Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Лысак Илья Александрович. Экспресс-метод контроля теплопроводности строительных композиционных материалов с использованием высококонцентрированного потока плазмы : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 : Томск, 2003 168 c. РГБ ОД, 61:04-5/1060

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5

ВВЕДЕНИЕ 9

I. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНДЕНСИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ 15

1.1. Определение теплофизических характеристик

в среде постоянной температуры 18

1.2. Определение коэффициента температуропроводности в регулярном режиме 20

1.3. Нестационарные методы определения теплофизических характеристик в начальной стадии теплообмена 25

1.4. Определение теплофизических характеристик вереде переменной температуры 27

1.5. Учет зависимости теплофизических характеристик от температуры и изменения граничных условий во времени 31

1.6. Определение теплофизических характеристик при заданном постоянном тепловом потоке на поверхности тел 34

1.7. Импульсные методы определения теплофизических характеристик 36

1.8. Постановка задач исследования 39

2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОТОКА ПЛАЗМЫ 41

2.1. Конструкция автоматизированного комплекса контроля 41

2.2. Принцип действия автоматизированного комплекса контроля 47

2.3. Градуировка автоматизированного комплекса контроля 50

2.4. Контроль теплофизических и динамических параметров плазменного потока 51

2Л. Контроль температуры плазменного потока 51

2.4.2. Контроль удельной плотности теплового потока 59

2.4.3. Контроль скорости плазменного потока 64

2.4.4. Контроль коэффициента теплоотдачи

к сферической частице 68

2.5. Статистическая обработка результатов

экспериментальных измерений 70

3. ТЕСТИРОВАНИЕ ЭКСПРЕСС-МЕТОДА КОНТРОЛЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННОГО ПОТОКА ПЛАЗМЫ 19

3.1. Создание математической модели экспресс контроля теплопроводности материалов 79

3.1.1. Постановка задачи 79

3.1.2. Решение задачи моделирования экспресс контроля теплопроводности материалов 86

3.2. Оптимизация режимов теплового воздействия для экспресс контроля теплопроводности строительных изделий 95

3.3. Решение обратной задачи теплопроводности 98

3.3.1. Методы поиска минимума функционала 98

3.3.2. Поиск решения ОЗТ 102

3.4. Установление границ допустимых погрешностей определяющих величин меры по их соблюдению 108

3.5. Последовательность экспресс контроля теплопроводности 113

4. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПРЕСС-МЕТОДА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ - 116

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 125

ПРИЛОЖЕНИЯ 135

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 138

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 139

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 141

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 142

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 157

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 158

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 159

ПРИЛОЖЕНИЕ 8  

Введение к работе:

Актуальность работы обусловлена тем, что в процессе создания новых теплоэффективных строительных материалов на стадии оптимизации состава исходного сырья и технологических режимов изготовления необходим постоянный контроль теплопроводности изделий в диапазоне температур их эксплуатации.

Существующие стационарные и нестационарные методы контроля теп-лофизических характеристик (ТФХ) связаны со значительными временными затратами в процессе исследования ТФХ низкотеплопроводных материалов при повышенных температурах, хотя именно при таких температурах и ведется эксплуатация огнеупорных и теплоизоляционных строительных материалов.

Основой большинства известных методов служат решения задач никак не отражающих специфику объекта и условий его взаимодействия с окружающей средой. Это затрудняет достижение необходимой точности контроля ТФХ при повышенных температурах. Поэтому необходимы дополнительные исследования, связывающие точность определения теплофизических характеристик с реально имеющими место условиями теплообмена.

В связи с этим разработка новых методов контроля теплопроводности строительных композиционных материалов, обеспечивающих малую продолжительность экспериментов и достаточно высокую точность получаемых результатов, является весьма актуальной. Это дает возможность текущего контроля теплофизических характеристик в процессе разработки новых строительных материалов в диапазоне температур их эксплуатации.

Актуальность работы подтверждается включением ее в тематические планы ГУ НИИ СМ при ТГАСУ и заинтересованностью предприятий строительного комплекса.

Целью работы являлась разработка и реализация экспресс-метода контроля теплопроводности строительных композиционных материалов с использованием высококонцентрированного потока плазмы на основе решения обратных задач теплопроводности. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать использование плазменного потока в качестве источника нагрева при контроле теплопроводности строительных композиционных материалов и исследовать его теплофизические и динамические параметры;

- разработать методику оптимизации режимов экс пресс-контроля теплопроводности строительных композиционных материалов с использованием высококонцентрированного плазменного потока;

создать математическую модель контроля теплопроводности материалов;

- разработать алгоритмическое и программно-техническое обеспечение для экспресс-контроля теплопроводности;

- провести сравнительную оценку точности полученных результатов, определить область их рационального использования.

Научная новизна работы:

- разработан экспресс-метод контроля теплопроводности строительных композиционных материалов, включающий в себя нагрев изделия движущейся плазменной струей, температурно-временные измерения в разноудаленных от источника тепла точках, расположенных внутри материала образца, определение плотности теплового потока и эффективной теплопроводности материала образца;

- создана математическая модель контроля теплопроводности материалов, аналитическим и расчетным путем определено распределение температуры в образце строительного материала при воздействии на него движущегося источника тепла;

- предложена методика многокритериальной оптимизации режимов теплового воздействия для экспресс контроля теплопроводности строительных материалов;

- установлено, что при использовании разработанного программно-технического обеспечения время от начала измерений, и обработки данных до выдачи результата составляет 20 - 30 с, что при организованной подготовке образцов позволяет сократить продолжительность теплофизического контроля строительных материалов по сравнению с традиционными методами. Практическая значимость работы:

- система контроля и оценки теплофизических характеристик строительных материалов и изделий развита за счет реализации более оперативного метода контроля теплопроводности строительных композиционных материалов;

- результаты контроля могут быть положены в основу более точных расчетов соотношений «глина - наполнитель» по критерию оптимизации «прочность - теплопроводность», на примере разрабатываемого теплоизоляционно-конструкционного материала показано, что состав шихты с содержанием зольных микросфер 70 % является оптимальным по соотношению «прочность -теплопроводность». Полученные изделия по прочности соответствует марке 150 (Іїасж = \5 МПа) конструкционных материалов, а по теплопроводности (X = 0,17 Вт/м°С) относится к классу теплоизоляционных материалов;

- результаты диссертационной работы используются в учебном процессе.

Томского государственного архитектурно-строительного университета для студентов специальности 291300 «Механизация и автоматизация строительства». Основное содержание работы.

Первая глава носит обзорный характер. Выполнен критический анализ литературы по уровню развития и задачам совершенствования методов контроля теплофизических характеристик. Теоретические предпосылки и классический подход к определению ТФХ методами стационарного и регулярного режимов проанализирован на основе работ А. В. Лыкова, Г. М. Кондратьева, М. Ф. Жукова, В. А. Осиповой и др. Иррегулярные методы рассмотрены по работам В. Г. Безбородова, В. С. Волькенштейна и др. Анализ импульсных методов и методов ОЗТ для определения ТФХ проведен на основе работ Г. Карслоу, В. Л. Шевелькова, Л. А. Коздоба, Н. И. Никитенко, Ю. В. Полежаева и других исследователей. Сделан вывод, что разработка нового экспресс-метода контроля теплопроводности строительных композиционных материалов в диапазоне температур до 1350 °С (их эксплуатации), основывающегося на плазменном нагреве материала и решении обратных задач теплопроводности является актуальной задачей. Сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке автоматизированного контрольного комплекса и программного обеспечения для эксрпесс-контроля теплопроводности строительных материалов, а также определению теплофизических и динамических характеристик плазменного потока, использующегося в качестве источника тепла при контроле теплопроводности.

Сделан вывод, что созданное программно-техническое обеспечение позволяет осуществлять температурно-временные измерения при воздействии плазменного потока на исследуемый объект с относительной погрешностью не более 5 %.

Третья глава посвящена расчетному тестированию экспресс-метода контроля теплопроводности строительных композиционных материалов с использованием плазменного нагрева. При этом создана математическая модель контроля теплопроводности материалов, аналитическим и расчетным путем определено распределение температуры в образце строительного материала при воздействии движущегося источника тепла. Выработан алгоритм обработки первичных измерений, включающий цифровую фильтрацию, временную корреляцию, сглаживание и интерполяцию.

Установлены предельно допустимые суммарные погрешности измерения основных величин и предусмотрены меры по их обеспечению. Показано, что разработанный алгоритм математической обработки экспериментальных данных и решения на их основе ОЗТ позволяет компенсировать возникающие при измерении погрешности.

В четвертой главе рассмотрены вопросы текущего контроля теплопроводности при создании новых строительных композиционных теплоизоляционных материалов на основе шихты из зольных микросфер и глины. Проведен анализ теплопроводности таких материалов с различным содержанием зольной микросферы (ЗМС) и выполнена оптимизация содержания ЗМС в составе исходного сырья по соотношению «прочность - теплопроводность». Выработаны рекомендации для оптимизации компонентного состава изделий. Проведена сравнительная оценка погрешности полученных результатов.

При использовании разработанного метода время от начала измерений и обработки данных до выдачи результата составляло 20 - 30 с, это с учетом удовлетворительной точности получаемых результатов позволяет говорить о перспективности разработанного экспресс-метода контроля теплопроводности строительных материалов и эффективно применять его в области строительного материаловедения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на:

- Втором Международном научно-техническом семинаре «Нетрадиционные технологии в строительстве» (г. Томск, ТГАСУ, 2001 г.);

- Восьмой Международной научно практической конференции студентов, аспирантов, и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, ТПУ, 2002 г.);

- Научно-технической конференции «Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок» «Создание высококачественных строительных материалов и изделий, разработка ресурсосберегающих, экологически безопас-ных технологий в стройиндустрии» (г. Томск, ТГАСУ, 2002 г.);

- Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (г. Томск, ТГУ, 2002 г.);

- Второй Всероссийской научно-практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья» (г. Бийск, ЦЕИ, 2002 г.);

- III семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике (г. Барнаул, АлГТУ, 2003 г.). Публикации. Основное содержание работы изложено в девяти публикациях и заявке на изобретение №2003124090 (025533). На защиту выносятся:

- совокупность научных положений, на базе которых разработан новый экспресс-метод контроля теплопроводности строительных композиционных материалов с использованием высококонцентрированного потока плазмы;

- теплофизические и динамические параметры плазменного потока, используемого в качестве теплового источника при контроле теплопроводности строительных изделий;

- методика оптимизации режимов теплового воздействия на образец для экспресс-контроля теплопроводности строительных изделий;

- сравнительная оценка точности полученных данным методом значений теплопроводности строительных материалов.

Практическая реализация. Результаты диссертационной работы использованы в ООО «Лесопромышленное объединение «Томлесдрев» на заводе древесностружечных плит для определения теплопроводности шамотного ог-неупора, применяемого для футеровки сушильных установок, и в ЗАО «Томский завод керамических материалов и изделий» для контроля теплопроводности выпускаемых строительных керамических изделий. 

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 168 страниц, включая 28 рисунков, 21 таблицу.  

Подобные работы
Кривцова Галина Борисовна
Сонолюминесцентный метод экспресс-контроля водной среды
Бирюков Владимир Георгиевич
Экспресс-методы и средства контроля природных сред и веществ на основе комбинированных оптических и ленгмюровских эффектов
Савельев Сергей Николаевич
Метод и средство экспресс-контроля железобетонных конструкций по амплитудно-временным параметрам затухающих колебаний
Верижников Сергей Владимирович
Метод и средство экспресс-контроля тепловых сопротивлений силовых полупроводниковых модулей
Бассам Тауфик Мохаммед Махмуд Двикат
Интегральный метод измерения теплопроводности и прибор контроля качества изделий сложной формы
Яскевич Михаил Михайлович
Разработка электрического метода экспресс-диагностики химического состава чугуна в доменной печи
Аксенов Игорь Борисович
Методы и аппаратура экспресс-диагностики объектов и динамических процессов
Бармин Андрей Владимирович
Релаксационные методы контроля состояния частиц газа, участвующих в гетерогенных химических превращениях
Махов Владимир Евгеньевич
Фазово-растровый метод контроля физико-механических характеристик изделий из силикатов
Гладышев Андрей Михайлович
Метод контроля постоянного тока на основе поляризационных свойств фотонного эха

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net