Det Darcy's lov tjener til at beskrive væskestrømme gennem porøse materialer. Loven blev udledt som en universalisering, der gælder for beregningen af vandstrømmen gennem sandfiltre. Det blev opnået fra et par eksperimenter udført af den franske ingeniør Henry Darcy på groft sand indeholdende fin grus fra Saone-floden.
Selvom det over tid blev udsat for ændringer, er loven formuleret af Darcy fra hans eksperimenter det videnskabelige grundlag for den nuværende hydrologi. Til sin forskning brugte Darcy en enhed, der ligner de permeametre, der i øjeblikket anvendes i de fleste laboratorier inden for væskeforskning..
I dag er loven meget udbredt inden for så forskellige områder som teknik, hydrogeologi og olieindustrien..
Artikelindeks
I sin enkleste form er det matematiske udtryk for Darcy's lov som følger:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
I dette udtryk er Q strømningshastigheden, og K er en konstant kendt som Darcys permeabilitetskoefficient (konstant, der afhænger af både materialet og egenskaberne af væsken, der passerer gennem det).
Desuden er A tværsnitsarealet, ∆L er afstanden mellem to punkter i prøven, og ∆h er den potentielle forskel mellem de samme to punkter..
Et mere korrekt udtryk for loven ville være:
q = - K ∙ (dh / dl)
I denne ligning q = Q / A eller flow pr. Sektion er K den hydrauliske ledningsevne, og dh / dl er den hydrauliske gradient.
Når der etableres Darcy's lov, tages der en række overvejelser i betragtning, både om det porøse medium og om væsken:
- Væsken er ikke komprimerbar.
- Det porøse medium, som væsken passerer igennem, er homogent.
- Strømmen er lineær.
- Væskeflow er isoterm.
- Væsken reagerer ikke på noget tidspunkt med det porøse medium, det passerer igennem.
To grundlæggende begrænsninger af Darcys lov kan grundlæggende betragtes.
- For det første er det faktum, at konstanten K ikke kun afhænger af det porøse medium, da dets værdi også afhænger af væsken, der passerer gennem den..
- For det andet det ikke-lineære forhold mellem flow og hydraulisk gradient, hvilket sker, hvis konstanten tager en meget lav værdi, eller hvis hastighederne er meget høje.
Generelt anses det for, at den lov, der er udledt af Darcy, finder anvendelse på vandstrømme gennem porøse medier, såsom jord, hvor der forekommer en laminær strømning..
Sandheden er, at senere arbejde fra andre forskere har bekræftet, at Darcys lov forbliver gyldig for de fleste typer væskestrøm, der bevæger sig gennem jord..
Det er dog vigtigt at bemærke, at Darcys lov ikke længere gælder for filtrering af væsker ved meget høje hastigheder og af gasser ved meget lave hastigheder..
Den franske ingeniør Henry Darcy var en af de vigtigste pionerer i udviklingen af byens drikkevandsforsyning.
Han var ansvarlig for undersøgelsen af vandforsyningsnetværket i den franske by Dijon. Tilsyneladende omfattede hans ansvar også design af vandrensningsfiltre; det var det, der sandsynligvis fik ham til at undersøge vandstrømmene gennem sandbede.
Resultaterne af hans studier om emnet blev offentliggjort som et bilag til den rapport, han præsenterede om vanddistributionsnetværket i byen Dijon; Det var i disse bilag, at udtrykket for det, der senere blev kaldt Darcy's Law, blev offentliggjort..
Sandheden er, at deres undersøgelser viste sig at være så relevante, at de siden da er blevet betragtet som både grundlaget for alle efterfølgende undersøgelser af grundvandstrømme og det videnskabelige grundlag for at undersøge permeabiliteten af væsker..
Værdien af Henry Darcys arbejde er dog ikke begrænset til hans forskning. Henry Darcy er også anerkendt for sin indsats for at gøre Dijon til den anden europæiske by efter Rom med et komplet vandforsyningsnetværk. Dette netværk nåede alle etager i alle huse i den franske by.
Enheden, der er udtænkt af Darcy til hans eksperimenter, er grundlaget for de nuværende permeametre. Permeameters bruges til at bestemme permeabiliteten af forskellige materialer til passage af en væske.
Generelt består de af en beholder fyldt med et sandigt materiale med en konstant bestemt sektion, gennem hvilken en strøm af vand cirkuleres..
Vandstrømmen stammer fra en vandtank, hvor vandniveauet er konstant. Udløbet, der er placeret i den anden ende af beholderen, består af en hane, hvorigennem en konstant strømning kommer ud..
Mindst to målinger af vandsøjlens højde tages langs væskestien for at kende materialets permeabilitet..
Darcy's lov anvendes i dag i vid udstrækning inden for civilingeniør, landbrugsteknik og olieindustrien; og selvfølgelig inden for hydrogeologi.
En af de mest relevante anvendelser af Darcy's lov er således at opnå strømmen af vand gennem akviferer..
For så vidt angår olieindustrien, bruges Darcy's lov også til at beskrive strømmen af olie, vand og gas gennem oliereservoirer..
Endnu ingen kommentarer