Внешний тепло - и массообмен при нагреве бетона

Понятия о внешнем и внутреннем тепло - и массообмене при ТВО

Лекция 3

При затворении цемента водой за счёт реакции гидратации образуется пересыщенный раствор новообразований, из которого эти новообразования выделяются в виде геля и формируют первичную структуру цементного камня. Эта структура имеет вид рыхлого каркаса, который постепенно упрочняется.

Образующийся при гидратации гель занимает в два раза больший объем, чем зёрна цемента, из которых он образовался. Поэтому гель занимает то пространство, где раньше находились вода и воздух. Разница в занимаемых объёмах межу зёрнами цемента и образовавшимся гелем заставляет свободную влагу и воздух перемещаться по бетону, а сам бетон обмениваться влагой и воздухом с окружающей средой.

В процессе нагрева изделия пар отдавая теплоту, конденсируется на поверхности бетона. При этом изменяются температура (t_ПМ) и влагосодержание (U_ПМ) поверхности изделия и среды. Эти процессы являются внешними по отношению к изделию и поэтому их называют внешним тепло – и массообменом. Передвижение влаги и воздуха, а также изменение температурного поля внутри изделия называют внутренним тепло - и массообменом.

Внешний тепло - и массообмен определяет условия взаимодействия насыщенного пара, который подаётся в установку, и изделия, подвергаемого ТВО.

Условия в установке: установка герметична не полностью и в ней находится воздух. Давление в установке Р_У равно атмосферному.

Процесс, происходящий в установке. В установку подаётся пар. Поскольку установка не является полностью герметичной, то давление в ней постоянно и слагается из парциального давления пара подаваемого в установку и парциального давления воздуха находящегося в ней: Р_У = Р_В^! + Р_П^! = 0,1 МПа.

Попадая на холодную поверхность изделия пар, превращается в конденсат и образует на ней плёнку толщиной δ. Поверхность изделия начинает нагреваться и её температура стремится к температуре паровоздушной смеси t_ПС или окружающей среды t_СР в установке. При этом парциальное давление пара у поверхности плёнки конденсата снижается до значения Р_П^!!, а парциальное давление воздуха возрастает до Р_В^!! И давление в установке становиться:

Р_У = Р_П^! + Р_В^! = Р_П^!! + Р_В^!! = 0,1 МПа.

Определяемые параметры для процесса

1. Удельный поток теплоты q_Т к материалу через плёнку конденсата

, (1)

где λ – теплопроводность водяной плёнки; t_Ж – температура плёнки конденсата; t_ПМ – температура поверхности материала; δ – толщина плёнки конденсата.

2. Удельный поток пара конденсирующегося на поверхности изделия.

(2)

где β_m – коэффициент массообмена при конденсации; Р_П^! и Р_П^! – соответственно парциальные давления пара в установке и у поверхности изделия.

3. Теплота, отдаваемая паром изделию при конденсации.

, (3)

где r – теплота парообразования.

4. Дополнительный перенос теплоты от паровоздушной смеси (среды) к плёнке конденсата

(4)

где α _СР - коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси (среды) к плёнке конденсата; t_СР^* - средняя температура ПВС; t_Ж – температура плёнки конденсата.

Поскольку определение коэффициента β_m весьма затруднительно, то в расчётах его заменяют коэффициентом α_m (коэффициент массообмена при испарении с поверхности жидкой плёнки) и приравнивают к β_m. Численно β_m = 0,97α_m.

5. Коэффициент массообмена α_m.

(5)

где Ar – критерий Архимеда; F – поверхность испарения или конденсации; λ^! – коэффициент массопроводности.

6. Коэффициент массоопроводности λ^!.

, (6)

где К – коэффициент диффузии; μ_П – молекулярная масса пара; Т_СР – средняя температура пограничного слоя; Rμ – универсальная газовая постоянная; Т_О – абсолютная температура; В_О и В^! – соответственно барометрическое давление воздуха при нормальных условиях и в установке.

Внешний тепло – и массообмен при изотермической выдержке

Принято считать, что изотермическая выдержка при ТВО начинается с момента, когда температура поверхности изделия достигнет температуры ПВС в установке, т.е. t_ПМ = t_СР.

Вследствие реакции гидратации цемента, сопровождающейся выделением тепла внутренние слои изделия приобретают температуру на 5…7^оС большую, чем температура ПВС в установке. При этом парциальное давление над поверхностью изделия Р_П^!! становиться больше, чем парциальное давление пара в установке Р_П^!, и с поверхности изделия начинает испаряться влага. К концу периода изотермической выдержки плёнка конденсата с поверхности изделия удаляется полностью, а сам бетон теряет значительное количество влаги.

В период подъёма температуры твердеющий бетон поглощает от 2 до 3% влаги, считая от количества воды затворения, а в период изотермической выдержки теряет от 1 до 1,5 %, т.е. перемещение влаги с поверхности изделия к центру и обратно свидетельствует о наличии внешних и внутренних массообменных процессов.

Определяемые параметры для процесса

Дата добавления: 2014-01-11