Yöntem makalesi

Buharlaşma Atmosferik zorlamalara Etkilerinin keşfetmek: Atmosferik Sınır Tabakası ve Sığ Yer altı Deneysel Entegrasyon

8.7K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/52704

⸱

8 Haziran 2015

 ,  , 
1Civil and Environmental Engineering, Colorado School of Mines

Bu makalede

Özet

Buharlaşma atmosferik zorlamalara etkilerini incelemek için küçük bir iklim kontrollü rüzgar tüneli arabirim toprak tankının tasarımı ve inşası için bir protokol sunulmuştur. Toprak tankı ve rüzgar tüneli Hem çevresel koşullar yerinde ölçümü sürekli için sensör teknolojileri ile Enstrümante edilir.

Özet

Buharlaşma, atmosfer, kara yüzeyi ve toprak altı arasındaki etkileşimlerden doğrudan etkilenir. Bu çalışma, bu çok fazlı fenomenin mevcut anlayışımızı ve karakterizasyonunu geliştirmek için çeşitli yüzey sınır koşulları altında buharlaşmayı deneysel olarak incelemenin yanı sıra, atmosferdeki Navier-Stokes akışını ve gözenekli ortamdaki Darcian akışını birleştiren sayısal ısı ve kütle transferi teorilerini doğrulamayı amaçlamaktadır. Deneysel veriler, küçük bir iklim kontrollü rüzgar tüneli ile arayüzlenmiş benzersiz bir toprak tankı aparatı kullanılarak toplanmıştır. Deney cihazı, toprak nemi, toprak termal özellikleri, toprak ve hava sıcaklığı, bağıl nem ve rüzgar hızının sürekli ve otonom olarak toplanması için bir dizi son teknoloji sensör teknolojisi ile donatıldı. Bu deneysel cihaz, iyi kontrol edilen sınır koşulları altında veri üretmek için kullanılabilir, bu da sahada mümkün olmayan ilgi ölçeklerinde daha iyi kontrol ve doğru verilerin toplanmasına olanak tanır. Toprak yüzeyi üzerinde birkaç farklı rüzgar hızında indüklenen hava akışı, farklı buharlaşma aşamaları sırasında benzersiz ısı ve kütle transferi davranışına neden oldu.

Giriş

Kara ve atmosfer arasındaki etkileşimi anlamak gibi toprakta jeolojik-sekestre karbondioksit sızıntı, iklim değişikliği, su ve gıda temini, kara mayınlarının doğru algılama gibi birçok güncel dünya sorunlarının anlayışımıza için her şeyden önemlidir ve yeraltı su iyileştirme ve toprak. Buna ek olarak, küresel ve bölgesel meteorolojik koşullar sürücü ısı ve su birincil borsaları Dünya'nın yüzeyinde meydana gelir. Esas atmosferik arazi yüzey etkileşimleri 1 ile ilişkili süreçler tarafından tahrik edilir; (o, kuraklık, vb gibi, kasırgalar, El Ni & # 241) Birçok hava ve iklim olayları. Yeryüzünde toprak yüzeyinin yarısından fazlasını kurak veya doğru atmosferik hava ve toprak yüzeyi arasındaki ısı ve su değişimi temelinde bu bölgelerde su döngüsünü anlatan 2-4 yarı kurak olduğu anlayışımızı geliştirmek için önemlidir Anılan hususlar,Özellikle uzun kuraklık ve çölleşmeye karşı hassas bölgelerde. Ancak, araştırma yıllardır rağmen, hala sığ yeraltı ve atmosfer 5. nasıl etkileşimde güncel anlayış birçok bilgi boşluklarını orada kalır.

Toprakta sıvı su, su buharı, ve ısı ile ilgili nakliye işlemleri dinamik ve güçlü bir toprak ile etkileşimleri ile ilgili olarak bağlanmış ve sınır koşullarını (örneğin, sıcaklık, bağıl nem, termik radyasyon) tarafından zorlanan bulunmaktadır. Sayısal ısı ve kütle transferi modelleri yaygın nedeni test ve yüksek zamansal ve uzaysal çözünürlüğü veri azlığı kaynaklanan mevcut teorilerin arıtma eksikliği kısmen basitleştirmek veya bu karmaşıklığı bir dizi bakmaktadır. Model doğrulama için geliştirilen veri setleri çoğu kez düzgün ithalat için hesap yok sayısal modellerde sonuçlanan düzgün teorileri test etmek için kritik atmosferik ya da yeraltı bilgileri eksik olankarınca işlemler veya düzeltilmiş veya modele takılmıştır tam olarak anlaşılamamıştır parametrelerin kullanılması bağlıdır. Bu yaklaşım yaygın nedeni kullanım sadeliği ve kullanım kolaylığı için kullanılan ve çok hak gösterilen bazı uygulamalarda vardır. Ancak, bu yaklaşım daha iyi test ısı ve su transferi teorisinin 6 yeteneğine sahip geçici koşullarda iyi kontrol deneyler bu "toplu parametrizasyonlara" arkasındaki fizik anlayarak üzerine geliştirilebilir.

Laboratuarda dikkatli deney hassas veri setleri, daha sonra, sayısal modelleri doğrulamak için kullanılabileceğini oluşturulmasına olanak sağlar. Alan sitelerinden edinilebilir veriler genellikle elde etmek için eksik ve pahalı, ve kontrol derecesi süreçlerinin temel bir anlayış elde etmek ve model doğrulama verileri, bazı durumlarda yetersiz düşünülebilir oluşturmak gerekiyordu. Böyle toprak buharlaşma gibi doğal olayların laboratuvar deneyleri atmos veriyorlimi koşullar (örneğin, sıcaklık, bağıl nem, rüzgar hızı) ve toprak koşullarına (örneğin, toprak tipi, gözeneklilik, yapılandırma ambalaj) dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi. Toprak buharlaşma ve toprak termik ve hidrolik özelliklerini incelemek için kullanılan birçok laboratuar teknikleri yıkıcı örnekleme 7-10 kullanın. Yıkıcı örnekleme yöntemleri bir toprak örneği geçici davranış ölçümü önlenmesi ve toprak fiziksel özellikleri bozarak, nokta verileri elde etmek için çözdükten gerektirir; Bu yaklaşım, veri hatası ve belirsizlik tanıttı. Zararsız ölçümler, burada sunulan yöntem gibi, zemin özelliklerinin karşılıklı bağımlılık daha doğru belirlenmesi ve çalışma için izin ve 11 işler.

Bu çalışmanın amacı, atmosferik değişiklikler ve yer altı koşulları etkilerine ilişkin yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlük verilerinin üretilmesi için bir zemin tankı aparatı ve ilgili protokol geliştirmekçıplak toprak buharlaşma. Bu iş için, sabit bir rüzgar hızı ve sıcaklığını muhafaza edebilen küçük bir rüzgar tüneli toprak tankı aparatı ile arabirim. rüzgar tüneli ve toprak tankı özerk ve sürekli veri toplama sanat sensör teknolojilerinin devlet paketi ile Enstrümante edilir. Rüzgar hızı, bir basınç transdüktörüne bağlı bir paslanmaz çelik pitot-statik tüpü kullanılarak ölçülür. Sıcaklık ve bağıl nem sensörleri iki tip kullanarak atmosferde izlenir. Bağıl nem ve ısı arasındaki denge, toprak yüzeyinde izlenir. Yeraltı ölçmek toprak nem ve sıcaklık sensörleri. Tank cihazının ağırlığı ölçümleri su kütlesi dengesi ile buharlaşma belirlemek için kullanılır. Bu deneysel cihaz ve protokol uygulanabilirliğini göstermek için, değişen rüzgar hızı koşullarında çıplak toprak buharlaşma bir örnek sunuyoruz. iyi karakterize kum ile homojen dolu toprak tankı, başlangıçta tamamen sa oldu(yani sıcaklık, rüzgar hızı) turated ve dikkatle kontrol edilen atmosferik şartlar altında serbestçe buharlaşmasına izin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Not: Laboratuvar testleri iklim kontrollü rüzgar tüneli aparatı ile arabirim iki boyutlu tezgah ölçekli tankı kullanılarak yapılır. Tezgah ölçekli tankı ve rüzgar tüneli Hem çeşitli sensör teknolojileri ile Enstrümante edilir. Aşağıdaki protokol ilk rüzgar tünelinin bir tartışma ve hem enstrümantasyon ardından inşaat ve toprak tankı hazırlanması, tartışacağız. sunulan tankı boyutları, rüzgar tüneli boyutları, sensörler sayısı ve sensör teknolojisi türü, belirli bir deneysel set-up ihtiyaçlarına göre değiştirilebilir. Aşağıda sunulan protokol deneysel çıplak toprak buharlaşma rüzgar hızı etkilerini incelemek için kullanılmıştır.

1. İnşaat ve Gözenekli Ortam Toprak Tank hazırlanması

  1. Beş ayrı bölmeye 1.2 cm kalınlığında akrilik cam büyük bir parça kesin. İç uzunluk, genişlik ve 25 yüksekliği, 9.1 ve 55 cm, solunum ile üstü açık bir toprak tankına bu bölmeleri birleştirinectively. Akrilik cam yeraltında işlemler görsel olarak gözlemlenmiştir sağlar.
  2. . Şekil 1'de gösterildiği gibi iki büyük cam bölmeleri (uzunluk 25 cm ve yüksekliği 55 cm) her birine 25 cm 25 cm olan bir 5 x 5 ızgara çizmek ızgara içinde her kare 25 cm 2 lik bir alana sahip olduğundan emin olun (Şekil 1). Izgara toprak tankı içinde düzgün uzay sensörleri için kullanılacaktır.

figure-protocol-1
Şekil 1: Deney set-up (boyutlar santimetre olan) için kullanılan toprak tankı şematik ön ve yan görünümleri (a) yirmi beş 5 cm x 5 cm oluşan ızgara sistemini görüntüleyen toprak tankının ön görünümü. kareler. (B) toprak tankının yandan görünüşüdür, bir fonksiyon olarak monte sıcaklık, bağıl nem ve toprak nem sensörü ağını gösterenderinlik tion. Şemadaki ölçekli çizilmiş unutmayın.

  1. Büyük cam uçaklardan birinde, yirmi beş 1.9 cm (¾ inç) toprak nem sensörleri çaplı deliklerin toplam matkap.
    1. İki bitişik kareler delik merkezleri 5 cm arayla böylece adım 1.2 kurulan ızgara her karenin merkezinde her delik delin; deliklerin ilk seti, tankın üst altında 2.5 cm'dir. Yeni oluşturulan deliklerin her birine Konuları kesmek için uygun boyutta muslukları kullanın. Sensörler arasındaki 5 cm boşluk her sensör sonraki en yakın sensör örnekleme hacminin dışında olmasını sağlar.
  2. Benzer şekilde, matkap ve Adım 1.2 sırasında oluşturulan her grid kutunun merkezinde yirmi beş 0.635 cm (¼ inç) çapında delik toplam dokunun. Her deliğin merkezi 2,5 cm toprak tankın üst altında bulunan deliklerin ilk satır ile 5 cm aralıklı olduğundan emin olun. Sensörler arasındaki 5 cm boşluk her s sağlarensor sonraki en yakın sensör örnekleme hacminin dışında.
  3. Ve tank, matkap alt olarak kullanılan akrilik bölmesinde bölmesinin ortasında tek ½ inç çapında delik dokunun. Camın iç tarafında delik üzerine (kullanılacak test topraklarda daha daha ince) bir örgü ekranı Tutkal. Taban düzleminin dış tarafında, bir ayarlanabilir valf ile esnek bir boruya bağlı olan 90 ° 'lik bir dirsek gerekmektedir. Bu vana ve boru bir denemenin sona ermesi ya da sabit su tablası derinlikleri korumak için sürekli kafa aygıtları yüklemek için bir yol olarak tanktan suyu tahliye etmek için kullanılır.
  4. . Denizci türü tutkal ya da eklemek ve Şekil 1'de gösterildiği gibi birlikte tankı mühür benzeri su geçirmez polimer yapışkan kullanın yapışkan bir gün boyunca tedavi etmek için izin verin.
  5. Lengt 1.2 cm kalınlığında akrilik cam iki ek parçaları takmak, zeminin kapalı tankı yükseltmek ve 90 ° dirsek oda (Şekil 1) yapmak içintankın tabanına saat 12 cm, yükseklik 5 cm.

2. İnşaat ve İklim Kontrollü Rüzgar Tüneli hazırlanması

  1. 8.5 cm genişliğinde ve 26 cm yüksekliğe sahip dikdörtgen galvanizli çelik kanal malzemeden rüzgar tünelinin 215 cm uzunluğunda üst kısmını oluşturun. Polistiren izolasyonlu kanal dışında Surround.
  2. Bir nispi nem sıcaklık sensörünün yerleştirilmesi için rüzgar tünelinin yukan bölümünün alt baş çıkışına yakın kanal işlerinin tarafında küçük bir delik delin (Şekil 2).

figure-protocol-2
Şekil 2:. Tankı, havalandırma kanalları, sensörler ızgara (boyutlar santimetre olan) da dahil olmak üzere komple deney set-up, kombine rüzgar tüneli ve toprak-tank aygıtının deney düzeneği yukarı tamamlayın. rüzgar tüneli olanyükseltilmiş ve toprak tankın yüzeyi ile aynı hizada durur. Toprak tankı yeraltı ve atmosferik değişkenlerin çeşitli ölçmek için kullanılan sensör ağı ile Enstrümante edilir. Izgara çevreler bu sensörlerin takılması için yerleri temsil ederler. Bir ısıtma kontrol sistemi ve bir in-line kanal fanı, sırasıyla, sıcaklık ve rüzgar hızını kontrol etmek için kullanılır. Pitot-statik tüpü rüzgar hızını ölçmek için kullanılır. Tüm cihaz deney sırasında bir kütle dengesi elde etmek için bir ağırlık ölçekte oturur. Şema ölçekli biçimde çizilmiş çizilmemiştir dikkat edin.

  1. Rüzgar tünelinin yukan bölümünün uzunluğu boyunca bir reflektör dahilinde gruplar halinde paralel olarak yerleştirilmiş olan beş tane seramik kızılötesi ısıtma elemanları takın. Kızılötesi sıcaklık sensörüyle düzenlenen bir ısı kontrol sistemi ile kızıl ötesi ısıtma elemanları bağlayın.
  2. Sırasıyla 25 cm ve 26 cm arasında bir uzunluğa ve yüksekliğe sahip iki 1.2 cm kalınlığında akrilik panel üzerinden rüzgar tünelinin orta bölümü oluşturmak.Şekil 2'de gösterilen yerle sıcaklık ve / veya bağıl nem sıcaklık sensörleri eklemek için orta bölüm, panellerin birinde iki 0,635 cm (¼ inç) çaplı delik delin.
    1. Toprak tankı yan duvarların üstüne akrilik panelleri sabitleyin (yani boyutlar 25 cm x 55 cm paneller), güçlü bir yapışkan bant kullanılarak rüzgar tüneli ve toprak deposu panelleri birbirine aynı hizada oturup sağlamak.
  3. Aşama 2.1'de tarif edilen aynı boyutta dikdörtgen kanal malzemeden rüzgar tünelinin akış aşağı kısmının ilk 50 cm Construct. Sonlandırma tarafında, 170 cm uzunluğunda bir 15.3 cm çapında yuvarlak kanala dikdörtgen ducting malzemeyi azaltır. Bir galvanizli çelik damperi yükleyin, rüzgar hızı kontrolü yardım yuvarlak kanalının kadar aşağı ucunda, rüzgar hızlarını ayarlamak için kullanılır.
  4. Adım 2.2 olduğu gibi, için girişine yakın aşağı dikdörtgen kanalın yan bir 0.635 cm çapında delikbir nispi nem sıcaklık sensörünün yerleştirilmesi. Rüzgar tünelinin merkez çizgisi boyunca dikdörtgen kanal üstten ikinci 0.635 cm çapında bir delik delin.
  5. Yuvarlak kanal ortasında bir in-line kanal fanı takın (yani Aşama 2.4 açıklanan azaltma aşağı 85 cm) odaklı rüzgar tüneli aşağı kısmından havayı dışarı atmak için. Dönme frekansı daha hassas kontrol ve sonuç rüzgar hızı gibi değişken hız kontrolörü ile fan Arabirim.
  6. Yükseltmek ve rüzgar tüneli aparatı sabitlemek için kaynaklanmasına malzeme ve ayarlanabilir raf üniteleri kullanın. Memba ve mansap ductwork alt toprak tankı (Şekil 2) üst ile aynı hizada olduğundan emin olun.

Sensörler 3. Kurulum

  1. Toprak tankın içindeki kurulum öncesinde, dişli NPT yuva içinde her toprak nemi ve sıcaklık sensörü sabitleyin (1.9 cm ve 0.635 cm sırasıyla gövdeleri,) ve seYanıp sönen dolgu ile al nem saldırı önlemek için. Bazı sensörler içinde elektronik müdahale gibi silikon bazlı mastik ürünleri kullanmayın. Yaklaşık bir hafta için sensörler Cure.
  2. Önceki toprak tankında yükleme, Sakaki ve ark., 12 tarafından geliştirilen iki noktası α karıştırma metoda uygun olarak toprak nem sensörleri kalibre edin.
  3. NPT parçacığı ve akrilik cam arasında daha iyi bir sızdırmazlık sağlamak yardımcı olmak için depodaki kurulum öncesinde tesisatçılar bant ile her NPT konut konuları sarın.
  4. Yatay Adım 1.2 tartışılan yerlerde tankın duvarları üzerinden 25 toprak nem ve sıcaklık sensörleri her toplam yükleyin. Kabloların içindeki iç tesisatına zarar etmeyecek şekilde NPT uydurma / konut ile senkronize sensör kablolarını çevirin. Aşırı-tork NBTS çatlamasını önlemek camı etmeyin kadar. Onların belirlenen verilere toprak nem sensörleri ve sıcaklık sensörleri bağlayınlogger.
  5. Tankın ön kenarından 2.5, 12.5 ve 21.5 cm mesafelerde toprak yüzeyinde 3 bağıl nem-sıcaklık sensörleri takın. Bağıl nem değerleri toprak yüzeyine yerine çevredeki havada koşullarını yansıtacak şekilde toprak yüzeyi ile iyi temas sensörleri yerleştirin. Veri kaydedicileri için sensörler bağlayın.
  6. Atmosferdeki gerekli hava sıcaklığı ve bağıl nem ölçümleri elde etmek için, rüzgar tüneli memba ve mansap bölümlerinde yanı sıra paneller aracılığıyla delinmiş delikleri kullanarak, rüzgar tünelinin serbest akış bölümünde bağıl nem-sıcaklık sensörleri yükleyin.
  7. Aşağı rüzgar tüneli bölümünün üst delinmiş 0.635 cm delikten toprak tankının doğrudan aşağı bir pitot-statik tüpü takın. Bölümün zeminden 13 cm bir yükseklikte en pitot-statik tüp tutun. Diferansiyel basınç dönüştürücü için pitot-statik tüpü takın.
  8. KALİBRdiferansiyel basınç sensörü e. durgunluk ve statik basınçlar farkı olarak tanımlanan pitot-statik tüpü ölçer dinamik basınç. basınç farkı, bir gerilim farkı olarak basınç dönüştürücü tarafından yorumlanır.
    1. Akış koşulları altında gerilim (voltaj 0 yaklaşık olarak eşit olmalıdır) ve bilinen bir dinamik basınç akışı ölçün; Bu doğrusal ilişki dinamik basıncı ve gerilim arasında kurulacak sağlar. Bernoulli denklemini uygulayarak rüzgar hızı belirleyin:
      figure-protocol-3 (1)
      V (m / sn) rüzgar hızı, P dinamik (Pa) dinamik basınç ve ρ (kg / m 3) olduğu havanın yoğunluğudur.
    2. (1) Başka bir ölçüm cihazı ile birlikte Denklemi kullanılarak hesaplanan hız karşılaştırın. Burada, pitot-statik tüpü fark basınç tra karşılaştırmakLazer Doppler (LDV) ± 0.01 m / sn bir doğruluk vardır ölçümlerle nsducer.
      Istihdam sensörler ve bunların ilişkili örnekleme frekansları bir özeti Tablo 1'de bulunabilir sensör özelliklerine ve diğer bilgiler için kapalı malzemeler / ekipman listesine bakınız. Not.
Algılayıcı Sensör Ölçümleri Deneysel Cihazında istihdam Sensörler sayısı Sensör Örnekleme Frekansı (dk)
EC-5 Toprak nemi 25 10
ECT Toprak / hava sıcaklığı 25 10
SH-1 Termal özellikler 1 10
EHT Bağıl nem / sıcaklık 5 10
Kızılötesi kamera Yüzey sıcaklığı / buharlaşma 1 1
Dijital kamera Kurutma ön görselleştirme 1 60
Pitot statik tüpü Rüzgar hızı 1 10
Ağırlık ölçekli Toplu buharlaşma / buharlaşma oranı 1 10

Tablo 1: Bu çalışmada, deney kısmında kullanılan sensörlerin özeti.

4. Toprak Tank Paketi ve Deney Start hazırlayın

  1. Toprakla tankı ambalaj önce, bir kaçak testi uygulayarak bütünlüğünü test edin. Su ile doldurun ve yapı ya da sensörler hiçbir sızıntı geliştirdik emin olmak için 4-6 saat bekleyin.
    1. Sızıntı ortaya çıkarsa, tankı boşaltmak, bu gecede kurumasını bekleyin ve aynı m kullanarak kaçakları düzeltmeközgün inşaat sırasında kullanılan arine yapıştırıcı. Sızıntı ortaya çıkarsa, toprak deposunu boşaltmak ve aşağıdaki adımları hazırlamak.
  2. Yerinde sensörler ile tank toplam hacmi belirleyin. Dikkatle eklenen su miktarını kaydetmek için emin olun, bir dereceli silindir kullanarak su ile doldurunuz. Adım 4.5 kullanılmak üzere santimetre küp kaydedilen toplam hacmi dönüştürün.
  3. Toprak tankı paketi kuru toprağı edinin. Ayrıca Smits ve diğerleri açıklanan yöntemlere uygun olarak, seçilen toprak hidrolik ve termal özelliklerini karakterize. 11
  4. Dikkatle toprak ve deiyonize su kullanarak toprak tankı ıslak paketi.
    1. Toprak tankı ıslak-paketi, ilk olarak tankın içine su yaklaşık 5 cm dökün. Yavaş yavaş 2.5 cm derinliğinde artışlarla, bir kepçe kullanarak, depodaki suyun kuru toprak ekleyin. Toprak ambalaj gözenekliliği hesaplanabilir böylece her asansörün sırasında eklenen kum ağırlığını kaydedin.
    2. Bitmesi uzerineHer katmanın, art arda boyunca muntazam bir yığın yoğunluğu elde etmek, bir lastik tokmak, 100-200 kez kullanarak tankı duvarları dokunun. Dokunarak ederken, sensörler ve sensör telleri ile temastan kaçının. duyarlı sensörler ağa zarar vermemek için titreşim cihazların kullanımından kaçınılmalıdır.
  5. Her toprak tabakası ağırlıkları araya toplamak, tankı ambalaj tamamlanmasından sonra toprağın toplam kütlesi elde etmek için (Adım 4.4). Toprağın kütle yoğunluğu, toplam kitle bölün kum hacmini belirlemek (örneğin kuvars kumu kütle yoğunluğu 2.65 g / cm3 olan) (V s, cm3). Göre olan tankın toprağın gözeneklilik (η, m3 / m3) hesaplayın:
    figure-protocol-4 (2)
    nerede (V T, m 3) Adım 4.2 belirlenen boş tankın toplam hacmi olduğunu.
    6. gibi tankın üzerine saran wrap olarak plastik bir kapak yerleştirin.
  6. Sırayla buharlaşma oranını hesaplamak için kullanılabilir kümülatif su kaybını izlemek için bir ağırlık ölçekte tankı yerleştirin.
  7. Suyun yoğunluğuna ve buharlaştınlır yüzeyinin enine kesit alanının ürünün saat kilo kaybı bölünmesiyle saat buharlaşma oranı hesaplanır.

5. Deney başlatın ve Veri Toplama başlayın

  1. Set-up tamamlandıktan sonra, istenilen atmosferik koşullar (örneğin sıcaklık, rüzgar hızı) belirler. Veri kaydedicileri ve diğer veri toplama sistemleri doğru örnekleme aralıkları (örneğin, her 10 dakika) açık ve ayarlanmış olduğundan emin olun.
  2. Fan ve sıcaklık kontrol sistemini başlatın. İklim koşullarının s yüzeyinde plastik kapağı çıkarmadan önce dengelenmeye izin verbenzin deposu. Istenilen süre (örneğin, 15 gün) deney çalıştırın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Burada sunulan deneyin amacı çıplak topraktan buharlaşma rüzgar hızının etkisini incelemek amaçlanmıştır. Bu çalışmada kullanılan deney toprak temel özellikleri Tablo 2 'de özetlenmiştir. Bir dizi deney içinde toprak yüzeyine (yani, rüzgar hızı ve sıcaklık) farklı sınır koşulları (Tablo 3) uygulanmıştır yapıldı. Farklı rüzgar hızları ve sıcaklıklarda dört deney gerçekleştirilmiştir, ancak burada sunulan deney sonuçlarının çoğunluğu 1.22 m / sn'lik bir hava hızında içind...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu protokolün amacı, ısı saygı ve kütle transfer süreçleri ile arazi atmosferik etkileşimleri çalışmak için gerekli olan yüksek mekansal ve zamansal çözünürlük verilerinin üretilmesi için deneysel bir aparat ve ilgili prosedürler geliştirmekti. Deney aparatı ilgili toprak ve atmosferik değişkenlerin (ölçümü için sensörler ile donatılmış her ikisi de bir toprak tankı ve bir küçük rüzgar tünelinin oluşuyordu anlatılan örneğin, rüzgar hızı, bağıl nem, toprak ve hava sıcaklığı ve toprak nemi ). Aşağıda, bu çalışmad...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarını olduğunu beyan ederim.

Teşekkürler

Bu araştırma ABD Ordusu Araştırma Bürosu Ödülü W911NF-04-1-0169, Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Merkezi (ERDC) ve Ulusal Bilim Vakfı Hibe KULAK 1029069 tarafından finanse edildi. Lisans Araştırma Bir Yaz Programları Colorado School of Mines dan hibe yoluyla ek olarak, bu araştırma desteklenmiştir. Yazarlar katkılarından dolayı Ryan Tolene ve Paul Schulte teşekkür etmek istiyorum.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
ECH2O EC-5 Toprak Nem Sensörü (25)Decagon Devices Inc. Decagon.com40593Ayrıntılar için şu adresi ziyaret edin: http://www.decagon.com/products/soils/volumetric-water-content-sensors/ec-5-soil-moisture-small-area-of-influence/. 10 dakikalık aralıklarla örnekleme frekansı, doğruluk ± %3 ve Em50 veri kaydedicilerini kullanarak veri toplayın
ECT Toprak/Hava Sıcaklık Sensörü (19)Decagon Devices Inc. Decagon.com40651Spesifikasyonlar için http://www.decagon.com/products/canopy-atmosphere/temperature/ect-air-temperature/ ziyaret edin. 10 dakikalık aralıklarla örnekleme frekansı, doğruluk ± 0.5  ° C, 5 ve 40 ° C'lik bir sıcaklıkta ölçün; ° C ve Em50 veri kaydedicileri kullanarak veri toplayın
EHT Bağıl Nem ve Sıcaklık Sensörü (5)Decagon Devices Inc. Decagon.comN/A10 dakikalık aralıklarla örnekleme frekansı, doğruluk ± %5 ile %100 bağıl nem arasında %3 ve Em50 veri kaydedicileri kullanarak veri toplayın. Daha fazla bilgi için decagon.com adresini ziyaret edin
Em50 Veri Kaydedici (10)Decagon Devices, Inc. Decagon.com40800Ayrıntılar için http://www.decagon.com/products/data-management/data-loggers/em50-digital-analog-data-logger/ ziyaret edin. ECH2O decagon cihazları, ECT, EC-5 ve EHT sensörlerinden veri çeker ve her veri kaydedicinin 5 sensör bağlantısı ve kaydediciden USB'ye bilgisayara bağlanan bir com bağlantı noktası vardır
Sartorius Tartı Terazisi (1)Sartorius Corporation11209-95Sartorius Model 11209-95, Aralık = 65  kg, Çözünürlük = ± 1  g
Kızılötesi SalamandernSeramik Radyatif Isıtıcı (1)Mor Elektrikli Isıtma Assoc., Inc. http://www.morelectricheating.com/FTE 500-2405 ısıtıcı gerekli, doğru ortam/serbest akış sıcaklığını elde etmek için ayarlayın
2104 Sıcaklık Kontrol Sistemi (1)Chromalox2104Isıtıcıları kontrol eder
 
 
 
 
 
 
Kızılötesi Sıcaklık Sensörü Regülatörü (1)Exergen CorporationN/AIsıtıcıların sıcaklıklarını
[header]
Paslanmaz Çelik Pitot-Statik Boru (1)Dwyer Instruments, Inc. http://www.dwyer-inst.com/Series 160Ayrıntılar için http://www.dwyer-inst.com/Product/%20TestEquipment/PitotTubes/Series160 ziyaret edin. Sensör örnekleme frekansı her 10 dakikada birdir, diferansiyel basınç dönüştürücüsüne ve anemometreye bağlanmalı ve toplanan basınç verilerini Bernoulli denklemini kullanarak kazanma hızlarına dönüştürmelidir.
1/2 inç Akrilik (1)Colorado Plastics http://www.coloradoplastics.com/N/AÖzgül ısı 1,464  J  kg-1  K < sup> -1 < / sup >, 0.2  termal iletkenlik; W  m-1  K-1 ve 1.150  kg  m-3
Galvanizli Çelik Kanal Malzemesi (1)Home DepotN/ARüzgar tüneli inşa etmek için kullanılan malzeme ve hem yuvarlak hem de dikdörtgen kanallar inşaatta kullanılmış ve kareden yuvarlağa redüktör kanalı kullanılarak bağlanmıştır
Sıralı Kanal Fanına Bağlı Değişken Hız Kontrol Cihazı (1)Suncourt, Inc. http://www.suncourt.com/VS20015,3 cm Çap Yuvarlak kanal
ile aynı hizaya yerleştirilmişGalvanizli Çelik Damper (1)Home DepotN/ADüşük hızlı veriler için rüzgar tünelindeki hızları kontrol etmek/azaltmak için kullanılır
Accusand #30/40 (1)Unimin Corporation http://www.unimin.com/N/ABu kum silis kumudur ve %99.8 kuvarstır, tane şekli yuvarlak olarak sınıflandırılır, tekdüzelik katsayısı yaklaşık 1.2'dir ve tane yoğunluğu 2.66'dır; g/cm3.
izler.

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Buharla ma al masToprak Tank D zenene iklim Kontroll R zgar T neliToprak Nem Sens rleriS n r Ko ullarIs K tle TransferiSay sal Model Do rulamasG zenekli Ortam Ak

İlgili makaleler