This paper presents the results of an investigation into the effect of forced temperature change cycles on physical and mechanical properties of sand and weathered granite soil. The effect of forced temperature change cylecs on the particle arrangement and the thermal conductivity was first investigated. A series of triaxial compression tests on the soils were also performed to look into the effect of temperature change cycles on the stress-strain-strength behavior. The results indicated that the forced temperature change cycle does not significantly affect the particle arrangement and thermal conductivity. It is shown however that the heating duration showed some effect on the deviatoric stress at failure while no significant effect due to the number of heating-cooling cycle was observed.
Subsea pipelines are designed to transport mixtures of oil, gas, and their associated impurities from a wellhead that can be in excess of approximately $100^{\circ}C$, while the external temperature may be approximately $5^{\circ}C$. Heat can be lost from a subsea pipeline containing a high-temperature fluid to the surrounding environment. It is important that the pipeline be designed to ensure that the heat loss is small enough to maintain sufficient flow from the unwanted deposition of hydrate and wax, which occurs at a critical temperature of about $40^{\circ}C$. Therefore, it is essential to estimate the heat loss of a subsea pipeline in various circumstances. In previous studies, overall heat transfer coefficient(OHTC) formulas were considered only for a single soil type. Thus, it is difficult to characterize the OHTC of the actual seabed with multiple soil layers. In this paper, an OHTC formula that considers multi-layered soils is proposed for more precise OHTC estimation.
Lee, Jin-Yong;Lim, Hyoun Soo;Yoon, Ho Il;Kim, Poongsung
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.20
no.5
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pp.16-25
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2015
The City of Boulder is located at an average elevation of 1,655 m (5,430 feet), the foothills of the Rocky Mountains in Colorado. Its daily air temperature is much varying and snow is very frequent and heavy even in spring. This paper examines characteristics of shallow (surface and depth = 10 cm) soil temperatures measured from January to May 2015 in the high elevation city Boulder, Colorado. The surface soil temperature quickly responded to the air temperature with the strongest periodicity of 1 day while the subsurface soil temperatures showed a less correlation and delayed response with that. The short-time Fourier of the soil temperatures uncovered their very low frequencies characteristics in heavy snow days while it revealed high frequencies of their variations in warm spring season. The daily minimum air temperature exhibited high cross-correlations with the soil temperatures without lags unlike the maximum air temperature, which is derived from its higher and longer auto-correlation and stronger spectrums of low frequencies than the maximum air temperature. The snow depth showed an inverse relationship with the soil temperature variations due to snow's low thermal conductivity and high albedo. Multiple regression for the soil temperatures using the air temperature and snow depth presented its predicting possibility of them even though the multiple r2 of the regression is not that much satisfactory (r2 = 0.35-0.64).
This paper presents the results of an investigation into the effect of forced temperature change cycles on physical and mechanical properties of sand and weathered granite soil. The effect of forced temperature change cycles on the particle arrangement and the thermal conductivity was first investigated. A series of triaxial compression tests on the soils were also performed to look into the effect of temperature change cycles on the stress-strain-strength behavior.
Recently, greenery system is frequently applied on buildings and artificial grounds to improve urban ecological functionality. Specifically, architectural greenery is also known as an architectural language that can meet the sustainable design concept of architects. Although the architectural greenery system can be optimized through an interdisciplinary approach between architecture, horticulture and landscape- architecture, there is a problem of communication on the ideal gap between them. Therefore, this study is expected to establish the comtemporary architecture as hi-tech and the organic architecture in internationalism. Moreover, it can analyze the case study on architectural greenery system designed by a Pritzker Prize winner who represents the comtemporary architectural trend. In this analysis, we calculate and compare the U-value of the free-form surface system based on the international standards: ISO and CIBSE etc. Moreover, we calculate a change of artificial soil transmittance respect on compounding ratio of the bottom ash and pearlite. In the case of California Academy of Science by Renzo Piano, total transmittance of the greenery system results in 48% of domestic thermal insulation standard in dry condition. This result will be used as a basic study to promote developing the advanced system based on the concept of consilience.
This study was conducted to analyze the thermal behavior of a PHC energy pi1e system in saturated soil conditions, various seasonal and flow-speed conditions during 100 hours of operation through numerical analysis. The examination was a1so conducted with a single pile as well as with group pils. For the operation of 100 hours, the average heat exchange rate appeared 55 W/m, 47 W/m during winter and summer respectively. An increase in flow-speed was associated with a rise in the heat exchange rate. And thermal behavior analysis results during winter season show that thermal efficiency has increased when there are more free thermal planes. For the operation in group pile as 3D and 5D pile spacing (D: pile diameter), average heat exchange rate increased as pile spacing grows. Compared with the heat exchange rate of single pile, thermal exchange efficiency of group pile decreased by 89% (for 3D spacing) and 93% (for 5D spacing).
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.6
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pp.2393-2400
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2013
This research presents an experimental study of heat exchange rate of U, W, 2U and coil type ground heat exchangers (GHEs) measured by thermal performance tests (TPTs). The four types of GHEs were installed in a partially saturated dredged soil deposit of Incheon International Airport area. Thermal response tests (TRTs) were conducted for U, W and 2U type GHEs to deduce the ground thermal conductivity. Besides, TPTs were also conducted for U, W, 2U and coil type GHEs to evaluate heat exchanger rates under 100-hr continuous and 8-hr intermittent operation conditions for five days. Coil shaped GHE showed about twice higher thermal performance than the others GHEs. Furthermore, intermittent operation condition showed 30~40% higher heat exchange rates than continuous operation condition.
Seo, Gyeong-Hee;Song, Bong-Su;An, Duck-Soon;Chung, Sun-Kyung;Lee, Dong-Sun
KOREAN JOURNAL OF PACKAGING SCIENCE & TECHNOLOGY
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v.12
no.2
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pp.87-90
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2006
Thermal and gas adsorption properties were measured for Korean earthenware (onggi) as a step to elucidate its role as food preserving container. Thermal conductivity and diffusivity decreased with increase in porosity while heat capacity depended on the raw soil component rather than porosity. Thermal barrier of the earthenware was generally similar to that of glass. The onggi material could sorb or adsorb a limited amount of water vapor, $CO_2$ and ethylene gases (0.0005 g/g, $17{\mu}g/g$, $2.6{\mu}g/g$, respectively). Thermal and gas adsorption properties of onggi seem to provide unique application area for use as food container and packaging.
Thermal behavior of soils is mainly focused on thermal conduction, and the study of natural convection is very limited. Increase of soil temperature causes natural convection due to buoyancy from density change of pore water. The limitations of the analysis using fluid dynamics for natural convection in the porous media is discussed and a new numerical analysis is presented for natural convection in porous media using THM governing equations fully coupled in the macroscopic view. Numerical experiments for thermal probe show increase in the uncertainty of thermal conductivity estimated without considering natural convection, and suggest appropriate experimental procedures to minimize errors between analytical model and numerical results. Burial of submarine power cable should not exceed the temperature changes of $2^{\circ}C$ at the depth of 0.2 m under the seabed, but numerical analysis for high permeable ground exceeds this criterion. Temperature and THM properties of the seafloor are important design factors for the burial of power cable, and in this case effects of natural convection should be considered. Especially, in the presence of heat sources in soils with high permeability, natural convection due to the variation of density of pore water should be considered as an important heat transfer mechanism.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.3
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pp.219-228
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2003
Numerical and experimental studies were conducted on the temperature distribution of a buried steel pipe and surrounding granite frozen soils in the closed system. The relationship between unfrozen water content and temperatures was analysed by laboratory test. The thermal conductivity measurements were made to compare the results with a formula presented by Lachenbruch. A steel container model that consists of a freezing chamber and a buried circular steel pipe was built for the laboratory temperature measurements. The time temperature records were measured experimentally, and those records were compared with numerical results obtained from FEM analysis in order to verify the feasibility. The latent heat effect on the granite frozen soils in the numerical study was considered.
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