Simulation des Wärmetransportes durch Gips

Abstract

Gips besteht zu einem großen Teil (ca. 20 Gewichtsprozent) aus kristallin gebundenem Wasser. Dieses Wasser löst sich bei der Erhitzung aus der Gipsstruktur und beeinflusst den Wärmetransport im Gips drastisch. Es kommt zu einer Diffusion vom Wasserdampf sowie, durch den Überdruck im Ofen, zu einem Druckgradienten, welcher zum Transport des Dampfes in kühlere Gebiete der porösen Gipsstruktur führt. Hier kommt ein weiteres physikalisches Phänomen von Wasser ins Spiel; der Phasenwechsel von Dampf zu Wasser bei Temperaturen um 100 Grad Celsius. Durch diese Kondensation wird Energie frei, welche die Gipsstruktur lokal erhitzt.In dieser Arbeit wird versucht diesen Prozess näherungsweise zu modellieren. Hierfür werden die Abweichungen von der detaillierten physikalischen Betrachtung ausgearbeitet und eingeschätzt. Danach werden die berücksichtigten physikalischen Phänomene in der Simulation mit empirisch gefundenen Parametern möglichst genau an das Experiment angepasst.

Gypsum consists to a large extent (approx. 20 percent by weight) of crystalline water. This water is released from the gypsum structure when heated and drastically influences the heat transfer in the gypsum. There is a diffusion of water vapor and, due to the overpressure in the furnace, a pressure gradient that leads to the transport of the steam into cooler areas of the porous gypsum structure. This is where another physical phenomenon of water comes into play; the phase change from steam to water at temperatures around 100 degrees Celsius. This condensation releases energy that heats the plaster structure locally.This work tries to approximate this process. For this, the deviations from the detailed physical analysis are worked out and assessed. Then the considered physical phenomena in the simulation are adjusted as closely as possible to the experiment using empirically found parameters.