Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Modelowanie sprzężonych zjawisk cieplno-wilgotnościowych w materiałach i elementach budowlanych

100%

Gawin D.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2000

|

tom Z. 279

5-299

PL

Rozprawa poświęcona jest zagadnieniom modelowania sprzężonych zjawisk cieplno-wilgotnościowych w odkształcalnych materiałach budowlanych. Punktem wyjścia jest opis wewnętrznej struktury materiałów budowlanych oraz natury fizycznej zjawisk cieplno-wilgotnościowych w nich zachodzących. Przedstawiono podstawy teoretyczne i wyniki badań wybranych parametrów struktury wewnętrznej materiałów budowlanych. Omówiono przyczyny zawilgacania się materiałów budowlanych oraz formy, w jakich wilgoć występuje w ich porach, a także podstawowe mechanizmy przenoszenia masy i energii w ośrodku w różnych stanach zawilgocenia. Następnie, stosując teorię uśredniania przestrzennego, sformułowano lokalne i globalne bilanse masy, pędu, krętu, entalpii i entropii w częściowo nasyconym wodą, wielofazowym ośrodku kapilarno-porowatym. Uwzględniono przemiany fazowe i procesy hydratacji (dehydratacji) cementu oraz związane z nimi objętościowe źródła lub upusty masy (szkieletu i wody) i energii. Przyjęto podstawowe związki konstytutywne dla zawilgoconych materiałów budowlanych, zakładając, że ośrodek lokalnie znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej, suche powietrze, para wodna f ich mieszanina są gazami doskonałymi, zaś gęstość szkieletu zależy od jego temperatury i stanu naprężeń oraz stopnia zaawansowania procesu hydratacji (dehydratacji) cementu. Założono, że szkielet materiału jest materiałem liniowo-sprężytym i obowiązuje dla niego zasada naprężeń efektywnych. Uwzględniono podstawowe mechanizmy ruchu wody, pary wodnej i powietrza oraz przepływu ciepła. Na bazie globalnych bilansów dla ośrodka wielofazowego i przyjętych związków konstytutywnych, sformułowano równania rządzące modelu, w których zmiennymi stanu są ciśnienie gazu, ciśnienie kapilarne, temperatura i wektor przemieszczeń. Zdefiniowano i przedyskutowano warunki brzegowe, występujące na powierzchniach przegród budowlanych. Podano sformułowanie wariacyjne zagadnienia póczątkowo-brzegowego, które opisuje analizowane zjawiska. Stosując metodę Galerkina, dokonano jego dyskretyzacji w przestrzeni za pomocą metody elementów skończonych, a następnie czasowej za pomocą metody różnic skończonych. Otrzymany nieliniowy układ równań rozwiązano przy pomocy zmodyfikowanej metody Newtona-Raphsona. Na tej podstawie opracowano badawczy program komputerowy, którego poprawność działania sprawdzono, rozwiązując dwa problemy testowe. Wykonano analizę teoretyczną wpływu struktury wewnętrznej materiału na jego przepuszczalność względną gazu i efektywny współczynnik dyfuzji pary wodnej, uwzględniając wpływ tzw. efektu Knudsena, który odgrywa ważną rolę w ośrodkach mezo-porowatych. W celu lepszego zrozumienia kinetyki procesów cieplno-wilgotnościowych podczas wysychania materiałów budowlanych o różnych typach struktury wewnętrznej, rozwiązano numerycznie zagadnienie początkowo-brzegowe dotyczące tego procesu. Przeanalizowano także wpływ zmian kształtu krzywej rozkładu wielkości porów, porowatości i krętności kapi-lar na przebieg modelowego procesu wysychania płyty z cegły ceramicznej. Wykonano obliczenia dotyczące zjawisk cieplno-wilgotnościowych w trzech różnych elementach budowlanych poddanych oddziaływaniu polskiego klimatu zewnętrznego. Analizowano proces wysychania z wilgoci technologicznej ściany wykonanej z betonu komórkowego, higro-termiczne zachowanie się ściany ceglanej ocieplonej metodą lekką mokrą przy użyciu różnych materiałów termo-izolacyjnych i różnych własnościach tynku zewnętrznego oraz 2-wymiarowy mostek higro-termiczny, jaki tworzy spoina w ścianie z betonu komórkowego. Przedstawiono zjawiska fizyczne zachodzące w młodym betonie i zdefiniowano związki konstytutywne dla tego materiału. Przeanalizowano wpływ temperatury i wilgotności względnej otoczenia, grubości ściany, typu cementu i warunków wymiany ciepła na jej powierzchni, na przebieg zjawisk cieplno-wilgotnościowych i kinetykę procesu hydratacji cementu w ścianie betonowej. Zbadano wpływ sprzężenia między stanem higro-termicznym młodego betonu i kinetyką procesu hydratacji cementu na wyniki obliczeń numerycznych. Omówiono problemy związane z zastosowaniem sztucznych sieci neuronal-nych w programie MES do modelowania zjawisk cieplno-wilgotnościowych w ośrodkach porowatych. Przeanalizowano wpływ histerezy na odkształcenia i higro-termiczne zachowanie się betonowej ściany oraz walcowej próbki w otoczeniu o sinusoidalnie zmieniających się temperaturze i wilgotności względnej, dla trzech różnych kształtów wewnętrznych gałęzi izoterm sorpcji. Przedstawiono zjawiska fizyczne zachodzące w betonie w wysokich temperaturach i na tej podstawie zdefiniowano związki konstytutywne dla tego materiału. Uwzględniano wzrost przepuszczalności właściwej betonu wskutek tworzących się mikro-rys, które modelowano przy użyciu izotropowej, nielokalnej teorii zniszczenia. Wykonano analizę wpływu sprzężenia pomiędzy procesami destrukcji i zmianami przepuszczalności betonu na higro-termiczne zachowanie się ściany betonowej w warunkach pożarowych. Przedstawiono przykłady praktycznego zastosowania opracowanego programu komputerowego do analizy w 1- i 2-wymiarowych procesów cieplno-wilgotnościowych i destrukcji betonów wysoko-wartościowych w wysokich temperaturach.

EN

The dissertation deals with modelling of coupled hygro-thermal phenomena in deformable capillary porous media. The starting point is description of inner structure of building materials and physical nature of the transport phenomena, taking place in them. Theoretical fundamentals and some results of inner structure parameters' tests have been presented. Reasons of getting moist by building materials and forms of moisture in their pores, as well as basic mechanisms of mass and energy transfer in the medium at various moisture contents have been discussed. Next, using the space averaging theory, the local and global balances of mass, momentum, angular momentum, enthalpy and entropy in a partially saturated, multi-phase, capillary-porous medium have been formulated. Phase changes, condensation-evaporation and adsorption-desorp-tion, and hydration (dehydration) processes, as well as associated with them volumetric heat and mass sources or sinks (of water and solid skeleton) are taken into account. Basic, constitutive relationships for moist building materials have been given, assuming that medium is in thermodynamic equilibrium state locally, the dry air, water vapour and their mixture are perfect gases, and the skeleton density depends upon its temperature, stress state and degree of cement hydration (or dehydration). It is assumed that the skeleton is a linear elastic material and the effective stress principle holds for it. Main mechanisms of the water, vapour and air movement and heat flow have been considered. On the basis of the global balances for the multi-phase medium and the assumed constitutive relationships, the governing equations of the mathematical model have been formulated. The state variables are gas pressure, capillary pressure, temperature and displacement vector. The boundary conditions on the surfaces of building elements have been defined and discussed. The variational formulation of the initial-boundary value problem, describing analysed phenomena, has been given. Next, by using the Galerkin method, it has been spatially discretized by means of the Finite Element Method and then temporally discretized by use of the Finite Differences Method. The obtained, non-linear equation set has been solved using of the modified Newton-Raphson method. On this basis, a computer code has been developed and checked by solving of the two test problems. Theoretical analysis of influence of the material inner structure upon the relative gas permeability and effective vapour diffusivity has been done, taking into account the Knudsen effect, which is of importance for the meso-porous media. In order to understand better the kinetics of hygro-thermal phenomena during drying of building materials with various types of inner structure, an initial-boundary value problem, dealing with it, has been numerically solved. An effect of changes of basic parameters describing a material inner structure has been analysed, too. Some computations, concerning hygro-thermal phenomena in three building elements exposed to Polish climatic conditions, have been performed. A drying process of a cellular concrete wall, containing some technological water, and hygro-thermal behaviour of a brick wall with various External Insulation and Finishing Systems, as well as 2-D hygro-thermal brick caused by a mortar in a cellular concrete wall have been analysed and discussed. Physical phenomena in fresh concrete and some constitutive relationships for this material have been presented. Influence of the temperature and relative humidity of the surrounding air, the cement type, the wall thickness and the conditions of heat exchange on its surface, upon the hygro-thermal performance and kinetics of the cement hydration process have been analysed. Effect of the coupling between hygro-thermal state of the fresh concrete and the kinetics of the cement hydration process upon the results of the numerical computations has been analysed and discussed. Problems, related to application of Artificial Neural Network inside the FEM code for modelling of hygro-thermal phenomena in porous media, have been discussed. Effect of capillary hysteresis on the deformations and hygro-thermal behaviour of the concrete wall and the cylindric concrete sample in an ambient with sinusoidally changing temperature and relative humidity, for three various shapes of the inner sorption branches, have been numerically analysed. Physical phenomena in concrete at high temperature have been presented. On that basis some constitutive relationships for this material have been defined. An increase of the intrinsic permeability of concrete, caused by micro-cracking, has been modelled by using of the non-local isotropic damage theory. Effect of the coupling between concrete damaging and changes of its intrinsic permeability upon hygro-thermal behaviour of the concrete wall during standard fire has been analysed. Some examples of practical application of the developed computer code for analysis of some 1-D and 2-D problems concerning hygro-thermal and material damaging phenomena in the elements made of High Performance Concrete in high temperature ambient have been presented and discussed.

2

Prediction of the thermal spalling risk of concrete structures exposed to high temperatures

63%

Gawin D. , Pesavento F.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2009

|

tom Vol. 2, no. 1

49-60

EN

A very characteristic mode of concrete damage at high temperature, especially for the materials characterized by a low intrinsic permeability, like for example HPC or UHPC, is so called thermal spalling. In this paper the results of simulations performed with a mathematical model, which considers concrete as multiphase porous material, are applied to define some spalling indexes based on various collapse mechanisms. A validation of the quantities proposed, carried out by means of a comparison with some experimental test results, is presented. Moreover, the results of a simulation dealing with a structural element exposed to a parametric fire, including a cooling phase, usually not considered in analyses, is described and discussed.

PL

Termiczne odpryskiwanie betonu (ang. thermal spalling) jest bardzo charakterystyczną formą zniszczenia tego materiału pod wpływem wysokiej temperatury. Zagrożone są zwłaszcza materiały o niskiej przepuszczalności, jak na przykład betony wysokiej i bardzo wysokiej wytrzymałości. W niniejszej pracy, bazując na modelu matematycznym betonu, traktowanego jako wielofazowy materiał porowaty, zdefiniowano pewne liczby kryterialne (tzw. indeksy spallingu), które charakteryzują niebezpieczeństwo wystąpienia termicznego odpryskiwania betonu, przy założeniu różnych mechanizmów zniszczenia materiału. Przedstawiono także wyniki eksperymentalnej weryfikacji zaproponowanych kryteriów zniszczenia betonu w wysokiej temperaturze. Ponadto opisano i przedyskutowano wyniki symulacji dotyczących betonowych elementów konstrukcyjnych, poddanych działaniu parametrycznego pożaru, z uwzględnieniem fazy studzenia konstrukcji.

3

Wpływ włókien polipropylenowych na degradację betonu wysokowartościowego i zjawiska cieplno-wilgotnościowe w wysokich temperaturach

63%

Witek A. , Gawin D.

Inżynieria i Budownictwo

|

2005

|

tom R. 61, nr 2

92-94

PL

Jedną ze skutecznych metod poprawy odporności betonu wysokowartościowego na zjawisko termicznego odpryskiwania jest dodanie włókien polipropylenowych do mieszanki betonowej. Przedstawiono model matematyczny zjawisk cieplno-wilgotnościowych i degradacji w wysokich temperaturach betonu, w którym zastosowano włókna PP, weryfikację eksperymentalną modelu oraz analizę numeryczną zachowania się tego materiału w warunkach pożaru w tunelu.

EN

An effective method used to improve resistance of high-performance concrete to thermal spalling, during fire is addition of PP-fibers to the concrete mix. Mathematical model of hygro-thermal and degradation phenomena at high temperature of concrete with PP-fibers is presented. Experimental validation of the model and numerical analysis concrete performance in condition of a tunnel fire are shown, too.

4

Analiza zastosowania technik DSM w celu redukcji szczytowego zapotrzebowania mocy chłodniczej dla zespołu budynków użyteczności publicznej

63%

Zygmunt M. , Gawin D.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

tom z. 63, nr 4

581--588

PL

W artykule przedstawiono analizę wyników symulacji energetycznych dotyczących grupy obiektów użyteczności publicznej o zróżnicowanej funkcji połączonych w lokalny obszar bilansowania w celu redukcji szczytowej mocy elektrycznej w okresie letnim. Przeanalizowano zapotrzebowanie na moc chłodniczą obiektów tego obszaru w okresie doby w polskich warunkach klimatycznych oraz redukcję mocy szczytowej w wyniku zastosowania technik DSM (ang. Demand Side Management) w badanych obiektach. W pracy rozpatrzono zastosowanie technik DSM: aktywnej – wstępnego schładzania obiektów w godzinach wczesno-porannych, oraz technik pasywnych – zmiany pojemności cieplnej elementów budynku oraz zastosowanie materiałów zmienno-fazowych w ich obudowie zewnętrznej. Zastosowanie w/w technik przeanalizowano także pod kątem ich opłacalności finansowej. Przeprowadzone analizy pokazują wysoki potencjał stosowania technik DSM w celu ograniczenia zapotrzebowania na moc chłodniczą w okresach szczytowego obciążenia sieci elektroenergetycznej. Dodatkowo wykazano, że połączenie szeregu obiektów o zróżnicowanej funkcji w jeden obszar bilansowania może prowadzić do bardziej równomiernego zapotrzebowania na moc elektryczną w ciągu doby. Przeprowadzona analiza kosztowa wykazuje korzyści finansowe płynące z zastosowania technik DSM.

EN

The aim of this article is analysis of energy simulation for a group of public utility buildings connected into one local assess area in order to reduce the cooling power demand peak in summer time. The analysis deals with the daily cooling energy demand of the area for the climatic conditions of Poland and the reduction of peak power demand by using Demand Side Management techniques applied in these buildings. For this end the use of various DSM techniques: active one, i.e. a decrease of operative temperature in the buildings in early morning and two passive techniques, i.e. thermal capacity increase for construction elements and use of phase changing materials in external walls, were examined. Moreover, use of the abovementioned techniques was analyzed considering their financial benefits. The analysis showed a high potential of DSM techniques application to reduce the cooling power demand during electricity grid peak hours. Additionally, connecting various public utility buildings into one assess area may lead to more steady daily electricity power demand. The analysis also showed some financial benefits of application of the DSM techniques considered.

5

Modelling and experimental study of hydration for ordinary portland cement

63%

Gawin D. , Wyrzykowski M.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2010

|

tom Vol. 3, no. 3

45-54

EN

In this paper, the results of experimental study concerning the calorimetric measurements of heat of hydration of cement pastes with different w/c ratio and different hygral conditions are presented. The model of cement hydration proposed by Parrot and Killoh [1] is implemented in the model of concrete at early ages by Gawin et al. [2], which allows us to carry out simulations of the evolution of hydration degree in different conditions of maturing. The results of the simulations are compared with the experimental data, both obtained by the authors and published elsewhere.

PL

W artykule zostały przedstawione wyniki badań kalorymetrycznych ciepła hydratacji dla zaczynów cementowych o różnym stosunku w/c dojrzewających w różnych warunkach wilgotnościowych. Implementacja opisu procesu hydratacji autorstwa Parrot and Killoh [1] do modelu numerycznego młodego betonu autorstwa Gawina i in. [2] pozwala na przeprowadzenie symulacji ewolucji stopnia hydratacji w różnych warunkach dojrzewania. Wyniki symulacji z użyciem wspomnianego modelu zostały porównane z wynikami badań eksperymentalnych.

6

Wpływ soli na wysychanie przegród budowlanych w polskich warunkach klimatycznych

63%

Koniorczyk M. , Gawin D.

Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej. Budownictwo Lądowe

|

2006

|

tom nr 58

53-60

EN

A recently proposed mathematical model of coupled beat, moisture and salt transport in porous building materials has been briefly presented. Effect of salt on some physical phenomena and material characteristics has been discussed. Three different cases of the numerical simulations have been performed for a concrete wall containing the NaCl salt: considering the effect of salt on the sorption isotherm and effective porosity, considering only the latter effect, and omitting entirely the effects of salt. The simulation results, obtained for the climatic conditions of Warsaw, show that these effects are of importance for a proper assessment of the hydro-thermal state of building elements, especially in the historical buildings.

7

Tradycyjne i nowe możliwości poszukiwania i badania złóż z wykorzystaniem metod pól sprężystych i elektromagnetycznych

63%

Gawin A. , Gawin D.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2007

|

tom nr 4

13-15

PL

W pracy omawiane są najbardziej obiecujące metody poszukiwania i badania złóż. Są to tradycyjne i nowego typu pomiary akustyczne i elektromagnetyczne, zarówno podziemne (otwory wiertnicze, kopalnie), jak i naziemne, realizowane separatywnie i łącznie. Nowe możliwości to najnowsze modyfikacje tych metod oraz metody sprzężonych pól elektromagnetycznych i sprężystych. Nawiązano do prac weryfikujących poszczególne metody, które zrealizowano w kopalniach i na terenie Krakowa (intrygujące Stare Miasto i nieprawdopodobne odkrycia poza miastem).

EN

In this elaboration we consider the most hopeful methods of prospecting and exploration of deposits. There are traditional and new type of acoustic and electromagnetic measurements, underground (boreholes, mines) and ground survey, implemented separately or together. New capabilities means the newest modifications known methods and conjugate electromagnetic and elastic field methods. We refer to our works which verify individual methods, realized particularly in the mines and terrains of the Cracow (the intriguing old city and improbable discovery outside city).

8

Komputerowa analiza procesów cieplno-wilgotnościowych w przegrodach zawierających sól

63%

Koniorczyk M. , Gawin D.

Inżynieria i Budownictwo

|

2006

|

tom R. 62, nr 12

689-691

PL

Omówiono zjawiska fizyczne związane z obecnością soli w materiałach budowlanych, jak np. wytrącanie się soli, wpływ soli na sorpcję wilgoci. Przedstawiono również przybliżony model zjawisk cieplno-wilgotnościowych i transportu soli, jego weryfikację eksperymentalną oraz praktyczne zastosowanie do symulacji zjawisk cieplno-wilgotnościowych w przegrodzie betonowej zawierającej sól NaCI.

EN

Physical phenomena related to the presence of a salt in building materials, as salt precipitation, effect of a salt on the moisture sorption, are briefly described in this paper. The mathematical model of hygro-thermal phenomena and salt transport, its experimental verification and practical application for simulations of hygro-thermal performance of a concrete wall containing the NaCI salt, are also presented.

9

Wpływ wytrąconej soli na strukturę i własności wytrzymałościowe zaprawy cementowej

63%

Koniorczyk M. , Gawin D.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2005

|

tom T. 1

207-214

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań, przy zastosowaniu mikroskopii skaningowej i porozymetrii rtęciowej, dotyczących wpływu zawartości soli wytrąconej w porach na strukturę wewnętrzną zaprawy cementowej. Z przeprowadzonych analiz Wynika, że sól wytrąca się począwszy od porów największych i nie wpływa na strukturę mikro- i mezoporów, od któ- rej zależy przebieg procesów sorpcyjnych. Zbadano także wpływ wytrąconej soli na własności mechaniczne (moduł Younga, wytrzymałość na ściskanie) zaprawy cementowej.

EN

The results of the experimental study (SEM, MIP) conceming the effect of the precipitated salt concentration upon the microstructure of a cement mortar, have been presented in the paper. Salt precipitates starting from the largest pores and it does not influence the inner structure of micro- and mezo-pores, which the sorption of water depends on. Moreover, the influence ofthe precipitated salt on the strength properties (Young's modulus, compression strength) of the cement mortar has been investigated.

10

Renovation of concrete facades by means of exterior thermal insulation composite systems (ETICS)

63%

Zirkelbach D. , Gawin D.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2005

|

tom T. 1

387-394

EN

Concrete facades often lack a good rain protection. If the concrete of the rain screen of such facades is carbonized, the high moisture content with a relative humidity above 80%RH can cause corrosion of the reinforcing steel. A renovation by applying an External Thermal Insulation Composite System (ETICS) protects the facade from wind driven rain due to the capillary break of the insulation layer thus permitting drying out of the construction. After a few years the relative humidity at the position of the reinforcing steel falls below the critical value of 80% RH what prevents further corrosion damage. Sofie results of computer simulations, related to this problem, obtained by me ans of the WUFI-POL computer code for the weather conditions of Poland, are presented and discussed in the paper .

PL

Fasady betonowe często nie zapewniają wystarczającej ochrony przed deszczem. Jeśli zewnętrzna warstwa takiej fasady ulegnie karbonatyzacji, wysoka zawartość wody, przy wilgotności względnej przekraczającej 80%, może spowodować korozję zbrojenia. Renowacja przy zastosowaniu metody lekkiej mokrej chroni ścianę przed zawilgoceniem od tzw. zacinającego deszczu, dzięki przerwaniu ciągłości warstw, w których występuje podciąganie kapilarne, co pozwala na wyschnięcie konstrukcji. Po kilku latach wilgotność względna w miejscu występowania zbrojenia spada poniżej krytycznej wartości, wynoszącej 80%, co chroni przed dal- szym postępem procesu korozji. W pracy przedstawiono i omówiono wyniki symulacji komputerowych, dotyczących tego problemu, otrzymanych za pomocą programu WUFI-POL dla polskich warunków klimatycznych.

11

Badania właściwości fizycznych zapraw i ścian murowanych w celu prognozowania ich trwałości

63%

Witczak K. , Gawin D.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2007

|

tom T. 2

301-304

PL

W pracy przedstawiono zakres wykonanych oraz planowanych badań laboratoryjnych, a także ich wybrane wyniki, dotyczące właściwości fizycznych i wytrzymałościowych oraz struktury wewnętrznej zapraw i ścian murowanych. Badania obejmują również materiały murowe, tj. współczesną i historyczną cegłę ceramiczną pełną oraz beton komórkowy. Wyniki badań zostaną wykorzystane do prognozowania trwaści elementów budowlanych, poddanych oddziaływaniu zmiennego klimatu zewnętrznego, za pomocą opracowywanego modelu numerycznego sprzężonych zjawisk cieplno-wilgotnościowych i degradacji mechanicznej w elementach budowlanych.

EN

Laboratory tests, performed and planned, concerning physical and strength properties, as well as inner structure of some mortars and masonry wells, as well as their results, are presented. The tests concern also in part materials the mansory wells are made of, i.e. historical and modern ceramic brick, and cellular concerte. The results will be used to predict durability of a building envelope, exposed to external climate conditions, by means of numerical model of coupled hygrothermal and degradation phenomena in building elements.

12

Modelowanie kinetyki izotermicznego procesu wyługowywania wapnia z nasyconych kompozytów cementowych

63%

Gawin D. , Pesavento F.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2007

|

tom T. 2

47-52

PL

W pracy przedstawiono model matematyczny izotermicznego wyługowywania wapnia z kompozytów cementowych, w pełni nasyconych wodą, który uwzględnia kinetykę tego procesu. Jest ona opisana za pomocą termodynamiki reakcji chemicznych, przy użyciu tzw. charakterystycmego czasu procesu. Omówiono też metodę numerycznego rozwiązania równań tego modelu za pomocą MES. Przeanalizowano wpływ kinetyki wyługowywania wapnia na przebieg zjawisk transportu masy podczas kontaktu elementu betonowego ze zdemineralizowaną wodą oraz wywołaną tym degradacją che- miczną materiału. Stwierdzono, że zaproponowany sposób mo- delowania procesu wyługowywania, uwzględniający jego kinetykę, poprawia właściwości numeryczne rozwiązania i umożliwia analizę stosunkowo szybkich zjawisk, co nie jest możliwe przy klasycznym opisie, bazującym na założeniu równowagi termodynamicmej .

EN

A mathematical model of isothermal calcium leaching in cement based materials, fully saturated with water, considering kinetics of the process, is presented. The process is described by means of Thennodynamlcs of Irreversible Processes, applied for chemical reactions, and using additionally concept of the so called characteristic time. A method of nu- merical solution of the model equations with the Finite Element Method is also described. The effect of the process kinetics on the mass transport and leaching in a concrete element in contact with demineralised water and caused by this chemical degradatlon of the material are numerically analysed. It is shown, that the proposed method of the process modelling, considering its kinetics, improves the numerical solution convergence and enabIes analyses of relatively fast phenomena, what is not possible with a classical approach, based on the assumption of thennodynamic equilibrium.

13

Model matematyczny zjawisk cieplno-wilgotnościowych w ośrodkach porowatych z uwzględnieniem powietrza rozpuszczonego w wodzie

63%

Gawin D. , Sanavia L.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2007

|

tom T. 2

53-60

PL

W pracy przedstawiono model matematyczny zjawisk cieplno-wilgotnościowych w odkształcalnym ośrodku porowatym. częściowo lub w pełni nasyconym wodą, uwzględniający rozpuszczone w niej powietrza, oraz metodę numerycznego rozwiązania równań tego modelu. Omówiono podstawy fizyczne rozpuszczalności powietrza w wodzie i tworzenia się pęcherzyków gazu po obniżeniu się ciśnienia wody, a także przedyskutowano wpływ ciśnienia kapilarnego na te zjawiska. Numerycznie przeanalizowano wpływ rozpuszczonego powietrza na przebieg procesu przejściowego między stanem całkowitego i częściowego nasycenia wodą podczas szybkiego grawitacyjnego wypływu wody przez dno kolumny wypełnionej materiałem porowatym.

EN

A mathematical model of hydrothermal phenomena in defonnable porous media, partially or fully saturated with water, considering the air dissolved in water, and a method of numerical solution of the model equations are presented. Physical fundamentals of air dissolution in water and gas bubble fonnation after: a water pressure drop, as well as influ- ence of capillary pressure on these phenomena are described. The effect of the dissolved air on the transient from fully to partially saturated state, during a rapid, gravitational outflow of water from the bottom of a column filled with sand, is numerically analysed.

14

Numerical modelling of coupled heat, moisture and salt transport in porous materials

63%

Koniorczyk M. , Gawin D.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

2006

|

tom Vol. 13, No. 4

565-574

EN

A mathematical model describing coupled heat, moisture and salt transport in porous materials is pre-sented. Salt dissolved in water can be transported due to various mechanisms: dispersion caused by the salt concentration gradient, and advection resulting from the capillary pressure gradient. The influence of salt on the physical properties of water such as density and dynamie viscosity is also considered. The isotherms of water sorption are modified to take into account both osmosis and effects of the salt presence on the surface tension and contact angle. Salt precipitation in the state of thermodynamic equilibrium between dissolved and crystallized salt is also considered. Finally, the model equations were discretized in space by means of FEM and the HMTRA-SALT software was developed. An example concerning a wali drying process was numerically solved to show the robustness of the code.

15

Numeryczne oszacowanie przepuszczalności fibrobetonu wygrzewanego do 200°C

63%

Witek A. , Gawin D.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2011

|

tom T. 6, nr 3

81--82

PL

W pracy przedstawiono propozycję oszacowania przepuszczalności betonu, w którym, w wyniku wytopienia się włókien polipropylenowych powstają wysokoprzepuszczalne mikrokanaliki. Zasadniczym elementem procedury jest symulacja przepływu płynu przy pomocy programu metody elementów skończonych z uwzględnieniem mezoskalowych elementów betonu. Zaprezentowano wstępne wyniki obliczeń.

EN

A proposal toward numerical estimation of permeability of concrete in which highly permeable microchannels are generated as a result of polipropylene fibers melting is given. An estimation with respect to mesoscale elements of concrete is based on finite element method. The preliminary results are presented.

16

Wielokryterialna optymalizacja zużycia energii na chłodzenie w budynkach wielkopowierzchniowych

63%

Gawin D. , Woźniak P.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

tom z. 64, nr 1

7--14

PL

Poszukując optymalnego sposobu eksploatacji budynku, występują trudności w znalezieniu rozwiązania charakteryzującego się jak najmniejszym zużyciem energii, przy jednoczesnym zapewnieniu komfortu cieplnego ludziom w nim przebywającym, ponieważ kryteria te są sobie przeciwstawne. Sprowadza się to do rozwiązania problemu optymalizacji wielokryterialnej i wyznaczenia zbioru punktów optymalnych, stanowiących kombinację danych parametrów wejściowych do symulacji. Do takiej sytuacji dochodzi coraz częściej w okresie letnim, gdy temperatura operatywna w budynku na skutek działania wysokich wartości temperatur powietrza zewnętrznego i natężenia promieniowania słonecznego, przekracza dopuszczalne normy. Powszechnie stosowane instalacje chłodzenia w budynkach użyteczności publicznej powinny więc zostać poddane optymalizacji, zarówno na etapie projektowania, jak i eksploatacji, polegającej na doborze parametrów określających ich działanie. W niniejszym artykule pokazano zastosowanie algorytmów genetycznych do powyższego zagadnienia optymalizacji wielokryterialnej dla przypadku sklepu wielkopowierzchniowego, zakładając dostępność do prognozowanych danych pogodowych z wyprzedzeniem 24-godzinnym. Dodatkowo, harmonogramy pracy instalacji chłodzenia zostały dobrane w sposób uwzględniający zarządzanie stroną popytową w sposób minimalizujący pobieranie energii elektrycznej w okresie największego obciążenia sieci elektroenergetycznej. Z obliczeń otrzymano kombinacje parametrów wejściowych, pozwalających na zmniejszanie kosztów eksploatacyjnych przy zastosowaniu zmiennej taryfy energetycznej, jednocześnie zapewniając komfort termiczny przez cały okres pracy budynku i pobierając energię elektryczną w sposób bardziej równomierny w ciągu doby. Dowodzi to zasadności podjętych badań i możliwości zastosowania powyższej procedury w zarządzaniu rzeczywistych obiektów wielkopowierzchniowych przy użyciu skalibrowanych z nimi modeli komputerowych.

EN

While searching for an optimal way of building exploitation, the difficulty in finding a solution characterized by the lowest energy consumption with simultaneously assuring thermal comfort of the people inside arises. The solution aiming at meeting the two contrary criteria results in application of multi-objective optimization through determining the set of optimal points being a combination of simulation entry parameters. Assuring thermal comfort of the people inside a building is especially inconvenient in summer, when the building’s operative temperature exceeds allowable standards due to influence of high exterior air temperature and solar radiation intensity. Hence, commonly utilized air - conditioning systems should undergo optimization at the stage of both design and during exploitation based on the proper operating parameters choice. This paper analyzes the usage of genetic algorithms in the multi-objective optimization of a large – floor – area store assuming the access to weather conditions forecasted in 24 – hour advance. Furthermore, the HVAC system work schemes were set in a way including the minimization of electrical energy consumption in the peak hours of the power system demand. The performed calculations made it possible to obtain the combination of entry parameters allowing mitigation of exploitation costs through variable electrical energy tariff as well as assuring thermal comfort within the whole building’s operation period while consuming the electrical energy in a more sustainable way. The results prove validity of the undertaken research and possibility of application of the aforementioned procedure in a control system of real large – floor – area buildings, taking advantage of their calibrated computational models.

17

Wpływ strefy przejściowej na stan cieplno-wilgotnościowy i naprężenia tynku ściany z betonu komórkowego

63%

Witczak K. , Gawin D.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2009

|

tom T. 4

193-200

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych wybranych właściwości fizycznych i szerokości Międzyfazowej Strefy Przejściowej na styku tynku cementowego i betonu komórkowego. Wyniki badań zostały wykorzystane podczas symulacji stanu cieplno-wilgotnościowego i naprężeń tynku ściany z betonu komórkowego, o różnej orientacji, poddanej działaniu zmiennych w czasie warunków pogodowych TRM w Warszawie. Symulacje komputerowe, przeprowadzone za pomocą autorskiego programu numerycznego, pokazują, że uwzględnienie w obliczeniach strefy MSP ma istotny wpływ na wyniki i ocenę trwałości tynku zewnętrznego.

EN

The results of laboratory tests, concerning the width and physical properties of the the cement stucco/AAC interface, are presented. These results are applied during computer simulations of the hygro-thermal phenomena and stresses in the stucco of an AAC wall, exposed to the weather conditions of TMY for Warsaw. The simulations are performed by means of the numerical model HMTRA-CLIMA, developed by authors, for analysis of coupled hygro-thermal and degradation phenomena in porous building materials. They show that the ITZ layer at the cement stucco/AAC interface has an important effect on the simulation results.

18

Efektywność zastosowania różnych typów pomp ciepła w polskich warunkach klimatycznych

63%

Heim D. , Gawin D.

Polska Energetyka Słoneczna

|

2004

|

tom nr 2-4

23-26

PL

W pracy przedstawiono obliczenia zmian temperatury gruntu w otoczeniu pomp ciepła w układzie poziomym i pionowym. Analizy procesów cieplno- wilgotnościowych zachodzących w gruncie przeprowadzono korzystając z programu HMTRA-DEF. Na podstawie obliczonych historii temperatur źródła dolnego wyznaczono zmianę współczynnika wydajności grzejnej pomp ciepła przy założeniu różnych temperatur instalacji grzewczej.

19

Modelowanie naprężeń wywołanych krystalizacją soli w materiałach budowlanych

63%

Koniorczyk M. , Gawin D.

Przegląd Budowlany

|

2012

|

tom R. 83, nr 6

39-41

PL

W artykule przedstawiono model matematyczny procesów chemo-higro-termomechanicznych i naprężeń w porowatych materiałach budowlanych z uwzględnieniem transportu i krystalizacji soli. W opisie uwzględniono kinetykę przemiany fazowej soli, która modelowana jest za pomocą nierównowagowej izotermy Freundlicha. Ciśnienie krystalizacji soli zależy od stopnia przesycenia roztworu, które jest funkcją aktywności jonowej, wyznaczonej przy zastosowaniu modelu Pitzera. Ciśnienie krystalizacji uwzględnione jest jako dodatkowe obciążenie wewnętrzne działające na szkielet. Przy zastosowaniu metody elementów skończonych i metody różnic skończonych wyznaczono pochodne przestrzenne oraz czasowe. Opracowany program komputerowy może służyć do prognozowania zniszczenia materiałów budowlanych wywołanych krystalizacją soli.

EN

This article presents a mathematical model for chemo-hygro-thermomechanical processes and stresses in porous construction materials taking account of the movement and crystallization of salt. The description includes the kinetics of the phase transformation of salt, modelled using a non-equilibrium Freundlich isotherm. The salt crystallization pressure depends on the degree of saturation of the solution, which is a function of ionic activity determined using a Pitzer model. The crystallization pressure is taken into account as an additional internal load acting on the framework. With the use of finite element and finite difference methods, the spatial and time derivatives were determined. A computer program was developed which can be used to predict damage to construction materials caused by salt crystallization.

20

Wiarygodność wyników uproszczonych modeli matematycznych degradacji betonu w warunkach pożarowych

63%

Gawin D. , Pesavento F.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska

|

2011

|

tom z. 58, nr 3/III

91-98

PL

W pracy krótko omówiono, opracowany przez autorów model matematyczny zjawisk cieplno-wilgotnościowych i degradacji fizykochemicznej betonu w wysokiej temperaturze. Na podstawie analizy literatury przedmiotu sformułowano szereg modeli uproszczonych, w których pominięto wybrane zjawiska fizyczne. Następnie wykonano symulacje komputerowe zachowania się ściany betonowej w warunkach normowego pożaru ISO 834, stosując pełen model matematyczny oraz jego uproszczone wersje. Analiza wyników obliczeń pozwoliła na stwierdzenie, które z rozważanych uproszczeń dają wyniki zbliżone do modelu pełnego, który został uprzednio pomyślnie zwalidowany, dając wyniki zgodne z doświadczeniem.

EN

A mathematical model developed by the authors for the analysis of hygrothermal performance and physicochemical degradation of concrete at high temperature has been presented. On the basis of the literature review, five simplified models of the material have been formulated, where some phenomena have been omitted. Next computer simulations of a wall performance during a standard IS0 834 fire have been performed with the full and simplified models. The analysis of the results enabled indication which of the considered simplifications are allowable and give reliable results in comparison with the full model, which was previously successfully validated experimentally, giving results in good agreement with experimental tests.