DARCYN LAKI: MISTÄ SE KOOSTUU, KOKEILU JA SOVELLUKSET - FYYSINEN - 2025

Darcy: n lain kuvaamaan nesteiden virtausta läpi huokoisia materiaaleja. Laki johdettiin yleistäjänä, jota voidaan käyttää laskettaessa veden virtausta hiekkasuodattimien läpi. Se saatiin muutamasta kokeesta, jotka ranskalainen insinööri Henry Darcy teki karkealla hiekalla, joka sisälsi hienoa soraa Saone-joesta.

Vaikka ajan myötä sitä muutettiin, Darcyn hänen kokeiluistaan ​​muotoilema laki on nykyisen hydrologian tieteellinen perusta. Darcy käytti tutkimuksessaan laitteistoa, joka on hyvin samanlainen kuin läpäisymittarit, joita nykyisin käytetään useimmissa nestetutkimuksen laboratorioissa.

Henry Darcy

Nykyään lakia käytetään laajalti niin monimuotoisilla aloilla kuin tekniikka, hydrogeologia ja öljyteollisuus.

Mistä se koostuu?

Yksinkertaisimmassa muodossaan Darcyn lain matemaattinen lauseke on seuraava:

Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L

Tässä lausekkeessa Q on virtausnopeus ja K on vakio, joka tunnetaan Darcyn läpäisevyyskertoimena (vakio, joka riippuu sekä materiaalista että sen läpi kulkevan nesteen ominaisuuksista).

Lisäksi A on poikkileikkauspinta-ala, ∆L on etäisyys näytteen kahden pisteen välillä ja ∆h on potentiaaliero näiden kahden saman pisteen välillä.

Oikeampi lain ilmaisu olisi:

q = - K ∙ (dh / dl)

Tässä yhtälössä q = Q / A tai virtaus osaa kohti, K on hydraulinen johtavuus ja dh / dl on hydraulinen gradientti.

Darcyn lakiasiat

Darcyn lakia määritettäessä otetaan huomioon joukko näkökohtia, sekä huokoisen väliaineen että nesteen suhteen:

- Neste ei ole puristuvaa.

- Huokoinen väliaine, jonka neste kulkee, on homogeeninen.

- Virtaus on lineaarinen.

- Nesteen virtaus on isoterminen.

- Neste ei reagoi missään vaiheessa sen läpi kulkevan huokoisen väliaineen kanssa.

rajoitukset

Kahta perustavaa laatua olevaa rajoitusta Darcyn lakiin voidaan periaatteessa harkita.

- Ensinnäkin se, että vakio K ei riipu pelkästään huokoisesta väliaineesta, koska sen arvo riippuu myös sen läpi kulkevasta nesteestä.

- Toiseksi epälineaarinen suhde virtauksen ja hydraulisen gradientin välillä, joka tapahtuu, jos vakiona on erittäin pieni arvo tai jos nopeudet ovat erittäin suuret.

voimassaolo

Yleisesti katsotaan, että Darcyn päätelmää lakia voidaan soveltaa huokoisten väliaineiden, kuten maaperän, läpi kulkeviin vesivirtauksiin, joissa esiintyy laminaarivirtausta.

Totuus on, että muiden tutkijoiden myöhemmät työt ovat vahvistaneet, että Darcyn laki on edelleen voimassa useimmissa nestevirtaustyypeissä, jotka liikkuvat maaperän läpi.

On kuitenkin tärkeää huomata, että Darcyn lakia ei enää sovelleta nesteiden suodattamiseen erittäin suurilla nopeuksilla ja kaasujen erittäin alhaisilla nopeuksilla.

Darcyn kokeilu

Ranskalainen insinööri Henry Darcy oli yksi tärkeimmistä pioneereista kaupunkien juomavesivarusteiden kehittämisessä.

Hän vastasi ranskalaisen Dijon-kaupungin vesihuoltoverkon tutkimuksesta. Ilmeisesti hänen vastuualueisiinsa kuului myös vedenpuhdistussuodattimien suunnittelu; luultavasti se sai hänet tutkimaan veden virtauksia hiekkasängyjen läpi.

Aiheesta tehtyjen tutkimustensa tulokset julkaistiin liitteenä raportille, jonka hän esitti Dijonin kaupungin vedenjakeluverkosta; Näissä liitteissä julkaistiin ilmaus siitä, mitä myöhemmin kutsuttiin Darcyn lakiksi.

Totuus on, että heidän tutkimuksensa osoittautuivat niin merkityksellisiksi, että siitä lähtien niitä on pidetty sekä kaikkien myöhempien pohjavesivirtauksia koskevien tutkimusten perustana että tieteellisenä perustana nesteiden läpäisevyyden tutkimiselle.

Henry Darcyn työn arvo ei kuitenkaan rajoitu hänen tutkimukseensa. Henry Darcy on myös tunnustettu hänen ponnisteluistaan ​​tehdä Dijonista toinen Rooman jälkeinen eurooppalainen kaupunki, jolla on täydellinen vesihuoltoverkko. Tämä verkko pääsi ranskalaisen kaupungin jokaisen talon jokaiseen kerrokseen.

Läpäisymittari

Laite, jonka Darcy on suunnitellut kokeilleen, on perusta nykyisille läpäisymittarille. Läpäisevyysmittareita käytetään määrittämään erilaisten materiaalien läpäisevyys nesteen kulkemiseen.

Yleensä ne koostuvat säiliöstä, joka on täytetty hiekkaisella materiaalilla ja jolla on vakio määritetty osa, jonka läpi veden virtaus kiertää.

Veden virtaus tulee vesisäiliöstä, jossa veden taso on vakio. Säiliön toisessa päässä oleva poistoaukko koostuu hanasta, jonka läpi jatkuva virtaus tulee ulos.

Ainakin kaksi vesipylvään korkeuden mittaa suoritetaan nesteen tiellä materiaalin läpäisevyyden tuntemiseksi.

Sovellukset

Darcyn lakia käytetään nykyään laajalti maa- ja vesirakentamisessa, maatalouden suunnittelussa ja öljyteollisuudessa; ja tietenkin hydrogeologiassa.

Siten yksi Darcyn lain asiaankuuluvimmista sovelluksista on saada veden virtaus pohjavesien läpi.

Öljyteollisuuden kannalta Darcyn lakia käytetään myös kuvaamaan öljy-, vesi- ja kaasuvirtauksia öljysäiliöiden läpi.

Viitteet

1. Darcyn laki (toinen). Wikipediassa. Haettu 23. huhtikuuta 2018, en.wikipedia.org.
2. Henry Darcy (toinen). Wikipediassa. Haettu 23. huhtikuuta 2018, es.wikipedia.org.
3. Darcyn laki (toinen). Wikipediassa. Haettu 23. huhtikuuta 2018, es.wikipedia.org.
4. Darcy, H. (1856). Les Fontaines -ravintolat Dijonissa. Pariisi: Dalmont.
5. Arora, KR (1989). Maaperän mekaniikka ja pohjatekniikka. Vakiojulkaisijat.