hrvatski

Određivanje toplinske generacije mjerenjem promjene temperature materijala

Razvoj topline koji se javlja u materijalu kao posljedica kemijskih reakcija, primjerice pri hidrataciji cementa ili kod procesa polimerizacije, važan je podatak pri kontroli tehnološkog procesa i primjeni materijala. Takav je podatak potreban za realističnu simulaciju raspodjele temperature u materijalu, optimiranje procesnih uvjeta i bolju kontrolu kvalitete, a važan je i za bolje razumijevanje utjecaja dodataka, razvoja mikrostrukture i mehaničkih naprezanja u materijalu, te predviđanje čvrstoća materijala. Izotermni i diferencijalni pretražni kalorimetri najčešće se uporabljuju za eksperimentalno određivanje razvoja topline reakcije. Nažalost, priprava uzorka za kalorimetrijsko mjerenje razlikuje se od priprave materijala u primjeni, uporabljena količina materijala je vrlo mala, a radi heterogenosti i anizotropnosti materijala na mikro razini reprezentativni uzorak bitno je većih dimenzija. Stoga je rezultate dobivene u komercijalnim uređajima teško prenijeti u veće mjerilo. U ovome je radu prikazana nova metoda određivanja razvoja topline reakcije koja se sastoji od eksperimenta i numeričke obrade rezultata. U eksperimentu, mjeri se promjena temperature tijekom vremena, na različitim radijusima, termostatiranog cilindričnog uzorka (l/r > 10), a kao materijal uporabljen je komercijalni aluminatni cement. Eksperiment ne zahtijeva skupocjene i sofisticirane uređaje, te je primjenjiv i za druge reprezentativne makro-kompozitne uzorke. Eksperimentalni podaci uspoređuju se sa rješenjem pojednostavljenog matematičkog modela nestacionarnog prijenosa topline s unutarnjom generacijom u cilindričnim koordinatama, gdje su početni i rubni uvjeti definirani izvedbom eksperimenta. Potrebni podaci o toplinskoj difuzivnosti i toplinskoj vodljivosti materijala tijekom napredovanja reakcije mogu se odrediti odvojenim eksperimentom. Asimetrična sigma funkcija izabrana je kao najpogodnija za opis tražene generacije topline , te se uspoređivanjem temperaturnog odziva realnog procesa i rješenja matematičkog modela minimizira funkcija cilja s obzirom na nepoznate parametre tražene funkcije primjenom Levenberg-Marquardt-ove metode. Vrijednosti modelom procijenjenih temperatura i osjetljivosti modela obzirom na parametre asimetrične sigma funkcije dobivene su rješavanjem sustava parcijalnih diferencijalnih jednadžbi metodom konačnih razlika. Potpuni kod za rješavanje ovog inverznog zadatka (određivanje uzroka iz posljedica) i obradu eksperimentalnih podataka napisan je i izvršen u MATLAB® ; ; ; ; -u.

Toplina hidratacije; inverzni model; optimiranje; aluminatni cement

nije evidentirano