Метод прогнозирования теплоизоляционных свойств строительных материалов и изделий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат технических наук Юркевич, Алексей Анатольевич

• Юркевич, Алексей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Юркевич, Алексей Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Аналитический обзор существующих расчетных и экспериментальных методов определения эквивалентного коэффициента теплопроводности.И

1. 2. Аналитический обзор работ по термогравитационной конвекции и теплообмену излучением в полостях и порах неоднородных материалов и изделий.

1.3. Выводы по главе. Формулировка задач исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ

МОДЕЛИ СЛОЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ГАЗОВОЙ

ПОЛОСТИ ИЛИ ПОРЕ.

2.1. Разработка физико-математической модели термогравитационной конвекции в газовых полостях и порах.

2.1.1. Система уравнений.

2.1. 2. Граничные условия.

2.1. 3. Начальные условия.

2.1.4. Численная реализация задачи конвективного теплообмена в полости или поре конечно-разностным методом.

2.1. 5. Проверка сходимости и устойчивости численного решения задачи конвективного теплообмена.

2.1. 6. Результаты расчета температурных полей и линий составляющих векторного потенциала в условиях термогравитационной конвекции. Сопоставительный анализ результатов.

2. 1. 7. Тестирование результатов расчета конвективного теплообмена в газовых полостях и порах, по данным экспериментальных исследований.

2. 1. 8. Регрессионное уравнение для конвективного теплообмена в воздушных полостях и порах.

2. 1.9. Критериальное уравнение для коэффициента конвекции.

2. 2. Разработка метода учета излучения в физико-математической модели сложного теплообмена в газовых полостях и порах.

2. 2. 1. Математическая модель теплообмена излучением в замкнутой системе.

2. 2. 2. Определение угловых коэффициентов при теплообмене излучением между диффузионными поверхностями.

2. 2. 3. Численная реализация задачи теплообмена излучением в замкнутой системе.

2. 3. Расчетные соотношения между составляющими сложного теплообмена в газовых полостях и порах.

2. 4. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ

МОДЕЛИ СЛОЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА В НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛАХ И ИЗДЕЛИЯХ.

3. 1. Формулировка краевой задачи теплопроводности.

3.1.1. Численная реализация краевой задачи теплопроводности методом конечных элементов.

3. 2. Алгоритм метода расчетного определения (прогнозирования) эквивалентного коэффициента теплопроводности материалов и изделий.

3. 3. Расчетное определенйе теплоизоляционных свойств пенобетона. Сопоставление с экспериментальными данными.

Объектом исследования являются процессы сложного теплообмена, протекающие в неоднородных строительных материалах и изделиях.

Предмет исследования - описываемые системами дифференциальных уравнений математические модели процессов сложного теплообмена.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод прогнозирования теплоизоляционных свойств строительных материалов и изделий»

Одним из основных направлений энергосбережения в строительной индустрии является повышение требований к теплозащитными свойствами ограждающих конструкции (стены, перекрытия и т. п.), которые могут быть реализованы применением эффективных теплоизоляционных материалов.

Таким образом, проектирование эффективных теплоизоляционных материалов, а также исследование их теплозащитных свойств является сегодня актуальной задачей.

Наибольший эффект может быть получен при использовании неоднородных материалов, состоящих из остова-скелета и полостей или пор, заполненных газом, например воздухом.

Создание теплоизоляционных материалов идет в основном эмпирическим путем. Учитывать сложный теплообмен и множество факторов влияющих на теплоизоляционные свойства достаточно дорого и сложно, опираясь только на экспериментально получаемые результаты, поэтому и требуется сегодня развитие надежных методов математического моделирования процессов протекающих в данных материалах и изделиях с целью получения эффективных теплоизоляционных свойств.

Цель исследования - разработка расчетного метода прогнозирования эквивалентного коэффициента теплопроводности (X экв) неоднородных (пористых, пустотных) строительных материалов с учетом конвективного теплообмена и теплообмена излучением в полостях и порах.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена тестовыми расчетами и сравнением с экспериментальными данными.

На защиту выносится:

• метод расчета термогравитационной конвекции в полостях и порах в объемной постановке;

• метод прогнозирования эквивалентного коэффициента теплопроводности неоднородных строительных материалов и изделий с учетом конвективного теплообмена и теплообмена излучением;

• результаты численных исследований процессов сложного теплообмена в полостях и порах;

• результаты численных исследований теплоизоляционных свойств неоднородных строительных материалов и изделий с учетом сложного теплообмена в полостях и порах.

Научная новизна.

1. Разработана физико-математическая модель (ФММ) термогравитационной конвекции в газовых полостях и порах в полной трехмерной постановке.

2. Разработана ФММ сложного теплообмена в неоднородных строительных материалах и изделиях.

3. Установлены соотношения между кондуктивной, конвективной и лучистой составляющими сложного теплообмена в полостях и порах.

4. Установлена двойственность влияния увеличения пустотности на теплоизоляционные свойства материалов и изделий.

Практическая полезность. Проектирование и производство строительных материалов и изделий с заданными теплоизоляционными свойствами.

Реализация:

• акт о внедрении ООО НПО «Ижсотопласт» (см. приложении);

• включение работ по прогнозированию теплоизоляционных свойств строительных материалов и изделий в перечень приоритетных разработок Госстроя Удмуртской Республики. Заключение Госстроя УР (см. приложение).

Работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетной НИР: ГР 01.9.70006123 «Разработка теории и методов расчета процессов тепломассообмена многофазных газожидкостных систем», проводимой в ИжГТУ.

Результаты работы обсуждались на:

• XXX научно-технической конференции ИжГТУ (г. Ижевск, 1996 г.);

• региональной научно-технической конференции «Проблемы энергоресурсосбережения и охрана окружающей среды» (г. Ижевск , 1998 г.);

• Российской университетско-академической научно-практической конференции (г. Ижевск, 1999 г.);

• Международной конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (г. Ижевск, 1999 г.);

• семинаре кафедры «Высшая математика» ИжГТУ (г. Ижевск, 1999 г.);

• семинаре в Институте прикладной механики УрО РАН (г. Ижевск, 1999 г.). 8

Основные публикации.

По результатам работы имеется 14 публикаций, в том числе:

• статей: 4 опубликованные [74-75, 79] и 1 в печати[80 ];

• 2 научно-технических отчета [73,77];

• тезисов доклада на научных конференциях: 1 опубликованный [78] и 6, находящихся в печати [81-86].

Автор благодарит научного руководителя профессора В. Н. Диденко, научного консультанта доцента Е. В. Корепанова за внимание к работе, полезные советы и поддержку, а также сотрудников кафедры «Гидравлика и теплотехника» ИжГТУ за помощь и многочисленные обсуждения рассматриваемых в работе вопросов.