Исследование распределения температуры в рабочем объеме печи термического комплекса для лабораторных испытаний образцов строительных конструкций Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 614.84:614.0.06

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В РАБОЧЕМ ОБЪЕМЕ ПЕЧИ ТЕРМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Е. А. Рыбка, Д. Б. Паринов

Для исследований в области определения пределов огнестойкости строительных конструкций наряду с развитием расчетно-экспериментальных методов необходимо решение проблемы усовершенствования лабораторного испытательного оборудования для их реализации. С целью изучения распределения температуры в осевом направлении и по окружности рабочей зоны печи разработан термический комплекс. Установлено, что в печи разработанного термического комплекса создается осесимметричное температурное поле, а относительная погрешность отклонения температуры по окружности рабочей зоны печи от среднего значения не превышает 0,42 %.

Ключевые слова: лабораторные испытания, лабораторное оборудование, распределение температуры, термический комплекс.

При возведении зданий и сооружений для их безопасной эксплуатации и проведении оперативно-спасательных работ в случае пожара, является необходимым применение эффективных технических решений для обеспечения огнестойкости строительных конструкций согласно действующим нормативным документам.

Тенденция развития исследований в области определения пределов огнестойкости строительных конструкций [1] показывает, что перспективным является использование подхода, который предусматривает применение расчетных методик, в связи с тем, что они имеют меньшую стоимость, трудоемкость и не требуют дорогостоящего громоздкого экспериментального оборудования. Наряду с развитием расчетно-экспериментальных методов требует решения проблема усовершенствования лабораторного испытательного оборудования для их реализации.

Современные лабораторные испытательные печи [2—4] для определения теплофизических характеристик строительных материалов представляют собой прямоугольные камеры объемом до 1м3 с электрической или огневой системой нагрева рабочего пространства.

Рыбка Евгений Алексеевич, ст. науч. сотрудник, Национальный университет гражданской защиты Украины; Украина, г. Харьков, e-mail: rizheka@yandex.ru

Паринов Дмитрий Борисович, канд. техн. наук, доц. кафедры информационных технологий, моделирования и управления,

Воронежский государственный университет инженерных технологий; Россия, г. Воронеж, e-mail: parinovd@mail.ru

© Рыбка Е. А., Паринов Д. Б., 2013

Большинство данных печей имеют простую систему управления нагревательным устройством, что препятствует корректной реализации необходимых законов изменения температуры в их рабочем пространстве.

С целью изучения распределения температуры в осевом направлении и по окружности рабочей зоны печи разработанного термического комплекса [5] построен специальный каркас (рис. 1) для крепления температурных датчиков.

Рис. 1. Общий вид каркаса для размещения термопар в различных точках печи

Диаметр колец каркаса соответствует диаметру рабочего пространства печи — 200 мм.

Выпуск 4 (9), 2013

ISSN 2226-700Х

Верхнее и нижнее кольца размещаются на расстоянии 50 мм от крышки и дна печи соответственно, а среднее кольцо — на уровне средины рабочего пространства печи. Термопары типа ТХА размещались в центре каждого из колец, а также через каждые 90° по окружности.

После закрепления темпопар каркас помещался в печь, где воспроизводился режим с постоянной температурой 900 К. После выдержки 10 мин (стабилизации) снимались показания со всех термопар посредством вторичного преобразователя и персонального компьютера.

Значения температуры в различных точках рабочего пространства печи термического комплекса представлены в табл.

Таблица

Координата точки по оси (уровень), / Температура / К Температура по оси tjc, К Средняя температура по окружности /р, К

Координата точки по окружности і (угол а, град)

1(0) 2(90) 3(180) 4(270)

1 913 917 915 910 893 913,75

2 925 927 926 923 900 925,25

3 892 893 892 895 889 893

Средняя температура по точкам окружностей для каждого из уровней определялась как

tjc = 0,25^ / , / =1,2,3,

і=1

где і — координата точки по окружности; j — координата точки по оси (уровень).

Распределение температуры по окружности рабочей зоны печи термического комплекса представлено на рис. 2, где маркерами обозначены значения температуры каждой из точек, а сплошными линиями — значения средней температуры для уровня.

Рис. 2. Распределение температуры по окружности рабочей зоны печи термического комплекса на уровнях 1—3

Относительная погрешность отклонения температуры от среднего значения для каждого из уровней определялась по формуле

t.. -1.

=^—^ -100%.

Графики относительной погрешности отклонения температуры от среднего значения для каждого из уровней в зависимости от угла а представлены на рис. 3.

8ь %

0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8

0 90 180 270 а, град

Рис. 3. Относительная погрешность отклонения температуры по окружности рабочей зоны печи термического комплекса

от среднего значения на уровнях 1—3

Установлено, что в печи разработанного термического комплекса создается осесимметричное температурное поле, а относительная погрешность

Библиографический список

1. Поздєєв, С. В. Расчет температурных режимов прогрева камеры печи при тепловых испытаниях бетонных образцов / С. В. Поздєєв, О. В. Некора, Б. Б. Григорян, А. В. Поздєєв // Матеріали VIII всеукраїнської наук.-практ. конференції рятувальників. — УкрНДІПБ, 2006. — С. 253—257.

2. Определение теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий по металлу: методика. — М.: ВНИИПО, 1998. — 19 с.

3. Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности: НПБ 236-97. — Введ. приказом ГУГПС МВД РФ от 29 апреля 1997 г. № 25] — М., 1997. — 8 с.

4. Поздєєв, А. В. Урахування впливу модифікаторів бетону залізобетонних балок при розрахунковому визначенні їх вогнестійкості: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 21.06.02 / А. В. Поздєєв. — Київ, 2012. — 22с.

5. Андронов, В. А. Лабраторна установка для визначення вогнезахисних властивостей реактивних вогнеза-хисних покриттів для металевих конструкцій / В. А. Андронов, Є. О. Рибка // Проблемы пожарной безопасности. — Харьков: УГЗУ, 2009. — Вып. 26. — С. 3—11.

6. Рыбка, Е. А. Экспериментальное определение динамических свойств испытательной печи / Е. А. Рыбка // Проблемы безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: сб. ст. по материалам всерос. науч.-практ. конф., 21 дек. 2012 г. / ФГбОу ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России. — Воронеж, 2012. — С. 245—246.

отклонения температуры по окружности рабочей зоны печи от среднего значения не превышает 0,42 %.

References

1. Pozdeev, S. V. Raschet temperaturnyx rezhimov progreva kamery pechi pri teplovyx ispytaniyax betonnyx obrazcov / S. V. Pozdeev, O. V. Nekora, B. B. Grigoryan, A. V. Pozdeev // Materialy VIII vseukrainskoj nauch.-prakt. konferencii ryatuval'nikiv. — UkrNDIPB, 2006. — S. 253— 257.

2. Opredelenie teploizoliruyushhix svojstv ognezashhitnyx pokrytij po metallu: metodika. — M.: VNIIPO, 1998. — 19 s.

3. Ognezashhitnye sostavy dlya stal'nyx konstrukcij. Obshhie trebovaniya. Metod opredeleniya ognezashhitnoj e'ffektivnosti: NpB 236-97. — Vved. prikazom GUGPS MVD RF ot 29 aprelya 1997 g. № 25] — M., 1997. — 8 s.

4. Pozdeev, A. V. Uraxuvannya vplivu modi-fikatoriv betonu zalizobetonnix balok pri rozraxunkovomu viznachenni ix vognestijkosti: avtoref. dis. na zdobuttya nauk. stupenya kand. texn. nauk: 21.06.02 / A. V. Pozdeev. — Kiiv, 2012. — 22s.

5. Andronov, V. A. Labratorna ustanovka dlya viznachennya vognezaxisnix vlastivostej reaktivnix vognezaxisnix pokrittiv dlya metalevix konstrukcij / V. A. Andronov, E. O. Ribka // Problemy pozharnoj bezopasnosti. — Xar'kov: UGZU, 2009. — Vyp. 26. — S. 3—11.

6. Rybka, E. A. E'ksperimental'noe opredelenie dinamicheskix svojstv ispytatel'noj pechi / E. A. Rybka // Problemy bezopasnosti pri likvidacii posledstvij chrezvychajnyx situacij: sb. st. po materialam vseros. nauch.-prakt. konf., 21 dek. 2012 g. / FGBOU VPO Voronezhskij institut GPS MChS Rossii. — Voronezh, 2012. — S. 245—246.

INVESTIGATION OF TEMPERATURE DISTRIBUTION IN THE WORKING VOLUME OF THE FURNACE THERMAL COMPLEX LABORATORY TESTING OF SAMPLES OF BUILDING STRUCTURES

Rybka E. A.,

Senior Research fellow, National University of Civil Protection of Ukraine; Ukraine, Kharkov, e-mail: rizheka@yandex.ru Parinov D. B., PhD in Engineering, Assoc. Prof., Voronezh State University of Engineering Technologies; Russia, Voronezh, e-mail: parinovd@mail.ru

For research in the field of determination of limits offire resistance of building structures, together with the development of the settlement-experimental methods necessary to solve the problems of improvement of laboratory test equipment for their implementation. To study the temperature distribution in the axial direction, and the circumference of the working area of the furnace is designed thermal complex. It is established that in the furnace developed thermal complex is created axisymmetric temperature field, and the relative error of temperature deviation of the circumference of the working area of the furnace from the mean value does not exceed 0,42 %.

Keywords: laboratory tests, laboratory equipment, temperature distribution, thermal complex.