- З чого він складається?
- Міркування про закон Дарсі
- Обмеження
- Дійсність
- Експеримент Дарсі
- Просвіт
- Програми
- Список літератури
Закон Дарсі для опису потоку рідин через пористі матеріали. Закон був виведений як універсалізація, застосовна для розрахунку витрати води через піщані фільтри. Він був отриманий з декількох експериментів французького інженера Генрі Дарсі на грубому піску, що містить дрібний гравій з річки Саоне.
Хоча з часом він зазнавав модифікацій, закон, сформульований Дарсі з його експериментів, є науковою основою сучасної гідрології. Для своїх досліджень Дарсі використав апарат, дуже схожий на периметри, які зараз використовуються в більшості лабораторій для дослідження рідини.
Генрі Дарсі
Сьогодні закон широко застосовується в таких різноманітних галузях, як машинобудування, гідрогеологія та нафтова промисловість.
З чого він складається?
У своєму найпростішому вигляді математичний вираз для Закону Дарсі полягає в наступному:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
У цьому виразі Q - швидкість потоку, а K - константа, відома як коефіцієнт проникності Дарсі (константа, що залежить як від матеріалу, так і від властивостей рідини, яка проходить через нього).
Крім того, A - площа поперечного перерізу, ∆L - відстань між двома точками у вибірці, а ∆h - різниця потенціалів між цими двома однаковими точками.
Більш правильним виразом закону було б:
q = - K ∙ (dh / dl)
У цьому рівнянні q = Q / A або витрата на секцію, K - гідропровідність, а dh / dl - гідравлічний градієнт.
Міркування про закон Дарсі
При встановленні закону Дарсі враховується ряд міркувань як щодо пористої середовища, так і щодо рідини:
- Рідина не стискається.
- Пориста середовище, через яку рідина проходить, є однорідною.
- Потік лінійний.
- Потік рідини ізотермічний.
- Рідина не реагує в жоден момент з пористим середовищем, через яке вона проходить.
Обмеження
Два основні обмеження закону Дарсі можна розглядати в основному.
- По-перше, той факт, що константа K не залежить виключно від пористої середовища, оскільки її значення залежить також від рідини, яка проходить через неї.
- По-друге, нелінійна залежність між потоком і гідравлічним градієнтом, що відбувається, якщо константа приймає дуже низьке значення або якщо швидкості дуже великі.
Дійсність
Взагалі вважається, що прийнятий Дарсі закон застосовується до водних потоків через пористі середовища, наприклад, грунти, в яких відбувається ламінарний потік.
Правда полягає в тому, що пізніші роботи інших дослідників підтвердили, що Закон Дарсі залишається чинним для більшості типів потоку рідини, що рухаються по ґрунтах.
Однак важливо зазначити, що для фільтрації рідин з дуже високою швидкістю та газів з дуже низькою швидкістю закон Дарсі вже не застосовується.
Експеримент Дарсі
Французький інженер Генрі Дарсі був одним з найважливіших піонерів у розвитку міських запасів питної води.
Він відповідав за вивчення мережі водопостачання французького міста Діжон. Мабуть, до його обов'язків входило також проектування фільтрів для очищення води; це, мабуть, змусило його досліджувати потоки води через піщані русла.
Результати його досліджень з цього питання були опубліковані як додаток до звіту, який він представив у мережі розподілу води міста Діжон; Саме в цих додатках було опубліковано вираз того, що згодом було названо Законом Дарсі.
Правда полягає в тому, що їх дослідження виявилися настільки актуальними, що з тих пір вони вважалися як основою всіх наступних досліджень потоків ґрунтових вод, так і науковою базою для вивчення проникності рідин.
Однак цінність роботи Генрі Дарсі не обмежується лише його дослідженнями. Генрі Дарсі також визнаний своїми зусиллями, завдяки чому Діжон став другим європейським містом після Риму, який має повну мережу водопостачання. Ця мережа дійшла до кожного поверху кожного будинку у французькому місті.
Просвіт
Пристрій, розроблений Дарсі для своїх експериментів, є основою для поточних периметрів. Пермеаметри застосовуються для визначення проникності різних матеріалів для проходження рідини.
Взагалі вони складаються з ємності, наповненої піщаним матеріалом з постійною визначеною секцією, через яку циркулює потік води.
Потік води відбувається з водойми, в якій рівень води постійний. Випускний отвір, який знаходиться на іншому кінці контейнера, складається з крана, через який виходить постійний потік.
Щонайменше два вимірювання висоти водного стовпа проводяться вздовж шляху рідини, щоб знати проникність матеріалу.
Програми
Закон Дарсі сьогодні широко використовується в цивільному будівництві, сільськогосподарському машинобудуванні та нафтовій промисловості; і, звичайно, в гідрогеології.
Таким чином, одне з найбільш актуальних застосувань Закону Дарсі - це отримання потоку води через водоносні горизонти.
Що стосується нафтової галузі, то Закон Дарсі також використовується для опису потоків нафти, води та газу через нафтові резервуари.
Список літератури
- Закон Дарсі (другий). У Вікіпедії. Отримано 23 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
- Генрі Дарсі (другий). У Вікіпедії. Отримано 23 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
- Закон Дарсі (другий). У Вікіпедії. Отримано 23 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.
- Дарсі, Х. (1856). Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Париж: Дальмонт.
- Арора, КР (1989). Механіка ґрунтів та фундаментальна інженерія. Стандартні видавці.