Процессы теплопередачи в строительных изделиях с внутренними полостями

• Автор: Фоминский, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 101 с. : ил.

1. Современное состояние проблемы моделирования и расчета те- 7 плонзоляционных свойств ограждающих конструкций
1.1. Технологические задачи теплоизоляции и подходы к ее конструк- 7 тивному оформлению

1.2. Математическое моделирование процессов теплопроводности в 19 твердых телах

1.3. Ячеечные модели теплопередачи в двухмерных объектах

1.4. Постановка задачи исследования

2. Математическое моделирование теплопроводности в плоской 29 составной стенке

2.1.0 соотношении теплоизоляционных и прочностных характери

стик плоской составной стенки

2.2. Одномерная ячеечная модель теплопроводности через составную 34 плоскую стенку

2.3. Одномерная ячеечная модель теплопередачи через составную 40 плоскую стенку

2.4. Выводы по главе 2

3. Математическое моделирование теплопроводности в плоской 49 стенке с внутренними полостями
3.1. Ячеечная модель теплопроводности в плоском сечении с внутрен- 49 ними полостями
3.2. Расчетное исследование влияния формы и размеров полости на 56 тепломеханические характеристики стенки
3.3. Обобщение результатов по эффективности применения прямо- 74 угольных полостей
3.4. Выводы по главе 3
4. Применение разработанных моделей к определению рацио- 81 нальных параметров внутренних полостей в пустотелом строительном кирпиче
4.1. Уточнение ячеечной модели и метод расчета
4.2. Расчетное исследование рациональных форм полостей в пустоте- 87 лом красном кирпиче
4.3. Выводы по главе 4
Основные результаты диссертации
Список использованных источников
Приложение

к?> Актуальность темы диссертации. Современное состояние развития народного
хозяйства характеризуется все возрастающей ролью задач энергосбережения. В строительной и смежных отраслях промышленности одним из основных направлений решения этой задачи является повышение теплоизоляционных свойств ограждающих конструкций. Это достигается применением теплоизоляционных материалов с низкой теплопроводностью. Однако, большинство подобных материалов имеет низкие прочностные характеристики. Поэтому одним из решений этой задачи является создание составных стенок или стенок с внутренними полостями, где основной материал, обладающий, как пра-
: вило, относительно высокой теплопроводностью, несет силовую нагрузку, а
среда в полости, имеющая более низкую теплопроводность, обеспечивает теплоизоляцию. В частности, этот принцип реализуется в производстве строительного кирпича с внутренними пустотами.
В силу многообразия параметров задачи и их комбинаций эмпирический поиск рациональных (или оптимальных) форм и размеров внутренних полостей является трудоемкой и продолжительной задачей. Выбор рациональных параметров стенок с внутренними полостями может быть значительно упрощен и облегчен с помощью математических моделей этого процесса и его программно-алгоритмического обеспечения, тем более, что современный уро-вень развития строительной теплофизики уже содержит математические описания отдельных его составляющих, позволяющие достаточно достоверное их прогнозирование. Эти модели должны базироваться на расчетах теплового потока через стенку с полостями, то есть на решении как минимум двухмерной задачи теплопроводности через плоскую стенку с внутренними полостями, имеющими в общем случае произвольную конфигурацию. Аналитические методы решения подобных задач, как правило, не существуют, а численные методы - громоздки и плохо поддаются инженерной интерпретации.

Таким образом, разработка математических моделей и базирующихся на них методов инженерного расчета, позволяющих анализировать и оптимизировать форму и размеры внутренних полостей, обеспечивающих компромисс между теплоизоляционными и прочностными свойствами, является актуальной научной и практической задачей.
Все отмеченное и определило цель настоящей работы, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 - All8 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и тематическим планом НИР ИГХТУ.
Цель работы состояла в разработке методов расчета и научно обоснованных рекомендаций по проектированию строительных изделий и конструкций с внутренними полостями, обеспечивающими повышение их теплоизоляционных характеристик и компромисс между снижением теплового потока и прочностных свойств.
Научная новизна - результатов работы заключается в следующем.
1. Предложен комбинированный критерий эффективности стенки с внутренними полостями, являющийся отношением коэффициента ослабления теплового потока и коэффициента ослабления сечения стенки.
2. Разработана одномерная ячеечная модель теплопередачи через составную плоскую стенку, состоящую из слоев с разной температуропроводностью, позволяющая описывать как нестационарные, так и установившиеся тепловые процессы в ней.
3. Показано, что при постоянной толщине всей стенки комбинированный критерий ее эффективности имеет оптимум по толщине слоев, зависящий от соотношения их температуропроводностей.
4. Разработана двухмерная ячеечная математическая модель теплопередачи через стенку с внутренними полостями, позволяющая рассчитывать распределение температуры и тепловые потоки через нее как в не1-СІІ-3<І2
Г“І
І-ЗсІі-сіг
Элемент
стенки
Матрица формы сечения
Рис.3.1. Форма сечения, его матрица и структура потоков теплоты из
выделенных ячеек.