Prawo Darcy'ego, co składa się z eksperymentu i zastosowań

The Prawo Darcy'ego Służy do opisu przepływów cieczy przez porowate materiały. Prawo wywnioskowano jako uniwersalizację stosowaną do obliczania przepływu wody za pomocą filtrów piaskowych. Został uzyskany z kilku eksperymentów wykonanych przez francuskiego inżyniera Henry'ego Darcy w grubym piasku zawierającym drobny żwir z rzeki Saona.

Chociaż z czasem został poddany modyfikacjom, prawo sformułowane przez Darcy'ego z jego eksperymentów jest naukową podstawą obecnej hydrologii. Do swoich badań Darcy użył urządzenia bardzo podobnego do permeametrów, które są obecnie używane w większości laboratoriów w badaniach płynów.

Obecnie prawo jest szeroko stosowane w tak różnych dziedzinach, jak inżynieria, hydrogeologia i przemysł naftowy.

Indeks

• 1 Z czego się składa??
  • 1.1 Rozważania prawa Darcy'ego
  • 1.2 Ograniczenia
  • 1.3 Ważność
• 2 Eksperyment Darcy'ego
  • 2.1 Przepuszczalność
• 3 aplikacje
• 4 odniesienia

Z czego to się składa??

W swojej najprostszej formie matematyczne wyrażenie prawa Darcy'ego jest następujące:

Q = K ∙ A Δh / ΔL

W tym wyrażeniu Q jest przepływem, a K jest stałą znaną jako współczynnik przepuszczalności Darcy (stała, która zależy zarówno od materiału, jak i właściwości płynu, który przez niego przechodzi).

Ponadto A jest obszarem przekroju, ΔL jest odległością między dwoma punktami próbki, a Δh jest różnicą potencjałów między tymi dwoma punktami.

Bardziej poprawnym wyrażeniem prawa byłoby:

q = - K ∙ (dh / dl)

W tym równaniu q = Q / A lub przepływ na sekcję, K oznacza przewodność hydrauliczną, a dh / dl to gradient hydrauliczny.

Rozważania na temat prawa Darcy'ego

W momencie ustanawiania prawa Darcy'ego brano pod uwagę szereg czynników, zarówno na podłożu porowatym, jak i na płynie:

- Płyn nie jest ściśliwy.

- Porowate medium, które przepływa przez płyn, jest jednorodne.

- Przepływ jest liniowy.

- Przepływ płynu jest izotermiczny.

- Płyn nie reaguje w żadnym momencie z porowatym medium, które przechodzi.

Ograniczenia

Można zasadniczo rozważyć dwa podstawowe ograniczenia prawa Darcy'ego.

- Po pierwsze, fakt, że stała K nie zależy wyłącznie od medium porowatego, ponieważ jego wartość zależy również od płynu, który przez nią przechodzi..

- Po drugie, nieliniowa zależność między przepływem a gradientem hydraulicznym, która ma miejsce, jeśli stała przyjmuje bardzo niską wartość lub prędkości są bardzo wysokie.

Ważność

Ogólnie uważa się, że prawo wydedukowane przez Darcy'ego ma zastosowanie do przepływów wody przez media porowate, tak jak w przypadku gleb, w których występuje przepływ laminarny.

Prawda jest taka, że ​​późniejsze prace innych badaczy pozwoliły potwierdzić, że Prawo Darcy zachowuje swoją ważność dla większości rodzajów płynów przepływających przez podłogi.

Ważne jest jednak, aby pamiętać, że w przypadku wycieków cieczy przy bardzo dużych prędkościach i gazów przy bardzo niskich prędkościach prawo Darcy'ego nie ma już zastosowania.

Eksperyment Darcy'ego

Francuski inżynier Henry Darcy był jednym z najważniejszych prekursorów rozwoju miejskiej wody pitnej.

Był odpowiedzialny za badania sieci wodociągowej francuskiego miasta Dijon. Najwyraźniej do jego obowiązków należy również projektowanie filtrów do oczyszczania wody; to właśnie doprowadziło go do zbadania przepływu wody przez złoża piasku.

Wyniki jego badań na ten temat ukazały się jako załącznik do raportu, który przedstawił w sieci dystrybucji wody w mieście Dijon; Właśnie w tych załącznikach pojawił się wyraz tego, co później nazywano Prawem Darcy..

Prawda jest taka, że ​​ich badania okazały się tak istotne, że od tego czasu są one uważane zarówno za podstawę wszystkich późniejszych badań nad przepływami wód gruntowych, jak i za podstawę naukową do badania przepuszczalności cieczy.

Jednak wartość pracy Henry'ego Darcy'ego nie ogranicza się do jego badań. Henry Darcy jest również uznany, ponieważ jego wysiłki pozwoliły Dijon być drugim europejskim miastem, po Rzymie, dysponującym kompletną siecią zaopatrzenia w wodę. Ta sieć dotarła do każdego piętra każdego domu we francuskim mieście.

Permeameter

Urządzenie opracowane przez Darcy'ego dla jego eksperymentów jest podstawą obecnych permeametrów. Permeametry są używane do określenia przepuszczalności różnych materiałów przed przejściem płynu.

Zasadniczo składają się one z pojemnika wypełnionego materiałem piaszczystym o stałym określonym przekroju, przez który przepływa strumień wody.

Strumień wody ma swój początek w zbiorniku wody, w którym poziom wody jest stały. Wylot, który znajduje się na drugim końcu pojemnika, składa się z kranu, przez który płynie stały przepływ.

Co najmniej dwa pomiary wysokości słupa wody są wykonywane wzdłuż ścieżki płynu w celu poznania przepuszczalności materiału.

Aplikacje

Prawo Darcy'ego jest obecnie szeroko stosowane w inżynierii lądowej, inżynierii rolniczej i przemyśle naftowym; i oczywiście w hydrogeologii.

W ten sposób jednym z najbardziej istotnych zastosowań Prawa Darcy jest uzyskanie przepływu wody przez warstwy wodonośne.

Jeśli chodzi o przemysł naftowy, prawo Darcy'ego jest również używane do opisu przepływu ropy naftowej, wody i gazu przez złoża ropy naftowej.

Referencje

1. Prawo Darcy'ego (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 23 kwietnia 2018 r. Z en.wikipedia.org.
2. Henry Darcy (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 23 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
3. Prawo Darcy (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 23 kwietnia 2018 r. Z es.wikipedia.org.
4. Darcy, H. (1856). Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Paryż: Dalmont.
5. Arora, K. R. (1989). Mechanika gleby i inżynieria fundamentów. Wydawcy standardowi.