Ο νόμος του Darcy, που συνίσταται από το Πείραμα και τις Εφαρμογές

Το Ο νόμος του Darcy Χρησιμεύει στην περιγραφή των ροών ρευστών μέσω πορωδών υλικών. Ο νόμος εξήχθη ως μια καθολική εφαρμογή που εφαρμόζεται στον υπολογισμό της ροής του νερού μέσω φίλτρων άμμου. Λήφθηκε από μερικά πειράματα που πραγματοποίησε ο γαλλικός μηχανικός Henry Darcy σε χοντρή άμμο που περιείχε λεπτό χαλίκι από τον ποταμό Saona.

Αν και με την πάροδο του χρόνου υποβλήθηκε σε τροποποιήσεις, ο νόμος που διατύπωσε ο Darcy από τα πειράματά του είναι η επιστημονική βάση της τρέχουσας υδρολογίας. Για την έρευνά του, ο Darcy χρησιμοποίησε μια συσκευή πολύ παρόμοια με τα permeameters που χρησιμοποιούνται σήμερα στα περισσότερα εργαστήρια στην έρευνα υγρών.

Σήμερα ο νόμος χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς τόσο διαφορετικούς όσο η μηχανική, η υδρογεωλογία και η πετρελαϊκή βιομηχανία.

Ευρετήριο

• 1 Από τι συνίσταται;?
  • 1.1 Εξέταση του νόμου του Darcy
  • 1.2 Περιορισμοί
  • 1.3 Ισχύς
• 2 Πείραμα του Darcy
  • 2.1 Το διαπερατόμετρο
• 3 Εφαρμογές
• 4 Αναφορές

Από τι συνίσταται;?

Στην απλούστερη μορφή της, η μαθηματική έκφραση του νόμου Darcy έχει ως εξής:

Q = K ∙ A ∙ Δh / ΔL

Στην έκφραση αυτή το Q είναι η ροή και το Κ είναι μια σταθερά γνωστή ως ο συντελεστής διαπερατότητας του Darcy (σταθερή που εξαρτάται τόσο από το υλικό όσο και από τις ιδιότητες του υγρού που διέρχεται από αυτό).

Επιπλέον, Α είναι η περιοχή της διατομής, ΔL είναι η απόσταση μεταξύ δύο σημείων του δείγματος και Δh είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο αυτών σημείων.

Μια πιο ορθή έκφραση του νόμου θα ήταν:

q = - K ∙ (dh / dl)

Σε αυτή την εξίσωση q = Q / A ή ροή ανά τομή, K είναι η υδραυλική αγωγιμότητα, και dh / dl είναι η υδραυλική κλίση.

Εξέταση του νόμου του Darcy

Τη στιγμή της θέσπισης του νόμου Darcy, λαμβάνονται υπόψη μια σειρά από σκέψεις, τόσο στο πορώδες μέσο όσο και στο υγρό:

- Το υγρό δεν είναι συμπιεστό.

- Το πορώδες μέσο που ρέει διαμέσου του υγρού είναι ομοιογενές.

- Η ροή είναι γραμμική.

- Η ροή του ρευστού είναι ισοθερμική.

- Το υγρό δεν αντιδρά σε καμία στιγμή με το πορώδες μέσο που διέρχεται.

Περιορισμοί

Μπορείτε βασικά να εξετάσετε δύο βασικούς περιορισμούς στο νόμο του Darcy.

- Πρώτον, το γεγονός ότι η σταθερά Κ δεν εξαρτάται αποκλειστικά από το πορώδες μέσο, ​​καθώς η αξία του εξαρτάται επίσης από το υγρό που διέρχεται από αυτό..

- Δεύτερον, η μη γραμμική σχέση μεταξύ ροής και υδραυλικής κλίσης, η οποία συμβαίνει όταν η σταθερά παίρνει πολύ χαμηλή τιμή ή αν οι ταχύτητες είναι πολύ υψηλές.

Ισχύς

Γενικά, θεωρείται ότι ο νόμος που συνάγεται από το Darcy είναι εφαρμόσιμος στις ροές νερού μέσω πορώδους μέσου, όπως συμβαίνει με τα εδάφη στα οποία υπάρχει ελασματοειδής ροή.

Η αλήθεια είναι ότι αργότερα έργα άλλων ερευνητών έχουν επιτρέψει να επιβεβαιώσει ότι ο νόμος του Darcy διατηρεί την εγκυρότητά του για τους περισσότερους τύπους υγρών που ρέουν μέσω των δαπέδων.

Ωστόσο, είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη ότι για διαρροές υγρών σε πολύ υψηλές ταχύτητες και αέρια σε πολύ χαμηλές ταχύτητες, ο νόμος του Darcy δεν ισχύει πλέον.

Το πείραμα του Darcy

Ο γάλλος μηχανικός, Henry Darcy, ήταν ένας από τους σημαντικότερους πρόδρομους της ανάπτυξης του αστικού πόσιμου νερού.

Ήταν υπεύθυνος για τη μελέτη του δικτύου ύδρευσης της γαλλικής πόλης Dijon. Προφανώς, μεταξύ των αρμοδιοτήτων του θα πρέπει να είναι και ο σχεδιασμός των φίλτρων καθαρισμού του νερού? αυτό ήταν που πιθανώς τον οδήγησε να διερευνήσει τη ροή των υδάτων μέσα από τα κρεβάτια άμμου.

Τα αποτελέσματα των μελετών του για το θέμα αυτό δημοσιεύθηκαν ως παράρτημα της έκθεσης που παρουσίασε στο δίκτυο διανομής ύδατος της πόλης Dijon. Σε αυτά τα παραρτήματα εμφανίστηκε η έκφραση αυτού που αργότερα κατέληξε να ονομάζεται Νόμος του Darcy..

Η αλήθεια είναι ότι οι έρευνές τους αποδείχθηκαν τόσο σημαντικές ώστε, από τότε, θεωρούνται τόσο η βάση όλων των μετέπειτα μελετών σχετικά με τις ροές υπόγειων υδάτων όσο και η επιστημονική βάση για τη μελέτη της διαπερατότητας υγρών.

Ωστόσο, η αξία του έργου του Henry Darcy δεν περιορίζεται στις έρευνές του. Ο Henry Darcy αναγνωρίζεται επίσης επειδή οι προσπάθειές του επέτρεψαν στη Ντιζόν να είναι η δεύτερη ευρωπαϊκή πόλη, μετά τη Ρώμη, για να έχει ένα πλήρες δίκτυο ύδρευσης. Το δίκτυο αυτό έφθασε σε κάθε όροφο κάθε σπιτιού στη γαλλική πόλη.

Το διαπερατό

Η συσκευή που επινοήθηκε από τον Darcy για τα πειράματά του είναι η βάση των σημερινών permeameters. Τα περμετάμετρα χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της διαπερατότητας διαφόρων υλικών πριν από τη διέλευση ενός υγρού.

Γενικά, αποτελούνται από ένα δοχείο γεμάτο με ένα αμμώδες υλικό με ένα σταθερά καθορισμένο τμήμα μέσω του οποίου κυκλοφορεί μια ροή νερού.

Η ροή του νερού έχει την προέλευσή του σε δεξαμενή νερού στην οποία η στάθμη του νερού είναι σταθερή. Η έξοδος που βρίσκεται στο άλλο άκρο του δοχείου αποτελείται από μια βρύση μέσω της οποίας μια σταθερή ροή.

Τουλάχιστον δύο μετρήσεις του ύψους της στήλης ύδατος λαμβάνονται κατά μήκος της διαδρομής ρευστού για να γνωρίζουν τη διαπερατότητα του υλικού.

Εφαρμογές

Ο νόμος του Darcy χρησιμοποιείται σήμερα ευρέως στην πολιτικού μηχανικού, τη γεωργική μηχανική και τη βιομηχανία πετρελαίου. και, φυσικά, στην υδρογεωλογία.

Με αυτόν τον τρόπο, μία από τις πιο σχετικές εφαρμογές του νόμου του Darcy είναι η απόκτηση της ροής του νερού μέσω των υδροφορέων.

Όσον αφορά τη βιομηχανία πετρελαίου, ο νόμος του Darcy χρησιμοποιείται επίσης για να περιγράψει τις ροές πετρελαίου, νερού και αερίου μέσω των κοιτασμάτων πετρελαίου.

Αναφορές

1. Νόμος του Darcy (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 23 Απριλίου 2018, από το en.wikipedia.org.
2. Henry Darcy (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 23 Απριλίου 2018, από το es.wikipedia.org.
3. Νόμος του Darcy (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 23 Απριλίου 2018, από το es.wikipedia.org.
4. Darcy, Η. (1856). Δημοσιονομικές εκδόσεις του κέντρου της Ντιζόν. Παρίσι: Ντάλμοντ.
5. Arora, Κ. R. (1989). Εδαφομηχανική και Θεμελιώδης Μηχανική. Βασικοί εκδότες.