Convective Heat and Mass Transfer at Exterior Building Surfaces (Convectief warmte- en massatransport op gebouwoppervlakken)

Dit proefschrift richt zich op de bepaling van meer nauwkeurige en gedetailleerde voorspellingen van convectief warmte- en massatransport aan de buitenkant van gebouwoppervlakken. Een eerste deel van dit werk is gericht op convectieve warmte-overdracht aan gebouwoppervlakken in de atmosferische grenslaag voor gedwongen convectieve stroming bij hoge Reynoldsgetallen. De convectieve warmte-overdrachtscoëfficiënt (CHTC) wordt geanalyseerd met computational fluid dynamics (CFD), met behulp van gevalideerde Reynoldsgemiddelde Navier-Stokes simulaties, gecombineerd met lage-Reynolds modellering (LRNM) om grenslaag op te lossen. Het warmtetransport in de grenslaag, de ruimtelijke verdeling van de CHTC over de gebouwoppervlakken, de correlatie van de CHTC met de windsnelheid en de invloedvan de windrichting en natuurlijke convectie op de CHTC worden onderzocht. Bovendien worden verschillende benaderingen ontwikkeld om de numerieke modellering van CHTCs met CFD te verbeteren, zoals een verbeterde wandfunctie voor warmtetransport en het gebruik van lage windsnelheden om de correlaties van de CHTC met de windsnelheid te bepalen voor LRNM doeleinden, op basis van Reynoldsonafhankelijkheid van de stroming. Daarenboven wordt een methodologie voorgesteld om de tijdsgemiddelde CHTC voor een gebouwoppervlak te bepalen over een lange tijdspanne, waarbij een grote afhankelijkheid van deze CHTC met de oriëntatie van het gebouwoppervlak en met het lokale windklimaat wordt aangetoond. Om tegelijkertijd het warmte- en massatransport in de luchtstroom en in poreuze materialen te kunnen beschouwen, is een gekoppeld warmte- en massatransport model ontwikkeld in een tweede deel van dit werk. Met dit gekoppeld model is geen a-priori kennis van convectieve overdrachtscoëfficiënten (CTCs) nodig, waarbij deze a-posteriori kunnen bepaald worden. Met deze gekoppelde modellering wordt een duidelijke ruimtelijke variabiliteit en variabiliteit in de tijd van deze CTCs aangetoond voor convectieve droging van poreuzematerialen. Ook de geldigheid van de analogie tussen warmte- en massatransport wordt geverifieerd. De gekoppelde modellering heeft daarmee aanzienlijke voordelen inzake beoordeling van convectieve overdracht, in vergelijking met het gebruik van CTCs. Er wordt ook een convectief drogingsexperiment uitgevoerd en dit wordt vergeleken met numerieke simulaties. Deze vergelijking geeft duidelijk de behoefte aan voor meer gedetailleerde experimenten voor de validatie van gekoppelde modellen en ook van modellen voor transport in poreuze materialen. Daarenboven wordt de voortplanting van onzekerheden in de materiaaleigenschappen op de resultaten van numerieke modellen voor transport in poreuze materialen onderzocht door middel van stochastische analyse voor convectieve droging van materialen. Een duidelijke gevoeligheid van het droogproces ten opzichte van deze materiaaleigenschappen wordt aangetoond.

Trefwoorden:building envelopes, mass surface coefficients, exterior heat

Disciplines:Structurele ingenieurskunde, Andere burgerlijke ingenieurswetenschappen en bouwkunde

Project type:PhD project