达西定律实验.doc

水力学及流体力学实验仪系列产品DXY型达西定律实验仪仪器编号:北京新华教仪科贸有限公司华同丰(北京)科技有限公司实验实验目的测定渗透砂体的渗透量与水头损失的关系,验证渗流的达西定律。测定均质砂的渗透系数K值;实验设备设备由水泵、供水箱、存水箱及升降装置构成供水系统。实验箱内装均质砂,底部及砂体的上表面各装一块滤板,中部设二个多孔测压管测定渗流水头损失。用体积法测流量。1—水泵 2—升降定位手柄3—供水箱 4—供水箱溢流槽 5—供水调节阀6—排气软管 7—测压管 8—实验箱溢流槽 9—实验箱 10—多孔测压管 11—转向阀 12—计量箱 13—存水箱 14—泄流槽 15—泄水阀 16—供水阀*实验前请用地脚螺丝调平实验台实验原理及计算式液体在孔隙介质中流动时,由于粘滞性作用将会产生能量损失。达西(HenriDarcy)在1852-1855年间通过实验,总结出渗流能量损失与渗流速度成一次方的线性规律,后人称为达西定律。由于渗流速度很小,故速度水头可以忽略不计。因此总水头H可用测管水头h来表示,水头损失hw可用测管水头差来表示,即于是,水力坡度J可用测管水头坡度来表示:式中,L为两个测压管孔之间的距离,h1与h2为两个测压孔的测管水头。达西通过实验,得到实验圆筒内渗流量Q与圆筒断面积A和水力坡度J成正比,并和土壤的透水性有关,所建立基本关系式如下:Q=KAJv=Q/A=KJ式中,v为渗流简化模型的断面平均流速,系数K为反映孔隙介质透水性能的综合系数,称为参透系数。实验中的渗流区为一圆柱形的均质砂体,属于均匀渗流,可以认为各点的流动状态是相同的,任意点的渗流流速u等于断面平均渗流流速,因此达西定律也可以表示为:u=v=KJ上式表明,渗流的水力坡度,即单位距离上的水头损失与渗流流速的一次方成正比,因此称为渗流线性定律。Darcy’sLaw是描述以粘滞力为主、雷诺数Re<1~10的层流状态下的地下水渗流基本定律,指出渗流速度V与水力坡度J成线性关系,V=KJ,或Q=KAJ,又称线性渗透定律。它反映了渗流场中的能量守恒与转换定律。渗流雷诺数(Re):雷诺数(Reynoldsnumber)是判断水流呈层流和紊流状态的指数。其值为圆管内惯性力与粘滞力的比值,与地下水渗透速度(v)、含水介质颗粒平均粒径(de)呈正比,与地下水运动粘滞系数(ν)呈反比,即 Re=vde/ν。渗流雷诺数用下列经验公式求:式中,de为砂样有效粒径、n为孔隙率。ν为实验筒断面平均流速,,让水浸透实验箱内的全部砂体,排除实验箱内的全部气体做好实验前准备工作。记录有关常数。将供水箱升到高位。置转向阀出口于量水箱泄水侧。启动水泵、开供水调节阀,排除实验箱内的全部气体后方能进行实验。用调节供水箱高度的方法来改变流量,通常流量由大到小顺次进行。实验时供水箱一定保持少量的溢流,确保供水水头的恒定。实验:①先使量水箱测管读数的初水位在2cm左右并记录;②将转向阀的出口拨向量水箱,同时按动秒表记时,读测压管读数,当量水箱水位达到所需高度时,将转向阀的出口拨到泄水槽,再次按动秒表;③记录时间、量水箱测管读数的终水位、水的温度;④下移供水箱,用同样的方法测量约15组数据,测量的最小压差Δh<1㎝。整个实验均保持供水箱有少量溢流,待水流稳定后进行量测。开始及