Das Eindringen von Feuchtigkeit in ein ungesättigtes, poröses Medium auf Grund von periodischen Temperaturschwankungen

Abstract

An analysis has been made which describes the moisture migration in an unsaturated semi-infinite porous medium under the influence of periodic variation of the surface temperature. For the case of constant transport properties, this combined heat and mass transfer problem is governed by only one dimensionless group — the Luikov number K/α_s. Numerical solutions of the energy and moisture conservation equations yielded temperature and moisture fields. The presentation of results provides the distributions of the dimensionless moisture content as a function of dimensionless distance measured from the surface of the semi-infinite medium and time with the Luikov number as a parameter. This parameter was varied in the range of 0.1 to .004. Because of an error in the pictorial presentation of the temperature field in the literature, these results were reproduced. It was found that the moisture fluctuations penetrate to a considerably smaller depth in the porous material than the temperature fluctuations, and that this penetration depth increases with increasing value of the Luikov number. An example demonstrates that the annual temperature fluctuations cause only small fluctuations of the moisture content in a sandy soil. The penetration depth of the moisture is also smaller than that of the temperature.

Zusammenfassung

Es wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, das das Eindringen von Feuchtigkeit in ein ungesättigtes, halbunendliches, poröses Medium unter dem Einfluß von periodischen Veränderungen der Oberflächentemperatur beschreibt. Dieser kombinierte Wärme- und Stofftransport wird für den Fall konstanter Stoffwerte nur durch einen einzigen, dimensionslosen Parameter bestimmt, nämlich die Luikov-Zahl K/α _S. Die numerischen Lösungen der Erhaltungsgleichungen für die Energie und die Feuchtigkeitsmasse lieferten Temperaturfelder und Feuchtigkeitsverteilungen. Die Darstellung der Ergebnisse umfaßt die Verteilungen des dimensionslosen Feuchtigkeitsgehaltes als Funktion des dimensionslosen Oberflächenabstandes im halbunendlichen Medium und der Zeit mit der Luikov-Zahl als Parameter, der zwischen 0,004 und 0,1 variiert. Wegen eines Fehlers in der graphischen Darstellung des Temperaturfeldes in der Literatur wurden diese Ergebnisse wiedergegeben. Es zeigte sich, daß die Schwankungen der Feuchtigkeitswerte wesentlich weniger weit in das poröse Material eindringen als die Temperaturschwankungen und daß diese Eindringtiefe mit den Werten für die Luikov-Zahl zunimmt. An einem Beispiel wird verdeutlicht, daß die jährlichen Temperaturschwankungen im Sandboden nur kleine Schwankungen des Feuchtigkeitsgehaltes verursachen. Außerdem ist die Eindringtiefe der Feuchtigkeit geringer als die der Temperatur.