A theoretical model was developed to evaluate the effects of soil and airflow characteristics on the soil-air heat exchanger performances. The model, which includes three-dimensional transient energy and mass equilibrium-equation, was solved by using a computer program that uses Finite Difference Methods and Gauss-Seidel iteration computation. Energy gains, heat exchange efficiencies, and outlet air temperature are presented including the effects of soil moisture content, soil conductivity, soil thermal diffusivity, and soil initial temperature. Also, data related to the effects of airflow rate and inlet air temperature on the thermal performance of the system are presented. The results indicated that energy gains depend on soil conductivity, soil thermal diffusivity, and soil initial temperature. Heat exchange efficiencies relied on air mass flow rate and soil moisture content.
Investigation of the effective soil thermal conductivity($k$) is the first step in designing the ground loop heat exchanger(borehole) of a geothermal heat pump system. Another important factor is the borehole thermal resistance($R_b$). Thermal response tests offer a good method to determine the ground thermal properties for the total heat transport in the ground. The first step is measured for initial soil temperature. This is done by supplying a only pump power into a borehole heat exchanger. They need to supply into water unload heat power more than 30 minutes. In this study, the initial soil temperature was found to analysis $14.1{\sim}16.0^{\circ}C$,the ratio was 68.7% represented. In this case of $k$, was 2.1~3.0 $W/m{\cdot}k$, $R_b$ was 0.11~0.20 $m{\cdot}K/W$. In this work, it is also shown that the distribution of a soil thermal conductivity and borehole thermal resistance were on the influence of initial soil temperature. And soil thermal conductivity was related with factors of equation by linear least square method, borehole thermal resistance was on the influence of composite factors.
The leaching of nitrate from soil increases the concentration of elements, such as nitrogen, phosphorus, and potassium, in water, causing eutrophication. In this study, the feasibility of using clinoptilolite as an ion-exchange material to reduce nitrate leaching in soil was investigated. Soil samples were collected from three soil depths (0 - 30, 30 - 90, and 90 - 120 cm), and their sorption capacity was determined using batch experiments. The effects of contact time, initial concentration, adsorbent dosage, pH, and temperature on the removal of NO3- were investigated. The results showed that an initial concentration of 25 mg L-1, a contact time of 120 min, an adsorbent dosage of 5.0 g/100 mL, a pH of 3, and a temperature of 30 ℃ are favorable conditions. The kinetic results corresponded well with a pseudo-second-order rate equation. Intra-particle diffusion also played a significant role in the initial stage of the adsorption process. Thermodynamic studies revealed that the adsorption process is spontaneous, random, and endothermic. The results suggest that a modification of clinoptilolite effectively reduces the leaching of nitrate in soil.
The properties of contaminants, contaminated soil, and the elapsed time are important factors to in-situ soil remediation. Gabr et. al. (1996) derived the solution equation of contaminant concentration ratio as initial one $(C/C_0)$ with time and spatial changes in contaminated area with vertical drains. The contaminant concentration ratio $(C/C_0)$ is analyzed with time and spatial changes as varying the effective diameter, porosity, shape factor, density of contaminated soil and temperature in ground and unit weight, viscosity of contaminants by using FLUSH1 model. Results from numerical analysis indicate that the most important factor to the in-situ soil remediation using vertical drains is the effective diameter of contaminated soil. It also shows that the viscosity of contaminants, porosity of soil, shape of soil, temperature in ground, unit weight of contaminants are, in order, affected to the soil remediation but density of soil is insignificant to the soil remediation.
To estimate soil behavior and structural characteristics under the conditions of cyclic loading, freezing & thawing and initial state, several testing was performed and obtained following results. 1.After repeated freezing and thawing processes, original soil structure was destroyed and changed to globular structure from honeycomb or tube in its structure types. Also above processes resulted increasing the soil compression strain while decreasing the failure stress in stress-strain relationship and reached the soil structure into the mode of brittle fracture. Under cyclic loading conditions, soil cluster which was originally dispersed structure colloided with each other, seperated, and finally the soil failed due to the effect of overcompaction. 2.Through the stabilization processes seperated by four steps, the structure of soil skeleton was changed to quite different globular type. The degree of compressibility of soil was decreased in the normally consolidated zone, while the strength against external load increased due to soil particle stabilization. 3.Soil stress-strain chracteristics were largely influenced by repeated up and down processes of temperature. The maximum deformation was obtained in the case of temperature between 0 10˚C by the reseon of particle cluster reformation. 4.Soil compressibility was largely influenced by the optimum moisture content. Under freezing process, swelling could be found and its magnitude was proportional to the density of soil. 5.Density of soil was decreased as increasing the number or repeated freezing and thawing processes and the largest decreasing rate was found at the first turning point from freezing to thawing cycle.
This study aimed to determine a method for restoring grasslands to forests in mountainous areas. The study was conducted in an area damaged by trampling due to construction activity and herding. Additionally, there were concerns of hindered tree growth due to the alpine region climate, characterized by the low temperatures, drying, and strong winds. Therefore, forest restoration treatments such as tillage, furrow, and shading were performed to improve growth conditions. From July 2021 to April 2023, soil temperature and moisture were monitored for each treatment plot, and changes in the initial growth and survival rate of Abies holophylla were investigated. Both soil temperature and soil moisture showed significantly higher values during the four seasons in the grassland-furrow treatment plot (p < 0.05). Compared to the grassland-control plot, the average soil temperature in winter was as high as 1.1℃, and the soil moisture in summer was as high as 20.3%. Additionally, the survival rate and relative growth rate were the largest in the grassland-furrow treatment plot. The survival rate was 87.5%, the relative growth rate in terms of height was 0.013, and the relative growth rate in terms of diameter at root collar was 0.023, indicating that furrow treatment had a positive effect on the initial survival and growth of seedlings. These results suggest that furrow treatment may be an appropriate restoration method when implementing forest restoration projects in areas where tree growth is challenged.
A field pilot study on remediation of diesel-contaminated soil by hot air injection/extraction process constructing soil piling system was conducted to evaluate the effects of hot air on the removal of diesel and each constituent. After the heating process of 2 months, the equilibrium temperature of soil reached to 10$0^{\circ}C$ and soil TPH concentration was reduced to about 72% against the initial concentration. Additional extraction process of 2 months induced the continuous extraction of residual diesel and the increment of microbial activity, which made soil TPH concentration reduced to 95%. In addition biological removal of non volatile constituents in diesel was verified indirectly and the removal pattern of each DRO(diesel range organic) as soil temperature was explained.
Data for model analysis derived from the finite volume (fv) GCM (Goddard Earth Observing System Ver. 4, GEOS-4) and the Land Data Assimilation System (LDAS) have been utilized in a mesoscale model. These data are tested to provide initial conditions and lateral boundary forcings to the Purdue Mesoscale Model (PMM) for a case study of the Midwestern flood that took place from 21-23 May 1998. The simulated results with fvGCM and LDAS soil moisture and temperature data are compared with that of ECMWF reanalysis. The initial conditions of the land surface provided by fvGCM/LDAS show significant differences in both soil moisture and ground temperature when compared to ECMWF control run, which results in a much different atmospheric state in the Planetary Boundary Layer (PBL). The simulation result shows that significant changes to the forecasted weather system occur due to the surface initial conditions, especially for the precipitation and temperature over the land. In comparing precipitation, moisture budgets, and surface energy, not only do the intensity and the location of precipitation over the Midwestern U.S. coincide better when running fvGCM/LDAS, but also the temperature forecast agrees better when compared to ECMWF reanalysis data. However, the precipitation over the Rocky Mountains is too large due to the cumulus parameterization scheme used in the PMM. The RMS errors and biases of fvGCM/LDAS are smaller than the control run and show statistical significance supporting the conclusion that the use of LDAS improves the precipitation and temperature forecast in the case of the Midwestern flood. The same method can be applied to Korea and simulations will be carried out as more LDAS data becomes available.
자연 토양 및 Burkholderia cepacia를 접종한 멸균 토양에 PBSA film을 매립하여 PBSA의 생분해 특성을 조사하였다. 상온에서 80일간 매립 시험을 실시한 결과, 자연 토양에서는 PBSA film의 34.0%, B. cepacia를 접종한 멸균 토양에서는 59.2%의 질량 감소가 일어났으며 PBSA film의 표면 형태 변화도 B. cepacia를 접종한 멸균 토양에 매립한 경우가 자연 토양에 매립한 경우에 비하여 PBSA film 표면의 침식 및 균열이 더 빠르게 일어났다. PBSA film을 매립하였을 때 80일 후 자연 토양에서 세균수는 6~7배 증가한 반면 B. cepacia를 접종한 멸균 토양에서 개체수는 10~14배 증가하였다.
In order to study the soil seasonal dynamic characteristics in the regions with four distinct seasons, the soil dynamic triaxial experiments were conducted by considering the environmental temperature range from -30℃ to 30℃. The results demonstrate that the dynamic soil properties in four seasons can change greatly. Firstly, the dynamic triaxial experiments were performed to obtain the dynamic stress-strain curve, elastic modulus, and damping ratio of soil, under different confining pressures and temperatures. Then, the experiments also obtain the dynamic cohesion and internal friction angle of the clay under the initial strain, and the changing rule was summarized. Finally, the results show that the dynamic elastic modulus and dynamic cohesion will increase significantly when the clay is frozen; as the temperature continues to decrease, this increasing trend will gradually slow down, and the dynamic damping ratio will go down when the freezing temperature decreases. In this paper, the change mechanism is objectively analyzed, which verifies the reliability of the conclusions obtained from the experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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