Heat and mass transfer properties of compacted snow

Olivier Lachance, Jean Côté, Louis Gosselin, Jean-Marie Konrad

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Cold Regions I

ABSTRACT: The intrinsic permeability and thermal conductivity of snow are both essential parameters for thermal analysis using a Navier-Stokes/Darcy coupling. Several measurements of those parameters were conducted successively on samples collected at Laval University. The measurement of the thermal conductivity was carried out using a commercial probe based on the hot wire method principle. For intrinsic permeability measurement, a double-walled cylinder air permeameter was designed for laboratory tests. The intrinsic permeability and thermal conductivity of the different samples ranged, respectively, from 1.1 x 10-8 to 8.0 x 10-11 m2 and from 0.09 to 0.48 W/mK for snow porosity between 0.32 and 0.75. The results agreed well with those found in open literature. An empirical relationship between permeability and porosity has been found as well as between conductivity and porosity thus linking empirically the thermal conductivity with intrinsic permeability.

RÉSUMÉ: La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique de la neige sont deux paramètres essentiels pour effectuer une analyse thermique selon le couplage Navier-Stokes/Darcy. Plusieurs mesures de ces paramètres ont été effectuées successivement sur des échantillons de neiges recueillis à l'Université Laval. La mesure de la conductivité thermique a été effectuée en utilisant une sonde commerciale fonctionnant selon la méthode du fil chaud. Pour la perméabilité intrinsèque, un perméamètre à air à double mur fût conçu pour des expériences en laboratoire. La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique variaient respectivement de 1.1 x 10-8 à 8.0 x 10-11 m2 et de 0.09 à 0.48 W/mK pour des échantillons de neige ayant des porosités s'étalant entre 0.32 et 0.75. Les résultats concordent avec ceux trouvés dans la littérature. Une relation empirique entre la perméabilité et la porosité a été trouvée ainsi qu'entre la conductivité et la porosité, ce qui a permis de lier empiriquement la conductivité thermique et la perméabilité.

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