Toprak sıkışması ve nemin ısı iletimine etkisi

Abstract

Bu çalışmada; toprak sıkışıklığı ve toprak neminin ısı iletkenliğine olan etkisi hem laboratuar hem de arazi koşullarında araştırılmıştır. Laboratuarda; %20.50, %16.60, %12.10 ve %9.0 nem düzeyinde farklı hacim ağırlığındaki toprak örnekleri kolonlara doldurulmuş 3 farklı noktadan KD2 aletiyle ölçüm alınmıştır. Araştırma sonucunda; %9.0 nem düzeyinde en düşük hacim ağırlığında ısıl direnç ortalama 11.66 m.oC.W-1; ısı iletkenliği 0.087 W.m-1.oC-1, %20.50 nem düzeyinde en yüksek hacim ağırlığında ise sırasıyla 1.58 m.oC.W-1 ve 0.644 W.m-1.oC-1 bulunmuştur. Ayrıca laboratuarda, % 8.50, %14.20, %22.20, %32.40 ve 50.80 nem düzeyinde toprakta KD2 aletiyle kolonlarda ölçüm alınıp ısı iletim katsayısı ile ilişkilendirilmiştir. Arazide toprak sıkıştırılıp suyla doygun hale getirildikten sonra farklı zamanlarda %9.60, %10.30, %12.50 %14.90, %16.10, %17.40, %22.60, %36.10 ve %40.40 nem düzeyinde KD2 aletiyle ölçüm alınmıştır. Deneme alanı ve laboratuar ölçümlerinde elde edilen sonuç olumlu yönde görülmesine rağmen laboratuar koşullarında % 8.50 nem düzeyinde, ısıl direnç 8.59 m.oC.W-1, ısı iletkenliği 0.116 W.m-1.oC-1 iken, tarla koşullarında % 9.60 nem düzeyinde ısıl direnç 1.57 m.oC.W-1, ısı iletkenliği 0.637 W.m-1.oC-1 olarak ölçülmüştür. Tarla ve laboratuar koşullarında alt nem değerleri yakın olmasına rağmen ısıl direnç ve ısı iletkenlikleri farklılık göstermektedir. Bu durumda; arazi koşullarında hacim ağırlığının yüksek oluşuna bağlıdır. Diğer taraftan, laboratuarda % 50.80 nem düzeyinde ısıl direnç 1.05 m.oC.W-1, ısı iletkenliği 0.952 W.m-1.oC-1, arazide ise % 40.40 nem düzeyinde, ısıl direnç 1.05 m.oC.W-1, ısı iletkenliği 0.957 W.m-1.oC-1 olarak ölçülmüş değerlerin birbirlerine çok yakın olduğu görülmüştür. Bu sonuçlardan anlaşıldığı gibi hem topraktaki nemin hem de hacim ağırlığının ısı iletimine olumlu yönde etkisi bulunmaktadır.

In this research; effects of compaction and moisture content of soil on the thermal conductivity were investigated either in laboratory or in field conditions. In the laboratory experiments, soil samples that were prepared with different moisture content namely 20.50, 16.60, 12.10, and 9.0 % and bulk density were filled to tubes and thermal conductivity values were determined from 3 different points of tubes by using KD2 measurement device. According to results, mean thermal resistance and thermal conductivity for sample that has minimum moisture content namely 9 % was found as 11.66 m.oC.W-1 and 0.087 W.m-1.oC-1, respectively. Mean thermal resistance and thermal conductivity for sample that has maximum moisture content namely 20.50% was found as 1.58 m.oC.W-1 and 0.644 W.m-1.oC-1, respectively. In addition to this measurement, thermal conductivities of samples that have 8.50, 14.20, 22.20, 32.40 and 50.80% moisture content values were measured by KD2 device and related each other in laboratory experiments. In the field experiments, soil samples were compacted and saturated by using water and conductivity measurements for these samples were performed at different times and different moisture content values namely 9.60, 10.30, 12.50, 14.90, 16.10, 17.40, 22.60, 36.10 and 40.40% by the KD2. Although results obtained from laboratory and field conditions were considered as positive, thermal resistance and thermal conductivity values for 8.50% moisture content in laboratory condition were measured as 8.59 m.oC.W-1 and 0.116 W.m-1.oC-1 while these values for 9.60% moisture content were determined as 1.57 m.oC.W-1, and 0.637 W.m-1.oC-1 in field conditions. As seen in these results, even moisture contents are very near each other, thermal conductivity and thermal resistance values were found very different. This can be result of high bulk density of sample that was taken from field. On the other hand, for the high moisture content values these thermal values were found very near. For example, thermal resistance and thermal conductivity values for 50.5% moisture content were determined as 1.05 m.oC.W-1 and 0.96 W.m-1.oC-1 in laboratory condition, while these values for 40.4 % moisture content were measured as 1.05 m.oC.W-1 and 0.957 W.m-1.oC-1 for field condition. According to these results, it can be concluded that either soil moisture content or bulk density have positive effects on the thermal conductivity.