Проектирование конструкции стенки доменной печи из эффективных материалов. Часть 3. Математическая модель процесса теплопереноса

Данная работа является третьей частью цикла статей под общим названием «Проектирование конструкции стенки доменной печи из эффективных материалов». В части 1 с подзаголовком «Постановка задачи и предпосылки расчета» рассмотрены типовые многослойные ограждающие конструкции доменной печи. Приведено описание слоев, входящих в состав этих конструкций. Основное внимание уделено футеровочному слою. Кратко описан процесс выплавки чугуна и температурные режимы в характерных слоях внутренней среды печи. На основе теории А.В. Лыкова проанализированы исходные уравнения, описывающие взаимосвязанный перенос теплоты и массы в твердом теле применительно к поставленной задаче адекватного описания процессов с целью дальнейшего рационального проектирования многослойной ограждающей конструкции доменной печи. Априори ограждение с математической точки зрения рассматривается как неограниченная пластина. В части 2 с подзаголовком «Решение краевых задач теплопереноса» рассматриваются краевые задачи теплопереноса в отдельных слоях конструкции с различными граничными условиями, приводятся их решения, которые являются базовыми при разработке математической модели нестационарного процесса теплопереноса в многослойной ограждающей конструкции. В части 3 представлена математическая модель процесса теплопереноса в ограждении и алгоритм ее реализации. Предлагаемая математическая модель позволяет решить следующие задачи: оценить теплофизическое состояние проектируемых конструкций при различных режимах эксплуатации и, как следствие, рационально их запроектировать под конкретный режим или диапазон режимов; рассчитать поле температуры в сложных в конструктивном отношении многослойных конструкциях, например когда расположение слоев дискретно; при замере температуры в характерных точках (на стыках слоев и поверхностях конструкции) модель позволяет определить теплофизические характеристики материалов, составляющих обследуемую конструкцию; при лабораторных испытаниях позволяет существенно сократить время испытания, у исследователей появляется возможность не дожидаться установления регулярного режима; появляется возможность отказаться от климатической камеры и дорогостоящего приборного обеспечения экспериментов и исследований; при решении обратной задачи непосредственно определить сопротивление теплопередаче всей слоистой конструкции и отдельных ее слоев из неустановившегося температурного поля.

С.В. ФЕДОСОВ¹, д-р техн. наук, академик РААСН, президент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
А.М. ИБРАГИМОВ², д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
Л.Ю. ГНЕДИНА², канд. техн. наук

¹ Ивановский государственный политехнический университет (153037, г. Иваново, ул. 8 Марта, 20)
² Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Ибрагимов А.М., Липенина А.В., Гнедина Л.Ю. Проектирование конструкции стенки доменной печи из эффективных материалов. Ч. 2. Решение краевых задач теплопереноса // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 73–76. DOI: https://doi.org/doi.org/10.31659/0585-430X-2018-759-5-73-76
2. Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория переноса энергии и вещества. Минск: Изд. АН БССР, 1959. 330 с.
3. Федосов С.В., Гнедина Л.Ю. Нестационарный теплоперенос в многослойной ограждающей конструкции. Проблемы строительной теплофизики систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях: Сборник докладов четвертой научно-практической конференции. 27–29 апреля 1999. Москва. 1999. С. 343–348.
4. Федосов С.В., Ибрагимов А.М., Гнедина Л.Ю., Гущин А.В. Математическая модель нестационарного теплопереноса в многослойной ограждающей конструкции. Доклады XII российско-польского семинара «Теоретические основы строительства». Варшава, 2003. С. 253–261.
5. Ибрагимов А.М., Липенина А.В. Проектирование конструкции стенки доменной печи из эффективных материалов. Ч. 1. Постановка задачи и предпосылки расчета // Строительные материалы. 2018. № 1–2. С. 70–74. DOI: http://10.31659/0585-430X-2018-757-3-70-74
6. Федосов С.В. Аналитическое описание тепловлагопереноса в процессе сушки дисперсных материалов при наличии термодиффузии и внутреннего испарения влаги // Журнал прикладной химии. 1986. Т. 59. № 3. С. 2033–2038.
7. Федосов С.В., Кисельников В.Н. Тепловлагоперенос в сферической частице при конвективной сушке во взвешенном состоянии // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1985. Т. 28. № 2. С. 14–15.
8. Федосов С.В., Зайцев В.А., Шмелев А.Л. Расчет температурных полей в цилиндрическом реакторе с неравномерно распределенным источником теплоты. Состояние и перспективы развития электротехнологии. Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции. Иваново, 1987. С. 28.
9. Федосов С.В., Кисельников В.Н., Шертаев Т.У. Применение методов теории теплопроводности для моделирования процессов конвективной сушки. Алма-Ата: Гылым, 1992. 168 с.
10. Чизильский Э. Вентилируемые конструкции наружных стен // Жилищное строительство. 1996. № 10. С. 25–27.
11. Шмелев А.Л., Федосов С.В., Зайцев В.А., Сокольский А.И., Кисельников В.Н. Моделирование нестационарного теплопереноса в реакторе гидролиза циансодержащих полимеров. Ивановский химико-технологический институт. 1988. 10 с. Деп. в НИИТЭХИМ. № 1076-XII88.
12. Шмелев А.Л. Непрерывный способ получения водорастворимых полимеров на основе полиакрилонитрила с высоким содержанием основного вещества. Дисс … канд. техн. наук. Иваново, 1998.