DARCY LIKUMS: NO KĀ TAS SASTĀV, EKSPERIMENTS UN LIETOJUMPROGRAMMAS - FIZISKĀ - 2025

Darcy 's likums lai aprakstītu šķidrumu plūsmu caur porainu materiālu. Likums tika izsecināts kā universalizācija, kas piemērojama ūdens plūsmas aprēķināšanai caur smilšu filtriem. Tas tika iegūts no dažiem eksperimentiem, ko veica franču inženieris Henrijs Darčijs uz rupjām smiltīm, kas satur smalku grants no Sones upes.

Lai gan laika gaitā tas tika pakļauts modifikācijām, Darcy formulētie likumi no viņa eksperimentiem ir pašreizējās hidroloģijas zinātniskais pamats. Savā pētījumā Darcy izmantoja aparātu, kas ir ļoti līdzīgs permemetriem, kurus patlaban izmanto lielākajā daļā šķidrumu izpētes laboratoriju.

Henrijs darcy

Mūsdienās likumu plaši izmanto tik dažādās jomās kā inženierzinātnes, hidroģeoloģija un naftas rūpniecība.

No kā tas sastāv?

Darciša likuma matemātiskā izteiksme vienkāršākajā formā ir šāda:

Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L

Šajā izteiksmē Q ir plūsmas ātrums un K ir konstante, kas pazīstama kā Darcy caurlaidības koeficients (konstante, kas ir atkarīga gan no materiāla, gan no caur to plūstošā šķidruma īpašībām).

Turklāt A ir šķērsgriezuma laukums, ∆L ir attālums starp diviem parauga punktiem un ∆h ir potenciālā starpība starp šiem pašiem diviem punktiem.

Pareizāka likuma izpausme būtu šāda:

q = - K ∙ (dh / dl)

Šajā vienādojumā q = Q / A vai plūsma vienā sekcijā, K ir hidrauliskā vadītspēja, un dh / dl ir hidrauliskais gradients.

Darcy likuma apsvērumi

Izveidojot Darcy likumu, tiek ņemti vērā vairāki apsvērumi gan par poraino vidi, gan par šķidrumu:

- Šķidrums nav saspiežams.

- Porainā vide, caur kuru šķidrums iziet cauri, ir viendabīga.

- Plūsma ir lineāra.

- Šķidruma plūsma ir izotermiska.

- Šķidrums nekad nereaģē ar poraino barotni, kurai tas iziet cauri.

Ierobežojumi

Pamatā var apsvērt divus būtiskus Darcy likuma ierobežojumus.

- Pirmkārt, tas, ka konstante K nav atkarīga tikai no porainās vides, jo tās vērtība ir atkarīga arī no šķidruma, kas caur to iziet.

- Otrkārt, nelineārā attiecība starp plūsmu un hidraulisko gradientu, kas notiek, ja konstante iegūst ļoti zemu vērtību vai ja ātrumi ir ļoti lieli.

Derīgums

Kopumā tiek uzskatīts, ka Darcy atvasinātie likumi ir piemērojami ūdens plūsmām caur porainiem līdzekļiem, piemēram, augsnēm, kurās notiek lamināra plūsma.

Patiesība ir tāda, ka vēlāks citu pētnieku darbs ir apstiprinājis, ka Darcy likums paliek spēkā attiecībā uz lielāko daļu šķidruma plūsmas veidu, kas pārvietojas pa augsnēm.

Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka šķidrumu filtrēšanai ar ļoti lielu ātrumu un gāzu filtrēšanai ar ļoti mazu ātrumu Darcy likums vairs nav piemērojams.

Darcy eksperiments

Franču inženieris Henrijs Darčijs bija viens no vissvarīgākajiem pilsētas dzeramā ūdens piegādes attīstības pionieriem.

Viņš bija atbildīgs par Francijas pilsētas Dižonas ūdensvada tīkla izpēti. Acīmredzot viņa pienākumos ietilpa arī ūdens attīrīšanas filtru projektēšana; tas, iespējams, lika viņam izpētīt ūdens plūsmas pa smilšu gultnēm.

Viņa pētījumu rezultāti par šo tēmu tika publicēti kā pielikums ziņojumam, kuru viņš iepazīstināja ar Dižonas pilsētas ūdens sadales tīklu; Šajos pielikumos tika publicēts izteiciens par to, kas vēlāk tika saukts par Darcy likumu.

Patiesība ir tāda, ka viņu veiktie izmeklējumi izrādījās tik nozīmīgi, ka kopš tā laika tie tiek uzskatīti gan par visu turpmāko pētījumu par gruntsūdeņu plūsmām, gan arī par zinātnisko pamatu šķidrumu caurlaidības izpētei.

Tomēr Henrija Darcy darba vērtība neaprobežojas tikai ar viņa pētījumiem. Henrijs Darijs tiek atzīts arī par viņa centieniem padarīt Dižonu par otro Eiropas pilsētu pēc Romas, lai tai būtu pilnīgs ūdens apgādes tīkls. Šis tīkls sasniedza Francijas pilsētas katras mājas katru stāvu.

Caurmērs

Ierīce, kuru Darcy izstrādājusi saviem eksperimentiem, ir pašreizējo caurlaidības punktu pamatā. Permemetrus izmanto, lai noteiktu dažādu materiālu caurlaidību šķidruma caurlaidībai.

Parasti tie sastāv no konteinera, kas piepildīts ar smilšainu materiālu ar nemainīgu noteiktu sekciju, caur kuru tiek cirkulēta ūdens plūsma.

Ūdens plūsma rodas no ūdens rezervuāra, kurā ūdens līmenis ir nemainīgs. Izeja, kas atrodas konteinera otrā galā, sastāv no krāna, caur kuru iziet pastāvīga plūsma.

Lai uzzinātu materiāla caurlaidību, pa šķidruma ceļu veic vismaz divus ūdens staba augstuma mērījumus.

Lietojumprogrammas

Darcy likums mūsdienās tiek plaši izmantots inženierbūvē, lauksaimniecības inženierijā un naftas rūpniecībā; un, protams, hidroģeoloģijā.

Tādējādi viens no visatbilstošākajiem Darcy likuma pielietojumiem ir ūdens plūsmas iegūšana pa ūdens nesējslāņiem.

Ciktāl tas attiecas uz naftas rūpniecību, Darcy likums tiek izmantots arī, lai aprakstītu naftas, ūdens un gāzes plūsmas caur naftas rezervuāriem.

Atsauces

1. Darčija likums (nd). Vikipēdijā. Iegūts 2018. gada 23. aprīlī no vietnes en.wikipedia.org.
2. Henrijs Darčijs (nd). Vikipēdijā. Saņemts 2018. gada 23. aprīlī no es.wikipedia.org.
3. Darčija likums (nd). Vikipēdijā. Saņemts 2018. gada 23. aprīlī no es.wikipedia.org.
4. Darcy, H. (1856). Les Fontaines publiques de la ville de Dižona. Parīze: Dalmont.
5. Arora, KR (1989). Augsnes mehānika un pamatu inženierija. Standarta izdevēji.