63123

SPRAWOZDANIE nr 3

Wyznaczenie współczynnika filtracji- doświadczenie i prawo Daicy'ego 1 Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest doświadczalne kreślenie współczynnika filtracji danej próbki gruntu.

2.    Krótka charakterystyka mchu filtracyjnego

Terminem „przepływ filtracyjny" lub „filtracja” określamy nich płynu w ośrodku porowatym. Ośrodek porowaty składa się najczęściej z mniejszych lub większych ziarenek ciała stałego. Są miedzy nimi wolne przestrzenie, tworzące system porów, którymi przepływa filtrujący pizez złoże płyn. Czasem mamy do czynienia z ośrodkami, które są złożone z materiału porowatego np. pumeks.

Możemy mieć do czynienia z dwoma rodzajami przepływu cieczy w ośrodku porowatym. Jeżeli przestrzeń porowa nie jest całkowicie „zalana” filtnijącą cieczą, a częściowo wypełniona gazem, jest to strefa aeracji. Gdy przestrzeń porowa jest całkowicie wypełniona cieczą, obszar ten nazywa się strefą saturacji.

Do podstawowych parametrów, charakteryzujących filtracyjne własności ośrodka należy porowatość (stosunek całkowitej objętości kanalików w próbce ośrodka, do objętości całej próbki tego ośrodka). Jeżeli filtracja w ośrodku odbywa się jednakowo we wszystkich kierunkach to mówimy, że jest to ośrodek izotropowy, w przeciwnym wypadku mamy do czynienia z ośrodkiem anizotropowym. Kolejnym ważnym parametrem jest prędkość filtracji. Jest to wielkość charakteryzująca wartość prędkości poruszania się płynu w ośrodku porowatym. Należy wspomnieć o prędkości porowej, która opisuje średnią wartość rzeczywistej prędkości przepływu cieczy w kanalikach.

3.    Omówienie Prawa Darcyego

Prawo Darcyego miało pierwotnie charakter empiryczny. Współcześnie Prawo Darcyego traktowane jest jako szczególna postać równania zachowania pędu. Wynika z niego, że prędkość filtracji jest liniową funkcją spadku hydraulicznego (stosunek różnicy ciśnień do dystansu, na którym ta różnica występuje).

Vi=Q/F=K*Ah/Al=K*I

Współczynnik K nazywamy współczynnikiem filtracji (lub też współczynnikiem przewodności hydraulicznej). Jego wartość jest uzależniona od właściwości ośrodka porowatego i od właściwości cieczy, która filtruje. Wyznacza się go doświadczalnie lub przy użyciu uproszczonych wzorów teoretycznych.

Bardzo ważny jest rodzaj mchu odbywający się w ośrodku porowatym. Tego z jakim rodzajem ruchu mamy do czynienia, można się dowiedzieć, obliczając wartość liczby Reynoldsa dla mchu filtracyjnego:

Re=(v_f*d_e)/v

eh- średnica efektywna ziaren v- kinematyczny współczynnik lepkości

Krytyczna liczba Reynoldsa, czyli taka przy której ruch zmienia się z laminarnego w turbulentny, wynosi w przybliżeniu 5. Jest to „górne ograniczenie” stosowalności Prawa Darcyego.

Ze względu na „dolne ograniczenie" stosowalności, związane z działaniem sil adhezji, ostatecznie można uznać, że zakres stosowalności Prawa Darcyego obejmuje przedział liczb Reynoldsa <1;5>.