ЗАКОН ДАРСИ: ИЗ ЧЕГО ОН СОСТОИТ, ЭКСПЕРИМЕНТЫ И ПРИЛОЖЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Закон Дарси для описания потока жидкости через пористые материалы. Закон был выведен как универсализация, применимая к расчету расхода воды через песчаные фильтры. Он был получен в результате нескольких экспериментов, проведенных французским инженером Генри Дарси на крупнозернистом песке, содержащем мелкий гравий из реки Сона.

Хотя со временем он был подвергнут модификациям, закон, сформулированный Дарси из его экспериментов, является научной основой современной гидрологии. Для своих исследований Дарси использовал прибор, очень похожий на пермеаметры, которые в настоящее время используются в большинстве лабораторий при исследовании жидкостей.

Генри Дарси

Сегодня закон широко используется в самых разных областях, таких как машиностроение, гидрогеология и нефтяная промышленность.

Из чего он состоит?

В простейшей форме математическое выражение закона Дарси выглядит следующим образом:

Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L

В этом выражении Q - это скорость потока, а K - постоянная, известная как коэффициент проницаемости Дарси (константа, которая зависит как от материала, так и от свойств жидкости, которая проходит через него).

Кроме того, A - площадь поперечного сечения, ∆L - расстояние между двумя точками в образце, а ∆h - разность потенциалов между этими двумя одинаковыми точками.

Более правильное выражение закона было бы:

q = - K ∙ (дч / дл)

В этом уравнении q = Q / A или расход на секцию, K - это гидравлическая проводимость, а dh / dl - гидравлический градиент.

Соображения по закону Дарси

При установлении закона Дарси принимается во внимание ряд соображений, касающихся как пористой среды, так и жидкости:

- Жидкость несжимаемая.

- Пористая среда, через которую проходит жидкость, однородна.

- Поток линейный.

- Течение жидкости изотермическое.

- Жидкость никогда не вступает в реакцию с пористой средой, через которую проходит.

Ограничения

В принципе, можно рассмотреть два фундаментальных ограничения закона Дарси.

- Во-первых, то, что константа K зависит не только от пористой среды, так как ее величина также зависит от жидкости, которая через нее проходит.

- Во-вторых, нелинейная зависимость между расходом и гидравлическим градиентом, которая возникает, если постоянная принимает очень низкое значение или если скорости очень высоки.

Срок действия

В целом считается, что закон, выведенный Дарси, применим к потокам воды через пористые среды, такие как почвы, в которых имеет место ламинарный поток.

Дело в том, что более поздние работы других исследователей подтвердили, что закон Дарси остается в силе для большинства типов потоков жидкости, движущихся через почвы.

Однако важно отметить, что для фильтрации жидкостей на очень высоких скоростях и газов на очень низких скоростях закон Дарси больше не применим.

Эксперимент Дарси

Французский инженер Генри Дарси был одним из важнейших пионеров в развитии городского водоснабжения.

Он отвечал за исследование водопроводной сети французского города Дижон. Видимо, в его обязанности входило также проектирование фильтров очистки воды; Вероятно, именно это и побудило его исследовать потоки воды в песчаных пластах.

Результаты его исследований по этому вопросу были опубликованы в качестве приложения к представленному им докладу о водораспределительной сети города Дижон; Именно в этих приложениях было опубликовано выражение того, что позже было названо законом Дарси.

Правда в том, что их исследования оказались настолько актуальными, что с тех пор они считались как основой всех последующих исследований потоков подземных вод, так и научной основой для изучения проницаемости жидкостей.

Однако ценность работы Генри Дарси не ограничивается его исследованиями. Генри Дарси также известен своими усилиями по превращению Дижона во второй после Рима европейский город, имеющий полную сеть водоснабжения. Эта сеть охватила каждый этаж каждого дома во французском городе.

Пермеаметр

Устройство, разработанное Дарси для его экспериментов, является основой современных пермеаметров. Пермеаметры используются для определения проницаемости различных материалов для прохождения жидкости.

Как правило, они состоят из контейнера, заполненного песчаным материалом, с постоянным определенным сечением, по которому циркулирует поток воды.

Поток воды исходит из водоема, в котором уровень воды постоянный. Выходное отверстие, расположенное на другом конце емкости, представляет собой кран, через который выходит постоянный поток.

По крайней мере, два измерения высоты водяного столба выполняются на пути прохождения жидкости, чтобы узнать проницаемость материала.

Приложения

Закон Дарси широко используется сегодня в гражданском строительстве, сельскохозяйственном машиностроении и нефтяной промышленности; и, конечно, в гидрогеологии.

Таким образом, одно из наиболее актуальных применений закона Дарси - получить поток воды через водоносные горизонты.

Что касается нефтяной промышленности, закон Дарси также используется для описания потоков нефти, воды и газа через нефтяные пласты.

Ссылки

1. Закон Дарси (б. Д.). В Википедии. Получено 23 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
2. Генри Дарси (б). В Википедии. Получено 23 апреля 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.
3. Закон Дарси (nd). В Википедии. Получено 23 апреля 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.
4. Дарси, Х. (1856 г.). Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Париж: Дальмон.
5. Арора, KR (1989). Механика грунтов и фундаментостроение. Стандартные издатели.