De De wet van Darcy dient om vloeistofstromen door poreuze materialen te beschrijven. De wet werd afgeleid als een universalisering die van toepassing is op de berekening van de stroming van water door zandfilters. Het werd verkregen uit een paar experimenten uitgevoerd door de Franse ingenieur Henry Darcy op grof zand met fijn grind uit de rivier de Saone..
Hoewel het in de loop van de tijd aan wijzigingen is onderworpen, vormt de wet die Darcy op basis van zijn experimenten formuleerde, de wetenschappelijke basis van de huidige hydrologie. Voor zijn onderzoek gebruikte Darcy een apparaat dat erg leek op de permeameters die momenteel in de meeste laboratoria voor vloeistofonderzoek worden gebruikt..
Tegenwoordig wordt de wet op grote schaal gebruikt op uiteenlopende gebieden als techniek, hydrogeologie en de olie-industrie..
Artikel index
In zijn eenvoudigste vorm is de wiskundige uitdrukking voor de wet van Darcy als volgt:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
In deze uitdrukking is Q de stroomsnelheid en is K een constante die bekend staat als de permeabiliteitscoëfficiënt van Darcy (constante die afhangt van zowel het materiaal als de eigenschappen van de vloeistof die er doorheen gaat).
Bovendien is A het dwarsdoorsnedegebied, ∆L is de afstand tussen twee punten in het monster en ∆h is het potentiaalverschil tussen diezelfde twee punten..
Een meer correcte uitdrukking van de wet zou zijn:
q = - K ∙ (dh / dl)
In deze vergelijking q = Q / A of stroom per sectie, K is de hydraulische geleidbaarheid en dh / dl is de hydraulische gradiënt.
Bij het vaststellen van de wet van Darcy wordt rekening gehouden met een aantal overwegingen, zowel met betrekking tot het poreuze medium als met betrekking tot de vloeistof:
- De vloeistof is niet samendrukbaar.
- Het poreuze medium waar de vloeistof doorheen gaat, is homogeen.
- De stroming is lineair van aard.
- De vloeistofstroom is isotherm.
- De vloeistof reageert op geen enkel moment met het poreuze medium waar het doorheen gaat.
Twee fundamentele beperkingen van de wet van Darcy kunnen in wezen worden beschouwd.
- In de eerste plaats het feit dat de constante K niet alleen afhangt van het poreuze medium, aangezien de waarde ook afhangt van de vloeistof die er doorheen gaat..
- Ten tweede, de niet-lineaire relatie tussen stroming en hydraulische gradiënt, die optreedt als de constante een zeer lage waarde aanneemt of als de snelheden erg hoog zijn.
In het algemeen wordt aangenomen dat de wet die Darcy heeft afgeleid van toepassing is op waterstromen door poreuze media, zoals bodems, waarin een laminaire stroming optreedt..
De waarheid is dat later werk van andere onderzoekers heeft bevestigd dat de wet van Darcy geldig blijft voor de meeste soorten vloeistofstromen die door bodems bewegen..
Het is echter belangrijk op te merken dat voor filtratie van vloeistoffen met zeer hoge snelheden en van gassen met zeer lage snelheden, de wet van Darcy niet langer van toepassing is..
De Franse ingenieur Henry Darcy was een van de belangrijkste pioniers in de ontwikkeling van drinkwatervoorziening in steden.
Hij was verantwoordelijk voor de studie van het waterleidingnet van de Franse stad Dijon. Blijkbaar omvatte zijn verantwoordelijkheden ook het ontwerp van waterzuiveringsfilters; dit was waarschijnlijk wat hem er waarschijnlijk toe bracht om waterstromen door zandbedden te onderzoeken.
De resultaten van zijn studies over dit onderwerp werden gepubliceerd als bijlage bij het rapport dat hij presenteerde over het waterdistributienetwerk van de stad Dijon; In deze bijlagen werd de uitdrukking gepubliceerd van wat later de wet van Darcy werd genoemd..
De waarheid is dat hun onderzoeken zo relevant bleken dat ze sindsdien worden beschouwd als zowel de basis van alle volgende onderzoeken naar grondwaterstromen als de wetenschappelijke basis voor het bestuderen van de doorlaatbaarheid van vloeistoffen..
De waarde van het werk van Henry Darcy is echter niet beperkt tot zijn onderzoek. Henry Darcy wordt ook erkend voor zijn inspanningen om van Dijon de tweede Europese stad, na Rome, te maken met een compleet waterleidingnet. Dit netwerk bereikte alle verdiepingen van alle huizen van de Franse stad.
Het apparaat dat Darcy voor zijn experimenten bedacht, vormt de basis van de huidige permeameters. Permeameters worden gebruikt om de doorlaatbaarheid van verschillende materialen voor de doorgang van een vloeistof te bepalen.
Over het algemeen bestaan ze uit een bak gevuld met een zanderig materiaal met een constant bepaald gedeelte waar een stroom water doorheen circuleert..
De waterstroom is afkomstig uit een watertank waarin het waterpeil constant is. De uitlaat die zich aan het andere uiteinde van de container bevindt, bestaat uit een kraan waardoor een constante stroom naar buiten komt..
Er worden ten minste twee metingen van de hoogte van de waterkolom langs het pad van de vloeistof uitgevoerd om de doorlaatbaarheid van het materiaal te kennen..
De wet van Darcy wordt tegenwoordig veel gebruikt in de civiele techniek, landbouwtechniek en de aardolie-industrie; en natuurlijk in hydrogeologie.
Een van de meest relevante toepassingen van de wet van Darcy is dus het verkrijgen van de stroming van water door watervoerende lagen..
Wat de olie-industrie betreft, wordt de wet van Darcy ook gebruikt om de stromen van olie, water en gas door oliereservoirs te beschrijven..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.