De Darcys lag tjänar till att beskriva vätskeflöden genom porösa material. Lagen härleddes som en universalisering som är tillämplig för beräkning av vattenflödet genom sandfilter. Det erhölls från några få experiment gjorda av den franska ingenjören Henry Darcy på grov sand innehållande fin grus från Saone-floden..
Även om den över tid utsattes för modifieringar, är den lag som Darcy formulerat från hans experiment den vetenskapliga grunden för den nuvarande hydrologin. För sin forskning använde Darcy en enhet som liknar de permeametrar som för närvarande används i de flesta laboratorier inom vätskeforskning..
Idag används lagen ofta inom så olika områden som teknik, hydrogeologi och oljeindustrin..
Artikelindex
I sin enklaste form är det matematiska uttrycket för Darcy's Law följande:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
I detta uttryck är Q flödeshastigheten och K är en konstant som kallas Darcys permeabilitetskoefficient (konstant som beror på både materialet och egenskaperna hos vätskan som passerar genom den).
Vidare är A tvärsnittsarean, ∆L är avståndet mellan två punkter i provet och ∆h är potentialskillnaden mellan samma två punkter..
Ett mer korrekt uttryck för lagen skulle vara:
q = - K ∙ (dh / dl)
I denna ekvation q = Q / A eller flöde per sektion är K den hydrauliska ledningsförmågan, och dh / dl är den hydrauliska lutningen.
När Darcys lag fastställs beaktas en rad överväganden, både om det porösa mediet och om vätskan:
- Vätskan är inte komprimerbar.
- Det porösa mediet som vätskan passerar genom är homogent.
- Flödet är linjärt till sin natur.
- Vätskeflödet är isotermiskt.
- Vätskan reagerar inte när som helst med det porösa mediet det passerar genom.
Två grundläggande begränsningar av Darcys lag kan i princip betraktas.
- För det första är det faktum att konstanten K inte enbart beror på det porösa mediet, eftersom dess värde också beror på vätskan som passerar genom den..
- För det andra det icke-linjära förhållandet mellan flöde och hydraulisk lutning, vilket händer om konstanten tar ett mycket lågt värde eller om hastigheterna är mycket höga.
I allmänhet anses det att den lag som dras av Darcy är tillämplig på vattenflöden genom porösa medier, såsom mark, där ett laminärt flöde uppträder..
Sanningen är att senare arbete av andra forskare har bekräftat att Darcys lag förblir giltig för de flesta typer av vätskeflöde som rör sig genom jord..
Det är dock viktigt att notera att för filtrering av vätskor vid mycket höga hastigheter och av gaser vid mycket låga hastigheter är Darcys lag inte längre tillämplig..
Den franska ingenjören Henry Darcy var en av de viktigaste pionjärerna inom utvecklingen av urbana dricksvattenförsörjning.
Han var ansvarig för studien av vattenförsörjningsnätet i den franska staden Dijon. Uppenbarligen inkluderade hans ansvar också utformningen av vattenreningsfilter; det var det som förmodligen fick honom att undersöka vattenflöden genom sandbäddar.
Resultaten av hans studier om ämnet publicerades som en bilaga till rapporten som han presenterade om vattendistributionsnätet i staden Dijon; Det var i dessa bilagor som uttrycket för det som senare blev Darcy's Law publicerades..
Sanningen är att deras undersökningar visade sig vara så relevanta att de sedan dess har betraktats som både grunden för alla efterföljande studier av grundvattenflöden och den vetenskapliga grunden för att studera permeabiliteten hos vätskor..
Värdet av Henry Darcys arbete är dock inte begränsat till hans forskning. Henry Darcy är också erkänd för sina ansträngningar att göra Dijon till den andra europeiska staden, efter Rom, som har ett komplett nät för vattenförsörjning. Detta nätverk nådde alla våningar i alla hus i den franska staden.
Den enhet som Darcy har tagit fram för sina experiment är grunden för nuvarande permeametrar. Permeametrar används för att bestämma permeabiliteten för olika material för passage av en vätska.
I allmänhet består de av en behållare fylld med ett sandigt material med en konstant bestämd sektion genom vilken ett flöde av vatten cirkuleras..
Flödet av vatten kommer från en vattentank där vattennivån är konstant. Utloppet som ligger i den andra änden av behållaren består av en kran genom vilken ett konstant flöde kommer ut..
Åtminstone två mätningar av vattenpelarens höjd görs längs vätskans väg för att känna till materialets permeabilitet..
Darcys lag används ofta idag inom anläggningsteknik, jordbruksteknik och petroleumsindustrin; och naturligtvis inom hydrogeologi.
Således är en av de mest relevanta tillämpningarna av Darcy's Law att få flödet av vatten genom akviferer..
När det gäller oljeindustrin används Darcys lag också för att beskriva flödena av olja, vatten och gas genom oljebehållare..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.