая, В.И. Онищук В.И., Н.И. Минько. – Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. – 101 с.

28. Жерновая, Н.Ф., Физико-химические свойства стекол и стеклокристаллических материалов: учеб пособие / Н.Ф. Жерновая, З.В. Павленко. – Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2000. – 96 с.

29. Жуков, А. В. Пористые материалы и заполнители для легких бетонов / А. В. Жуков, Е. М. Коленов, Т. Т. Труцко. – Киев, 1958. – 23 с.

30. Загребин, Л. Д. Импульсный метод измерения теплофизических свойств металлов с использованием лазерного нагрева: автореф. дис....канд. техн.

наук: 01.04.14 / Загребин Леонид Дмитриевич. Свердловск, 1982. 23 с.

31. Зубехин, А.П. Сырая легкоплавкая глазурь для облицовочной плитки / А.П. Зубехин, В.П. Ратькова, Н.В. Тарабрина // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы Междунар. конф. – Самара, 1995. – С. 40.

32. Зубехин, А.П. Ресурсосберегающая технология производства облицовочных плиток / А.П. Зубехин // Стекло и керамика. – 1996. – №6. – С. 3-5.

33. Зыбинский, П.А. Новые строительные материалы и технологии, вопросы экологической безопасности в жилых и общественных зданиях / П.А. Зыбинский, В.А. Кириченко, В.Г. Скляревский // Труды Кубанского государственного технологического университета. – 2002. – Т. 12. – Вып. 1.

– С. 41-44.

34. Карслоу, Г. Теплопроводность твердых тел / Г. Карслоу, Д. Егер.М.: Наука,

1964.487 с.

35. Кондратьев, Г. М. Регулярный тепловой режим / Г.М. Кандратьев. М.:

Гостехиздат, 1954. 408 с.

36. Кондратьев, Г. М. Тепловые измерения / Г.М. Кондратье. Л.: Машгиз, 1957.

240 с.

37. Коновалов, В.И. Методы решения задач тепломассопереноса.

Теплопроводность и диффузия в неподвижной среде: учебное пособие / В.И. Коновалов, А.Н. Пахомов, Н.Ц. Гатапова, А.Н. Колиух. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. 80 с.

38. Козлов, В. П. Аналитические основы неразрушающих способов комплексного определения теплофизических характеристик материалов / В.П. Козлов, В.Н. Липовцев, Г.П. Писарик // Промышленная теплотехника..

1987. № 2. С. 96—102.

39. Краев, О. А. Простой метод измерения температуропроводности теплоизоляторов/ О.А. Краев// Теплоэнергетика. 1958. № 4. с. 81 — 82.

40. Курепин, В. В. Приборы для исследования температуропроводности и теплоемкости в режиме онотонного разогрева / В.В. Курепин, Е.С.

Шатунов// Изв. ВУЗов. Приборостроение.1966. т 9. с. 127— 130.

41. Курепин, В. В. Энтальпийный термозонд для неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов / В.В. Курепин, Е.С. Платунов, Е.А.

Белов // Промышленная теплотехника. 1982. № 4. С. 78.

42. Курепин, В. В. Скоростной метод определения коэффициента теплопроводности и температуропроводности твердых тел / В.В. Курепин, В.А. Калинин // Изв. Северо-Кавказского научного центра высшей школы.

Естественные науки. 1979. №2. С. 24.

43. Каменецкий, С. П. Перлиты. Свойства, технология и применение / С. П.

Каменецкий. – М.: Госстройиздат, 1963. – 28 с.

44. Каммерер, И.С. Теплоизоляция в промышленности и строительстве / И.С.

Каммерер. – М.: Стройиздат, 1965. – 378 с.

45. Карташов, Э.М. Метод решения обобщенных тепловых задач в области с границей, движущейся по параболическому закону/ Э.М. Карташов, Б.Я.

Любов // техн. физ. 1971, т. 61, № 1. - С. 3-16.

46. Карташов, Э. М. Метод решения обобщенных краевых задач уравнения теплопроводности в области с границей, движущейся по произвольному закону / Э.М. Карташов, Г.М. Бартенев, Б. Я. Любов // В кн. Тепло и массоперенос. Минск. - 1972, т.8. - С. 274 - 285.

47. Карташов, Э.М. Аналитические методы решения краевых задач уравнения теплопроводности в области с движущимися границами/ Э.М. Карташов, Б.Я. Любов // Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт. 1974, № 6. - С.

83-11.

48. Карташов, Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел / Э.М. Карташов. — М.: Высш. Школа, 2001. —550 с.

49. Китайгородский, И.И. Технология стекла / И.И. Китайгородский. – М.:

Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. – 1961. – 621 с.

50. Китайгородский, И.И. Пеностекло / И.И. Китайгородский, Т.Н. Кешишян. – М.: Промстройиздат, 1953. – 78 с.

51. Китайгородский, И.И. Справочник по производству стекла / И.И.

Китайгородского. – М.: Стройиздат, 1963. – Т. 1. – 1028 с.

52. Китайцев, В.А. Справочник по производству теплоизоляционных и акустических материалов / В.А. Китайцев, Р.М. Гурвич, И.В. Корольков. – Москва: Промстройиздат, 1954. – 500 с.

53. Ковтунов, Д.А. Идентификация граничных режимов в задачах свободной конвекции высоковязкой жидкости / Д.А. Ковстунов // Тезисы докладов III Всероссийской конференции «Актуальные проблемы прикладной математики и механики». – 2006. –C. 58—59.

54. Комар, А.Г. Технология производства строительных материалов / А.Г. Комар, Ю.М. Баженов, Л.М. Сулименко. – М.: Высшая школа, 1984. с.

55. Краев, О.А. Метод определения зависимости температуропроводности от температуры за один опыт / О.А. Краев // Теплоэнергетика. – 1956. – №4. – С. 15-18.

56. Краев, О.А. Простой метод измерения теплопроводности теплоизоляторов / О.А. Краев // Теплоэнергетика. – 1958. – №4. – С. 81-82.

57. Кривилёв, М.Д. Нестационарный теплоперенос при фазовых переходах в пористых материалах / М.Д. Кривилев, Г.А. Гордеев, В.Е. Анкудинов, Е.В.

Харанжевский // Вестн. Удм. ун-та. Сер. Физика. Химия. 2010. – Вып. 1. – С. 43-55.

58. Кутателадзе, С. С. Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах / С.С. Кутателадзе, В.Е. Накоряков. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984. – 303 с.

59. Левченко, П.Л. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности / П.Л.

Левченко. – М.: Альянс, 2007. - 367 с.

60. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков. М.: Высшая школа, 1967. 599 с.

61. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа /Л.Г. Лойцянский. – Изд. 5, переработанное. – М.: ГРФМЛ изд. Наука, 1978. – 736 с.

62. Марич, М. Совместное определение теплофизических характеристик материалов / М. Марич. ИФЖ. 1973. Т.25, № 5. С. 851.

63. Мандельброт, Бенуа Б. Фрактальная геометрия природы / Бенуа Б.

Мандельброт. – Москва: институт компьютерных исследований, 2002.–656 с.

64. Минько, Н.И. Пеностекло. Научные основы и технология. / Н.И. Минько и др. - Воронеж: Научная книга, 2008. – 168 с.

65. Наймарк, М.А. Линейные дифференциальные операторы / М.А. Наумарк. – М.: Наука, 1969. – 528 с.

66. Нигматулин, Р. И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. – М.:

Наука, 1987. – Т. 1. – 464 с.

67. Накоряков, В. Е. Волновая динамика газо- и парожидкостных сред / В.Е.

Накоряков, Б.Г. Покусаев, И.Р. Шрейбер. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 248 с.

68. Накоряков, В. Е. Усиление амплитуды волн давления в парожидкостной среде пузырьковой структуры / В.Е. Накоряков, Е.С. Вассерман, Б.Г.

Покусаев // Теплофизика высоких температур. – 1994. – Т. 32. – №3. – С.

411–417.

69. Горлов, Ю.П. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы: учеб. пособие для техникумов / Ю.П. Горлов. – М.: Стройиздат, 1976. – 192 с.

70. Осипова, В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена / В.А. Осипова. М.: Энергия, 1979. 319 с.

71. Осипов, В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена / В.А. Осипов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1979.–320 с.

72. Парцхаладзе, К. Г. Импульсный метод измерения температуропроводности / К.Г. Парцхаладзе // Труды метрологических институтов СССР. 1971. В.

129. С. 86.

73. Платунов, Е. С. Цифровой экспресс-измеритель теплофизических свойств вещества /Е.С. Платунов, В.М. Козин, Ю.В. Левочкин// Промышленкая теплотехника. 1982. Т. 4. № 1. С. 51 —65.

74. Платунов, Е. С. Теплофизические измерения в монотонном режиме / Е.С.

Платунов. Л.: Энергия, 1973. 143 с.

75. Павлов, А. Л. Моделирование сушки листовых материалов при комбинированном подводе теплоты / А.Л. Павлов, C.B. Федосов, В.А.

Круглов // Изв. высш. учеб. зав. Химия и химическая технология. -1994. т.37. -№7-9. С. 157-162.

76. Павлушкин, Н.М. Практикум по технологии стекла и ситаллов / Н.М. Павлушкин, Г.Г. Сентюрин, Р.Я. Ходаковская. – М.: Стройиздат, 1970.

– 511 с.

77. Пучка, О.В. Оценка качества и стоимости теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций зданий / О.В. Пучка, М.Н. Степанова, Я.Г. Наумова // Строительные материалы. – 2008. – №12. – С.42-44.

78. Пучка, О.В. Методы измерений и испытаний строительной продукции:

метод. Указания / О.В. Пучка, Е.С Черноситова. – Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2003. – 31 с.

79. Рудобашта, С.В. Диффузия в химико-технологических процессах/С.П.

Рудобашта, Э.М. Карташов//М.: Химия, 1993.-208 с.

80. Савватимский, А. И. Экспериментальное определение физических свойств веществ при микросекундном нагреве импульсом электрического тока:

автореф. дис.... д-ра техн. наук: 01.04.14 / Савватимский Александр Иванович. М., 1999.

81. А. С. № 458753 Способ определения теплофизических свойств материалов / С. З. Сапожников, Г. М. Серых; заявл. 14.08.73; опубл. КОГДА1975. Бюл.

№4. – 6 с.

82. Смирнова, Л.Б. Гранулированное пеностекло из боя стекла / Л.Б. Смирнова // Стекло и керамика. – 1990. – №12. – С. 22-23.

83. Сосунов, Е.О. О преимуществах пеностекла в сравнении с другими теплоизоляционными материалами // Стекло мира. – 2005. – №3. – С.90-96.

84. Селиванов, Н. В. Теплообмен высоковязких жидкостей в емкостях:

монография / Н.В. Селиванов. – Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001. – 231 с.

85. Теплотехнический справочник. Т. 2. / Под общей ред. В. И. Юренева и П. Д.

Лебедева. М.: Энергия, 1975. 896 с.

86. Тымчак, В.М. Расчет нагревательных и термических печей: справочное издание / В.М. Тымчак, В.Л. Гусовский – М.: Металлургия, 1983. - 480 с.

87. Федосов, С.В. Применение методов теории теплопроводности для моделирования процессов конвективной сушки / С.В. Федосов, В.Н.

Кисельников, Т.У. Шертаев. – Алма-Ата.: Издательсвто Гылым ( Наука ), 1992. – 168 с.

88. Федосов, С.В. Тепломассоперенос в технологических процессах строительной индустрии / С.В. Федосов. – Иваново: ИПК «ПресСто», 2010.

– 364 с.

89. Федосов, С.В. Теоретические основы математического моделирования механических и тепловых процессов в производстве строительных материалов / С.В. Федосов, Р.М. Алоян, В.Е. Мизонов. – Иваново: ИГАСУ, ИГЭУ, 2011. – 288 с.

90. Федосов, С.В. Композиционный материал на основе пеностекла с защитнодекоративным покрытием / С.В. Федосов, Ю.А. Щепочкина, М.О. Баканов // Строительство и реконструкция.– 2012. – №6 (44) (ноябрь-декабрь). – С.

109-114.

91. Федосов, С.В. Особенности получения композиционного строительного материала на основе пеностекла с защитно-декоративным покрытием / С.В.

Федосов, Ю.А. Щепочкина, М.О. Баканов // Строительство и реконструкция. – 2013. – №3 (47) (май-июнь). – С. 77-80.

92. Федосов, С.В. Математическая модель динамики процесса порообразования при термической обработке пеностекольной шихты / С.В. Федосов, М.О.

Баканов, А.В. Волков, А.И. Сокольский, Ю.А. Щепочкина // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология.-2014.-Т.57.-вып.3.-С. 73-79.

93. Филиппов, Л. П. Измерения теплофизических свойств веществ методом периодического нагрева / Л.П. Филлипов. М.: Энергоатомиздат, 1984.105 с.

94. Фокин, В.М. Научно-методические основы экспериментального определения теплофизических характеристик строительных материалам по температурным изменениям: дис. … д-ра тех. наук: 01.04.14 / Фокин Владимир Михайлович. – Волгоград, 2004.- 378 с.

95. Шилл, Ф. Пеностекло / Ф. Шилл. – М.: Стройиздат, 1965. – 308 с.

96. Щепочкина, Ю.А. Технология получения композиционного теплоизоляционного материала с защитно-декоративным покрытием/ Ю.А.

Щепочкина, М.О. Баканов//Строительство и реконструкция.– 2012. – №3 (41) (май-июнь). – С. 73-76.

97. Эйгенсон, Л.С. Термические основы формирования стекла / Л.С. Эйгенсон, Т.И. Белобородова, Б.И. Борисов, Е.Г. Фролова. – М.: Издательство

Похожие работы:

«Руководство по эксплуатации Турникет Cube С-02 www.oxgard.com info@oxgard.com Тел.+7(812) 366-15-94 СОДЕРЖАНИЕ Список принятых сокращений 1. Назначение изделия 2. Комплект поставки изделия 3. Осно...»

«Список использованной литературы.1. Воропай Н., Паламарчук С., Подковальников С. Современное состояние и проблемы электроэнергетики России. // Проблемы прогнозирования. – 2010. – № 5. – С. 49-69.2. Гительман Л.Д., Ратников Б.Е. Энергетический бизне...»

«АУДИТОРСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ Акционерам Открытого акционерного общества "Инвестиционный фонд "Детство-1" Сведения об аудируемом лице Основное хозяйственное общество: Открытое акционерное общество "Инвестиционный фонд "Детство-1". Зарегистрировано Администрацией Кировского района...»

«Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева № 5(102) УДК 331.1 В.И. Дементьев, Ю.Г. Кабалдин СХЕМА ОТНОШЕНИЙ СУБЪЕКТОВ ТРУДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В СФЕРЕ УСЛУГ Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Выде...»

«К.В. Смицких Ретроспектива развития источников и форм финансирования. УДК 336.6 Смицких Ксения Викторовна Владивостокский государственный университет экономики и сервиса Владивосток, Россия Ретроспектива развития источников и форм финансирования ст...»

«Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства (ФГУ ВНИИЛМ) А. Д. Маслов Посвящается памяти Учителя Андрея Игнатьевича Ильинского КОРОЕД-ТИПОГРАФ И УСЫХАНИЕ ЕЛОВЫХ ЛЕСОВ Пушкино УДК 630*453:595.768.24+630*416.16 ББК 44.9 Автор: Маслов Ал...»

«ВСЕ НОВИНКИ. ИЮНЬ 2015. Оглавление ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ ТЕХНИКА. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОНОМИКА СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА.5 ЗДРАВООХРАНЕНИЕ. МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ СОЦИОЛОГИЯ. СОЦИАЛЬ...»

«ПЕРЕВОД КАК СРЕДСТВО ОБУЧЕНИЯ ВОСПРИЯТИЮ ТЕКСТОВ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ КАК ИНОСТРАННОМ В ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗАХ © Айрапетян М.С.1 Национальный политехнический университет Армении (НПУА), Республи...»

«ИНСТИТУцИОНАЛьНОЕ РАзВИТИЕ СТРАН ЕС: СРАВНИТЕЛьНыЙ АНАЛИз Е.В. Суханова* Превращение Европейского союза 15 стран (ЕС-15) в союз 25 стран (ЕС-25) является одним из самых значительных его достижений, однако и новым, и вновь принятым странам предстоит...»

«ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НЕФТЯНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОГО ИНСТИТУТА (ВНИГРИ) В Ы П У С К 113 Д. Л. СТЕПАНОВ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ БИОСТРАТИГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НЕФТЯНОЙ И ГОРНО-ТОПЛИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Ленинград 1958 11— 5—4 В книге...»

«Кривеженко Дина Сергеевна СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ, СФОРМИРОВАННЫХ МЕТОДОМ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ, СОДЕРЖАЩЕЙ КАРБИД БОРА Специальность: 05.16.09 – материаловедение (в машино...»

«Оглавление От автора Глава 1. Два разных мозга Глава 2. Механизм саморазрушения Глава 3. Terra incognita страха Глава 4. Беспричинный бунт Глава 5. Ты этого достоин Глава...»

«Динамический расчет металлического каркаса В.Л. Мондрус, зав. Кафедрой строительной механики МГСУ, профессор, д.т.н. Д.К. Сизов, начальник отдела ООО "ВИБРОСЕЙСМОЗАЩИТА", к.т.н. С.Н. Шутовский, ведущий инженер ООО "ВИБРОСЕЙСМОЗАЩИТА" Московский государственный строительный университет ООО "ВИБРОСЕЙСМОЗ...»

«“ОБОРУДОВАНИЕ” Технический Альманах ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПАКЕТ 2009 ИНФОРМАЦИОННОЕ ПИСЬМО ОБ ИЗДАНИИ СТРУКТУРА РАСПРОСТРАНЕНИЯ, ЧИТАТЕЛЬСКАЯ АУДИТОРИЯ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН НА 2009 ГОД ПРАЙС-ЛИСТ НА РАЗМЕЩЕНИ...»

«УДК 811.161.1 ВЛИЯНИЕ МЕЖЪЯЗЫКОВОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ НА ПИСЬМЕННУЮ РЕЧЬ БИЛИНГВОВ (НА МАТЕРИАЛЕ СОЧИНЕНИЙ КИТАЙСКИХ РУСИСТОВ) Ольга Владимировна Дубкова Новосибирский государственный технический университет, 630092, Россия, г. Новосибирск, пр-т Маркса, 20, доцент кафедры Международных отношений и...»

«-1СОЦИАЛЬНО-ОЗДОРОВИТЕЛЬНАЯ ПОДСИСТЕМА СОЦИАЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО КАПИТАЛА: ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ РЕКРЕАЦИОННОЙ СФЕРЫ Сучкова Ольга Евгеньевна, соискатель, кафедра "Экономическая теория и управление перс...»

«УДК 332.68 ББК 65.9(2)32-5 П-41 Побегайлов Олег Анатольевич, кандидат экономических наук доцент кафедры организации строительства Ростовского государственного строительного университета...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА" (НГТУ) Институт транспортных систем Автомобильный транспорт Методически...»

«ООО "СВ-СТАНДАРТ" ВЕСОВОЙ КОНТРОЛЛЕР "ВК-2.1" Руководство по эксплуатации МОСКВА 1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Настоящее руководство содержит сведения о назначении, технических характеристиках, порядке установки и безопасной эксплуатации весового контр...»

«Технологическая карта Монтаж конструкции навесной фасадной системы с воздушным зазором "Ньютон Системс" типа "СКГ-ОК-001" (для облицовки плитами из керамогранита) Содержание 1.Общие положения 2.Организация и те...»

«УДК 621.331.621.611 ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ В ПРОЦЕССЕ НЕПРЕРЫВНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2Х25 КВ В MATLAB/SIMULINK В.В...»

«Проблемы экономики и менеджмента В.И. Чаленко канд. экон. наук, докторант, ФГБОУ ВПО "Кубанский государственный университет" ОЦЕНКА РИСКОВ ПРИ КРЕДИТОВАНИИ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ Аннотация. Механизм коммерциализации инноваций ограничивается высокими рисками инновационных проектов. При этом финансовые учреждения пока не имеют обо...»

«Стр. 1 из 5 Техническое описание Артикул 3014 Multi-Baudicht 2K Объединяет свойства эластичного гидроизоляционного шлама и толстослойного битумного гидроизоляционного покрытия...»

«ИНСТРУКЦИЯ ПО МОНТАЖУ КРЫШКИ В КУЗОВ АВТОМОБИЛЯ 117593, г. Москва, Литовский бул. 19, 1 под. 1 этаж, кн. "Офис" Тел.: (495) 514-35-63, 427-59-11,(915) 215-86-88 E-mail: stavny@stavny.ru, http://www.stavny.ru Комплектация крышки 1. Крышк...»

«Инвентарь д-сценариев, версия 0.11 1/23 Инвентарь д-сценариев В данном документе приводится описание доминантных сценариев (д-сценариев). Предполагается, что данный документ служит для проверки полноты списка д-сценариев (а также их критических элементов и вариантов их выражения в речи) и дополняется по мере поступления...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК АДМИНИСТРАЦИЯ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МАТЕРИАЛЫ XLV МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ "Студент и научно-технический прогресс" ЭКОНОМИКА Новосибирск УДК 33 ББК У.я 431 Материа...»










 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.