Smart composite in construction Smart composite in construction Умные композиты в строительстве 2782-1919 82712 10.52957/27821919_2021_3_46 Без рубрики Uncategorized Без рубрики Mathematical modeling of processes electromagnetic heating of building materials Математическое моделирование процессов электромагнитного нагрева строительных материалов Рудобашта Станислав Павлович Rudobashta Stanislav Pavlovich

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Российский государственный аграрный университет, Московская сельскохозяйственная академия имени К.А. Тимирязева Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy 20 09 2021 20 09 2021 2 3 46 57 06 09 2021 21 09 2021 https://chemintech.ru/en/nauka/article/82712/view

Рассмотрена глубина проникновения электромагнитного поля в материалы в зависимости от его частоты. Обсуждены работы по математическому моделированию процессов электромагнитного нагрева и сушки материалов в инфракрасном и сверх высокочастотном диапазонах. Указаны преимущества и недостатки аналитических и численных методов решения задач электромагнитного нагрева изделий. Отмечено, что электромагнитный нагрев влажных строительных материалов часто сопровождается испарением из них влаги, что следует учитывать при математическом моделировании процесса их электромагнитного нагрева. Выделены роль тепловой обработка бетона, которая стала важной стадией технологического процесса в производстве строительных изделий, значимость электротермической обработки железобетонных изделий и электромагнитных методов нагрева - в различных диапазонах частот. Представлена аналитическая математическая модель электромагнитного нагрева пластины под воздействием потока излучения, проникающего в тело по закону Бугера. Она учитывает сток теплоты на испарение влаги, происходящий у поверхности пластины, и ее конвективный тепломассообмен с внешней газовой средой. Модель проанализирована на соответствие реальному процессу в условиях инфра красного нагрева путем сопоставления расчетных и экспериментальных термограмм. Показана ее адекватность реальному процессу. На основе этой модели показана возможность выбора методом численного компьютерного анализа необходимого технологического режима электромагнитного нагрева. Рассмотренная математическая модель рекомендована к практическому применению в строительной технологии.

The paper considers the depth of penetration of electromagnetic fields into materials as a function of frequency. The author discusses the works on mathematical modelling of electromagnetic heating and drying of materials in the infrared and ultra-high frequency ranges. The article indicates the advantages and disadvantages of analytical and numerical methods for solving problems of electromagnetic product heating. It is noted that the electromagnetic heating of moist building materials is often accompanied by evaporation of moisture. It should be taken into account in the mathematical modelling of their electromagnetic heating process. Futher the article highlights the role of heat treatment of concrete, which has become an important stage of the technological process of building materials production. The electro-thermal treatment of reinforced concrete products and electromagnetic heating methods in different frequency ranges are relevant. The article presents the analytical mathematical model of electromagnetic heating of a plate under the influence of a radiation flux penetrating the body according to Booger's law. It takes into account the heat flow to the evaporation of moisture occurring at the surface of the plate, and its convective heat and mass exchange with the external gas medium. We analyse the model for consistency with the real process under infra - red heating conditions by comparing calculated and experimental thermograms. Its relevance to the real process is shown. The author shows the possibility of selecting the required electromagnetic heating process mode by means of numerical computer analysis. The mathematical model considered is recommended for practical application in building technology.

 электромагнитный нагрев строительные материалы математическое моделирование динамика нагрева electromagnetic heating building mate rials mathematical modeling heating dynamics

Ratti C., Mujumdar A. S. Handbook of Industrial Drying. 3rd ed. A.S. Mujumdar (Ed). Boca Raton. FL.: CRC Press. 2007. Ratti C., Mujumdar A. S. Handbook of Industrial Drying. 3rd edition. A.S. Mujumdar (Ed). Boca Raton. FL.: CRC Press. 2007. Kudra T., Strumillo Cz. Thermal Processing of Bio-materials. Amsterdam: Gоrdon and Breach Science Publishers. 1998. Kudra T., Strumillo Cz. Thermal Processing of Bio-materials. Amsterdam: Gordon and Breach Science Publishers. 1998. Рудобашта С.П., Карташов Э.М., Зуева Г.А. Тепломассоперенос при сушке пластины в непрерывно действующем электромагнитном поле высокой и сверхвысокой частоты. Теор. основы хим. технологии. 2021. Т. 55. № 2. С. 195-203. Rudobashta S.P., Kartashov E. M., Zueva G.A. Heat and mass transfer during plate drying in continuous operating electromagnetic field of high and ultra-high frequency. Teor. osnovy khim. tekhnologii. 2021. V. 55. N 2. P. 195-203 (in Russian). Акулич П.В., Драгун В.Л., Куц П.С. Технологии и техника сушки и термообработки материалов. Минск: Белорусская наука. 2006. Akulich P.V., Dragun V.L., Kuts P.S. Technologies and techniques for drying and heat treatment of materials. Minsk: Belorusskaya nauka. 2006 (in Russian). Kumar C., Joardder M. U. H., Farrell T. W., Millar G. J., Karim M. A. Mathematical model for intermittent microwave convective drying of food materials. Drying technology. 2016. V. 34. N 8. P. 962-973. Kumar C., Joardder M. U. H., Farrell T. W., Millar G. J., Karim M. A. Mathematical model for intermittent microwave convective drying of food materials. Drying technology. 2016. V. 34. N 8. P. 962-973. Bon J., Kudra T. Enthalpy-Driven Optimization of Intermittent Drying. Drying Technology. 2007. V. 25. N 4. P. 523-532. Bon J., Kudra T. Enthalpy-Driven Optimization of Intermittent Drying. Drying Technology. 2007. V. 25. N 4. P. 523- 532. Акулич П.В., Темрук А.В., Акулич А.В. Моделирование и экспериментальное исследование тепло- и влагопереноса при СВЧ-конвективной сушке растительных материалов. Инж.-физ. журнал. 2012. Т. 85. № 5. С. 951-958. Akulich P.V., Temruk A.V. Akulich A.V. Modeling and experimental study of heat and moisture transfer during microwave convective drying of plant materials. Inzh.-fiz. zhurnal. 2012. V. 85. N 5. P. 951-958 (in Russian). Vaquiro H. A., Clemente G., Garcia-Perez J. V., Mulet A., Bonb J. Enthalpy-driven optimization of intermittent drying of Mangifera indical. Сhemical engineering research and design. 2009. V. 87. P. 885-898. Vaquiro H. A., Clemente G., Garcia-Perez J. V., Mulet A., Bonb J. Enthalpy-driven optimization of intermittent drying of Mangifera indical. Chemical engineering research and design. 2009. V. 87. P. 885-898. Рудобашта С.П., Григорьев И.В. Импульсная инфракрасная сушка семян. Промышленная теплотехника. 2011. Т. 33. № 8. С. 85-90. Rudobashta S.P., Grigoriev I.V. Impulse infrared drying of seeds. Promyshlennaya teplotekhnika. 2011. V. 33. N 8. P. 85-90 (in Russian). Рудобашта С. П., Карташов Э. М., Зуев Н. А. Тепломассоперенос при сушке в осциллирующем электромагнитном поле. Теорет. основы хим. технологии. 2011. Т. 45. № 6. С. 641-647. Rudobashta S.P., Kartashov E. M., Zuev A.N. Heat and mass transfer during drying in an oscillating electromagnetic field. Teoret. osnovy khim. tekhnologii. 2011. V. 45. N 6. P. 641-647 (in Russian). Esturk O. Intermittent and continuous microwave-convective air-drying characteristics of sage (Salvia officinalis) leaves. Food and Bioprocess Technology. 2012. V. 5. N 5. P. 1664-1673. Esturk O. Intermittent and continuous microwave-convective air-drying characteristics of sage (Salvia officinalis) leaves. Food and Bioprocess Technology. 2012. V. 5. N 5. P. 1664-1673. Гринчик Н.Н., Акулич П.В., Адамович А.Л., Куц П.С., Кундас С.П. Моделирование неизотермического тепло- и влагопереноса в капиллярнопористых средах при периодическом микроволновом нагреве. Инж.-физ. журнал. 2007. Т. 80. № 1. С. 3-12. Grinchik N.N., Akulich P.V., Adamovich A.L. Kuts P.S., Kundas S.P. Modeling of non-isothermal heat and moisture transfer in capillary-porous media with periodic microwave heating. Inzh.-fiz. zhurnal. 2007. V. 80. № 1. P. 3-12 (in Russian). Rudobashta S. P., Zueva G. A. Heat and mass transfer when drying a spherical particle in an oscillating electromagnetic field. Theor. Found. of Chem. Eng. 2016. V. 50. N 5. P. 718-729. Rudobashta S. P., Zueva G. A. Heat and mass transfer when drying a spherical particle in an oscillating electromagnetic field. Theor. Found. of Chem. Eng. 2016. V. 50. N 5. P. 718-729. Rudobashta S. P., Zueva G. A., Kartashov E. M. Heat and mass transfer in the drying of a cylindrical body in an oscillating electromagnetic field. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. V. 91. N 1. January. P. 227-236. Rudobashta S. P., Zueva G. A., Kartashov E. M. Heat and mass transfer in the drying of a cylindrical body in an oscillating electromagnetic field. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. V. 91. N 1. January. P. 227-236. Zhao D., An K., Ding S., Liu L., Xu Z., Wang Z. Two-stage intermittent microwave coupled with hot-air drying of carrot slices: Drying kinetics and physical quality. Food and Bioprocess Technology. 2014. V. 7. N 8. P. 2308-2318. Zhao D., An K., Ding S., Liu L., Xu Z., Wang Z. Two-stage intermittent microwave coupled with hot-air drying of carrot slices: Drying kinetics and physical quality. Food and Bioprocess Technology. 2014. V. 7. N 8. P. 2308–2318. Рудобашта С.П., Плановский А.Н., Очнев Э.Н. Зональный метод расчета непрерывнодействующих массообменных аппаратов для систем с твердой фазой. Теор. основы хим. технологии. 1974. Т. 8. № 1. С. 22-29. Rudobashta S. P., Planovsky A.N. Ochnev E.N. Zonal method for calculating continuous mass transfer apparatus for systems with a solid phase. Teor. osnovy khim. tekhnologii. 1974. V. 8. N 1. P. 22-29 (in Russian). Федосов С.В. Тепломассоперенос в технологических процессах строительной индустрии. Иваново: ИПК «ПресСто». 2010. 164 с. Fedosov S.V. Heat and mass transfer in technological processes of the construction industry. Ivanovo: IPK «PresSto». 2010. 164 p. (in Russian). Рудобашта С.П. Кинетический расчет массообменных процессов для систем с твердой фазой (сушка и экстрагирование). Доклады ТСХА. 2020. С. 186-190. Rudobashta S.P. Kinetic calculation of mass transfer processes for systems with a solid phase (drying and extraction). Doklady TSKhA. 2020. P. 186-190 (in Russian). Rudobashta S.P., Muravleva E.A, Zueva G.A. Farm grain dryer with a heat pump and its calculation. Journal of General Chemistry. 2020. V. 90. N 6. P. 1163-1167. Rudobashta S.P., Muravleva E.A, Zueva G.A. Farm grain dryer with a heat pump and its calculation. Journal of General Chemistry. 2020. V. 90. N 6. P. 1163-1167. Рудобашта С.П., Зуева Г.А., Зуев Н.А. Сушка-стимуляция семян методом осциллирующего инфракрасного облучения. Передовые достижения в применении автоматизации, роботизации и электротехнологий в АПК: Сборник статей научно-практической конференции, посвященной памяти академика РАСХН, д.т.н., профессора И.Ф. Бородина (90 лет со дня рождения). Иваново: Общество с ограниченной ответственностью Мегаполис. 2019. С. 156-164. Rudobashta S.P., Zueva G. A., Zuev A.N. Drying-stimulation of seeds by the method of oscillating infrared irradiation. Peredovyye dostizheniya v primenenii avtomatizatsii. robotizatsii i elektrotekhnologiy v APK. Sbornik statey nauchno-prakticheskoy konferentsii. posvyashchennoy pamyati akademika RASKhN. d.t.n.. professora I.F. Borodina (90 let so dnya rozhdeniya). Ivanovo: Obshchestvo s ogranichennoy otvetstvennostyu Megapolis. 2019. P. 156-164 (in Russian). Rudobashta S.P., Zueva G.A. Zaytsev V.A. Modeling of the deep drying process of granulated polyamide at convective-infrared energy sub-supply. Chem. Technol. 2019. V. 62. N 12. P. 94-100. Rudobashta S.P., Zueva G.A. Zaytsev V.A. Modeling of the deep drying process of granulated polyamide at convective-infrared energy sub-supply. Chem. Technol. 2019. V. 62. N 12. P. 94-100. Рудобашта С.П., Зуева Г.А. Математическое моделирование процесса сушки материала в аппарате с псевдоожиженным слоем. Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-19. Саратов: Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. 2019. Т. 8. С. 77-80. Rudobashta S.P., Zueva G.A. Mathematical modeling of the material drying process in a fluidized bed apparatus. Matematicheskiye metody v tekhnike i tekhnologiyakh – MMTT-19. Saratov: Saratovskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet imeni Gagarina Yu.A. 2019. V. 8. P. 77-80 (in Russian). Бориславский В.Т., Горина С.С., Ольшанский Д.Я., Очнев Э.Н., Рудобашта С.П. Строительный раствор. А.C. № 423765 А1 CCCР. Опубл. 15.04.1974. Borislavsky V.T., Gorina S.S., Olshansky D.Ya., Ochnev E.N., Rudobashta S.P. Mortar. USSR I.C. N 423765 A1. Publ. 15.04.1974. Федосов С. В., Бобылев В.И., Соколов А.М. Электротепловая обработка бетона токами повышенной частоты на предприятиях сборного железобетона. Иваново: ИВГПУ. 2016. 336 с. Fedosov S.V., Bobylev V.I., Sokolov A.M. Electric heat treatment of concrete with high-frequency currents at precast concrete enterprises. Ivanovo: IVGPU. 2016. 336 c. (in Russian). Трембицкий С.М. Энергосберегающие технологии изготовления железобетонных изделий и конструкций. Бетон и железобетон. 2006. № 6. С. 23-26. Trembitsky S.M. Energy-saving technologies for the manufacture of reinforced concrete products and structures. Beton i zhelezobeton. 2006. N 6. P. 23-26 (in Russian). Rudobashta S., Zueva G. Drying of seeds through oscillating infrared heating. Drying Technology. 2016. V. 34. N 5. P. 505-515. Rudobashta S., Zueva G. Drying of seeds through oscillating infrared heating. Drying Technology. 2016. V. 34. N 5. P. 505-515. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия. 1980. 248 с. Rudobashta S.P. Mass transfer in solid phase systems. Moscow: Khimiya. 1980. 248 p. (in Russian). Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия. 1968. 422 с. Lykov A.V. Drying theory. Moscow: Energiya. 1968. 422 p. (in Russian).