지중온도 변화 예측을 위한 지표면 경계조건 검토 (Assessment of Surface Boundary Conditions for Predicting Ground Temperature Distribution)

서지정보

· 발행기관 : 한국지반공학회
· 수록지 정보 : 한국지반공학회논문집 / 29권 / 8호 / 75 ~ 84페이지
· 저자명 : 장창규, 최창호, 이철호, 이장근

초록

지반의 동결현상은 일반적으로 대기와 지반의 온도차이로 발생하는 열흐름에 의해, 지반에 존재하는 물이 동결되어지반의 물리적 성질이 변하는 현상을 일컫는다. 동결현상 해석에 필요한 지중온도 변화는 크게 대기와 지반의 경계층에서 발생하는 열유동과 지중 내에서 흙을 구성하는 성분들의 열전도 현상으로 설명할 수 있다. 따라서 지표면의경계조건과 지반의 열적 특성은 동결지반 온도분포 해석에 중요한 인자들이다. 지표면 경계조건은 대기온도, 지표의식생상태, 토질조건을 포함한 간편상수법들이 제시되어 있다. 대기온도 변화에 따른 지표의 열전달을 설명하는 대표적인 열물성 값은 지표면에서의 n-factor와 대류 열전달계수이다. 본 연구에서는 대기와 지반의 경계층을 해석하는데필요한 지표면 n-factor와 대류 열전달계수의 적용성을 분석하고자 실내실험을 수행 하였다. 실내실험 결과를 토대로상용 수치해석 프로그램인 TEMP/W를 이용하여 각각의 경계층 조건에 따른 지중온도 변화를 해석하고 실내실험을통해 측정된 온도 데이터와 비교하였다. 결론적으로 n-factor보다 지표면 대류 열전달계수를 적용한 수치 해석 모델이실내실험 결과와 유사하였다.

영어초록

Soil freezing is a phenomenon arising due to temperature difference between atmosphere and ground, and physical properties of soils vary upon the phase change of soil void from liquid to solid (ice). A heat-transfer mechanism for this case can be explained by the conduction in soil layers and the convection on ground surface. Accordingly, the evaluation of proper thermal properties of soils and the convective condition of ground surface is an important task for understanding freezing phenomenon. To describe convection on ground surface, simplified coefficient methods can be applied to deal with various conditions, such as atmospheric temperature, surface vegetation conditions, and soil constituents. In this study, two methods such as n-factor and convection coefficient for the convective ground surface boundary were applied within a commercial numerical program (TEMP/W) for modeling soil freezing phenomenon.
Furthermore, the numerical results were compared to laboratory testing results. In the series of the comparison results,the convection coefficient is more appropriate than n-factor method to model the convective boundary condition.

참고자료

· 없음