Mathematical Model of Heat and Mass Transfer in Porous Body

Abstract

А Н НОТА Ц И Я: Предмет исследования: тепловой поток сквозь ограждение. При взаимодействии ограждающей конструкции с внутренней и внешней средой здания происходит перенос теплоты за счет теплопроводности и за счет диффузии консервативной примеси (потоками воздуха, влаги и водяного пара). Перенос теплоты в ограждении зависит от распределения примеси (воды, водяного пара, воздуха). Цели: определение влажности в стеновых конструкциях из материалов различной пористости, а также выявление зависимости распределения температуры и влажности от пористости в установившемся и в нестационарных режимах. Материалы и методы: расчет влажностного режима включает нахождение распределения температуры по толщине ограждения при заданной температуре наружного воздуха и пористости материала. В основе математической модели используются предельные задачи классической теории переноса для квазилинейных уравнений. Результаты: существует активная зона диффузии и теплопроводности вблизи поверхности ограждения с изменяющейся по времени температурой и/или концентрацией. Если толщина активной зоны диффузии или теплопроводности в пористой среде совпадают с действительной толщиной стенки, то нестационарный режим переноса теплоты и примеси охватывает всю стену. Это условие характерно для тонких (порядка нескольких сантиметров) слоев. Доказана возможность конденсации влаги в толще ограждения. Существование точек конденсации зависит от пористости материала стенового ограждения и от распределения температуры в стеновом ограждении. Простые расчеты позволят определить активную зону теплопроводности и диффузии, разделяющие ограждение на область больших градиентов и на область малых (теоретически-нулевых) градиентов и потоков переносимых теплоты и примеси. Выводы: в помещениях с высокой объемной концентрацией влаги должны предусматриваться технические решения по предотвращению проникновения влаги в толщу ограждения путем применения специальных покрытий и облицовок внутренних поверхностей. Максимальное изменение амплитуды колебаний температуры наблюдается в слое, прилегающем к поверхности со стороны периодического теплового воздействия. При достаточно высокой пористости испарение влаги происходит быстрее, чем при низкой пористости. В материале с низкой пористостью влага собирается в материале среды, из которой изготовлен слой стенового ограждения.