2. Solution de référence (modélisations A,B et C)#
2.1. Validation du terme d’échange hydrique à partir du terme d’échange thermique#
On pose un certain nombre d’hypothèses afin faire l’analogie avec le cas thermique :
la température est constante (pas de calcul thermique);
la pression de gaz est constante;
La pression de vapeur est négligeables ;
On néglige la diffusion de Fick;
Le matériau est indéformable (pas de calculs mécanique) ;
La gravité est nulle ;
L’eau est incompressible \({\rho}_{w}=\mathit{cste}\) .
On rappelle que la loi de Darcy(voir R7.01.11) pour la phase gazeuse s’écrit:
avec:
\({M}_{\mathit{gz}}\) le flux degaz;
\({\rho}_{\mathit{gz}}\) la masse volumique du gaz;
\({\lambda}_{\mathit{gz}}^{H}\) la conductivité hydraulique du gaz;
\({p}_{\mathit{gz}}\) la pression de gaz.
Or:
Donc:
Comme on néglige la diffusion de Fick, alors:
Par()et():
Ainsi on peut simplifier le problème qui se résume à l’équation de conservation de la masse d’eau liquide:
Or \({m}_{w}={\rho}_{w}\varphi S(1+\mathit{Tr}(\epsilon ))-{\rho}_{w}^{0}{\varphi}^{0}{S}^{0}\) , avec:
\({\rho}_{w}\) la masse volumique de l’eau, \({\rho}_{w}^{0}\) la masse volumique à l’état initial ;
\(\varphi =\frac{{V}_{\mathit{vide}}}{V}\) la porosité du matériau, \({V}_{\mathit{vide}}\) correspondant aux pores non remplis, \(V\) à la porosité du matériau à l’état initial ;
\(S=\frac{{V}_{\mathit{lq}}}{{V}_{\mathit{vide}}}\) la saturation en eau, \({S}^{0}\) la saturation initiale;
\(\epsilon\) la déformation du matériau;
On considère que le matériau est indéformable: \(\epsilon =0\) et \(\varphi =\mathit{cste}={\varphi}^{0}\) et que l’eau est incompressible, \({\rho}_{w}={\rho}_{w}^{0}\) . Alors :
Ce qui implique:
Comme on néglige les effets de la gravité, la loi de Darcy pour la phase liquide s’écrit:
Or \({p}_{c}={p}_{\mathit{gz}}-{p}_{\mathit{lq}}={p}_{\mathit{atm}}-{p}_{w}\) . Alors \(\nabla {p}_{c}=-\nabla {p}_{w}\) et donc \({M}_{w}={\rho}_{w}{\lambda}_{w}^{H}(S)\nabla {p}_{c}\) .
En remplaçant \({M}_{w}\) et \(\dot{{m}_{w}}\) par leurs dernières expressions dans () et en supposant \({\lambda}_{w}^{H}(S)=\frac{K\times {K}_{\mathit{rl}}(S)}{\mu}\) constante:
L’eau est supposée incompressible donc:
\({\rho}_{w}\varphi {S}^{'}({p}_{c})\times \dot{{p}_{c}}(t)+{\rho}_{w}{\lambda}_{w}^{H}(S)\text{Div}(\text{}\nabla {p}_{c})=0\)
Avec l’opérateur laplacien:
Finalement:
Pour fermer le système, on ajoute:
lacondition initiale : \({p}_{c}(x,0):=10000\mathit{Pa}\) ;
lacondition mixte sur [BC] (ou [BCFG] selon la géométrie) : \({\lambda}^{H}\nabla ({p}_{c}.n)={h}^{H}({p}_{\mathit{ext}}-{p}_{c})\) .
Cette formulation s’apparente à une équation de la chaleur sans terme source, de la forme:
En prenant la loi de Fourier qui relie le flux de chaleur \(q\) au gradient de température, à savoir:
En supposant que :math:`lambda ` est une constante, caractéristique du matériau:
Où \(\rho ` est la masse volumique du béton, :math:`{C}_{p}\) la chaleur spécifique du matériau et :math:`lambda ` la conductivité thermique.
Le problème thermique est ainsi déjà traité dans THER_NON_LINE. On peut alors comparer les résultats du problème thermique avec ceux du problème THM, en prenant des conditions de fermeture de même type que dans le cas THM i.e.en posant :
\(\begin{array}{c}T(x,0)=\mathit{cste}\\ \lambda (\text{}\nabla T.n)={h}_{T}({T}_{\mathit{ext}}-T)\mathit{au}\mathit{bord}\end{array}\)
En s’assurant de plus que:
\(T(x,0)=\mathit{cste}:={p}_{c}(x,0)=10000\) ;
\(-\rho {C}_{p}≔\varphi {S}^{'}({p}_{c})\)
\(\lambda :={\lambda}^{H}\)
\({h}_{T}:={h}^{H}\)
\({T}_{\mathit{ext}}:={p}_{\mathit{ext}}\)
Par la suite, on s’appuie alors sur les modélisations thermiques AXIS, PLAN_DIAG, et 3D que l’on compare aux modélisations AXIS_THH2MS, D_PLAN_THH2MS et 3D_THH2MS, respectivement.