MODELING OF HIGH TEMPERATURE PROCESSES IN FOAM GLASS TECHNOLOGY. Part 1: FORMATION OF THE DYNAMICS OF CYCLIC NON-STATIONARY TWO-DIMENSIONAL TEMPERATURE FIELDS
Authors: Баканов М.О. 
Published: July 2024

В работе рассмотрены особенности технологии производства блочного пеностекла, представлены актуальные способы его производства и области применения. Показано, что в настоящее время при моделировании процессов высокотемпературной термической обработки пеностекла учитываются факторы, которые определяют кинетику суммарного технологического процесса или его отдельных стадий, что побуждает специалистов разрабатывать большое количество математических моделей. Доказано, что различные математические модели, которые описывают различные стадии процессов высокотемпературной термической обработки, не позволяют оценить безусловный синергетический эффект, получаемый в результате влияния совершенствованного одного из этапов получения пеностекла на другие этапы и процесса в целом. Предложена математическая модель высокотемпературной термической обработки пеностекла в виде временных стадий, формализованных временными масштабами процессов формирования необходимой высокопористой структуры с учетом аддитивности временных параметров. Разработана математическая модель, описывающая процессы тепломассопереноса в результате воздействия высокой температуры на сырьевую смесь для получения пеностекла, в частности математическая модель нестационарного теплопереноса в слое сырьевой смеси для расчёта двумерных нестационарных температурных полей с учётом изменения температурных условий в местах контакта металлической формы для вспенивания пеностекла с композитом сырьевой смеси на стадии нагревания. В работе также проиллюстрированы результаты численных расчетов температурных полей в сырьевой смеси для получения пеностекла при двумерной постановке задачи теплопроводности. Показаны особенности распределения показателей температуры в системе «сырьевая смесь  форма для вспенивания», которая иллюстрирует динамику прогревания сырьевой смеси от приповерхностных слоев, соприкасающихся с металлической формой для вспенивания, к центру сырьевой смеси. Представлена математическая модель теплопереноса, учитывающая геометрию формы для вспенивания, а именно необходимость учета явлений переноса тепла по двум направлениям координат x и y.

The paper discusses the features of the technology for the production of block foam glass, presents the actual methods of its production and areas of application. It is shown that at present, when modeling the processes of high-temperature heat treatment of foam glass, certain factors are taken into account that determine the kinetics of the total technological process or its individual stages, which prompts specialists to develop a large number of mathematical models. It is proved that various mathematical models that describe different stages of high-temperature heat treatment processes do not allow to assess the unconditional synergistic effect obtained as a result of the influence of an improved one of the stages of obtaining foam glass on other stages and the process as a whole. A mathematical model of high-temperature heat treatment of foam glass is proposed in the form of time stages formalized by the time scales of the formation of the required highly porous structure, taking into account the additivity of time parameters. A mathematical model has been developed that describes the processes of heat and mass transfer as a result of exposure to high temperatures on the raw mixture to obtain foam glass, in particular: a mathematical model of unsteady heat transfer in the raw mixture layer for calculating two-dimensional unsteady temperature fields, taking into account changes in temperature conditions at the contact points of the metal mold for foaming glass with composite raw mixture at the heating stage. The paper also illustrates the results of numerical calculations of temperature fields in the raw mixture for obtaining foam glass in a two-dimensional formulation of the thermal conductivity problem. The features of the distribution of temperature indicators in the system "raw mixture - mold for foaming" are shown, which illustrates the dynamics of heating the raw mixture from the near-surface layers in contact with the metal mold for foaming to the center of the raw mixture. A mathematical model of heat transfer is presented, which takes into account the geometry of the mold for foaming, namely, the need to take into account the phenomena of heat transfer in two directions of coordinates x and y.