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 达西定律实验一、实验目的 1. 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。 2. 测定均质砂的渗透系数 K值; 二、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 2 三、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( Henri Darcy )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 h w 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, h 1与h 2 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= KAJ v=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 ’s Law 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( Reynolds number )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( d e)呈正比,与地下水运动粘滞系数( ν)呈反比,即 Re=vd e/ν。渗流雷诺数用下列经验公式求: 式中, d e 为砂样有效粒径、 n 为孔隙率。ν为实验筒断面平均流速, 四、实验步骤实验前一天先将实验箱内加满水,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。 1. 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。 2. 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。 3. 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