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토양의 공극률 및 함수비가 열전도도에 미치는 영향
Effects of Porosity and Water Content on Thermal Conductivity of Soils 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.13 no.3, 2008년, pp.27 - 36  

차장환 (공주대학교 지질환경과학과) ,  안선준 (공주대학교 지질환경과학과) ,  구민호 (공주대학교 지질환경과학과) ,  김형찬 (한국지질자원연구원) ,  송윤호 (한국지질자원연구원) ,  서명석 (공주대학교 대기과학과)

초록
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국내 16개 기상관측소에서 채취한 토양 시료에 대한 물성 실험을 통하여 토양의 공극률, 함수비, 밀도 및 입도 분포특성이 열전도도에 미치는 영향을 분석하였다. 상관성 분석결과 열전도도는 공극률이 증가함에 따라 감소하는 부의 상관성을 보이며 함수비가 증가함에 따라 증가하는 정의 상관성을 갖는다. 입도 분포 특성에 의한 열전도도의 변화는 미비하며 토양 입자 밀도가 클수록 열전도도가 다소 증가하는 경향을 보였다. 건조 토양의 경우 동일한 공극률에서도 열전도도의 차이가 크게 나타났다. 실험 자료를 이용하여 열전도도에 주된 영향을 미치는 공극률과 함수비를 변수로 하는 다중선형회귀모형 및 비선형회귀모형을 제시하였으며, 회귀모형결정계수는 각각 0.74 및 0.82로 높게 나타났다. 따라서 본 연구 결과는 공극률과 함수비를 측정하여 토양의 열전도도를 예측하는데 이용될 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a comprehensive laboratory study that examines the effects of porosity, water content, density and grain size distribution on the thermal conductivity of soils which were sampled from 16 synoptic stations of Korea. The experimental results clearly demonstrate that porosity and wa...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 토양은 고상의 토양 기질과 공극을 채우는 공기 및 물로 구성되어 있으며 이러한 구성물질과 구성비에 따라 열물성은 다르게 나타난다. 특히, 토양의 열적특성은 동일 시료에서도 공극을 채우고 있는 물과 공기의 함양에 따라 달라지므로 이 연구에서는 열전도도에 영향을 미치는 토양의 물성을 파악하고 상관성분석을 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
천부 토양의 온도변화는 어떻게 발생하는가? 천부 토양의 온도변화는 지표면의 온도가 하부로 전달 되면서 발생하며, 이러한 열전달은 토양의 열물성에 의해 좌우된다. 토양의 열물성 연구는 미기후에 따른 씨앗의 발아, 묘목의 출현과 정착에 관한 작물학, 토양학에서 활발하게 이루어지고 있다(Abu-Hamdeh, 2000).
국내 16개 기상관측소에서 채취한 토양 시료에 대한 물성 실험을 통하여 토양의 공극률, 함수비, 밀도 및 입도 분포특성이 열전도도에 미치는 영향을 분석한 결과는 어떠한가? 국내 16개 기상관측소에서 채취한 토양 시료에 대한 물성 실험을 통하여 토양의 공극률, 함수비, 밀도 및 입도 분포특성이 열전도도에 미치는 영향을 분석하였다. 상관성 분석결과 열전도도는 공극률이 증가함에 따라 감소하는 부의 상관성을 보이며 함수비가 증가함에 따라 증가하는 정의 상관성을 갖는다. 입도 분포 특성에 의한 열전도도의 변화는 미비하며 토양 입자 밀도가 클수록 열전도도가 다소 증가하는 경향을 보였다. 건조 토양의 경우 동일한 공극률에서도 열전도도의 차이가 크게 나타났다. 실험 자료를 이용하여 열전도도에 주된 영향을 미치는 공극률과 함수비를 변수로 하는 다중선형회귀모형 및 비선형회귀모형을 제시하였으며, 회귀모형의 결정계수는 각각 0.74 및 0.82로 높게 나타났다. 따라서 본 연구 결과는 공극률과 함수비를 측정하여 토양의 열전도도를 예측하는데 이용될 수 있다.
토양은 무엇에 의해 영향을 받는가? 토양은 일반적인 열전달 매체와는 다른 매우 복잡한 물리적 요소들, 즉 공극률, 함수비, 토양 입자 밀도, 비열, 입도 분포, 유기물 함량, 기질구성광물의 종류 및 함량 등에 의해 열물성이 달라지므로, 그 해석뿐만이 아니라 측정에도 상당한 어려움이 있다. 또한 토양은 건조 및 습윤 상태의 반복, 동결과 같은 과거이력에 의해서도 열적 특성이 달라진다(De Vries, 1963).
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참고문헌 (26)

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  2. 백성권, 안형준, 2004, 고소성 점토의 열전도 특성에 관한 연구, 대한토목학회논문집, 24(5c), 267-272 

  3. 손병후, 신현준, 안형준, 2005, 열응답 시험과 변수평가 모델을 이용한 그라우트/토양혼합층의 열전도도 산정, 설비공학논문집, 17(2), 173-182 

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  10. Cote, J. and Konrad, J., 2005, Thermal conductivity of basecourse materials, Can. Geotech. J., 42, 61-78 

  11. De Vries, D.A., 1963, Thermal properties of soils, In: van Wijk, W.R. (Ed.), Physics of Plant Environment, North-Holland, Amsterdam, 210-233 

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  13. Kersten, M.S., 1949, Laboratory research for the determination of the thermal properties of soils, Research laboratory Investigations, Engineering Experiment Station, Technical Report 23, University of Minnesota, Minneapolis 

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  23. Tavman, I.H., 1996, Effectiv thermal conductivity of granular porous materials, Int. Comm. Heat Mass Transfer, 23(2), 169-176 

  24. Tarnawski, V.R., Leong, W.H., Gori, F., Buchan, G.D., and Sundberg, J., 2002, Inter-particle contact heat transfer in soil system at moderate temperatures, Int. J. Energy Res., 26, 1345-1358 

  25. Usowicz, B., Lipiec, J., and Ferrero, A., 2006, Prediction of soil thermal conductivity based on penetration resistance and water content or air-filled porosity, Int. J. of Heat and Mass Transfer, 49, 5010-5017 

  26. VDI 4640, 2000, Thermal use of the underground; fundamentals, approvals, environmental aspects, Verein Deutscher Ingenieure, Dusseldorf, 157 

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