- Vad består det av?
- Darcy's lagöverväganden
- begränsningar
- Giltighet
- Darcy's experiment
- Permeameter
- tillämpningar
- referenser
Den Darcy 's lag för att beskriva flödet av vätskor genom porösa material. Lagen härleddes som en universalisering som tillämpades vid beräkningen av vattenflödet genom sandfilter. Det erhölls från några få experiment som gjordes av den franska ingenjören Henry Darcy på grov sand innehållande fin grus från floden Saone.
Även om den över tid underkastades modifieringar, är den lag som Darcy formulerade från hans experiment den vetenskapliga grunden för aktuell hydrologi. För sin forskning använde Darcy en apparat som var mycket lik de permeametrar som för närvarande används i de flesta laboratorier inom fluidforskning.
Henry darcy
Idag används lagen på många områden som är så olika som teknik, hydrogeologi och oljeindustrin.
Vad består det av?
I sin enklaste form är det matematiska uttrycket för Darcy's Law följande:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
I detta uttryck är Q flödeshastigheten och K är en konstant känd som Darcys permeabilitetskoefficient (konstant som beror på både materialet och egenskaperna hos vätskan som passerar genom det).
Vidare är A tvärsnittsområdet, ∆L är avståndet mellan två punkter i provet och ∆h är potentialskillnaden mellan samma två punkter.
Ett mer korrekt uttryck av lagen skulle vara:
q = - K ∙ (dh / dl)
I denna ekvation q = Q / A eller flöde per sektion är K den hydrauliska konduktiviteten och dh / dl är den hydrauliska gradienten.
Darcy's lagöverväganden
Vid upprättandet av Darcys lag beaktas en serie överväganden, både om det porösa mediet och om vätskan:
- Vätskan är inte komprimerbar.
- Det porösa mediet som vätskan passerar genom är homogent.
- Flödet är linjärt.
- Vätskeflödet är isotermiskt.
- Vätskan reagerar inte när som helst med det porösa mediet det passerar genom.
begränsningar
Två grundläggande begränsningar av Darcys lag kan i princip övervägas.
- För det första beror det faktum att konstanten K inte enbart beror på det porösa mediet, eftersom dess värde också beror på vätskan som passerar genom det.
- För det andra, det icke-linjära förhållandet mellan flödet och den hydrauliska lutningen, vilket händer om konstanten tar ett mycket lågt värde eller om hastigheterna är mycket höga.
Giltighet
I allmänhet anses det att den lag som dras av Darcy är tillämplig på vattenflöden genom porösa medier, till exempel jordar, där ett laminärt flöde inträffar.
Sanningen är att senare arbete av andra forskare har bekräftat att Darcy's Law förblir giltig för de flesta typer av vätskeflöden som rör sig genom jord.
Det är emellertid viktigt att notera att Darcys lag inte längre är tillämplig för filtrering av vätskor med mycket höga hastigheter och av gaser med mycket låga hastigheter.
Darcy's experiment
Den franska ingenjören Henry Darcy var en av de viktigaste pionjärerna i utvecklingen av urbana dricksvattenförsörjningar.
Han var ansvarig för studien av vattenförsörjningsnätverket i den franska staden Dijon. Uppenbarligen inkluderade hans ansvar också utformningen av vattenreningsfilter; det var förmodligen det som fick honom att undersöka vattenflödet genom sandbäddar.
Resultaten från hans studier om ämnet publicerades som en bilaga till rapporten som han presenterade i staden Dijons vattenfördelningsnätverk; Det var i dessa bilagor som uttrycket av det som senare hamnade med att kallas Darcy's Law publicerades.
Sanningen är att deras undersökningar visade sig vara så relevanta att de sedan dess har betraktats som grunden för alla efterföljande studier om grundvattenflöden och den vetenskapliga grunden för att studera vätskans permeabilitet.
Värdet på Henry Darcy arbete är dock inte begränsat till hans forskning. Henry Darcy är också erkänd för sina ansträngningar att göra Dijon till den andra europeiska staden efter Rom för att ha ett komplett vattenförsörjningsnät. Detta nätverk nådde varje våning i varje hus i den franska staden.
Permeameter
Enheten som Darcy har utformat för sina experiment är grunden för nuvarande permeametrar. Permeameters används för att bestämma permeabiliteten för olika material för en vätskepassage.
I allmänhet består de av en behållare fylld med ett sandigt material med en konstant bestämd sektion genom vilken ett flöde av vatten cirkuleras.
Vattenflödet kommer från en vattenbehållare där vattennivån är konstant. Utloppet som ligger i den andra änden av behållaren består av en kran genom vilken ett konstant flöde kommer ut.
Åtminstone två mätningar av vattenspelarens höjd utförs längs vägen för vätska för att veta materialets permeabilitet.
tillämpningar
Darcy's Law används idag allmänt inom anläggningsteknik, jordbruksteknik och petroleumsindustrin och naturligtvis inom hydrogeologi.
Således är en av de mest relevanta tillämpningarna av Darcy's Law att få vattenflödet genom akviferer.
När det gäller oljeindustrin används Darcy's Law också för att beskriva flödena av olja, vatten och gas genom oljereservoarer.
referenser
- Darcy's law (nd). På Wikipedia. Hämtad 23 april 2018 från en.wikipedia.org.
- Henry Darcy (nd). På Wikipedia. Hämtad 23 april 2018 från es.wikipedia.org.
- Darcy's Law (nd). På Wikipedia. Hämtad 23 april 2018 från es.wikipedia.org.
- Darcy, H. (1856). Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Paris: Dalmont.
- Arora, KR (1989). Jordmekanik och grundteknik. Standardförlag.