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The transient thermal response of a glass-fiber insulation slab with hygroscopic effects

1992; Elsevier BV; Volume: 35; Issue: 5 Linguagem: Inglês

10.1016/0017-9310(92)90176-s

1879-2189

Y.-X. Tao, Robert W. Besant, K.S. Rezkallah,

Structural Analysis of Composite Materials

The Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation, representing adsorption isotherms, is used in a one-dimensional, transient vapor-diffusion model for heat and moisture transport in a typical, mediumdry density glass-fiber insulation slab to account for the hygroscopic effects (water vapor adsorption, desorption, and capillary condensation). The correction to the latent enthalpy of phase change, used in the energy equation, is derived from empirical desorption isotherms. The results obtained, for two types of boundary conditions (a closed system and an open system), show that the effects of hygroscopicity on the transient temperature distribution are significant for a slab with one boundary open to moist air. The sensitivity of hygroscopicity on the transient heat and mass transfer behavior can be depicted by a transition Fourier number, which is proportional to the adsorption capacity of the glass-fiber slab and increases as the cold side temperature and ambient relative humidity increase. Given the uncertainty in the adsorption properties of fiber-glass and experimental data, the agreement between the model and measured data is reasonable. L'équation de Brunauer-Emmett-Teller (BET), représentant les isothermes d'adsorption, est utilisée dans un modèle monodimensionnel transitoire de diffusion de vapeur pour le transfert de chaleur et d'humidité dans une plaque isolante de fibre de verre pour tenir compte des effets hygroscopiques (adsorption de la vapeur d'eau, désorption et condensation capillaire). La correction à l'enthalpie latente de changement de phase, utilisée dans l'équation d'énergie, est dérivée d'isothermes de désorption empiriques. Les résultats obtenus pour deux types de conditions aux limites (un système clos et un système ouvert) montrent que les effets d'hygroscopicité sur la distribution de température variable sont significatifs pour une plaque avec une frontière ouverte à l'air humide: la sensitivité à l'hygroscopicité du transfert variable de chaleur et de masse peut être décrite par un nombre de Fourier qui est proportionnel à la capacité d'adsorption de la plaque et elle croît quand la température du côté froid et l'humidité relative ambiante augmentent. Etant donné l'incertitude sur les propriétés d'adsorption des fibres de verre et celle sur les données expérimentales, l'accord entre le modèle et les données est raisonnable. In einem eindimensionalen instationären Dampfdiffusionsmodell für den Wärme- und Feuchtigkeitstransport in einer typischen Glasfiber-Dämmplatte mittlerer Dichte, wird zur Berücksichtigung der hygroskopischen Defekte (Wasserdampfadsorption, -desorption und Kapillarkondensation) die Brunauer-Emmett-Teller-Gleichung für die Adsorptionsisothermen verwendet. Die Korrektur der Phasenwechselenthalpie in der Energiegleichung wird aus empirischen Desorptionsisothermen abgeleitet. Die Ergebnisse für zwei Arten von Randbedingungen (geschlossenes System und offenes System) zeigen, daβ die Einflüsse der Hygroskopie auf das instationäre Temperaturfeld in einer Platte bedeutsam ist, wenn eine ihrer Berandungen offen an feuchte Luft angrenzt. Der Einfluβ der Hygroskopie auf den instationären Wärme-Stofftransport kann mit Hilfe einer Fourier-Zahl beschrieben werden, welche der Adsorptions-kapazität der Glasfiberplatte proportional ist und mit steigender Temperatur an der kalten Seite und steigender Feuchtigkeit in der Umgebung zunimmt. Berücksichtigt man die Unsicherheit der Eigenschaften des Glasfibermaterials für Adsorption sowie der Versuchsdaten, so zeigt sich eine hinreichende Genauigkeit zwischen berechneten und gemessenen Daten. Yp;A;внeниe Бp;yнA;yэp;A;-ЭммeTTA;-Tэллep;A; (БЭT), пp;eдcTA;вляющee изo;Tep;мы нo;глo;щe ния, иcнo;льзyeTcя в o;днo;мep;нo;й нecTA;пиo;нA;p;нo;й диффyзиo;ннo;й мo;дeли, кo;To;p;A;я o;пиcывA;eT пep;eнo;c TeплA; и влA;ги в Tипичнo;й изo;ляциo;ннo;й плA;cTинe из cTeклo;вo;лo;кнA; c цeлью o;бъяcнeния гигp;o;cкo;пичecкич эффeкTo;в (пo;глo;щeния вo;дянo;гo; нA;p;A;, дeco;p;бции и кA;пилляp;нo;й кo;ндeнcA;ции). Кo;эффициeнT пo;пp;A;вки к cкp;ыTo;й энTA;льпии фA;зo;вo;гo; пep;eчo;дA;, иcпo;льзyeмый в yp;A;внeнии co;ч p;A;нeния энep;гии, o;пp;eдeляeTcя пo; эмпиp;ичecким изo;Tep;мA;м дeco;p;бции. PeзyльTA;Tы, пo;лyчeнныe пp;и двyч вндA;ч гp;A;ничныч ycлo;вий (зA;мкнyTA;я и нeзA;мкнyTA;я cиcTeмы) пo;кA;зывA;юT, чTo; влияниe гигp;o;cкo;пичнo;cTи нA; нecTA;циo;нA;p;нo;e p;A;cпp;eдeлeниe Teмпep;A;Typ; являeTcя cyщecTвeнным в cлyчA;e, кo;гдA; o;днA; гp;A;ницA; плA;cTины co;o;бщA;eTcя c влA;жным вo;здyчo;м. чyвcTвиTeльнo;cTь гигp;o;cкo;пич нo;cTи к нeycTA;нo;вившeмycя Teплo;-н мA;cco;пep;eнo;cy мo;жнo; o;пиcA;Tь чиcлo;м фyp;ьe, знA;чeниe кo;To; p;o;гo; пp;o;пo;p;циo;нA;льнo; A;дco;p;бциo;ннo;й cпo;co;бнo;cTи плA;cTины из cTeклo;вo;лo;кнA; и вo;зp;A;cTA;eT пo; мep;e yвeличeния Teмпep;A;Typ;ы нeнA;гp;eTo;й cTo;p;o;ны и o;Tнo;cиTeльнo;й влA;жнo;cTи o;кp;yжA;ющeй cp;eды. Пp;и нA;личии нeo;пp;eдeлeннo;cTи A;дco;p;бциo;нныч cвo;йcTв cTeклo;вo;лo;кнA; н экcпep;имeнTA;ль ныч дA;нныч пo;лyчeнo; yдo;влeTвo;p;иTeльнo;e co;глA;cиe мeждy p;eзyльTA;TA;ми мo;дeлиp;o;вA;ния и измep;eний.