Plik Prawo Darcy'ego służy do opisu przepływu cieczy przez materiały porowate. Prawo wydedukowano jako uniwersalizację mającą zastosowanie do obliczania przepływu wody przez filtry piaskowe. Został uzyskany z kilku eksperymentów przeprowadzonych przez francuskiego inżyniera Henry'ego Darcy'ego na grubym piasku zawierającym drobny żwir z rzeki Saony.
Chociaż z biegiem czasu ulegał modyfikacjom, prawo sformułowane przez Darcy'ego na podstawie jego eksperymentów jest naukową podstawą współczesnej hydrologii. Do swoich badań Darcy użył urządzenia bardzo podobnego do permeametrów używanych obecnie w większości laboratoriów do badań płynów..
Obecnie prawo jest szeroko stosowane w tak różnorodnych dziedzinach, jak inżynieria, hydrogeologia i przemysł naftowy..
Indeks artykułów
W najprostszej formie matematyczne wyrażenie dla prawa Darcy'ego jest następujące:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
W tym wyrażeniu Q jest natężeniem przepływu, a K jest stałą znaną jako współczynnik przepuszczalności Darcy'ego (stała, która zależy zarówno od materiału, jak i właściwości płynu, który przez nią przepływa).
Ponadto A to pole przekroju poprzecznego, ΔL to odległość między dwoma punktami w próbce, a Δh to różnica potencjałów między tymi samymi dwoma punktami..
Bardziej poprawnym wyrażeniem prawa byłoby:
q = - K ∙ (dh / dl)
W tym równaniu q = Q / A lub przepływ na sekcję, K to przewodność hydrauliczna, a dh / dl to gradient hydrauliczny.
Przy ustalaniu prawa Darcy'ego bierze się pod uwagę szereg rozważań, zarówno dotyczących porowatego ośrodka, jak i płynu:
- Płyn nie jest ściśliwy.
- Porowate medium, przez które przepływa płyn, jest jednorodne.
- Przepływ ma charakter liniowy.
- Przepływ płynu jest izotermiczny.
- Płyn w żadnym momencie nie reaguje z porowatym medium, przez które przepływa.
Zasadniczo można rozważyć dwa fundamentalne ograniczenia prawa Darcy'ego.
- Po pierwsze, fakt, że stała K nie zależy wyłącznie od porowatego ośrodka, ponieważ jego wartość zależy również od płynu, który przez niego przepływa..
- Po drugie, nieliniowa zależność między przepływem a gradientem hydraulicznym, która ma miejsce, gdy stała przyjmuje bardzo niską wartość lub jeśli prędkości są bardzo wysokie.
Ogólnie uważa się, że prawo wydedukowane przez Darcy'ego ma zastosowanie do przepływu wody przez media porowate, takie jak gleby, w których występuje przepływ laminarny..
Prawda jest taka, że późniejsze prace innych badaczy potwierdziły, że prawo Darcy'ego pozostaje ważne dla większości rodzajów przepływu płynów, które przemieszczają się przez gleby..
Należy jednak zauważyć, że w przypadku filtracji cieczy przy bardzo dużych prędkościach i gazów przy bardzo małych prędkościach prawo Darcy'ego nie ma już zastosowania..
Francuski inżynier Henry Darcy był jednym z najważniejszych pionierów rozwoju miejskiego zaopatrzenia w wodę pitną.
Był odpowiedzialny za badanie sieci wodociągowej francuskiego miasta Dijon. Najwyraźniej do jego obowiązków należało także projektowanie filtrów do oczyszczania wody; to prawdopodobnie doprowadziło go do zbadania przepływu wody przez pokłady piasku.
Wyniki jego badań na ten temat zostały opublikowane jako załącznik do raportu, który przedstawił na temat sieci wodociągowej miasta Dijon; To właśnie w tych załącznikach opublikowano wyrażenie tego, co później nazwano prawem Darcy'ego..
Prawda jest taka, że ich badania okazały się na tyle istotne, że od tego czasu uważano je zarówno za podstawę wszystkich późniejszych badań przepływów wód podziemnych, jak i naukową podstawę badania przepuszczalności cieczy..
Jednak wartość pracy Henry'ego Darcy'ego nie ogranicza się do jego badań. Henry Darcy jest również doceniany za swoje wysiłki, aby Dijon było drugim po Rzymie miastem europejskim, które miało pełną sieć wodociągową. Ta sieć dotarła do wszystkich pięter wszystkich domów francuskiego miasta.
Urządzenie opracowane przez Darcy'ego do jego eksperymentów jest podstawą obecnych permeametrów. Permeameters są używane do określenia przepuszczalności różnych materiałów dla przepływu płynu.
Generalnie składają się one z pojemnika wypełnionego piaskiem o stałym przekroju, przez który przepływa woda..
Woda wypływa ze zbiornika, w którym poziom wody jest stały. Wylot znajdujący się na drugim końcu pojemnika składa się z kranu, przez który wypływa stały przepływ..
Co najmniej dwa pomiary wysokości słupa wody są wykonywane wzdłuż ścieżki płynu, aby poznać przepuszczalność materiału..
Prawo Darcy'ego jest dziś szeroko stosowane w inżynierii lądowej, inżynierii rolniczej i przemyśle naftowym; i oczywiście w hydrogeologii.
Tak więc jednym z najbardziej odpowiednich zastosowań prawa Darcy'ego jest uzyskanie przepływu wody przez warstwy wodonośne..
Jeśli chodzi o przemysł naftowy, prawo Darcy'ego jest również używane do opisania przepływów ropy, wody i gazu przez złoża ropy..
Jeszcze bez komentarzy