- Iz česa je sestavljeno?
- Darcyjevi zakonski premisleki
- Omejitve
- Veljavnost
- Darcyjev poskus
- Premer
- Prijave
- Reference
Darcy je zakon za opis toka tekočine skozi porozne materiale. Zakon je bil izpeljan kot univerzalizacija, ki se uporablja za izračun pretoka vode skozi peščene filtre. Dobili so ga iz nekaj poskusov francoskega inženirja Henryja Darcyja na grobem pesku, ki vsebuje droben gramoz iz reke Saone.
Čeprav je bil sčasoma podvržen spremembam, je zakon, ki ga je iz svojih poskusov oblikoval Darcy, znanstvena podlaga trenutne hidrologije. Darcy je za svoje raziskave uporabil aparat, ki je zelo podoben premerom, ki se trenutno uporablja v večini laboratorijev za raziskovanje tekočin.
Henry Darcy
Danes se zakon pogosto uporablja na tako raznolikih področjih, kot so inženiring, hidrogeologija in naftna industrija.
Iz česa je sestavljeno?
Matematični izraz Darcyjevega zakona je v svoji najpreprostejši obliki naslednji:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
V tem izrazu je Q pretok, K pa konstanta, znana kot Darcyjev koeficient prepustnosti (konstanta, ki je odvisna tako od materiala kot od lastnosti tekočine, ki skozi njega prehaja).
Poleg tega je A površina prečnega prereza, ∆L je razdalja med dvema točkama v vzorcu in ∆h potencialna razlika med tema dvema točkama.
Pravilnejši izraz zakona bi bil:
q = - K ∙ (dh / dl)
V tej enačbi q = Q / A ali pretok na odsek je K hidravlična prevodnost, dh / dl pa hidravlični gradient.
Darcyjevi zakonski premisleki
Pri vzpostavljanju Darcyjevega zakona se upošteva vrsta pomislekov, tako glede poroznega medija kot glede tekočine:
- Tekočina ni stisljiva.
- Porozni medij, skozi katerega tekočina prehaja, je homogen.
- Pretok je linearen.
- Pretok tekočine je izotermičen.
- Tekočina nikoli ne reagira s poroznim medijem, skozi katerega gre.
Omejitve
V bistvu lahko upoštevamo dve temeljni omejitvi Darcyjevega zakona.
- Najprej dejstvo, da konstanta K ni odvisna samo od poroznega medija, saj je njena vrednost odvisna tudi od tekočine, ki skozi njo prehaja.
- Drugič, nelinearno razmerje med pretokom in hidravličnim gradientom, kar se zgodi, če je konstanta zelo nizka ali če so hitrosti zelo visoke.
Veljavnost
Na splošno velja, da je zakon, ki ga je sprejel Darcy, uporaben za vodne tokove skozi porozne medije, kot so tla, v katerih se pojavlja laminarni tok.
Resnica je, da je poznejše delo drugih raziskovalcev potrdilo, da Darcyjev zakon še naprej velja za večino vrst pretoka tekočine, ki se premikajo skozi tla.
Pomembno pa je upoštevati, da Darcyjev zakon za filtriranje tekočin pri zelo visokih hitrostih in plinov pri zelo majhnih hitrostih ne velja več.
Darcyjev poskus
Francoski inženir Henry Darcy je bil eden najpomembnejših pionirjev v razvoju zalog mestne pitne vode.
Bil je odgovoren za preučevanje vodovodnega omrežja francoskega mesta Dijon. Očitno so njegove odgovornosti vključevale tudi oblikovanje filtrov za čiščenje vode; To ga je verjetno pripeljalo do raziskovanja vodnih tokov skozi peščene plasti.
Rezultati njegovih študij na to temo so bili objavljeni kot priloga k poročilu, ki ga je predstavil o vodovodnem omrežju mesta Dijon; Prav v teh prilogah je bil objavljen izraz tega, kar se je pozneje imenovalo Darcyjev zakon.
Resnica je, da so se njihove raziskave izkazale za tako pomembne, da so od takrat veljale za osnovo vseh nadaljnjih raziskav o pretokih podzemne vode in znanstveno podlago za preučevanje prepustnosti tekočin.
Vendar vrednost dela Henryja Darcyja ni omejena na njegovo raziskovanje. Henry Darcy je znan tudi po svojih prizadevanjih, s katerimi je Dijon postal drugo evropsko mesto po Rimu, ki ima celovito vodovodno omrežje. Ta mreža je dosegla vsako nadstropje vsake hiše v francoskem mestu.
Premer
Naprava, ki jo je Darcy zasnoval za svoje poskuse, je osnova za trenutne premere. Premeri se uporabljajo za določanje prepustnosti različnih materialov za prehod tekočine.
Na splošno so sestavljene iz posode, napolnjene s peščenim materialom s konstantno določenim odsekom, skozi katerega kroži pretok vode.
Pretok vode izvira iz rezervoarja, v katerem je nivo vode konstanten. Odtok, ki je nameščen na drugem koncu posode, je sestavljen iz pipe, skozi katero izhaja stalen pretok.
Vsaj dve meritvi višine vodnega stolpca se izvedeta vzdolž poti tekočine, da se pozna prepustnost materiala.
Prijave
Darcyjev zakon se danes široko uporablja v gradbeništvu, kmetijskem inženiringu in naftni industriji; in seveda v hidrogeologiji.
Tako je ena najpomembnejših aplikacij Darcyjevega zakona pridobivanje pretoka vode skozi vodonosnike.
Kar zadeva naftno industrijo, se Darcyjev zakon uporablja tudi za opisovanje tokov nafte, vode in plina skozi naftne rezervoarje.
Reference
- Darcyjev zakon (drugi). V Wikipediji. Pridobljeno 23. aprila 2018 z en.wikipedia.org.
- Henry Darcy (drugi). V Wikipediji. Pridobljeno 23. aprila 2018 z es.wikipedia.org.
- Darcyjev zakon (drugi). V Wikipediji. Pridobljeno 23. aprila 2018 z es.wikipedia.org.
- Darcy, H. (1856). Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Pariz: Dalmont.
- Arora, KR (1989). Mehanika tal in inženiring temeljev. Standardni založniki.