Darcy įstatymas: ką jis sudaro, eksperimentas ir programos

Darcy įstatymas skirtas apibūdinti skysčių srautus per akytas medžiagas. Įstatymas buvo priimtas kaip universalizacija, taikytina vandens srauto apskaičiavimui smėlio filtrais. Tai buvo gauta iš keleto eksperimentų, kuriuos atliko Prancūzijos inžinierius Henry Darcy šiurkščiose smėliuose, turinčiuose smulkų žvyrą iš Saonos upės.

Nors laikui bėgant jis buvo modifikuotas, Darcy parengtas jo eksperimentų įstatymas yra dabartinio hidrologijos mokslinis pagrindas. Savo tyrimui Darcy naudojo prietaisą, labai panašų į permeametrus, kurie šiuo metu naudojami daugelyje laboratorijų skysčių tyrimuose.

Šiuo metu įstatymai plačiai naudojami tokiose įvairiose srityse kaip inžinerija, hidrogeologija ir naftos pramonė.

Ką ji sudaro?

Paprasčiausia forma Darcy įstatymo matematinė išraiška yra tokia:

Q = K ∙ A Δ Δh / ΔL

Šioje išraiška Q yra srautas, o K yra konstanta, žinoma kaip Darcy pralaidumo koeficientas (pastovus, kuris priklauso tiek nuo medžiagos, tiek iš skysčio, kuris eina per jį).

Be to, A yra skerspjūvio plotas, ΔL yra atstumas tarp dviejų mėginio taškų ir Δh yra galimas šių dviejų taškų skirtumas.

Tikslesnė teisės išraiška būtų:

q = - K ∙ (dh / dl)

Šioje lygtyje q = Q / A arba srautas per sekciją, K yra hidraulinis laidumas, o dh / dl - hidraulinis gradientas.

Darcy įstatymo svarstymai

Darcy'o įstatymo nustatymo metu atsižvelgiama į keletą aspektų tiek akytojoje terpėje, tiek skystyje:

- Skystis nėra suspaudžiamas.

- Poringa terpė, tekanti per skystį, yra vienalytė.

- srautas yra tiesinis.

- Skysčio srautas yra izoterminis.

- Skystis neveikia bet kuriuo metu su poringa terpe, kurią ji kerta.

Apribojimai

Galite iš esmės apsvarstyti du esminius Darcy įstatymo apribojimus.

- Pirma, tai, kad konstanta K nepriklauso vien tik nuo porėtos terpės, nes jos vertė priklauso ir nuo skysčio, kuris eina per ją.

- antra, netiesinis ryšys tarp srauto ir hidraulinio gradiento, kuris įvyksta, jei pastovus dydis yra labai mažas arba jei greitis yra labai didelis.

Galiojimas

Apskritai manoma, kad Darcy nustatytas įstatymas taikomas vandeniui, tekančiam per akytas terpes, kaip antai dirvožemio, kuriame yra laminarinis srautas.

Tiesa ta, kad vėlesni kitų mokslininkų darbai leido patvirtinti, kad Darcy įstatymas išlaiko savo galiojimą daugumai skysčių srautų, judančių per dirvožemį.

Tačiau svarbu nepamiršti, kad dėl didelių greičių skysčių ir labai mažų greičių dujų „Darcy“ teisė nebetaikoma.

Darcy eksperimentas

Prancūzų inžinierius Henry Darcy buvo vienas iš svarbiausių miesto vandens tiekimo plėtros pirmtakų.

Jis buvo atsakingas už Prancūzijos Dijono miesto vandens tiekimo tinklo tyrimą. Matyt, tarp jos pareigų turėtų būti ir vandens valymo filtrų projektavimas; tai tikriausiai paskatino jį ištirti vandens srautus per smėlio lovas.

Tyrimo rezultatai šiuo klausimu buvo paskelbti kaip priedas prie pranešimo apie Dijono miesto vandens paskirstymo tinklą; Būtent šiuose prieduose atsirado tai, kas vėliau tapo Darcy įstatymu.

Tiesa ta, kad jų tyrimai buvo tokie svarbūs, kad nuo to laiko jie yra laikomi visais vėlesniais požeminio vandens srautų tyrimais ir moksliniu pagrindu tirti skysčių pralaidumą.

Tačiau Henry Darcy darbo vertė neapsiriboja jo tyrimais. Henry Darcy taip pat pripažįstamas, nes jo pastangos leido Dijonui tapti antruoju Europos miestu po Romos, kad būtų pasiektas visiškas vandens tiekimo tinklas. Šis tinklas pasiekė visus kiekvieno Prancūzijos miesto namo aukštus.

Permeametras

Darcy sukurtas prietaisas jo eksperimentams yra dabartinių permeametrų pagrindas. Permeametrai naudojami skirtingų medžiagų pralaidumui nustatyti prieš skystį.

Apskritai jie susideda iš konteinerio, pripildyto smėlio medžiaga su pastovia nustatoma sekcija, per kurią cirkuliuoja vandens srautas.

Vandens srautas kilęs iš vandens rezervuaro, kuriame vandens lygis yra pastovus. Išėjimo anga, esanti kitame konteinerio gale, susideda iš čiaupo, per kurį išeina pastovus srautas.

Mažiausiai du vandens stulpelio aukščio matavimai atliekami palei skysčio kelią, kad būtų žinoma medžiagos pralaidumas.