• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Hur man beräknar hydraulisk ledningsförmåga

    Hydraulisk konduktivitet är den enkla med vilken vatten rör sig genom porösa utrymmen och sprickor i jord eller sten. Det är föremål för en hydraulisk lutning och påverkas av materialets mättnadsnivå och permeabilitet. Hydraulisk konduktivitet bestäms generellt antingen genom en av två metoder. En empirisk strategi korrelerar hydraulisk konduktivitet till markegenskaper. Ett andra tillvägagångssätt beräknar hydraulisk konduktivitet genom experiment.
    Den empiriska metoden

    1. Beräkna konduktivitet

      Beräknar hydraulisk konduktivitet empiriskt genom att välja en metod baserad på kornstorleksfördelning genom Materialet. Varje metod härstammar från en allmän ekvation. Den allmänna ekvationen är:

      K \u003d (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2

      Där K \u003d hydraulisk konduktivitet; g \u003d acceleration på grund av tyngdkraften; ƒ (n) \u003d porositetsfunktion; och d_e \u003d effektiv korndiameter. Den kinematiska viskositeten (v) bestäms av den dynamiska viskositeten (μ) och fluidens (vatten) densitet (ρ) som v \u003d µ ÷ ρ. Värdena för C, ƒ (n) och d beror på metoden som används i kornstorleksanalysen. Porositet (n) härleds från det empiriska förhållandet n \u003d 0,255 x (1 + 0,83 ^ U) där koefficienten för kornlikformighet (U) ges av U \u003d d_60 /d_10. I provet representerar d_60 korndiametern (mm) i vilken 60 procent av provet är finare och d_10 representerar korndiametern (mm) för vilken 10 procent av provet är mer fin.

      Denna allmänna ekvation är grunden för olika empiriska formler.

    2. Använd Kozeny-Carman-ekvation

      Använd Kozeny-Carman-ekvationen för de flesta jordstrukturer. Detta är det mest accepterade och använda empiriska derivatet baserat på jordkornstorlek men är inte lämpligt att använda för jordar med en effektiv kornstorlek över 3 mm eller för lerstrukturerad jord:

      K \u003d (g ÷ v ) _8.3_10 ^ -3 [n ^ 3 /(1-n) ^ 2] x (d_10) ^ 2

    3. Applicera Hazen Equation

      Använd Hazen-ekvationen för jord strukturer från fin sand till grus om jorden har en enhetlighetskoefficient mindre än fem (U <5) och effektiv kornstorlek mellan 0,1 mm och 3 mm. Denna formel är endast baserad på d_10-partikelstorleken så den är mindre exakt än Kozeny-Carman-formeln:

      K \u003d (g ÷ v) (6_10 ^ -4)
      [1+ 10 (n-0.26)] _ (d_10) ^ 2

    4. Applicera Breyer Equation

      Använd Breyer-ekvationen för material med en heterogen fördelning och dåligt sorterade korn med en enhetlighetskoefficient mellan 1 och 20 (1

      K \u003d (g ÷ v) (6_10 ^ -4) _log (500
      ÷ U)
      (d_10) ^ 2

    5. Tillämpa USBR-ekvation

      Använd USR (Reception of Reclamation) (USBR) -ekvationen för sand med medium korn med en enhetlighet koefficient mindre än fem (U <5). Detta beräknar med en effektiv kornstorlek på d_20 och beror inte på porositet, så det är mindre exakt än andra formler:

      K \u003d (g ÷ v) (4.8_10 ^ -4)
      (d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2

      Experimentella metoder - Laboratorium

      1. Tillämpa Darcy's law

        Använd en ekvation baserad på Darcy's Law till härleda hydrauliskt konduktivitet experimentellt. I laboratoriet placerar du ett jordprov i en liten cylindrisk behållare för att skapa ett endimensionellt jordtvärsnitt genom vilket vätskan (vanligtvis vatten) rinner. Denna metod är antingen ett konstanthuvudtest eller ett fallande huvudtest beroende på vätskans flödesläge. Grovkorniga jordar som rena sandar och grusar använder vanligtvis tester med konstant huvud. Prövning av finare korn använder fallande huvudprov. Grunden för dessa beräkningar är Darcy's Law:

        U \u003d -K (dh ÷ dz)

        Där U \u003d medelhastighet vätska genom ett geometriskt tvärsnittsområde i jorden; h \u003d hydraulhuvud; z \u003d vertikalt avstånd i jorden; K \u003d hydraulisk konduktivitet. Dimensionen för K är längd per tidsenhet (I /T).

      2. Utför konstanthuvudtest

        Använd en permeameter för att utföra ett konstanthuvudtest, det mest vanligt test för att bestämma den mättade hydrauliska konduktiviteten hos grovkornig jord i laboratoriet. Föremål för ett cylindriskt jordprov med tvärsnittsarea A och längd L är till ett konstant huvud (H2 - H1) flöde. Volymen (V) för testvätskan som strömmar genom systemet under tiden (t), bestämmer den mättade hydrauliska konduktiviteten K i jorden:

        K \u003d VL ÷ [At (H2-H1)]

        För bästa resultat, testa flera gånger med olika huvudskillnader.

      3. Använd Falling-head test |

        Använd Falling-head-testet för att bestämma K för finkornigt jord i laboratoriet. Anslut en cylindrisk markprovskolonn med tvärsnittsarea (A) och längd (L) till en standpipe av tvärsnittsarea (a), i vilken perkoleringsvätskan strömmar in i systemet. Mät ändringen i huvudet i standpipe (H1 till H2) med tidsintervall (t) för att bestämma den mättade hydrauliska konduktiviteten från Darcy's Law:

        K \u003d (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)


        Tips

      4. Välj din metod baserad på dina mål.

        De små storlekarna på jordproverna som hanteras i laboratoriet är en punktrepresentation av markegenskaperna. Men om prover som används i laboratorietester verkligen är ostörda, kommer det beräknade värdet för K att representera den mättade hydrauliska konduktiviteten vid den speciella provtagningspunkten.

        Om den inte utförs korrekt stör en samplingsprocess jordmatrisens struktur och resulterar i en felaktig bedömning av faktiska fältegenskaper.

        En olämplig testvätska kan täppa testprovet med infångad luft eller bakterier. Använd en standardlösning av avluftad 0,005 mol kalciumsulfat (CaSO4) -lösning mättad med tymol (eller formaldehyd) i permeametern.




        Varningar
        < li>

        Skruvhålmetoden är inte alltid tillförlitlig när det finns artesiska förhållanden, vattentabellen är ovanför markytan, markstrukturen är omfattande skiktad eller mycket permeabla små skikt förekommer.



    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com