LEGEA LUI DARCY: DIN CE CONSTĂ, EXPERIMENTEAZĂ ȘI APLICĂ - FIZIC - 2025

Legea Darcy pentru descrierea fluxului de fluide prin materiale poroase. Legea a fost dedusă ca o universalizare aplicabilă calculului debitului de apă prin filtre de nisip. Acesta a fost obținut din câteva experimente făcute de inginerul francez Henry Darcy pe nisip grosier care conține pietriș fin din râul Saona.

Deși de-a lungul timpului a fost supus unor modificări, legea formulată de Darcy din experimentele sale este baza științifică a hidrologiei actuale. Pentru cercetarea sa, Darcy a folosit un aparat foarte similar cu permeametrele utilizate în prezent în majoritatea laboratoarelor în cercetarea fluidelor.

Henry dragă

Astăzi legea este utilizată pe scară largă în domenii la fel de diverse precum inginerie, hidrogeologie și industria petrolieră.

În ce constă?

În forma sa cea mai simplă, expresia matematică pentru Legea lui Darcy este următoarea:

Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L

În această expresie, Q este debitul și K este o constantă cunoscută sub numele de coeficientul de permeabilitate al lui Darcy (constantă care depinde atât de material cât și de proprietățile fluidului care trece prin el).

Mai mult, A este aria secțiunii transversale, ∆L este distanța dintre două puncte din eșantion și ∆h este diferența de potențial dintre acele două aceleași puncte.

O expresie mai corectă a legii ar fi:

q = - K ∙ (dh / dl)

În această ecuație q = Q / A sau debit pe secțiune, K este conductivitatea hidraulică, iar dh / dl este gradientul hidraulic.

Considerațiile legii ale lui Darcy

La stabilirea legii lui Darcy, se iau în considerare o serie de considerații, atât despre mediul poros, cât și despre fluid:

- Lichidul nu este comprimabil.

- Mediul poros prin care trece fluidul este omogen.

- Fluxul este liniar.

- Fluxul lichidului este izotermic.

- Lichidul nu reacționează în niciun moment cu mediul poros prin care trece.

limitări

Două limitări fundamentale ale legii lui Darcy pot fi considerate în principiu.

- În primul rând, faptul că constanta K nu depinde doar de mediul poros, deoarece valoarea acesteia depinde și de fluidul care trece prin el.

- În al doilea rând, relația neliniară dintre debit și gradientul hidraulic, care se întâmplă dacă constanta are o valoare foarte mică sau dacă vitezele sunt foarte mari.

Valabilitate

În general, se consideră că legea dedusă de Darcy este aplicabilă fluxurilor de apă prin mijloace poroase, cum ar fi solurile, în care se produce un flux laminar.

Adevărul este că lucrările ulterioare ale altor cercetători au coroborat că Legea lui Darcy rămâne valabilă pentru majoritatea tipurilor de fluxuri de fluide care se deplasează prin soluri.

Cu toate acestea, este important de menționat că pentru filtrarea lichidelor la viteze foarte mari și a gazelor la viteze foarte mici, legea lui Darcy nu mai este aplicabilă.

Experimentul lui Darcy

Inginerul francez Henry Darcy a fost unul dintre cei mai importanți pionieri în dezvoltarea aprovizionării cu apă potabilă urbană.

El a fost responsabil pentru studiul rețelei de alimentare cu apă din orașul francez Dijon. Aparent, responsabilitățile sale includeau și proiectarea filtrelor de purificare a apei; probabil acest lucru l-a determinat să investigheze fluxurile de apă prin albie.

Rezultatele studiilor sale pe această temă au fost publicate ca anexă la raportul pe care l-a prezentat pe rețeaua de distribuție a apei din orașul Dijon; În aceste anexe a fost publicată expresia a ceea ce ulterior s-a numit Legea lui Darcy.

Adevărul este că cercetările lor s-au dovedit atât de relevante încât, de atunci, ele au fost considerate atât baza tuturor studiilor ulterioare asupra fluxurilor de ape subterane, cât și baza științifică pentru studierea permeabilității lichidelor.

Totuși, valoarea operei lui Henry Darcy nu se limitează doar la cercetările sale. De asemenea, Henry Darcy este recunoscut pentru eforturile sale de a face Dijon al doilea oraș european, după Roma, care are o rețea completă de alimentare cu apă. Această rețea a ajuns la fiecare etaj al fiecărei case din orașul francez.

Perimetrul

Dispozitivul conceput de Darcy pentru experimentele sale stă la baza permeametrelor actuale. Permeametrele sunt utilizate pentru a determina permeabilitatea diferitelor materiale la trecerea unui fluid.

În general, ele constau dintr-un recipient umplut cu un material nisipos, cu o secțiune determinată constant prin care circulă un flux de apă.

Fluxul de apă provine dintr-un rezervor de apă în care nivelul apei este constant. Ieșirea care este situată la celălalt capăt al containerului constă dintr-un robinet prin care iese un flux constant.

Cel puțin două măsurători ale înălțimii coloanei de apă sunt luate pe calea fluidului pentru a cunoaște permeabilitatea materialului.

Aplicații

Legea lui Darcy este folosită astăzi pe scară largă în inginerie civilă, inginerie agricolă și industria petrolieră; și, desigur, în hidrogeologie.

Astfel, una dintre cele mai relevante aplicații ale Legii lui Darcy este obținerea fluxului de apă prin acvifere.

În ceea ce privește industria petrolieră, legea lui Darcy este utilizată și pentru a descrie fluxurile de petrol, apă și gaz prin rezervoarele de petrol.

Referințe

1. Legea lui Darcy (nd). În Wikipedia. Preluat pe 23 aprilie 2018, de pe en.wikipedia.org.
2. Henry Darcy (nd). În Wikipedia. Preluat pe 23 aprilie 2018, de pe es.wikipedia.org.
3. Legea lui Darcy (nd). În Wikipedia. Preluat pe 23 aprilie 2018, de pe es.wikipedia.org.
4. Darcy, H. (1856). Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Paris: Dalmont.
5. Arora, KR (1989). Mecanica solului și Ingineria fundațiilor. Editori standard.