低碳建筑材料与传统建筑材料的多尺度流动、渗透性与热传导
材料科学
2024-05-31 v1
摘要
建筑材料通过孔隙的渗透性和热传导性能最终决定其在建筑全寿命周期内的保温性能。结合XCT（X射线计算机断层扫描）与数值建模的实验方法已为研究孔隙尺度过程提供了被接受的方法，广泛应用于油气产业中复杂储层岩石的研究。然而，尽管结构和应用方面存在明显相似性，这些技术在建筑和施工行业中尚未得到广泛采用。本文对若干建筑材料（包括常规、历史和创新材料）的孔隙结构进行了XCT和直接数值模拟的实验研究。对6个样品在4至15微米分辨率下进行XCT扫描。提取孔隙率和连通性，并通过图像分析获取颗粒、颈管和孔隙尺寸分布。随后利用GeoChemFoam——我们高度通用且开源的数值求解器——研究了渗透性、速度场和热导率。结果发现，各材料均呈现独特的、非均匀的、甚至多尺度的结构，对渗透性和热导率产生显著影响。此外，发现将亚分辨率孔隙率直接纳入计算方法会显著影响两种参数的宏观性质计算，尤其是结构高度非均匀性材料。本文首次对建筑材料的结构、流动和热传导进行多尺度研究，该工作流程可轻易移植到其他依赖多孔材料的行业中，如燃料电池和电池技术、轻质材料和保温材料、半导体等。
引用
@article{arxiv.2405.19930,
title = {Multi-scale flow, permeability, and heat transport in low-carbon and traditional building materials},
author = {Hannah P. Menke and Katherine M. Hood and Kamaljit Singh and Gabriela M. Medero and Julien Maes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.19930},
year = {2024}
}