An assessment of a model of heat and moisture transfer in unsaturated soil

Abstract

An assessment of the validity of a theoretical formulation of coupled heat and moisture in non-deforming unsaturated soil is presented. This was achieved by comparison of results from the theoretical formulation with those obtained from controlled laboratory heating experiments. The work centred on one material, a highly compacted medium sand, for which the thermophysical parameters had been established independently of the heating experiments. A solution of the theoretical formulation was achieved by means of a numerical analysis, using the finite difference method. Very good correlations were achieved between experimental and numerical results. Confidence in the ability of the theoretical formulation to describe fully the physical processes involved is thus enhanced. Application of these conclusions to problems of heat and moisture transfer in non-deforming, cohesionless soils in general is now considered possible. The numerical results were achieved using parallel computing techniques. This methodology was shown to perform very efficiently, yielding a simulation of the full range of the transient behaviour for all the experiments considered. The potential of parallel computing systems for the solution of a computationally demanding problem of this type is thus revealed. Ľexposé évalue la validité d'une formulation théorique du couplage chaleur-humidité dans un sol non déformant non saturé. Cette évaluation repose sur la comparaison des résultats de la formulation théorique aux résultats d'essais contrôlés de chauffage en laboratoire. Les travaux se sont concentrés sur un matériau: un sable moyen fortement tassé, dont les paramètres thermo-physiques avaient été établis indépendamment des essais de chauffage. On a résolu la formulation théorique à ľaide analyse numérique en utilisant la méthode des différences finies. On a obtenu de triés bonnes corrélations entre les valeurs expérimentales et les valeurs calculées. On a maintenant une plus grande certitude que les formules théoriques peuvent décrire complétement les processus physiques qui entrent en jeu. On pense qu'il est maintenant possible d'appliquer ces conclusions en général aux problèmes du transfert de chaleur et d'humidité dans des sols non déformants sans cohésion. On a eu recours à des techniques de calcul parallèles pour obtenir les valeurs théoriques. Cette méthodologie s'est avérée triès efficace et a permis de simuler la gamme complète des comportements transitoires dans tons les essais envisagés. Cela montre qu'il est possible d'utiliser des systèmes de calcul parallèles pour résoudre un problème de ce type, qui est fort exigeant sur le plan du calcul.