Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Определение коэффициента фильтрации




 

Цель работы - экспериментально определить коэффициент фильтрации зер-нистого материала.

 

Теоретические сведения

 

Процесс фильтрации определяется физическими свойствами, как фильтрующей жидкости, так и пористой среды. Пористую среду можно охарактеризовать площадью сечения пор w пор или «живым» сечением потока, площадью сечения частиц зернистого материала w част, полной площадью сечения w = w пор + w част, а так же объемом всех частиц Vчаст, объемом пор Vпор, полным объемом загрузки V. Важнейшей характеристикой пористой среды является пористость, которую можно определить как отношение площади сечения пор (нетто) и полной площади (брутто):

 

m s = (7.1)

 

или как отношение пор к полному объему:

m V= (7.1, а)

 

Для однородного грунта m s= m V= m.

Пористость некоторых материалов приведена в таблице 7.1.

Фильтрующая жидкость с расходом Q движется в порах с действительной средней скоростью w = Q / w пор. Вместе с тем в практике расчет процесса фильтрации вводят скорость фильтрации (удельный расход) – фиктивную скорость, вычисленную в предположении, что заданный расход Q протекает через поперечное сечение грунта w, просачиваясь не только сквозь поры, но и через частицы грунта, т.е.

 

(7.1)

 

Таблица.7.1 –Пористость материалов

 

Материал Пористость
Известняк 0,1…0,17
Мелкий песок 1/3…1/4 мм 0,42
Крупный песок 2 мм 0,36
Гравий 5 мм 0,37
Глинистый грунт 0,46…0,55
Торфяной грунт 0,81

 

Она связанна с действительной скоростью движения жидкости в порах соотношением u ф = m ´ w.

Дарси в 1856 г. экспериментально определил, что скорость фильтрации пропорциональна пьезометрическому уклону (закон ламинарной фильтрации):

 

u ф = k ф J (7.3)

 

где k ф – коэффициент фильтрации;

J – гидравлический или равный ему пьезометрический уклон,

Формула (7.3.) справедлива для ламинарной фильтрации. Для воды обычной температуры применение ее ограниченно условием, см2/с:

 

< 0,01…0,07,

 

где d - средний размер частиц грунта.

При невыполнении этого условия закон Дарси нарушается. В данном случае наблюдается турбулентная фильтрация, которая, в отличие от ламинарной, описывается уравнением

, J = a uф + b u . (7.4)

 

Коэффициент фильтрации kф зависит от физических свойств грунта и фильтрующей жидкости:

k ф = (7.5)

где К - проницаемость грунта, м2;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

n - коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с.

Коэффициент фильтрации обычно определяют опытным путем. Поскольку объемный расход жидкости, фильтрующейся через поперечное сечение w:

 

Q = u ф w = k ф J w, (7.6)

 

то, измеряя на практике пьезометрический уклон J, и расход Q, коэффициент фильтрации можно определить по формуле:

 

k ф = (7.7)

где l - расстояние между пьезометрами;

D h - разность показаний пьезометров, D h = H 1H2.

Приближенные значения коэффициента фильтрации вод при нормальной температуре для различных грунтов приведены в таблице 7.2

 

Грунт k ф, м/с
Песок крупнозернистый 10-3…10-4
Песок мелкозернистый 10-4…10-5
Супесь плотная 10-5…10-6
Суглинок 10-6…10-7
глина 10-7…10-8

Для песчаных грунтов коэффициент фильтрации можно определить по формуле Хазена:

(7.8)

 

Значение коэффициента с зависят от вида грунта (табл. 7.3)

 

Таблица 7.3 – Значения коэффициента с

 

Вид грунта Значение
Очень плотные пески 8,5
Пески средней площади
Пески из частиц 21

 

Схема установки показана на рис. 6.2.

 

Порядок выполнения работы

 

С помощью шланга заполнить трубу 1 водой. После того как жидкость заполнит весь объем трубы и начнет сливаться через отверстие 3, снять показания пьезометров, измерить расстояние между ними, с помощью мерной емкости определить объемный расход фильтрующейся жидкости.

Изменяя краном 8 расход жидкости, выполняют опыт при различных расходах. Результаты измерений заносят в таблицу 7.4.

 

Таблица 7.4 – Результаты замеров

 

Но-мер опы-та Площадь сечения трубы, w, м2 Время заполне-ния емкости t, с Объемный расход жидкости Q, м3 Расстоя-ние между пьезомет-рами , м Разность показаний пьезомет-ров Коэффи-циент фильтра-ции kф,м/с
             
             

 

Обработка результатов опытов

 

Вычисляют расход жидкости объемным способом:

 

 

Определяют пьезометрический уклон:

 

 

Измерив диаметр трубы и определив площадь сечения цилиндра прибора Дарси w, по формуле (7.7) найдем коэффициент фильтрации Кф.

 

Контрольные вопросы

 

1. Закон Дарси и границы его применимости.

2. Что такое коэффициент фильтрации и от чего он зависит?

3. Турбулентная и ламинарная фильтрации, их отличие.

4. Методы определений коэффициента фильтрации.

 

 

Лабораторная работа №8

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...