DARCY LOV: HVA DEN BESTÅR AV, EKSPERIMENT OG APPLIKASJONER - FYSISK - 2025

Den Darcy 's lov for å beskrive strømningen av væske gjennom porøse materialer. Loven ble trukket ut som en universalisering som gjaldt beregningen av vannstrømmen gjennom sandfilter. Det ble oppnådd fra noen få eksperimenter utført av den franske ingeniøren Henry Darcy på grov sand som inneholder fin grus fra Saone-elven.

Selv om den over tid ble utsatt for modifikasjoner, er loven formulert av Darcy fra hans eksperimenter det vitenskapelige grunnlaget for dagens hydrologi. For forskningen sin brukte Darcy et apparat som var veldig likt permeametrene som for tiden ble brukt i de fleste laboratorier i væskeforskning.

Henry darcy

I dag er loven mye brukt på så forskjellige områder som engineering, hydrogeology og oljeindustrien.

Hva består den av?

I sin enkleste form er det matematiske uttrykket for Darcy's Law som følger:

Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L

I dette uttrykket er Q strømningshastigheten og K er en konstant kjent som Darcys permeabilitetskoeffisient (konstant som avhenger av både materialet og egenskapene til væsken som passerer gjennom den).

Videre er A tverrsnittsområdet, ∆L er avstanden mellom to punkter i prøven, og ∆h er potensialforskjellen mellom de to samme punktene.

Et riktigere uttrykk for loven vil være:

q = - K ∙ (dh / dl)

I denne ligningen q = Q / A eller strømning per seksjon, er K den hydrauliske ledningsevne, og dh / dl er den hydrauliske gradienten.

Darcy lovhensyn

Når man etablerer Darcy lov, tas en rekke hensyn til, både om det porøse mediet og om væsken:

- Væsken er ikke komprimerbar.

- Det porøse mediet som væsken passerer gjennom er homogent.

- Flyten er lineær.

- Væskestrømmen er isotermisk.

- Væsken reagerer ikke på noe tidspunkt med det porøse mediet det passerer gjennom.

begrensninger

To grunnleggende begrensninger i Darcy lov kan i utgangspunktet vurderes.

- For det første er det faktum at konstanten K ikke bare avhenger av det porøse mediet, siden verdien også avhenger av væsken som går gjennom den.

- For det andre, det ikke-lineære forholdet mellom strømningen og den hydrauliske gradienten, noe som skjer hvis konstanten tar en veldig lav verdi eller hvis hastighetene er veldig høye.

Gyldighet

Generelt anses det at loven som er utledet av Darcy, gjelder for vann som strømmer gjennom porøse medier, for eksempel jordsmonn, der en laminær strømning oppstår.

Sannheten er at senere arbeid fra andre forskere har bekreftet at Darcy's Law forblir gyldig for de fleste typer væskestrøm som beveger seg gjennom jordsmonn.

Det er imidlertid viktig å merke seg at Darcys lov er ikke lenger gjeldende for filtrering av væsker med meget høye hastigheter og av gasser med meget lave hastigheter.

Darcy sitt eksperiment

Den franske ingeniøren Henry Darcy var en av de viktigste pionerene i utviklingen av urbane drikkevannsforsyninger.

Han var ansvarlig for studiet av vannforsyningsnettverket i den franske byen Dijon. Tilsynelatende inkluderte ansvaret hans også design av vannrensefiltre; dette var sannsynligvis det som førte til at han undersøkte vannstrømmer gjennom sandbed.

Resultatene fra studiene hans om emnet ble publisert som et vedlegg til rapporten han presenterte på vannfordelingsnettverket i byen Dijon; Det var i disse vedleggene at uttrykk for det som senere endte med å bli kalt Darcy's Law ble publisert.

Sannheten er at forskningen deres viste seg å være så relevant at de siden den gang har blitt ansett som både grunnlaget for alle påfølgende studier på grunnvannsstrømmer og det vitenskapelige grunnlaget for å studere væskens permeabilitet.

Verdien av Henry Darcy sitt arbeid er imidlertid ikke begrenset til hans forskning. Henry Darcy er også anerkjent for sin innsats for å gjøre Dijon til den andre europeiske byen, etter Roma, for å ha et komplett vannforsyningsnett. Dette nettverket nådde hver eneste etasje i hvert hus i den franske byen.

Permeameteren

Enheten utviklet av Darcy for sine eksperimenter er grunnlaget for nåværende permeameters. Permeameters brukes til å bestemme permeabiliteten til forskjellige materialer for passasje av en væske.

Generelt består de av en beholder fylt med et sandmateriale med en konstant bestemt seksjon som en strømning av vann sirkulerer gjennom.

Vannstrømmen stammer fra et vannreservoar der vannstanden er konstant. Utløpet som er plassert i den andre enden av beholderen består av en kran gjennom hvilken en konstant strøm kommer ut.

Minst to målinger av høyden på vannsøylen blir tatt langs fluidets bane for å kjenne materialets permeabilitet.

applikasjoner

Darcy's Law er mye brukt i dag innen sivilingeniør, landbruksingeniør og petroleumsindustrien; og selvfølgelig innen hydrogeologi.

Dermed er en av de mest relevante anvendelsene av Darcy's Law å skaffe vannstrømmen gjennom akviferer.

Når det gjelder oljeindustrien, brukes Darcy's Law også for å beskrive strømningene av olje, vann og gass gjennom oljereservoarene.

referanser

1. Darcy lov (nd). I Wikipedia. Hentet 23. april 2018, fra en.wikipedia.org.
2. Henry Darcy (nd). I Wikipedia. Hentet 23. april 2018, fra es.wikipedia.org.
3. Darcy's Law (nd). I Wikipedia. Hentet 23. april 2018, fra es.wikipedia.org.
4. Darcy, H. (1856). Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Paris: Dalmont.
5. Arora, KR (1989). Jordsmekanikk og grunnteknikk. Standard utgivere.