증발에 대기 강제력의 효과를 연구하기 위해 작은 기후 제어 풍동에 인터페이스 토양 탱크의 설계 및 구성에 대한 프로토콜이 제시된다. 토양 탱크 및 풍동 모두 환경 조건 인 시츄 측정을위한 연속적인 센서 기술로 계측된다.
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이 논문에서
요약
초록
증발은 대기, 지표면 및 토양 지하 사이의 상호 작용에 직접적인 영향을 받습니다. 이 작업은 다양한 표면 경계 조건에서 증발을 실험적으로 연구하여 이 다상 현상에 대한 현재의 이해와 특성화를 개선하고 대기 중의 Navier-Stokes 흐름과 다공성 매질의 Darcian 흐름을 결합하는 수치 열 및 질량 전달 이론을 검증하는 것을 목표로 합니다. 실험 데이터는 작은 기후 제어 풍동과 인터페이스된 고유한 토양 탱크 장치를 사용하여 수집되었습니다. 이 실험 장치에는 토양 수분, 토양 열 특성, 토양 및 공기 온도, 상대 습도 및 풍속을 지속적이고 자율적으로 수집하기 위한 일련의 최첨단 센서 기술이 탑재되었습니다. 이 실험 장치는 잘 통제된 경계 조건에서 데이터를 생성하는 데 사용할 수 있으므로 현장에서 실현 가능하지 않은 관심 규모에서 정확한 데이터를 더 잘 제어하고 수집할 수 있습니다. 토양 표면 위로 여러 가지 뚜렷한 풍속으로 유도된 기류는 서로 다른 증발 단계에서 열과 질량 전달의 독특한 거동을 초래했습니다.
서론
땅과 대기 사이의 상호 작용을 이해하는 것은 토양의 지질 학적-격리 된 탄소 이산화탄소의 누출, 기후 변화, 물, 식량 공급, 지뢰의 정확한 검출 많은 현재 세계의 문제에 대한 우리의 이해에 가장 중요하고, 지하수의 정화 토양. 또한, 글로벌 및 지역의 기상 조건을 구동 열과 물 차 교류 지구 표면에서 발생한다. 주로 대기 - 육지 표면의 상호 작용 (1)과 관련된 프로세스에 의해 구동된다 (O, 가뭄 등의 예를 들면, 허리케인, 엘니뇨 & # 241)가 많은 날씨와 기후 현상. 지구 육지 표면의 절반 이상이 건조 또는 정확하게 대기하고 토양 표면 사이의 열 및 물 교환에 기초하여 이들 영역에서의 물 순환을 기술 2-4 반 건조 바와 대한 이해를 향상시키는 중요한 상기 문제,특히 확장 된 가뭄과 사막화에 취약한 지역에서. 그러나 연구의 수십에도 불구하고, 여전히 얕은 지하과 분위기 5 상호 작용하는 방식을 현재의 이해에 많은 지식 격차가 남아있다.
토양에서 액체 물, 수증기, 및 열을 포함하는 전송 프로세스는 동적 강하게 토양과의 상호 작용에 대한 결합 및 경계 조건 (즉, 온도, 상대 습도, 열 복사)을 적용한다.....
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프로토콜
주 : 실험실 테스트는 기후 제어 풍동 장치와 인터페이스 이차원 벤치 스케일 탱크를 사용하여 수행된다. 벤치 규모의 탱크와 풍동 모두 다양한 센서 기술을 계측한다. 다음 프로토콜은 제 풍동 논의 모두의 계측 하였다 건설 토양 탱크의 제조에 대해 논의한다. 제시 탱크 치수 풍동 치수, 센서의 수, 및 센서 기술 유형은 특정 실험 장치의 요구에 적합하도록 변형 될 수있다. 아래 제시된 프로토콜은 실험적 베어 토양 증발에 풍속의 영향을 연구하기 위해 사용되었다.
1. 건설 및 다공성 미디어 토양 탱크의 제조
- 다섯 개별 창으로 1.2 cm 두께의 아크릴 유리의 큰 조각을 잘라. 내부 길이, 폭 25의 높이, 9.1 55cm, RESP와 오픈 얹어 토양 탱크에이 창을 조립ectively. 아크릴 유리는 지하에있는 프로세스가 육안으로 관찰 할 수 있습니다.
- . 그림 1과 같이 두 개의 큰 유리 창 (길이 25cm, 높이 55cm)에 각각 25cm로 25cm 인 5 × 5 격자 그리기 그리드 내에서 각 사각형 25cm 2의 영역이 있는지 확인 (그림 1). 그리드는 토양 탱크 내의 공간을 적절하게 센서에 사용된다.
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결과
여기에 제시된 실험의 목적은 베어 토양에서 증발에 바람 속도의 효과를 연구하는 것이었다. 본 연구에 사용 된 시험 토양의 주요 특성을 표 2에 요약되어있다. 일련의 실험되는 토양 표면 (즉, 바람의 속도와 온도)에서 다른 경계 조건 (표 3)를 적용한 실시 하였다. 다른 풍속과 온도에서 네 실험이 수행되었지만, 여기에 제시된 실험 결과 대부분 1.22 m / sec의 풍속이다. 누적 증발 데이터는 네 가지 실험에 도시된다.
| 포장 조건 | 드라이 벌크 밀도 (G의 형상 -3) | 공기 입력 압력 |
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토론
이 프로토콜의 목적은 열에 대하여 및 물질 전달 프로세스와 토지 대기 상호 작용 연구를 위해 필요한 높은 공간 및 시간 해상도 데이터의 생성을위한 실험 장치 및 관련 절차를 개발하는 것이다. 실험 장치는 적절한 토양 및 대기 변수 (측정 용 센서의 배열이 장착 된 둘 토양 탱크와 작은 풍동, 이루어져 기술 된 예를 들면, 풍속, 상대 습도, 토양, 공기 온도 및 토양 수분 ). 다음은 본 연구에서 제시된 프로토콜의 가장 중요한 구성 요소의 일부이다.
탱크 치수 및 위치 센서는 특히 센서의 각 샘플 부피를 차지하면서 채용 센서의 수를 최대화하기 위해 선택되었다. 센서의 첫 번째 행으로 인해 VO로 정의 된 각 센서의 샘플 볼륨 (로 토양 표면 아래 2.5 cm이고환경 조건의 변화)이 센서 판독에 영향을 미친다 내에 센서, 주변 토양 LUME. 센서 와이어가 토양 자체 내에 있지 않도록 NPT 피팅에 배치 센서, 토양 탱크의 벽을 통해 수평으로 설치되며 모든 .......
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공개 사항
저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.
감사의 글
이 연구는 미 육군 연구 사무실 상 W911NF-04-1-0169, 공학 연구 개발 센터 (ERDC)와 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 부여 EAR-1029069에 의해 투자되었다. 학부 연구의 여름 프로그램 광산의 콜로라도 학교를 부여하여 또한,이 연구가 지원되었다. 저자는 자신의 공헌 라이언 Tolene와 폴 슐츠을 감사드립니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| ECH2O EC-5 토양 수분 센서 (25) | Decagon Devices Inc. Decagon.com | 40593 | 자세한 내용은 다음을 방문하십시오 : http://www.decagon.com/products/soils/volumetric-water-content-sensors/ec-5-soil-moisture-small-area-of-influence/. 10분 간격으로 샘플링 빈도, 정확도는 ± 3% 및 Em50 데이터 로거를 사용하여 데이터 수집 |
| ECT 토양/공기 온도 센서 (19) | Decagon Devices Inc. Decagon.com | 40651 | 사양은 http://www.decagon.com/products/canopy-atmosphere/temperature/ect-air-temperature/ 를 참조하십시오. 10분 간격으로 샘플링 빈도, 정확도는 ± 0.5 &데그; C, 5 및 40 의 온도 내에서 측정; &데그; C, 그리고 Em50 데이터 로거 |
| EHT 상대 습도 및 온도 센서를 사용하여 데이터를 수집합니다 (5) | Decagon Devices Inc. | N/A | 정확도는 ± 상대 습도 5%에서 100% 사이 3%, Em50 데이터 로거를 사용하여 데이터를 수집합니다. 자세한 내용은 |
| decagon.com Em50 Data Logger (10) | Decagon Devices, Inc. Decagon.com | 40800 | http://www.decagon.com/products/data-management/data-loggers/em50-digital-analog-data-logger/ 를 참조하십시오. ECH2O 데카곤 장치는 ECT, EC-5, EHT 센서에서 데이터를 가져오며, 각 데이터 로거에는 5개의 센서 연결과 로거에서 USB로 컴퓨터 및 컴퓨터에 연결되는 com 포트가 있습니다 |
| Sartorius 체중계 (1) | Sartorius Corporation | 11209-95 | Sartorius 모델 11209-95, 범위 = 65 kg, 해상도 = ± 1 g |
| Infrared SalamandernCeramic Radiative Heater (1) | Mor Electric Heating Assoc., Inc. http://www.morelectricheating.com/ | FTE 500-240 | 5 히터 필요, 올바른 주변 / 자유 흐름 온도를 얻기 위해 조정 |
| 2104 온도 제어 시스템 (1) | Chromalox | 2104 | 히터 제어
|
| 적외선 온도 센서 레귤레이터 (1) | Exergen Corporation | N/A | 히터 온도 |
| [header] | |||
| 스테인리스 스틸 피토-정적 튜브 (1) | Dwyer Instruments, Inc. http://www.dwyer-inst.com/ | Series 160 | 자세한 내용은 http://www.dwyer-inst.com/Product/%20TestEquipment/PitotTubes/Series160 를 방문하십시오. 센서 샘플링 주파수는 10분마다 발생하며, 차압 트랜스듀서 및 풍속계에 연결해야 하며, 수집된 압력 데이터를 베르누이 방정식을 사용하여 승속으로 변환해야 합니다. |
| 1/2 인치 아크릴 (1) | Colorado Plastics http://www.coloradoplastics.com/ | N/A | 비열 1,464 제이 kg-1 K-1, 열전도율 0.2 여 m-1 K-1, 그리고 1,150 의 밀도; 킬로그램 m-3 |
| Galvanized Steel Ducting Material (1) | Home Depot | N/A | 풍동 건설에 사용된 재료, 원형 및 직사각형 덕트 모두 건설에 사용되었으며 정사각형 감속기 덕트를 사용하여 연결됨 |
| 인라인 덕트 팬에 연결된 가변 속도 컨트롤러 (1) | Suncourt, Inc. http://www.suncourt.com/ | VS200 | 직경 15.3cm 원형 덕트 |
| 와 직렬로 배치갈바나이즈드 스틸 댐퍼 (1) | Home Depot | N/A | 저속 데이터를 위한 풍동에서 속도를 제어/줄이는 데 사용됩니다 |
| Accusand #30/40 (1) | Unimin Corporation http://www.unimin.com/ | N/A | 이 모래는 실리카 모래이며 99.8%가 석영이며, 그 입자 모양은 둥글게 분류되며, 균일성 계수는 대략 1.2이며, 입자 밀도는 2.66 g/cm3. |
참고문헌
- Surface and Planetary Boundary Layer. Web. , Available from: http://www.esrl.noaa.gov/research/themes/pbl/ (2014).
- Verstraete, M. M., Schwartz, S. A. Desertification and global change. Vegetatio. 91, 3-13 (1991).
- Warren, A. Desertification. The Physical Geog....
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