Математическое моделирование при разработке теплоизоляционных материалов

Abstract

RU: Цель. Определение закономерностей влияния компонентов теплоизоляционных материалов, на основе вторичных продуктов промышленности, на их основные свойства при условии максимальной замены ими более дорогостоящих материалов. В качестве промышленных отходов использовался граншлак завода имени Петровского и зола уноса Приднепровской ТЭС. Методика. Для определения оптимального соотношения компонентов и с целью сокращения экспериментов в процессе определения применялось математическое моделирование. Симплекс - решетчатый план эксперимента предназначен для определения экстремума в многокомпонентных системах по диаграмме «состав – свойство». В данной работе использовался 3-х мерный симплекс. В качестве переменных принимали расход глины и шлака (Х1), глиноземистый цемент (Х2), жидкое стекло (Х3). Моделирование проводилось с использованием программы «Sibase», разработанной в Украинском государственном химико-технологическом университете. Результаты. В связи с тем, что в состав разработанного теплоизоляционного материала входит такой дорогостоящий компонент как глиноземистый цемент, были проведены исследования с целью снижения содержания данного компонента за счёт замены его на золу-унос. В связи с тем, что максимальный показатель прочности наблюдается при содержании золы 20 и 80 % плотность материала с данными содержанием компонента соответственно равна 400 и 450 кг/м3, т.е. изменяется не значительно, поэтому с целью получения теплоизоляционного материала с минимальной себестоимостью и оптимальными физико-механическими свойствами следует применять состав с содержанием золы-унос 80 % от массы глиноземистого цемента. Научная новизна. Результаты подтверждают целесообразность утилизации вторичных продуктов промышленности при производстве композиционных теплоизоляционных материалов. Это не только позволит повысить эффективность переработки промышленных отходов и улучшить физико-механические и технологические свойства получаемых материалов, но и как следствие снизит их себестоимости, за счет замены ими более дорогих сырьевых материалов. Практическая значимость. В результате исследований с целью получения теплоизоляционного материала с минимальной себестоимостью и оптимальными физико-механическими свойствами следует применять состав с содержанием золы-унос 80% от массы глиноземистого цемента. Разработанный материал будет иметь следующие свойства: прочность при сжатии около 0,1 МПа; плотность до 400 кг/м3.

UK: Мета. Визначення закономірностей впливу компонентів теплоізоляційних матеріалів, на основі вторинних продуктів промисловості, на їх основні властивості за умови максимальної заміни ними більш дорогих матеріалів. В якості промислових відходів використовувався граншлак заводу імені Петровського та зола віднесення Придніпровської ТЕС. Методика. Для визначення оптимального співвідношення компонентів та з метою скорочення експериментів у процесі визначення застосовувалося математичне моделювання. Симплекс - решітчатий план експерименту призначений для визначення екстремуму в багатокомпонентних системах по діаграмі «склад - властивість». У даній роботі використовувався 3-х мірний симплекс. В якості змінних брали витрата глини і шлаку (Х1), глиноземистий цемент (Х2), рідке скло (Х3). Моделювання проводилося з використанням програми «Sibase», що розроблена в Українському державному хіміко-технологічному університеті. Результати. У зв'язку з тим, що до складу розробленого теплоізоляційного матеріалу входить такий дорогий компонент як глиноземистий цемент, були проведені дослідження з метою зниження вмісту даного компонента за рахунок заміни його на золу-винесення. У зв'язку з тим, що максимальний показник міцності спостерігається при вмісті золи 20 і 80% щільність матеріалу з даними вмістом компонента відповідно дорівнює 400 і 450 кг / м3, тобто змінюється не суттєво, тому з метою отримання теплоізоляційного матеріалу з мінімальною собівартістю і оптимальними фізико-механічними властивостями слід застосовувати склад із вмістом золи-винесення 80% від маси глиноземистого цементу. Наукова новизна. Результати підтверджують доцільність утилізації вторинних продуктів промисловості при виробництві композиційних теплоізоляційних матеріалів. Це не тільки дозволить підвищити ефективність переробки промислових відходів та поліпшити фізико-механічні та технологічні властивості одержуваних матеріалів, але і як наслідок знизить їх собівартості, за рахунок заміни ними більш дорогих сировині. Практична значимість. В результаті досліджень з метою отримання теплоізоляційного матеріалу з мінімальною собівартістю та оптимальними фізико-механічними властивостями слід застосовувати склад із вмістом золи-винесення 80% від маси глиноземистого цементу. Розроблений матеріал буде мати такі властивості: міцність при стисненні близько 0,1 МПа; щільність до 400 кг/м3.

EN: Purpose. Determining the regularities of influence of the heat-insulating materials components on the secondary products industry basis on the their main properties on the condition of more expensive materials maximum substitution. The granulated slag named after Petrovskiy and fly-ash of Pridneprovsk Thermal Power Station were taken as industrial waste.

Methodology. To the optimum ratio of components and to the experiments reduction determination the mathematical modeling were applied. Simplex - lattice design of the experiment is intended to determine the extremum in multicomponent systems according to the diagram "structure - property". In this paper 3-dimensional simplex was used. The clay and slag (X1), aluminous cement (x2), water glass (x3) were taken as varied factors.

Findings. Due to the fact that the heat-insulating material composition includes such an expensive component like alumina cement, studies were carried out with the aim of this component reducing by replacing it on the fly ash. Due to the fact that the maximum strength is observed at 20 and 80% of ash content the material density accordingly this content is 400 and 450 kg/m3, that is it does not vary significantly, so in order to obtain the heat-insulating material with minimum cost and optimum physical and mechanical properties should be applied the composition with the fly ash content of 80% by weight aluminous cement.

Originality. The results confirm the expediency of the secondary industry products utilization in the composite insulating materials production. This will not only increase the effectiveness of industrial waste recycling and improve the physical, mechanical and technological properties of the materials, and as a result reduce their cost, due to the replacement of more expensive raw materials.

Practical value. As a result of research to develop a heat-insulating material with minimum cost and optimum physical and mechanical properties should be applied 80%the content of fly ash by weight of aluminous cement. The developed material will have the following properties: compressive strength about 0.1 MPa; density 400 kg/m3.