DARCY TÖRVÉNYE: MIBŐL ÁLL, A KÍSÉRLET ÉS AZ ALKALMAZÁSOK - FIZIKAI - 2026

A Darcy törvénye a folyadékok porózus anyagokon keresztüli áramlásának leírására. A törvényt a homokszűrőkön keresztüli vízáramlás kiszámításához alkalmazandó univerzifikációként vezették le. Ezt a francia mérnök, Henry Darcy néhány kísérletéből nyerték a Saone folyó finom kavicsát tartalmazó durva homokon.

Noha az idő múlásával módosításokon ment keresztül, Darcy kísérleteiből megfogalmazott törvény a jelenlegi hidrológia tudományos alapja. Kutatásaihoz Darcy olyan készüléket használt, amely nagyon hasonló a permeamerekhez, amelyet jelenleg a legtöbb folyadékkutatás laboratóriumában használnak.

Henry darcy

Manapság a törvényt széles körben alkalmazzák olyan változatos területeken, mint a mérnöki munka, a hidrogeológia és az olajipar.

Miből áll?

A legegyszerűbb formában a Darcy-törvény matematikai kifejezése a következő:

Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L

Ebben a kifejezésben Q az áramlási sebesség és K állandó, amelyet Darcy áteresztőképességi koefficiense néven ismert (állandó, amely mind az anyagtól, mind a rajta áthaladó folyadék tulajdonságaitól függ).

Ezenkívül A jelentése a keresztmetszeti terület, ∆L a távolság a minta két pontja között, ∆h pedig a két azonos pont közötti potenciális különbség.

A törvény helyesebb kifejezése lenne:

q = - K ∙ (dh / dl)

Ebben az egyenletben q = Q / A vagy szakaszonkénti áramlás, K a hidraulikus vezetőképesség, és dh / dl a hidraulikus gradiens.

Darcy törvényi szempontjai

A Darcy-törvény megállapításakor számos szempontot figyelembe vesznek, mind a porózus közeg, mind a folyadék vonatkozásában:

- A folyadék nem összenyomható.

- A porózus közeg, amelyen a folyadék átjut, homogén.

- Az áramlás lineáris.

- A folyadék áramlása izoterm.

- A folyadék egyáltalán nem reagál a porózus közeggel, amelyen áthalad.

korlátozások

Alapvetően figyelembe lehet venni Darcy törvényének két alapvető korlátozását.

- Először is, az a tény, hogy a K állandó nemcsak a porózus közegtől függ, mivel az értéke az áthaladó folyadéktól is függ.

- Másodszor, az áramlás és a hidraulikus gradiens közötti nemlineáris kapcsolat, amely akkor fordul elő, ha az állandó nagyon alacsony értéket vesz fel, vagy ha a sebesség nagyon magas.

Érvényesség

Általánosságban úgy vélik, hogy a Darcy által levezetött törvény alkalmazandó a porózus közegeken - például talajokon - folyó vízfolyásokra, ahol lamináris áramlás történik.

Az az igazság, hogy más kutatók későbbi munkája megerősítette, hogy a Darcy-törvény továbbra is érvényes a legtöbb talajban mozgó folyadékáramra.

Fontos azonban megjegyezni, hogy a nagy sebességű folyadékok és a nagyon alacsony sebességű gázok szűrésére Darcy törvénye már nem alkalmazható.

Darcy kísérlete

Henry Darcy francia mérnök volt az egyik legfontosabb úttörője a városi ivóvízellátás fejlesztésében.

Ő volt a felelős a franciaországi Dijon város vízellátó hálózatának tanulmányozásáért. Feladatai nyilvánvalóan a víztisztító szűrők tervezését is tartalmazták; valószínűleg ez vezetette őt a homokágyakon átfolyó vízáramlás vizsgálatához.

A témával kapcsolatos tanulmányainak eredményeit a Dijon város vízelosztó hálózatáról szóló jelentés mellékletében tették közzé; Ezekben a mellékletekben tették közzé azt a kifejezést, amely később Darcy-törvénynek nevezhető.

Az igazság az, hogy kutatásaik annyira relevánssá váltak, hogy azóta mind a felszín alatti vízáramlásokkal kapcsolatos későbbi vizsgálatok alapjául, mind pedig a folyadékok permeabilitásának tanulmányozására szolgálnak.

Henry Darcy munkájának értéke azonban nem korlátozódik kutatására. Henry Darcy elismert azon erőfeszítései miatt is, hogy Dijon Róma utáni második európai város legyen, ahol teljes vízellátó hálózattal rendelkezik. Ez a hálózat minden ház minden emeletére eljutott a francia városban.

A permeameter

Darcy által a kísérletei számára kidolgozott eszköz képezi az alapját a jelenlegi permeamereknek. A permemetereket arra használjuk, hogy meghatározzuk a különböző anyagok permeabilitását a folyadék áthaladásában.

Általában homokos anyaggal feltöltött tartályból áll, amelynek állandó metszete szakaszon van, amelyen keresztül a víz áramlik.

A víz áramlása egy olyan víztartályból származik, amelyben a vízszint állandó. A tartály másik végén található kimeneti csapból áll, amelyen keresztül állandó áramlás lép ki.

Az anyag áteresztőképességének megismerése érdekében a folyadék mentén legalább két mérést kell elvégezni a vízoszlop magasságáról.

Alkalmazások

A Darcy-törvényt ma széles körben alkalmazzák az építészetben, a mezőgazdasági műszaki tervezésben és a kőolajiparban; és természetesen a hidrogeológiában.

Tehát a Darcy-törvény egyik legfontosabb alkalmazása a vízfolyás víztartó rétegeken történő elérése.

Ami az olajipart illeti, a Darcy törvényét az olaj-, víz- és gázáramok leírására is használják az olajtartályokon keresztül.

Irodalom

1. Darcy törvénye (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 23-án, az en.wikipedia.org webhelyről.
2. Henry Darcy (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 23-án, az es.wikipedia.org webhelyről.
3. Darcy törvénye (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 23-án, az es.wikipedia.org webhelyről.
4. Darcy, H. (1856). Dijon könyvtárak. Párizs: Dalmont.
5. Arora, KR (1989). Talajmechanika és alapozástechnika. Standard Publishers.