Aplikace homogenizačních principů při analýze dielektrických a tepelných vlastností porézních materiálů

Abstract

V dizertační práci jsou popsány nejčastěji používané homogenizační modely společně s ukázkami praktických aplikací stanovení efektivní relativní permitivity jako důležité veličiny při stanovení obsahu vlhkosti metodou TDR a efektivního součinitele tepelné vodivosti jako důležitého tepelně-fyzikálního parametru.Jsou popsány základní teoretické homogenizační meze, experimentálně stanovené empirické funkce, modely, které berou v úvahu geometrii inkluzí v materiálu a nově navržený sofistikovaný model popisující strukturu materiálu pomocí experimentálně stanovené distribuční funkce. Vybranými homogenizačními modely je následně stanovena efektivní relativní permitivita a efektivní součinitel tepelné vodivosti několika zástupců stavebních materiálů. Konkrétně kalciumsilikátu, pórobetonu, historické cihly, pískovce a cihelného střepu Heluz. V práci jsou popsány i speciální aplikace homogenizací jako například stanovení součinitele tepelné vodivosti tepelněizolačního cihelného bloku, kde díky významnému objemovému zastoupení vzduchu není možné zanedbat transport tepla konvekcí a radiací nebo dvoustupňová homogenizace několika variant historického zdiva. Výsledky jednotlivých modelů jsou porovnány s experimentálně naměřenými daty a pro každý materiál je vybrán nejvhodnější model z hlediska predikce efektivní relativní permitivity nebo efektivního součinitele tepelné vodivosti.

The most often used homogenization models and their practical application for determination of the effective relative permittivity as an important quantity for assessment of moisture content and the effective thermal conductivity as an important thermo-physical parameter are introduced in the thesis. Basic theoretical bounds, empirical functions, models taking into account inclusions geometry, and the newly proposed model with integrated experimental distribution function are described in the dissertation thesis. Then, the effective relative permittivity and the effective thermal conductivity of several building materials, nominally of calcium-silicate, air aerated concrete, historical brick, sandstone and Heluz brick body are calculated by using chosen homogenization models. Also some specific applications of homogenization techniques are described, e.g. determination of the effective thermal conductivity of insulating brick block. Here, the significant amount of air is contained in the material structure. Therefore, also the convection and the radiation principles of heat transport must be taken into account. Second specific application represents two-step historical masonry homogenization.Finally, the results of particular homogenization methods are compared with experimentally determined data of relative permittivity and thermal conductivity. On the basis of this comparative analysis, the most suitable models in point of view of relative permittivity and thermal conductivity prediction are chosen for each studied material.