Das Darcys Gesetz dient zur Beschreibung von Flüssigkeitsströmen durch poröse Materialien. Das Gesetz wurde als Universalisierung für die Berechnung des Wasserflusses durch Sandfilter abgeleitet. Es wurde aus einigen Experimenten gewonnen, die der französische Ingenieur Henry Darcy an grobem Sand mit feinem Kies aus der Saone durchgeführt hatte.
Obwohl es im Laufe der Zeit Änderungen unterworfen wurde, ist das von Darcy aus seinen Experimenten formulierte Gesetz die wissenschaftliche Grundlage der gegenwärtigen Hydrologie. Für seine Forschung verwendete Darcy ein Gerät, das den derzeit in den meisten Labors der Flüssigkeitsforschung verwendeten Permeametern sehr ähnlich ist..
Heute ist das Gesetz in so unterschiedlichen Bereichen wie Ingenieurwesen, Hydrogeologie und Ölindustrie weit verbreitet..
Artikelverzeichnis
In seiner einfachsten Form lautet der mathematische Ausdruck für Darcys Gesetz wie folgt:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
In diesem Ausdruck ist Q die Durchflussrate und K ist eine Konstante, die als Darcys Permeabilitätskoeffizient bekannt ist (Konstante, die sowohl vom Material als auch von den Eigenschaften des durchströmenden Fluids abhängt).
Weiterhin ist A die Querschnittsfläche, ∆L ist der Abstand zwischen zwei Punkten in der Probe und ∆h ist die Potentialdifferenz zwischen denselben zwei Punkten..
Ein korrekterer Ausdruck des Gesetzes wäre:
q = - K ∙ (dh / dl)
In dieser Gleichung q = Q / A oder Durchfluss pro Abschnitt ist K die hydraulische Leitfähigkeit und dh / dl der hydraulische Gradient.
Bei der Festlegung des Darcyschen Gesetzes werden eine Reihe von Überlegungen berücksichtigt, sowohl hinsichtlich des porösen Mediums als auch hinsichtlich der Flüssigkeit:
- Die Flüssigkeit ist nicht komprimierbar.
- Das poröse Medium, durch das die Flüssigkeit fließt, ist homogen.
- Die Strömung ist linearer Natur.
- Der Flüssigkeitsstrom ist isotherm.
- Die Flüssigkeit reagiert zu keinem Zeitpunkt mit dem porösen Medium, das sie durchläuft.
Grundsätzlich können zwei grundlegende Einschränkungen des Darcy-Gesetzes betrachtet werden.
- Erstens hängt die Tatsache, dass die Konstante K nicht nur vom porösen Medium abhängt, da ihr Wert auch von der Flüssigkeit abhängt, die durch sie hindurchgeht..
- Zweitens die nichtlineare Beziehung zwischen Durchfluss und hydraulischem Gradienten, die auftritt, wenn die Konstante einen sehr niedrigen Wert annimmt oder wenn die Geschwindigkeiten sehr hoch sind.
Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass das von Darcy abgeleitete Gesetz auf Wasserströme durch poröse Medien wie Böden anwendbar ist, in denen eine laminare Strömung auftritt..
Die Wahrheit ist, dass spätere Arbeiten anderer Forscher bestätigt haben, dass Darcys Gesetz für die meisten Arten von Flüssigkeitsströmen, die sich durch Böden bewegen, weiterhin gültig ist..
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass für die Filtration von Flüssigkeiten mit sehr hohen Geschwindigkeiten und von Gasen mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten das Gesetz von Darcy nicht mehr anwendbar ist..
Der französische Ingenieur Henry Darcy war einer der wichtigsten Pioniere bei der Entwicklung der städtischen Trinkwasserversorgung.
Er war verantwortlich für das Studium des Wasserversorgungsnetzes der französischen Stadt Dijon. Zu seinen Aufgaben gehörte offenbar auch die Entwicklung von Wasseraufbereitungsfiltern; Dies führte ihn wahrscheinlich dazu, den Wasserfluss durch Sandbetten zu untersuchen.
Die Ergebnisse seiner Studien zu diesem Thema wurden als Anhang zu dem Bericht veröffentlicht, den er über das Wasserverteilungsnetz der Stadt Dijon vorlegte. In diesen Anhängen wurde der Ausdruck dessen veröffentlicht, was später Darcys Gesetz genannt wurde..
Die Wahrheit ist, dass sich ihre Untersuchungen als so relevant erwiesen haben, dass sie seitdem sowohl als Grundlage aller nachfolgenden Untersuchungen zu Grundwasserströmungen als auch als wissenschaftliche Grundlage für die Untersuchung der Durchlässigkeit von Flüssigkeiten angesehen wurden..
Der Wert von Henry Darcys Arbeit ist jedoch nicht auf seine Forschung beschränkt. Henry Darcy ist auch für seine Bemühungen bekannt, Dijon nach Rom zur zweiten europäischen Stadt zu machen, die über ein vollständiges Wasserversorgungsnetz verfügt. Dieses Netzwerk erreichte alle Stockwerke aller Häuser der französischen Stadt.
Das von Darcy für seine Experimente entwickelte Gerät ist die Basis für aktuelle Permeameter. Permeameter werden verwendet, um die Permeabilität verschiedener Materialien für den Durchgang eines Fluids zu bestimmen.
Im Allgemeinen bestehen sie aus einem Behälter, der mit einem sandigen Material mit einem konstant bestimmten Abschnitt gefüllt ist, durch den ein Wasserfluss zirkuliert..
Der Wasserfluss stammt aus einem Wassertank, in dem der Wasserstand konstant ist. Der Auslass am anderen Ende des Behälters besteht aus einem Hahn, durch den ein konstanter Durchfluss austritt..
Mindestens zwei Messungen der Höhe der Wassersäule werden entlang des Flüssigkeitswegs durchgeführt, um die Durchlässigkeit des Materials zu ermitteln..
Darcys Gesetz ist heute im Tiefbau, in der Agrartechnik und in der Erdölindustrie weit verbreitet. und natürlich in der Hydrogeologie.
Daher besteht eine der wichtigsten Anwendungen des Darcy-Gesetzes darin, den Wasserfluss durch Grundwasserleiter zu erhalten..
In Bezug auf die Ölindustrie wird das Darcy-Gesetz auch verwendet, um die Ströme von Öl, Wasser und Gas durch Ölreservoirs zu beschreiben..
Bisher hat noch niemand einen Kommentar zu diesem Artikel abgegeben.