Legea lui Darcy în ce constă, experiment și aplicații

Legea lui Darcy Aceasta servește la descrierea fluxurilor de fluid prin materiale poroase. Legea a fost dedusă ca o universalizare aplicabilă calculului debitului de apă prin intermediul filtrelor de nisip. Acesta a fost obținut din câteva experimente realizate de inginerul francez Henry Darcy în nisip grosier cu pietriș fin din râul Saona.

Deși a fost modificată în timp, legea formulată de Darcy din experimentele sale este baza științifică a hidrologiei curente. Pentru cercetările sale, Darcy a folosit un dispozitiv foarte asemănător cu permeametrele care sunt utilizate în prezent în majoritatea laboratoarelor de cercetare în fluid.

În prezent, legea este folosită pe scară largă în domenii atât de diverse, cum ar fi ingineria, hidrogeologia și industria petrolieră.

index

• 1 Ce este?
  • 1.1 Considerații ale legii lui Darcy
  • 1.2 Limitări
  • 1.3 Valabilitate
• Experimentul lui Darcy
  • 2.1 Permeametrul
• 3 Aplicații
• 4 Referințe

Ce este?

În cea mai simplă formă, expresia matematică a Legii lui Darcy este următoarea:

Q = K ∙ A ∙ Δh / ΔL

În această expresie Q este debitul și K este o constantă cunoscută ca coeficientul de permeabilitate al lui Darcy (constant care depinde atât de material, cât și de proprietățile fluidului care trece prin el).

În plus, A este aria secțiunii transversale, ΔL este distanța dintre două puncte ale eșantionului și Δh este diferența de potențial dintre cele două puncte aceleași.

O expresie mai corectă a legii ar fi:

q = - K ∙ (dh / dl)

În această ecuație q = Q / A sau debitul pe secțiune, K este conductivitatea hidraulică, iar dh / dl este gradientul hidraulic.

Considerații ale legii lui Darcy

La stabilirea legii lui Darcy, se ține seama de o serie de considerații, atât pe mediul poros, cât și pe fluid:

- Fluidul nu este compresibil.

- Mediul poros care curge prin fluid este omogen.

- Fluxul are caracter liniar.

- Debitul fluidului este izotermic.

- Fluidul nu reacționează în nici un moment cu mediul poros pe care îl traversează.

limitări

În principiu, puteți lua în considerare două limitări fundamentale ale legii lui Darcy.

- În primul rând, faptul că constanta K nu depinde doar de mediul poros, deoarece valoarea ei depinde și de fluidul care trece prin ea.

- În al doilea rând, relația neliniară dintre debit și gradientul hidraulic, care se întâmplă dacă constanta are o valoare foarte scăzută sau dacă vitezele sunt foarte mari.

valabilitate

În general, se consideră că legea dedusă de Darcy este aplicabilă fluxurilor de apă prin medii poroase, ca în cazul solurilor în care există un flux laminar.

Adevărul este că lucrările ulterioare ale altor cercetători au permis să confirme faptul că Legea lui Darcy își păstrează valabilitatea pentru majoritatea tipurilor de fluxuri de lichid care se mișcă prin soluri.

Cu toate acestea, este important să rețineți că, pentru scurgerile de lichide la viteze foarte mari și gaze la viteze foarte scăzute, legea lui Darcy nu mai este aplicabilă.

Experimentul lui Darcy

Inginerul francez Henry Darcy a fost unul dintre cei mai importanți precursori ai dezvoltării furnizării urbane de apă.

El a fost responsabil pentru studiul rețelei de alimentare cu apă din orașul francez Dijon. Aparent, printre responsabilitățile sale ar trebui să fie și designul filtrelor de purificare a apei; acesta a fost probabil cel care la determinat să cerceteze fluxurile de apă prin paturi de nisip.

Rezultatele studiilor sale pe această temă au apărut publicate ca anexă la raportul pe care la prezentat în rețeaua de distribuție a apei din orașul Dijon; În aceste anexe a apărut expresia a ceea ce mai târziu a fost numită Legea lui Darcy.

Adevărul este că investigațiile lor s-au dovedit a fi atât de relevante încât, de atunci, ele sunt considerate atât baza tuturor studiilor ulterioare privind fluxurile de apă subterană, cât și bazei științifice pentru studierea permeabilității lichidelor.

Cu toate acestea, valoarea lucrării lui Henry Darcy nu se limitează la investigațiile sale. Henry Darcy este de asemenea recunoscut pentru că eforturile sale au permis Dijonului să fie al doilea oraș european, după Roma, să aibă o rețea completă de alimentare cu apă. Această rețea a ajuns la fiecare etaj din fiecare casă din orașul francez.

Permeametrul

Dispozitivul conceput de Darcy pentru experimentele sale este baza permeametrilor actuali. Permeametrele sunt utilizate pentru a determina permeabilitatea diferitelor materiale înainte de trecerea unui fluid.

În general, ele constau dintr-un recipient umplut cu un material nisipic cu o secțiune determinată constantă prin care circulă un flux de apă.

Fluxul de apă are originea într-un rezervor de apă în care nivelul apei este constant. Ieșirea care se află la celălalt capăt al containerului constă dintr-un robinet prin care iese un flux constant.

Cel puțin două măsurători ale înălțimii coloanei de apă sunt luate de-a lungul traseului fluidului pentru a cunoaște permeabilitatea materialului.

aplicații

Legea lui Darcy este în prezent utilizată pe scară largă în inginerie civilă, inginerie agricolă și industria petrolieră; și, bineînțeles, în hidrogeologie.

În acest fel, una dintre aplicațiile cele mai relevante ale Legii lui Darcy este de a obține curgerea apei prin acvifere.

În ceea ce privește industria petrolieră, Legea lui Darcy este folosită și pentru a descrie fluxurile de petrol, apă și gaze prin depozitele de petrol.

referințe

1. Legea lui Darcy (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 23 aprilie 2018 de la en.wikipedia.org.
2. Henry Darcy (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 23 aprilie 2018 de la es.wikipedia.org.
3. Legea lui Darcy (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 23 aprilie 2018 de la es.wikipedia.org.
4. Darcy, H. (1856).Publicațiile de la Dijon. Paris: Dalmont.
5. Arora, K. R. (1989). Mecanica solului și ingineria fundației. Editori standard.