Kinematyczny współczynnik filtracji przez ośrodek porowaty
- Szczegóły
Współczynnik filtracji (k) to wielkość charakteryzująca zdolność przesączania wody w ruchu laminarnym przez skały porowate. Jest on miarą przepuszczalności hydraulicznej skał (gruntów).
Przesączanie odbywa się siecią kanalików utworzonych z porów gruntowych. Należy uwzględnić skład granulometryczny, posiadać wykres uziarnienia i wartość porowatości gruntu.
Badania współczynnika filtracji
Badania przeprowadza się na próbkach o strukturze nienaruszonej lub naruszonej, przy użyciu aparatów filtracyjnych różnej konstrukcji - ze stałym i ze zmiennym spadkiem hydraulicznym. Aparaty ze stałym spadkiem stosuje się do gruntów dobrze przepuszczalnych, a ze zmiennym do słabo przepuszczalnych. Wyniki badań otrzymane na próbkach o strukturze nienaruszonej są zbliżone do wyników badań polowych w warunkach naturalnych. Podczas pomiarów współczynnika filtracji należy określić temperaturę przesączającej się wody.
Badanie polega na przepuszczeniu wody przez próbkę o znanych wymiarach geometrycznych i na pomiarze wydatku oraz spadku hydraulicznego. W aparacie do pomiaru możliwy jest przepływ wody przez próbkę w kierunku z góry na dół i odwrotnie. Istnieje możliwość zmiany kierunku przepływu w trakcie badania. Powolne doprowadzanie wody do próbki od dołu ma na celu usunięcie powietrza z porów gruntu. W aparatach tego typu istnieje możliwość dużych spadków hydraulicznych, co ma szczególne znaczenie przy filtracji przez grunty słabo przepuszczalne.
W gruntach tych, w przypadku całkowitego wypełnienia porów gruntu wodą związaną, ruch wody jest możliwy po przekroczeniu spadku początkowego.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Pomiaru dokonuje się w aparacie filtracyjnym obserwując opadanie poziomu wody w rurce o przekroju. Utrzymując dolną wodę na poziomie przekroju C, ciśnienie piezometryczne w tym przekroju będzie równało się 0.
Dają najbardziej miarodajne wyniki, są najkosztowniejsze i pracochłonne.
Ruch filtracyjny i Prawo Darcy'ego
Terminem „przepływ filtracyjny” lub „filtracja” określamy ruch płynu w ośrodku porowatym. Ośrodek porowaty składa się najczęściej z mniejszych lub większych ziarenek ciała stałego. Są między nimi wolne przestrzenie, tworzące system porów, którymi przepływa filtrujący przez 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” filtrującą 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).
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
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.
Prawo Darcy'ego
Prawo Darcy'ego miało pierwotnie charakter empiryczny. Współcześnie Prawo Darcy'ego 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).
vf=Q/F=K*Δh/Δl=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.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
tags: #kinematyczny #współczynnik #filtracji #przez #ośrodek #porowaty
