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220. Analytical solution for heat and moisture diffusion in layered materials

Author

Lee, Jeongwoo, Kim, Ji-Tae, Chung, II-Moon, and Kim, Nam Won

Subjects
Heat -- Research, Moisture -- Research, Diffusion -- Research
Abstract

The study of heat and moisture flows in multiple layers of different materials that make up the unsaturated zone is of great importance when characterizing the behaviour of these materials. In the present paper, analytical solutions of the one-dimensional heat and moisture coupled diffusion problem for layered materials under two different sets of boundary conditions are proposed. The coupled flow of heat and moisture are assumed to follow the theory of Philip and De Vries, and the solutions are derived analytically using integral transform methods. A comparison between the analytical and numerical solutions for one example problem shows satisfactory results. Furthermore, a procedure is presented for estimating heat and moisture distribution profiles in any layered materials using the derived analytical solutions. It is expected that the proposed analytical solutions will be used effectively for preliminary analyses of coupled heat and moisture movements in unsaturated porous media. Key words: heat and moisture coupled diffusion problem, layered materials. Lors de la caraclerisation du comporiemeni de differenls materiaux qui composent la zone non saturee, l'etude de l'ecoulement de la chaleur et de l'humidite dans les couches multiples de ces materiaux est particulifiremeni importante. Dans cet article, nous proposons des solutions analytiques pour la diffusion unidimensionnelle de la chaleur et de l'humidite de facon couplee pour des materiaux ayant plusieurs couches et sous deux types de conditions frontieres differentes. L'ecoulement couple de la chaleur et de l'humidite suit la theorie de Philip et De Vries et les solutions sont derivees de facon analytique a l'aide de methodes de transformation d'integrales. Les resultats d'un exemple de probleme obtenus a l'aide des solutions analytiques et numeriques ont ete compares, et la comparaison s'est averee satisfaisante. De plus, une procedure est presentee permettant d'estimer les profils de distribution de la chaleur et de I'humidite dans un materiau a plusieurs couches a l'aide des solutions analytiques derivees. Les solutions analytiques proposees pounonl eire utilisees dans les analyses preliminaires des mouvements couples de chaleur et d'humidite dans les milieux poreux non satures. Mots-cles : probleme de diffusion couplee de chaleur et d'humidite, materiaux a couches. [Traduit par la Redaction], Introduction The coupled processes of heat transfer and moisture movement in unsaturated materials are of interest to many scientists and engineers in the fields of soil physics, agricultural science, rock [...]

Published
2010
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