| Zugriffsnummer | 27232 |
| Dokumenttyp | Dissertation |
| Peer Review | unbekannt |
| Sprache | Englisch |
| Titel | Thermophysical properties of a moist porous material |
| Autor(in); Institution |
Abid, Muhammad; 1.7, Akustik und Dynamik, PTB-Braunschweig
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| Quelle/Jahr | (2012), X, 131 S. |
| Dissertationsvermerk | Dissertation, Technische Universität Braunschweig, 2012 |
| Zusammenfassung | This dissertation is based on the experimental and empirical determination of the thermophysical properties namely, thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat capacity of moist porous materials, especially of Sander sandstone, using a state of the art thermoelectric sensor. In this work, Transient hot-bridge (THB) sensor, that is a new patented thermoelectric sensor recently developed by Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) Braunschweig is used to measure the thermal properties. Finite Element Method (FEM) is used to check the working validity of the THB sensor on a porous material. Results obtained by THB sensor are also compared with the results obtained by few other standard methods. To explore the internal pore structure in Sander sandstone, its physical characterization is done by using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) methods. Temperature dependent thermal properties of Sander sandstone, bricks, cellular concrete and unconsolidated sand are measured in a temperature range of -20 to +40 °C. In addition, variations in the thermal properties are analyzed during freeze-thaw process by applying a slow cooling rate. To obtain more details on simultaneous transport of heat and matter inside sandstone, measurements are carried out by filling the porous sandstone structure one by one with six different liquids and gases of different thermal conductivities. Moreover, effect of applied dilute gas pressure on the thermal conductivity of sandstone is also presented. Results on significantly reduced thermal conduction due to low pressure in the pores are discussed on the basis of Knudsen-effect. Low effective thermal conductivity values were obtained in the case of gas saturated sandstone as compared to the liquid saturated states even if the thermal conductivity of saturating gases and liquids are same. From building application point of view, determination of the effect of relative humidity (RH) from 0 to 90 % on thermal performance of Sander sandstone is done according to the temperature and humidity conditions in Europe. To become a part of these efforts, an empirical model for the determination of the effective thermal conductivity of porous materials in terms of easily measurable parameters such as porosity (φ) and the thermal conductivity of the saturating fluids (λf) is also proposed. Diese Dissertation behandelt die experimentellen und empirischen Bestimmungen der thermophysikalischen Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität von feuchtebeladenen porösen Materialien. Mit einem neuartigen Sensor wurden vor allem Sander Sandstein aber auch Ziegel, Porenbeton und Sand untersucht. Der in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt entwickelte thermoelektrische Transient-Hot-Bridge (THB) Sensor wurde für die experimentellen Untersuchungen eingesetzt. Zuvor ist mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) seine komplette Geometrie und die thermische Arbeitsweise kritisch validiert worden. Die numerischen Ergebnisse der diversen Simulationen wurden an den genannten porösen Materialien erfolgreich überprüft. Die experimentell ermittelten Daten zur Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und spezifischen Wärmekapazität wurden verglichen mit den Ergebnissen anderer Messverfahren. Zur Erkundung ihrer inneren Porenstruktur, wurde die Rasterelektronen Mikroskopie (SEM) und Quecksilberdruck-porosimetrie (MIP) eingesetzt. Die Temperaturabhängigkeit der genannten thermischen Eigenschaften von Sander Sandstein, Ziegel, Porenbeton und lockerem Sand sind in einem Temperaturbereich von -20 bis +40 °C gemessen worden. Hierbei konnten Phasenumwandlungen in den porösen feuchtebeladenen Strukturen bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt von Wasser beobachtet werden. Zur besseren Auflösung der Frost-Tau-Zyklen, wurden sehr langsame Abkühl-und Aufheizraten gewählt. Außerdem wurde der Sandstein nacheinander mit sechs verschiedenen Flüssigkeiten und sechs verschiedenen Gasen von jeweils unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit jeweils bis zur freien Sättigung gefüllt. Für jedes Füllfluid wurden die drei genannten thermophysikalischen Eigenschaften des erzeugten Festkörper-Fluid-Systems gemessen. Darüberhinaus konnte an gasgefülltem Sandstein der Knudsen-Effekt nachgewiesen werden, die stark verminderte thermische Leitfähigkeitskomponente des verdünnten Gases in den Poren. Von besonderer Bedeutung, insbesondere für die Bauphysik, sind die Ergebnisse der Messungen mit dem Füllfluid als feuchte Luft. In der Klimakammer wurden Sandsteine bei relativen Feuchten zwischen 0 % und 90 % (RH) gemessen je nach Temperatur und Luftfeuchtigkeit Bedingungen in Europa. Während der reine Datenvergleich recht gute Ergebnisse lieferte, konnte keines der ausgewählten Modelle die hier gewonnenen Daten zufriedenstellend beschreiben. Es wird daher ein eigenes phänomenologisches Modell vorgeschlagen, dass den Einfluss des Füllfluids auf die Wärmeleitfähigkeit des Sandsteins mit sehr guter Genauigkeit wiedergibt. |
