Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Het verkennen van de gevolgen van atmosferische forcering bij verdamping: Experimentele Integratie van de atmosferische grenslaag en ondiepe ondergrond

8.7K weergaven

DOI:

10.3791/52704

8 juni 2015

In dit artikel

Samenvatting

Een protocol voor het ontwerp en de bouw van een bodem tank gekoppeld aan een kleine klimaat gecontroleerde windtunnel om de effecten van atmosferische forcering bij verdamping studie wordt gepresenteerd. Zowel de bodem tank en windtunnel worden geïnstrumenteerd met sensor technologie voor de continue in situ meten van milieu-omstandigheden.

Samenvatting

Verdamping wordt direct beïnvloed door de interacties tussen de atmosfeer, het landoppervlak en de bodem ondergronds. Dit werk heeft tot doel verdamping experimenteel te bestuderen onder verschillende oppervlaktegrensvoorwaarden om ons huidige begrip en karakterisering van dit multifase fenomeen te verbeteren, evenals om numerieke warmte- en massaoverdrachtstheorieën te valideren die Navier-Stokes-stroming in de atmosfeer koppelen aan Darciaanse stroming in poreuze media. Experimentele gegevens werden verzameld met behulp van een uniek grondtankapparaat dat is verbonden met een kleine klimaatgecontroleerde windtunnel. Het experimentele apparaat was uitgerust met een reeks state-of-the-art sensortechnologieën voor de continue en autonome verzameling van bodemvocht, thermische eigenschappen van de bodem, bodem- en luchttemperatuur, relatieve luchtvochtigheid en windsnelheid. Dit experimentele apparaat kan worden gebruikt om gegevens te genereren onder goed gecontroleerde randvoorwaarden, wat zorgt voor betere controle en het verzamelen van nauwkeurige gegevens op schaalniveaus die in het veld niet haalbaar zijn. Geïnduceerde luchtstroom bij verschillende windsnelheden over het bodemoppervlak resulteerde in uniek gedrag van warmte- en massaoverdracht tijdens de verschillende verdampingsstadia.

Inleiding

Inzicht in de wisselwerking tussen het land en de sfeer is van cruciaal belang voor ons begrip van veel van de huidige problemen in de wereld, zoals het lekken van geologisch-afgezonderd kooldioxide in de bodem, klimaatverandering, water- en voedselvoorziening, de nauwkeurige opsporing van landmijnen, en de sanering van het grondwater en bodem. Bovendien, de primaire uitwisseling van warmte en water dat globale en regionale meteorologische omstandigheden rijden optreden op het aardoppervlak. Veel weer en klimaat verschijnselen (bijv, orkanen, El Ni & # 241; o, droogte, enz.) Worden voornamelijk gedreven door processen die verband houden met de atmosferische-landoppervlak interacties 1. Aangezien meer dan de helft van het landoppervlak van de aarde is dorre of semi-aride 2-4, nauwkeurig beschrijven van de watercyclus in deze regio's op basis van warmte en water uitwisseling tussen de atmosferische lucht en het grondoppervlak is van cruciaal belang voor het verbeteren van ons begrip van de bovengenoemde kwesties,met name in gebieden kwetsbaar voor langere droogte en woestijnvorming. Echter, ondanks decennia van onderzoek, is er nog steeds vele kennislacunes in het huidige begrip van hoe de ondiepe ondergrond en de sfeer interactie 5.

Transportprocessen van vloeibaar water, waterdamp, en warmte in de bodem zijn dynamisch en sterk gekoppeld met betrekking tot interacties met de bodem en afgedwongen randvoorwaarden (dwz temperatuur, relatieve vochtigheid, thermische straling). Numerieke warmte en massa-overdracht modellen vaak te simpel of kijken uit op een aantal van deze complexiteit deels te wijten aan een gebrek aan het testen en verfijning van bestaande theorieën als gevolg van een gebrek aan hoge temporele en ruimtelijke resolutie data. Datasets ontwikkeld voor model validatie zijn vaak ontbreekt kritische atmosferische of ondergrond informatie om goed te testen de theorieën, wat resulteert in numerieke modellen die niet goed zijn goed voor important processen of afhangen van het gebruik van slecht begrepen parameters die veranderd wordt aangebracht in het model. Deze aanpak wordt algemeen gebruikt vanwege zijn eenvoud en gebruiksgemak en in sommige getoonde veel verdienste toepassingen. Echter, deze benadering worden verbeterd door een beter begrip van de fysica achter deze "discrete parameterizaties" door het uitvoeren van goed gecontroleerde experimenten onder wisselende omstandigheden die geschikt voor het testen warmte- en waterafvoer theorie 6 zijn.

Zorgvuldig experimenteren in het laboratorium maakt nauwkeurige datasets te genereren die vervolgens kunnen worden gebruikt om numerieke te valideren. Gegevens beschikbaar vanaf onderzoekslocaties vaak onvolledig en kostbaar te verkrijgen, en de mate van controle die nodig is om een ​​fundamenteel inzicht in de processen te verkrijgen en het genereren van gegevens voor modelvalidering kan onvoldoende worden geacht in sommige gevallen. Laboratorium experimenten van natuurverschijnselen zoals bodem verdamping toelaat atmosferische omstandigheden (dat wil zeggen, temperatuur, relatieve luchtvochtigheid, windsnelheid) en de bodemgesteldheid (dwz, bodemtype, porositeit, verpakking configuratie) worden zorgvuldig gecontroleerd. Veel laboratoriumtechnieken gebruikt om de bodem verdamping en bodem thermische en hydraulische eigenschappen te bestuderen gebruiken destructieve bemonstering 7-10. Destructieve bemonstering methoden vereisen dat een grondmonster worden uitgepakt punt gegevens te verkrijgen, waardoor de meting van voorbijgaande gedrag en het verstoren van de bodem fysische eigenschappen; Deze benadering introduceert fouten en onzekerheid data. Destructieve metingen, zoals de hier gepresenteerde methode, zorgen voor meer nauwkeurige bepaling en studie van de onderlinge afhankelijkheid van de bodemeigenschappen en processen 11.

Het doel van dit werk is om een ​​bodem tank apparatuur en bijbehorende protocol voor de generatie van hoge ruimtelijke en temporele resolutie van gegevens met betrekking tot de effecten van veranderingen in de atmosfeer en de ondergrond condities op het ontwikkelenkale bodem verdamping. Voor dit werk, is een kleine wind tunnel staat het handhaven van een constante windsnelheid en de temperatuur gekoppeld aan een bodem tank apparaat. De windtunnel en bodem tank worden geïnstrumenteerd met een suite van state of the art-sensor technologie voor autonome en continue dataverzameling. Windsnelheid wordt gemeten met een roestvrijstalen statische Pitot-buis verbonden aan een druktransducer. Temperatuur en relatieve vochtigheid worden bewaakt in de atmosfeer met gebruik van twee sensoren. Relatieve vochtigheid en temperatuur worden ook gecontroleerd op het bodemoppervlak. Sensoren in de ondergrond mate bodemvochtigheid en temperatuur. Gewicht metingen van de tank apparaten worden gebruikt om verdamping te bepalen door middel van een water massabalans. Om de toepasbaarheid van deze experimentele apparatuur en protocol te tonen, geven we een voorbeeld van een kale bodem verdamping onder wisselende wind snelheid. De bodem tank, homogeen verpakt met een goed gekarakteriseerde zand, was aanvankelijk volledig saonverzadigde en vrijelijk onder zorgvuldig gecontroleerde atmosferische omstandigheden verdampen (temperatuur, windsnelheid).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Opmerking: Laboratoriumonderzoek wordt uitgevoerd met behulp van een twee-dimensionale bench schaal tank gekoppeld aan een klimaat gecontroleerde windtunnel apparaat. Zowel de bank schaal tank en windtunnel worden geïnstrumenteerd met diverse sensor technologieën. Het volgende protocol zal eerst ingaan op de bouw en de voorbereiding van de bodem tank, gevolgd door een bespreking van de windtunnel en de instrumentatie van beide. De tank afmetingen, windtunnel afmetingen, aantal sensoren en sensor technologie type gepresenteerd kan worden aangepast aan de behoeften van een specifieke experimentele set-up aan te passen. De onderstaande protocol werd gebruikt voor experimenteel onderzoek naar de effecten van de windsnelheid op de blote-bodem verdamping.

1. Bouw en Voorbereiding van de poreuze media Soil Tank

  1. Knip een groot stuk van 1,2 cm dik acrylglas in vijf afzonderlijke ruiten. Monteer deze ruiten in een open-bedekte bodem tank met inwendige lengte, breedte en hoogte van 25, 9,1 en 55 cm, respectief. Acrylglas maakt processen in de ondergrond visueel te worden nageleefd.
  2. Teken een 5 x 5 raster dat is 25 cm bij 25 cm op elk van de twee grote glasplaten (lengte 25 cm en hoogte 55 cm) zoals getoond in figuur 1. Controleer elk veld in het raster heeft een oppervlakte van 25 cm 2 (Figuur 1). Het raster wordt gebruikt om goed ruimte de sensors in de bodem tank.

figure-protocol-1
Figuur 1: Schematische voorzijde en zijkant uitzicht van de bodem tank wordt gebruikt voor de experimentele set-up (afmetingen zijn in centimeters) (a) Het vooraanzicht van de bodem tank weergeven van de grid-systeem dat bestaat uit vijfentwintig 5 cm x 5 cm. pleinen. (B) Het zijaanzicht van de bodem tank, waarin de geïnstalleerde temperatuur, relatieve vochtigheid en bodemvochtsensor netwerk als functie van de diepte. Merk op dat de schema's niet op schaal getekend.

  1. Op een van de grote glasvlakken, boor totaal vijfentwintig 1,9 cm (¾ inch) diameter gaten voor bodemvochtsensoren.
    1. Boor elk gat in het centrum van elke vierkante in de in stap 1.2 vastgesteld, zodat de centra van de gaten van twee aangrenzende pleinen zijn 5 cm van elkaar net; de eerste set gaten is 2,5 cm onder de top van de tank. Gebruik de juiste maat kranen om discussies snijden in elk van de nieuw gecreëerde gaten. De 5 cm afstand tussen de sensoren, zodat elke sensor buiten het bemonsteringsvolume van de naaste sensor.
  2. Ook boren en tik op een totaal van vijfentwintig 0,635 cm (¼ inch) diameter gaten in het midden van elke raster doos gemaakt tijdens stap 1.2. Zorg ervoor dat het midden van elk gat afstand 5 cm uit elkaar met de eerste rij gaten op 2,5 cm onder de bovenkant van de bodem tank. De 5 cm afstand tussen sensoren zorgt ervoor dat elke sensor is buiten het bemonsteringsvolume van de naaste sensor.
  3. Op acryl paneel als de bodem van de tank, boor en tik één ½ inch diameter opening in het midden van het paneel. Lijm een ​​gaas (fijner dan de test gronden te gebruiken) over het gat aan de binnenkant van het glas. Aan de buitenzijde van de bodem vliegtuig, het installeren van een 90 ° elleboog die op flexibele slang verbonden is met een verstelbare klep. Deze klep en slangen wordt gebruikt om water uit het reservoir bij de beëindiging van een experiment of als een manier om constante hoofd apparaten installeren voor het handhaven van een constante water tafel diepte.
  4. Gebruik waterbestendige lijm of soortgelijke waterbestendig polymeer hechtmiddel te bevestigen en afdichten van de tank samen als getoond in figuur 1. Laat het uitharden een dag.
  5. Om de tank te verhogen van de grond en ruimte te maken voor de 90 ° bocht (figuur 1), bevestigen twee extra stukken van 1,2 cm dik acrylglas met length 12 cm en hoogte van 5 cm op de bodem van de tank.

2. Bouw en voorbereiding van klimaat gecontroleerde Wind Tunnel

  1. Construct de 215 cm lange stroomopwaartse gedeelte van de windtunnel van rechthoekige gegalvaniseerde stalen leidingen materiaal dat een breedte van 8,5 cm en een hoogte van 26 cm heeft. Rond de buitenzijde van het kanaal met polystyreen isolatie.
  2. Boor een gat in de zijkant van het luchtkanaal nabij de stroomafwaartse uitgang van het stroomopwaartse gedeelte van de windtunnel voor het inbrengen van een relatieve vochtigheid temperatuursensor (figuur 2).

figure-protocol-2
Figuur 2:. Compleet experimentele set-up, met inbegrip van de tank, leidingen, sensoren rooster (afmetingen zijn in centimeters) Voltooi experimentele opzet van de gecombineerde windtunnel en bodem-tank apparaat. De windtunnel isverhoogde en zit gelijk met het oppervlak van de bodem tank. De bodem tank is geïnstrumenteerd met een netwerk van sensoren gebruikt om een ​​verscheidenheid van ondergrondse en atmosferische variabelen te meten. Het raster cirkels stellen de locaties voor het invoegen van deze sensoren. Verwarmingsinrichting controlesysteem en een in-line kanaalventilator worden gebruikt om de temperatuur en windsnelheid regelen, respectievelijk. De pitot-statische buis wordt gebruikt om de windsnelheid te meten. De gehele inrichting zit op een weging schaal om een ​​massabalans tijdens experimenten te verkrijgen. Merk op dat het schema niet op schaal getekend.

  1. Installeer vijf keramische infrarood verwarmingselementen geplaatst in parallel binnen een reflector langs de lengte van het stroomopwaartse deel van de windtunnel. Sluit de infrarood verwarmingselementen tot een temperatuur controlesysteem geregeld door een infrarood temperatuursensor.
  2. Construct het middelste gedeelte van de windtunnel van de twee 1,2 cm dik acryl panelen met respectievelijk een lengte en hoogte van 25 cm en 26 cm.Boor twee van 0,635 cm (¼ inch) diameter gaten in een van de middensectie panels temperatuur en / of relatieve vochtigheid-temperatuursensoren voegen op de in figuur 2 plaatsen.
    1. Bevestig de acrylplaten naar de top van de bodem tank zijwanden (dwz panelen met afmetingen 25 cm x 55 cm) onder toepassing van een sterk hechtende tape, zodat de windtunnel en bodem tankpanelen zitten vlak tegen elkaar.
  3. Construct de eerste 50 cm van de benedenstroomse deel van de windtunnel van dezelfde grootte rechthoekige leidingen materiaal in stap 2.1. Op de afsluitende kant, het verminderen van de rechthoekige leidingen materiaal om een ​​15.3 cm diameter rond kanaal met een lengte van 170 cm. Installeer een gegalvaniseerd stalen demper, gebruikt om windsnelheden aan te passen, aan de andere stroomafwaartse einde van de ronde buis voor de steun in de windsnelheid controle.
  4. Zoals in stap 2,2, boor een 0,635 cm diameter opening in de zijkant van de stroomafwaartse rechthoekig kanaal bij de ingang van deinbrengen van een relatieve vochtigheid temperatuursensor. Boor een tweede 0,635 cm diameter opening van de bovenkant van het rechthoekige kanaal langs de hartlijn van de windtunnel.
  5. Installeer een in-line duct ventilator in het midden van de ronde buis (dat wil zeggen 85 cm stroomafwaarts van vermindering van stap 2.4 beschreven) georiënteerd lucht uit het benedendeel van de windtunnel. Interface van de ventilator met een variabele snelheid controller voor meer nauwkeurige controle van de rotatie frequentie en als gevolg windsnelheid.
  6. Gebruik weldment materiaal en verstelbare rekken te verheffen en zet de windtunnel apparaat. Zorg ervoor dat de onderkant van de stroomopwaartse en stroomafwaartse kanalen gelijk met de bovenzijde van de bodem tank (figuur 2).

3. Installatie van de sensoren

  1. Voorafgaand aan de installatie binnen de bodem tank, veilig elke bodemvocht en temperatuursensor binnen een schroefdraad NPT behuizing (1,9 cm en 0,635 cm behuizingen, respectievelijk) en SEal met knipperende kit vocht inbraak te voorkomen. Gebruik geen siliconen gebaseerde kit producten als ze kunnen interfereren met de elektronica in een aantal sensoren. Hard de sensoren voor ongeveer een week.
  2. Voor de montage in de bodem tank Kalibreer de bodemvochtsensoren overeenkomstig de twee point-α mixing methode van Sakaki et al. 12.
  3. Wikkel de draden van elke NPT behuizing met loodgieters tape voor de installatie in de tank om te helpen een betere afdichting tussen de NPV-threading en acryl glas.
  4. Installeer totaal 25 bodemvochtigheid en temperatuursensoren elk horizontaal door de wanden van de tank op de locaties beschreven in stap 1.2. Draai de sensor kabels in sync met de NPT fitting / behuizing zo niet de interne bedrading binnen de kabels beschadigen. Niet op torsie de NPTs om te voorkomen dat het glas scheuren. Sluit de bodemvochtsensoren en temperatuursensoren aan hun aangewezen dataloggers.
  5. Installeer 3 relatieve vochtigheid-temperatuursensoren op het bodemoppervlak op afstanden van 2,5, 12,5 en 21,5 cm van het voorste uiteinde van de tank. Plaats de sensoren in goed contact met het grondoppervlak, zodat de relatieve vochtigheid tijdens de voorwaarden op het bodemoppervlak dan de omringende lucht. Sluit de sensoren aan dataloggers.
  6. Om de vereiste temperatuur en relatieve vochtigheid gemeten in de atmosfeer te verkrijgen, installeer relatieve vochtigheid temperatuursensoren in de vrije stroom deel van de windtunnel in de openingen geboord door de stroomopwaartse en stroomafwaartse delen van de windtunnel en de panelen.
  7. Installeer een pitot-static tube direct stroomafwaarts van de tank door de bodem 0,635 cm gat boven het benedenstroomse windtunnel sectie. Houd de pitot-statische buis bij een hoogte van 13 cm vanaf de vloer van de sectie. Sluit de pitot-statische buis naar een drukverschiltransductor.
  8. Calibrate de drukverschiltransductor. De statische Pitot-buis maatregelen dynamische druk die wordt gedefinieerd als het verschil van de stagnatie en statische druk. Het drukverschil wordt geïnterpreteerd door de druksensor een spanningsverschil.
    1. Meet de spanning onder geen stroomomstandigheden (spanning moet ongeveer gelijk zijn aan 0 zijn) en voor stroming van een bekende dynamische druk; Dit kan een lineaire relatie worden gelegd tussen dynamische druk en spanning. Bepaal windsnelheid door het toepassen van Bernoulli's vergelijking:
      figure-protocol-3 (1)
      waarbij V (m / sec) is windsnelheid, dynamisch P (Pa) is dynamische druk en ρ (kg / m3) is de dichtheid van de lucht.
    2. Vergelijk de snelheid berekend met behulp van vergelijking (1) met een ander meetapparaat. Hier, vergelijken de pitot-statische buis drukverschil transducer met Laser Doppler Velocimetry (LDV) metingen, die een nauwkeurigheid van ± 0.01 m / sec heeft.
      Opmerking: Een samenvatting van sensoren in dienst en de bijbehorende bemonsteringsfrequenties kan worden gevonden in tabel 1 Voor sensor specificaties en andere informatie, zie de bijgevoegde materialen / apparatuur lijst..
Sensor Sensor Metingen Aantal sensoren Werkzaam in experimentele apparatuur Sensor Sampling Frequency (min)
EC-5 Bodemvocht 25 10
ECT Bodem / luchttemperatuur 25 10
SH-1 Thermische eigenschappen 1 10
EHT Relatieve vochtigheid / temperatuur 5 10
Infraroodcamera Oppervlaktetemperatuur / verdamping 1 1
Digitale camera Visualisatie van het drogen van de voorzijde 1 60
Pitot statische buis Windsnelheid 1 10
Weging schaal Cumulatief verdamping / verdamping 1 10

Tabel 1: Samenvatting van de sensoren die worden gebruikt in de experimentele deel van dit onderzoek.

4. Verpak de Soil Tank en Bereid je voor op de start van het experiment

  1. Voorafgaand aan het verpakken van de tank met bodem, testen zijn integriteit door het uitvoeren van een lektest. Vul de tank met water en wacht 4-6 uur zodat er geen lekken in de structuur of sensoren ontwikkeld.
    1. Als er lekkage ontwikkelen, afvoer van de tank, laat het 's nachts droog en bevestig de lekken met hetzelfde mArine lijm gebruikt tijdens de originele constructie. Als er geen lekken ontwikkelen, afvoer van de bodem tank en voor te bereiden op de volgende stappen.
  2. Bepaal het totale volume van de tank met sensoren voortdurend. Vul voorzichtig de tank met water met behulp van een maatcilinder, en zorg ervoor dat de hoeveelheid water toegevoegd te nemen. Zet de opgenomen totale volume kubieke centimeters voor toepassing in trap 4.5.
  3. Verkrijgen droge bodem op de bodem tank te pakken. Karakteriseren de hydraulische en thermische eigenschappen van de geselecteerde bodem onderverdeeld volgens de werkwijzen beschreven in Smits et al. 11
  4. Zorgvuldig nat pak de bodem tank met behulp van bodem en gedemineraliseerd water.
    1. Nat-pack de bodem tank, eerst giet ongeveer 5 cm water in de tank. Voeg langzaam droge grond om het water in de tank met behulp van een lepel, in stappen van 2,5 cm diep. Noteer het gewicht van het zand toegevoegd tijdens elke lift zodat de porositeit van de grond verpakking kan worden berekend.
    2. Na voltooiingvan elke laag, tik herhaaldelijk op de wanden van de tank met een rubberen hamer, 100-200 keer, om een ​​uniforme dichtheid heel verkrijgen. Terwijl tikken, vermijd contact met de sensoren en sensor draden. Het gebruik van vibrerende inrichtingen moet worden vermeden om te voorkomen dat het netwerk van gevoelige sensoren beschadigen.
  5. Na voltooiing van het verpakken van de tank, Som samen de gewichten van elke grondlaag (zie stap 4.4) aan de totale grondmassa krijgen. Verdeel de totale massa van het stortgewicht van grond (het stortgewicht kwartszand is 2,65 g / cm 3) om het volume van het zand te bepalen (Vs, cm 3). Bereken de porositeit (η, m 3 / m 3) van de bodem in de tank op:
    figure-protocol-4 (2)
    waarbij (V T, m 3) is het totale volume van de tank bepaald in stap 4.2.
  6. Wanneer de tank volledig is verpakt, een plastic afdekking zoals Saran Wrap via tank totdat het experiment klaar is om te beginnen met het ontstaan ​​van verdamping te voorkomen.
  7. Plaats de tank op een weging schaal om cumulatief verlies van water die op hun beurt kunnen worden gebruikt om de verdamping te berekenen bewaken.
  8. Bereken de hourly verdampingssnelheid van het uur- gewichtsverlies te delen door het product van de dichtheid van water en het dwarsdoorsnedeoppervlak van het verdampende oppervlak.

5. Start het Experiment en Begin Data Collection

  1. Zodra de set-up is voltooid, bepalen de gewenste atmosferische condities (temperatuur, windsnelheid). Zorg ervoor dat de dataloggers en andere data acquisitie systemen zijn ingeschakeld en op de juiste sampling intervallen (bijvoorbeeld elke 10 minuten).
  2. Start de ventilator en temperatuurregelsysteem. Laat de klimaatomstandigheden in evenwicht alvorens de plastic afdekking op het oppervlak van de solietank. Voer het experiment voor de gewenste lengte van de tijd (bijvoorbeeld 15 dagen).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Het doel van het experiment hier gepresenteerde was om het effect van de windsnelheid bij verdamping van kale grond bestuderen. Belangrijke eigenschappen van de test grond gebruikt in de onderhavige studie zijn samengevat in Tabel 2. Een reeks experimenten uitgevoerd waarbij verschillende randvoorwaarden aan het bodemoppervlak (bijvoorbeeld, windsnelheid en temperatuur) werden toegepast (tabel 3). Hoewel vier experimenten bij verschillende windsnelheden en temperaturen uitgevoe...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Het doel van dit protocol werd een experimentele inrichting en bijbehorende procedures voor het genereren van hoge ruimtelijke en temporele resolutie gegevens voor het bestuderen land-atmosfeer interacties met betrekking tot warmte en massaoverdracht processen. De experimentele apparatuur beschreven bestond uit een bodem tank en een windtunnel, die beide uitgerust met een reeks sensoren voor het meten van relevante bodem en atmosferische variabelen (bijvoorbeeld windsnelheid, relatieve vochtigheid, bodem en luc...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.

Dankbetuigingen

Dit onderzoek werd gefinancierd door het Amerikaanse leger Bureau Onderzoek Award W911NF-04-1-0169, de Engineering Research and Development Center (ERDC) en de National Science Foundation subsidie ​​EAR-1.029.069. Bovendien werd dit onderzoek ondersteund door een zomerprogramma's in Undergraduate Research verlenen van Colorado School of Mines. De auteurs willen Ryan Tolene en Paul Schulte bedanken voor hun bijdragen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
ECH2O EC-5 Soil Moisture Sensor (25)Decagon Devices Inc. Decagon.com40593Voor specifieke gegevens gaat u naar: http://www.decagon.com/products/soils/volumetric-water-content-sensors/ec-5-soil-moisture-small-area-of-influence/. Bemonsteringsfrequentie op 10 minuten intervallen, nauwkeurigheid is ±3%, en verzamel gegevens met behulp van de Em50 dataloggers
ECT Soil/Air Temperature Sensor (19)Decagon Devices Inc. Decagon.com40651Voor specificaties gaat u naar http://www.decagon.com/products/canopy-atmosphere/temperature/ect-air-temperature/. Bemonsteringsfrequentie op 10 min intervallen, nauwkeurigheid is ±0,5 ° C, Meet binnen een temperatuur van 5 en 40 ° C, en verzamel gegevens met behulp van de Em50 dataloggers
EHT Relative Humidity and Temperature Sensor (5)Decagon Devices Inc. Decagon.comN/ABemonsteringsfrequentie op 10 min intervallen, nauwkeurigheid is ±3% tussen 5% en 100% relatieve vochtigheid, en verzamel gegevens met behulp van Em50 dataloggers. Voor meer informatie gaat u naar decagon.com
Em50 Data Logger (10)Decagon Devices Inc. Decagon.com40800Voor specifieke gegevens gaat u naar http://www.decagon.com/products/data-management/data-loggers/em50-digital-analog-data-logger/. ECH2O decagon apparaten, haalt gegevens uit de ECT, EC-5 en EHT sensoren, en elke datalogger heeft 5 sensoraansluitingen en een com-poort die de logger verbindt met USB naar computer
Sartorius weegschaal (1)Sartorius Corporation11209-95Sartorius Model 11209-95, Bereik = 65 kg, Resolutie = ±1 g
Infrarood SalamandernCeramisch stralingsverwarmer (1)Mor Electric Heating Assoc., Inc. http://www.morelectricheating.com/FTE 500-2405 verwarmingen nodig, aanpassen om de juiste omgevings-/vrijstromingstemperatuur te krijgen
2104 Temperatuurregelsysteem (1)Chromalox2104Beheert de verwarmingen
 
 
 
 
 
Infrarood Temperatuur Sensor Regulator (1)Exergen CorporationN/ABewaakt de verwarmingstemperaturen
[header]
RVS Pitot-Static Tube (1)Dwyer Instruments, Inc. http://www.dwyer-inst.com/Serie 160Voor specifieke gegevens gaat u naar http://www.dwyer-inst.com/Product/ %20TestEquipment/PitotTubes/Series160. Sensorbemonsteringsfrequentie is elke 10 minuten, moet worden aangesloten op differentiële druktransducer en anemometer, en zet de verzamelde drukgegevens om in windsnelheden met behulp van Bernoulli's vergelijking.
1/2 inch Acryl (1)Colorado Plastics http://www.coloradoplastics.com/N/ASpecifieke warmte van 1.464 J kg-1 K-1, thermische geleidbaarheid van 0,2 W m-1 K-1, en een dichtheid van 1.150 kg m-3
Gegalvaniseerd stalen kanalen materiaal (1)Home DepotN/AMateriaal gebruikt om windtunnel te bouwen, en zowel ronde als rechthoekige kanalen werden gebruikt in de constructie en verbonden met behulp van vierkante-naar-ronde reducer kanaal
Controller met variabele snelheid aangesloten op een In-Line Duct Fan (1)Suncourt, Inc. http://www.suncourt.com/VS20015,3 cm in diameter Geplaatst in lijn met ronde leiding
Gegalvaniseerd stalen klep (1)Home DepotN/AGebruikt om snelheden in de windtunnel te regelen/verminderen voor laagsnelheidsgegevens
Accusand #30/40 (1)Unimin Corporation http://www.unimin.com/N/ADit zand is silica zand en is 99,8% kwarts, de korrelvorm is geclassificeerd als afgerond, de uniformiteitscoëfficiënt is ongeveer 1,2 en de korreldensiteit is 2,66 g/cm3.

Referenties

  1. Surface and Planetary Boundary Layer. Web. , Available from: http://www.esrl.noaa.gov/research/themes/pbl/ (2014).
  2. Verstraete, M. M., Schwartz, S. A. Desertification and global change. Vegetatio. 91, 3-13 (1991).
  3. Warren, A. Desertification. The Physical Geography of Africa. Adams, W. M., Goudie, A. S., Orme, A. R. , University Press. Oxford. 342-355 (1996).
  4. Katata, G., Nagai, H., Ueda, H., Agam, N., Berliner, P. R. Development of a land surface model including evaporation and adsorption processes in the soil for the land-air exchange in arid regions. J. Hydrometeorol. 8, 1307-1324 (2007).
  5. Davarzani, H., Smits, K. M., Tolene, R., Illangasekare, T. H. Study of the effect of wind speed on evaporation from soil through integrated modeling of atmospheric boundary layer and shallow subsurface. Water Resour. Res. 50, (2014).
  6. Heitman, J. L., Horton, R., Ren, T., Nassar, I. N., Davis, D. D. A test of coupled soil heat and water transfer prediction under transient boundary temperatures. Soil Sci. Soc. Am. J. 72 (5), 1197-1207 (2008).
  7. Gurr, C. G., Marshall, T. J., Hutton, J. T. Movement of water in soil due to a temperature gradient. Soil Sci. 74, 335-345 (1952).
  8. Nassar, I. N., Horton, R. Water transport in unsaturated non-isothermal salty soil: experimental results. Soil Sci. Soc. Am. J. 53, 1323-1363 (1989).
  9. Prunty, L., Horton, R. Steady-state Temperature Distribution in Nonisothermal unsaturated closed soil cells. Soil Sci. Soc. Am. J. 58, 1358-1363 (1994).
  10. Bachmann, J., Horton, R., Ren, T., van der Ploeg, R. R. Comparison of the thermal properties of four wettable and four water-repellent soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 65 (6), 1675-1679 (2001).
  11. Smits, K. M., Sakaki, T., Limsuwat, A., Illangasekare, T. H. Thermal conductivity of sands under varying moisture and porosity in drainage-wetting cycles. Vadose Zone J. 9, 1-9 (2010).
  12. Sakaki, T., Limsuwat, A., Smits, K. M., Illangasekare, T. H. Empirical two-point α-mixing Model for calibrating the ECH2O EC-5 soil sensor in sands. Water Resources Research. 44, W00D08(2008).
  13. Shokri, N., Lehmann, P., Or, D. Evaporation from layered porous media. J. Geophys. Res. 115, B06204(2010).
  14. Van Brakel, J. Mass transfer in convective drying. Advances in Drying. Mujumdar, A. S. 1, 217-267 (1980).
  15. Yiotis, A. G., Subos, A. G. B. oudouvisA. K., Tsimpanogiannis, I. N., Yortsos, Y. C. The effect of liquid films on the drying of porous media. AIChE J. 50, 2721-2737 (2004).
  16. Ishihara, Y., Shimojima, E., Harada, H. Water vapor transfer beneath bare soil where evaporation is influenced by a turbulent surface wind. J. Hydrol. 131 (1-4), 63-104 (1992).
  17. Lehmann, P., Assouline, S., Or, D. Characteristic lengths affecting evaporative drying of porous media. Phys. Rev. E. 77 (5 Pt 2), 056309(2008).
  18. Trautz, A. C., Smits, K. M., Schulte, P., Illangasekare, T. H. Sensible heat balance and heat-pulse method applicability to in situ soil-water evaporation. Vadose Zone J. 13, (2014).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

VerdampingsstudieBodemtankapparaatKlimaatgecontroleerde WindtunnelBodemvochtsensorenRandvoorwaardenWarmte en MassaoverdrachtValidatie van Numeriek ModelStroming in Poreuze Media