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

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.

Bu prosedürün genel amacı, atmosferik zorlamaların buharlaşma üzerindeki etkilerini deneysel olarak incelemek için bir toprak tankı aparatı ve ilgili protokol geliştirmektir. Bu, önce iki boyutlu bir tezgah ölçekli toprak tankı inşa edilerek gerçekleştirilir. İkinci adım, toprak tankı ile arayüz oluşturan iklim kontrollü bir rüzgar tüneli cihazı inşa etmektir.

Daha sonra, rüzgar tüneli ve toprak tankı, toprak, nem, sıcaklık, bağıl nem ve rüzgar hızını ölçmek için kullanılan çeşitli sensör teknolojileriyle donatılmıştır. Son adım, toprak tankını toprak ve su ile doldurmak, istenen atmosferik zorlamaları belirlemek ve deneye başlamaktır. Sonuç olarak, bu deneysel cihaz, iyi kontrol edilen sınır koşulları altında veri üretmek için kullanılabilir, bu da sahada mümkün olmayan, ilgili ölçeklerde daha iyi kontrol ve doğru verilerin toplanmasına olanak tanır.

Bu prosedürün mevcut yöntemlere göre temel avantajı, sayısal modelleri doğrulamak ve toprak özelliklerinin ve süreçlerinin karşılıklı bağımlılığını incelemek için kullanılabilecek hassas veri setlerinin oluşturulmasına izin vermesidir. Saha sahalarından elde edilen veriler genellikle eksik ve elde edilmesi maliyetlidir ve süreçleri elde etmek ve anlamak ve modellenmiş doğrulama için veri üretmek için gereken kontrol derecesi yetersiz olarak kabul edilebilir. Bu prosedür, sıcaklık, bağıl nem, rüzgar hızı ve toprak koşulları gibi atmosferik koşulların dikkatli bir şekilde kontrol edilmesini sağlar.

Bu yöntem, burada gösterildiği gibi buharlaşma hakkında bilgi sağlayabilse de, jeolojik olarak tutulan karbondioksit sızıntısı ve toprak iklim değişikliği, gıda ve su kaynakları, kara mayınlarının doğru tespiti ve yeraltı suyu ve toprağın iyileştirilmesi gibi arazi atmosferik etkileşimlerinin anlaşılmasını gerektiren diğer konulara da uygulanabilir. Yüksek lisans öğrencim Andrew Trouts ile birlikte, laboratuvarımdan bir lisans öğrencisi olan Victoria Egan, prosedürü gösterecek Başlamak için, 1.2 santimetre kalınlığında büyük bir akrilik cam parçasını beş ayrı ağrıya kesin. Akrilik cam, yeraltındaki işlemlerin görsel olarak gözlemlenmesini sağlar.

Ardından, beşe beş bir ızgara çizin. Bu, iki büyük cam panelin her birinde 25 santimetre x 25 santimetredir. Izgara içindeki her karenin 25 santimetrekare bir alana sahip olduğundan emin olun.

Izgara düzgün bir şekilde boşluk bırakmak için kullanılacaktır. Büyük cam panellerden birindeki toprak tankı içindeki sensörler, toprak nemi sensörleri için toplam 25 adet 1 0.9 santimetre çapında delik açar, böylece ızgaradaki her karenin ortasına her bir delik açar, böylece deliğin merkezleri iki bitişik kare birbirinden beş santimetre uzaktadır. İlk delik seti, tankın üst kısmının 2,5 santimetre altındadır.

Yeni oluşturulan deliklerin her birine dişleri kesmek için uygun boyutta musluklar kullanın. Sensörler arasındaki beş santimetrelik boşluk, her sensörün bir sonraki en yakın sensörün örnekleme hacminin dışında olmasını sağlar. Aynı şekilde her bir ızgara kutusunun ortasına toplam 25 adet 0 0.635 santimetre çapında delik açıp diğer cam panelin üzerine de akrilik bölme olarak kullanılan tankın alt kısmında da delik açın.

Bölmenin ortasına yarım inç çapında tek bir delik açın ve hafifçe vurun. Alt düzlemin dış tarafındaki camın iç tarafındaki deliğin üzerine bir örgü ekran yapıştırın. Ayarlanabilir bir valf ile esnek boruya tutturulmuş 90 derecelik bir dirsek takın.

Bu valf ve boru, bir deneyin sonunda tanktan suyu boşaltmak için veya sabit suyu korumak için sabit kafa cihazlarını kurmanın bir yolu olarak kullanılır. Masa derinlikleri. Tankı birbirine yapıştırmak ve sızdırmaz hale getirmek için deniz sınıfı yapıştırıcı veya benzeri suya dayanıklı polimer yapıştırıcı kullanın.

Tankı yerden kaldırmak ve 90 derecelik dirsek için yer açmak için yapıştırıcının bir gün kürlenmesine izin verin. Tankın dibine 12 santimetre uzunluğunda ve beş santimetre yüksekliğinde iki adet 1,2 santimetre kalınlığında akrilik cam takın. Rüzgar tünelinin 215 santimetre uzunluğundaki memba kısmını, 8,5 santimetre genişliğe ve 26 santimetre yüksekliğe sahip dikdörtgen galvanizli çelik kanal malzemesinden inşa edin.

Kanalın dışını yalıtımla çevreleyin. Ardından, rüzgar tünelinin yukarı akış kısmının uzunluğu boyunca bir reflektör içine paralel olarak yerleştirilmiş beş seramik kızılötesi ısıtma elemanı monte edin. Kızılötesi ısıtma elemanlarını, bir kızılötesi sıcaklık sensörü tarafından düzenlenen bir sıcaklık kontrol sistemine bağlayın.

Rüzgar tünelinin orta bölümünü, 25 santimetre uzunluğunda ve 26 santimetre yüksekliğinde 1,2 santimetre kalınlığında iki akrilik panelden inşa edin. Akrilik panelleri, rüzgar tüneli ve toprak tankı panellerinin birbiriyle aynı hizada oturmasını sağlamak için güçlü bir yapışkan bant kullanarak toprak tankı yan duvarlarının üstüne sabitleyin. Sıcaklığı ve/veya bağıl nemi yerleştirmek için orta kesit panellerinden birine 0,635 santimetre çapında iki delik açın.

Sıcaklık sensörleri daha sonra rüzgar tünelinin mansap kısmının ilk 50 santimetresini daha önce olduğu gibi aynı boyutta dikdörtgen kanal malzemesinden inşa eder Sonlandırma tarafında, dikdörtgen kanal malzemesini 170 santimetre uzunluğunda 15,3 santimetre çapında yuvarlak bir kanala indirin. Rüzgar hızı kontrolüne yardımcı olmak için yuvarlak kanalın en aşağı akış ucuna rüzgar hızlarını ayarlamak için kullanılan galvanizli çelik bir damper takın. Ardından, rüzgar tünelinin mansap kısmından havayı dışarı atmak için yönlendirilmiş yuvarlak kanalın ortasına bir hat içi kanal fanı takın.

Dönme frekansının ve sonuç olarak toprak tankına kurulumdan önce rüzgar hızının daha hassas kontrolü için fanı değişken bir hız kontrol cihazı ile arayüzleyin. Her bir toprak nemi ve sıcaklık sensörünü dişli bir NPT muhafazası içine sabitleyin ve nem girişini önlemek için yanıp sönen sızdırmazlık maddesi ile kapatın. Bazı sensörlerdeki elektronik aksamla etkileşime girebileceğinden silikon bazlı sızdırmazlık ürünleri kullanmayın.

Sensörleri yaklaşık bir hafta kürleyin. NPT diş açma ile akrilik cam arasında daha iyi bir sızdırmazlık sağlamaya yardımcı olmak için tanka kurulumdan önce her bir NPPT muhafazasının dişlerini tesisatçı bandı ile sarın. Ardından, tankın duvarlarından her biri yatay olarak toplam 25 toprak nemi ve sıcaklık sensörü monte edin.

Şebeke konumlarında. Kabloların içindeki dahili kablolara zarar vermemek için sensör kablolarını NPT muhafazası ile senkronize olacak şekilde bükün. Camın yerine oturduğunda çatlamasını önlemek için MPT'leri aşırı torklamayın, toprak nem sensörlerini ve sıcaklık sensörlerini belirlenen veri kaydedicilerine bağlayın.

Aşağı akış rüzgar tüneli bölümünün üst kısmında açılan delikten doğrudan toprak tankının aşağısına bir P toe statik boru takın. P toe statik tüpü bölümün zemininden istenen yükseklikte tutun. Ardından, tankı toprakla paketlemeden önce boruyu bir diferansiyel basınç dönüştürücüsüne bağlayın.

Bir sızıntı testi yaparak bütünlüğünü test edin. Depoyu suyla doldurun ve yapıda veya sensörlerde herhangi bir sızıntı oluşmadığından emin olmak için dört ila altı saat bekleyin. Sızıntıyı gerçekleştirdikten sonra, sızıntıyı yapın, tankı test edin ve boşaltın.

Toprak tankını paketlemek için kuru toprak elde edin. Seçilen toprağın hidrolik ve termal özelliklerini daha önce yayınlanmış yöntemlere uygun olarak ayrı ayrı karakterize edin. Toprak tankını ıslak paketlemek için toprak ve deiyonize su kullanarak toprak tankını dikkatlice ıslatın.

İlk olarak, bir kepçe kullanarak tanka yaklaşık beş santimetre su dökün, tanktaki suya yavaşça kuru toprak ekleyin. 2,5 santimetrelik derinlik artışlarıyla, her kaldırma sırasında eklenen kumun ağırlığını kaydedin, böylece her katmanın tamamlanmasının ardından toprak dolgusunun gözenekliliği hesaplanabilir. Boyunca eşit bir yığın yoğunluğu elde etmek için lastik bir tokmak kullanarak tank duvarlarına 100 ila 200 kez tekrar tekrar vurun.

Dokunma sırasında sensörler ve sensör kabloları ile temastan kaçının. Hassas sensör ağına zarar vermemek için titreşimli cihazların kullanılmasından kaçınılmalıdır. Kümülatif su kaybını izlemek için tankı bir tartı üzerine yerleştirin, bu da buharlaşma oranını hesaplamak için kullanılabilir.

Kurulum tamamlandıktan sonra, istenen atmosferik koşulları belirleyin. Veri kaydedicilerin ve diğer veri toplama sistemlerinin açık olduğundan ve doğru örnekleme aralıklarına ayarlandığından emin olun. Fanı ve sıcaklık kontrol sistemini başlatın.

Toprak tankının yüzeyindeki plastik örtüyü çıkarmadan önce iklim koşullarının dengelenmesine izin verin. Son olarak, denemeyi istenen süre boyunca çalıştırın. Kombine rüzgar tüneli ve toprak tankı aparatı, toprak yüzeyinde farklı sınır koşullarının uygulandığı bir dizi deneyi gerçekleştirmek için kullanıldı.

Farklı rüzgar hızlarında ve sıcaklıklarında dört deney yapılmış olmasına rağmen, burada sunulan deney sonuçlarının çoğu saniyede 1.22 metrelik bir rüzgar hızı içindir. Toprak yüzeyinin bağıl nemi zamanla azalırken, toprak yüzeyinin sıcaklığı stabilize olmadan önce zamanla artan bir eğilim gösterir. Bu eğilimler dört deneyde de gözlenmiştir ve toprak kurutma ile açıklanabilir.

Yüzey sıcaklığı ve rüzgar, daha büyük derinliklerde yerel sıcaklıklar üzerinde daha az etkilidir ve 12,5 santimetrenin altındaki derinliklerde hiçbir etki göstermez. Doygunluk, buharlaşma oranlarındaki farklılıklarla tanımlanan buharlaşmanın farklı aşamalarıyla ilişkilendirilebilir. Kurutma cephesinin yeri ve baskın taşıma mekanizmaları.

Artan rüzgar hızları, buharlaşma hızının artmasına ve birinci aşama buharlaşma süresinin kısalmasına neden olur. Bununla birlikte, rüzgar hızının saniyede üç metrenin üzerine çıkarılması, birinci aşama buharlaşma üzerinde çok az ek etki gösterir. Esas olarak gözenekli ortamın özellikleri tarafından yönetilen ikinci aşama buharlaşma, rüzgar hızından bağımsız veya rüzgar hızından çok az etkilenmiş gibi görünmektedir.

Bu deneysel protokol, toprak, iklim, sınır veya yeraltı koşullarındaki değişiklikleri içerecek şekilde çeşitli çevresel koşullara uygulanabilir. Açıklanan aparatın boyutları ve sensör düzeni, farklı deneylerin ihtiyaçlarını karşılamak için değiştirilebilir. Ek olarak, paketleme prosedürü, değişen gözeneklilik koşulları ve toprak heterojenliği gibi farklı paketleme konfigürasyonlarını hesaba katmak için benzer şekilde değiştirilebilir.