Luật Darcy: Nó bao gồm những gì, Thử nghiệm và Ứng dụng

Luật Darc phục vụ để mô tả dòng chất lỏng thông qua các vật liệu xốp. Luật này đã được suy luận như là một sự phổ cập áp dụng cho việc tính toán lưu lượng nước bằng các bộ lọc cát. Nó được lấy từ một vài thí nghiệm được thực hiện bởi kỹ sư người Pháp Henry Darcy trên cát thô chứa sỏi mịn từ sông Saona.

Mặc dù theo thời gian nó đã chịu sự điều chỉnh, luật được Darcy đưa ra từ các thí nghiệm của ông là cơ sở khoa học của thủy văn hiện tại. Đối với nghiên cứu của mình, Darcy đã sử dụng một thiết bị rất giống với các phép đo hiện đang được sử dụng trong hầu hết các phòng thí nghiệm trong nghiên cứu chất lỏng.

Hiện nay luật được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đa dạng như kỹ thuật, thủy văn và công nghiệp dầu mỏ.

Nó bao gồm những gì?

Ở dạng đơn giản nhất, biểu thức toán học của Định luật Darc như sau:

Q = K A ∙ h / L

Trong biểu thức này, Q là dòng chảy và K là hằng số được gọi là hệ số thấm của Darc (hằng số phụ thuộc cả vào vật liệu và tính chất của chất lỏng đi qua nó).

Ngoài ra, A là diện tích của mặt cắt ngang, L là khoảng cách giữa hai điểm của mẫu và Δh là sự khác biệt tiềm năng giữa hai điểm giống nhau.

Một biểu hiện đúng hơn của luật sẽ là:

q = - K (dh / dl)

Trong phương trình này q = Q / A hoặc lưu lượng trên mỗi phần, K là độ dẫn thủy lực và dh / dl là độ dốc thủy lực.

Cân nhắc về luật Darcy

Tại thời điểm thiết lập luật Darcy, một loạt các cân nhắc được tính đến, cả trên môi trường xốp và trên chất lỏng:

- Chất lỏng không nén được.

- Môi trường xốp chảy qua chất lỏng là đồng nhất.

- Dòng chảy là tuyến tính trong tính cách.

- Dòng chảy của chất lỏng là đẳng nhiệt.

- Chất lỏng không phản ứng bất cứ lúc nào với môi trường xốp mà nó đi qua.

Hạn chế

Về cơ bản, bạn có thể xem xét hai hạn chế cơ bản đối với luật của Darc.

- Ở nơi đầu tiên, thực tế là hằng số K không chỉ phụ thuộc vào môi trường xốp, vì giá trị của nó cũng phụ thuộc vào chất lỏng đi qua nó.

- Thứ hai, mối quan hệ phi tuyến tính giữa dòng chảy và độ dốc thủy lực, xảy ra nếu hằng số có giá trị rất thấp hoặc nếu tốc độ rất cao.

Hiệu lực

Nói chung, người ta coi rằng luật suy luận của Darcy được áp dụng cho dòng nước chảy qua môi trường xốp, như trường hợp của đất, trong đó có dòng chảy tầng.

Sự thật là các công trình sau này của các nhà nghiên cứu khác đã cho phép chứng thực rằng Luật Darcy bảo tồn tính hợp lệ của nó đối với hầu hết các loại dòng chất lỏng di chuyển qua đất.

Tuy nhiên, điều quan trọng là phải nhớ rằng đối với rò rỉ chất lỏng ở tốc độ rất cao và khí ở tốc độ rất thấp, luật Darcy không còn được áp dụng.

Thí nghiệm của Darcy

Kỹ sư người Pháp Henry Darcy là một trong những tiền thân quan trọng nhất của sự phát triển nguồn nước đô thị.

Ông chịu trách nhiệm nghiên cứu mạng lưới cấp nước của thành phố Dijon của Pháp. Rõ ràng, trong số các trách nhiệm của nó cũng phải là thiết kế các bộ lọc lọc nước; đây là những gì có thể khiến anh ta điều tra dòng nước chảy qua các bãi cát.

Kết quả nghiên cứu của ông về chủ đề này xuất hiện dưới dạng phụ lục của báo cáo mà ông trình bày trên mạng lưới phân phối nước của thành phố Dijon; Chính trong các phụ lục này, biểu hiện của những gì sau này được gọi là Luật Darcy đã xuất hiện.

Sự thật là các nghiên cứu của họ hóa ra có liên quan đến mức, kể từ đó, chúng được coi là cơ sở của tất cả các nghiên cứu tiếp theo về dòng nước ngầm và cơ sở khoa học để nghiên cứu tính thấm của chất lỏng.

Tuy nhiên, giá trị công việc của Henry Darc không chỉ giới hạn trong các cuộc điều tra của ông. Henry Darcy cũng được công nhận vì những nỗ lực của ông đã cho phép Dijon trở thành thành phố thứ hai ở châu Âu, sau Rome, có một mạng lưới cung cấp nước hoàn chỉnh. Mạng lưới này đạt đến mọi tầng của mọi ngôi nhà trong thành phố Pháp.

Các permeameter

Thiết bị được Darcy nghĩ ra cho các thí nghiệm của ông là cơ sở của các phép đo hiện tại. Các phép đo được sử dụng để xác định tính thấm của các vật liệu khác nhau trước khi chất lỏng đi qua.

Nói chung, chúng bao gồm một thùng chứa đầy vật liệu cát với phần xác định không đổi qua đó dòng nước được lưu thông.

Lưu lượng nước có nguồn gốc từ một bể chứa nước, trong đó mực nước không đổi. Các ổ cắm được đặt ở đầu kia của container bao gồm một vòi thông qua đó một dòng chảy liên tục đi ra.

Ít nhất hai phép đo chiều cao của cột nước được thực hiện dọc theo đường dẫn chất lỏng để biết tính thấm của vật liệu.