Współczynnik filtracji

Sprawozdanie z laboratorium mechaniki płynów

Pomiar współczynnika filtracji ośrodka porowatego.

Michał Burtan

Przemysław Bochenek

Jakub Kyc

Zespół 4

Gr.2

GiG II

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest eksperymentalne określenie współczynnika filtracji danego ośrodka porowatego.

2. Wstęp teoretyczny

Filtracja jest to metoda, za pomocą której można oddzielić stałe substancje od gazów i cieczy. Ośrodek porowaty to ośrodek przepuszczalny (skała, grunt, gleba) zawierający skomunikowane puste przestrzenie , dający się sprowadzić w opisie makroskopowym do ośrodka ciągłego, charakteryzowanego współczynnikiem filtracji, traktowanym jako wektor (dla ośrodka izotropowego) lub jako tensor (dla ośrodka anizotropowego). Ruch cieczy w ośrodku porowatym może odbywać się wyłącznie wtedy, gdy istnieje różnica ciśnień lub różnica gęstości cieczy. Własności filtracyjne zależą przede wszystkim od fizycznych cech gruntu, tj. porowatość, kształt ziaren, ich rodzaj, wielkość, sposób ułożenia itp.

Ponieważ określenie prędkościprzepływu w poszczególnych kanalikach jest bardzo trudne, często wręczniemożliwe, przyjmuje się uproszczenie polegające na wprowadzeniu pewnej umownejuśrednionejprędkości przepływu, zwanej prędkością filtracji, określonej przez

wyrażenie:

Gdzie V – prędkość filtracji

Q – natężenie przepływu rzeczywistego przez kanaliki gruntu

S – całkowite pole powierzchni przekroju próbki.

Pozostałe wzory do obliczeń:

Pole powierzchni przekroju:

Spadek hydrauliczny:

Gdzie L oznacza odległość pomiędzy piezometrami, a _h różnicę wysokości poziomów

piezometrycznych, oraz

Współczynnik filtracji:

3. Sposób wykonania ćwiczenia

Przed rozpoczęciem badania należy piezometry odpowietrzyć. Następnie mierzymy wielkość drogi filtracji ΔLi. Otwarciem zaworu ustalamy przepływ wody przez próbkę (zaczynając od minimalnego) oraz mierzymy poziom zwierciadła wody w piezometrach.

Następnie metodą wolumetryczną mierzymy ilość wody przepływającej w czasie przez

kolumnę filtracyjną oraz obliczamy natężenie przepływu Q.Zwiększając stopniowo natężenie przepływu wody przez złoże, wykonujemy pomiar 10-krotnie (10 serii), powtarzając 2-krotnie pomiary zwierciadła wody wpiezometrach dla danego położenia zaworu. Sprawdzamy temperaturę wody na odpływie. Obliczamy wyniki pomiarów, sporządzamy wykres zależności f(Q) oraz f(I) i porównujemy otrzymane dane z literaturowymi.

4. Wyniki pomiarów

Pomiar seria, nr	V	t	Q	v	H₁	H₂	H₃	H₄	I_1-2	I_2-3	I_3-4	I_śr	k
	[cm³]	[s]	[m³/s]	[m/s]	[mm]	[mm]	[mm]	[mm]
I	1		33,94	1,7089E-05	0,015075763	-163	60	270	475	1,487	1,4	1,37	1,418
	2	580				-163	61	270	477	1,48	1,39	1,38
	1			1,56522E-05	0,013808224	-197	6	197	390	1,34	1,27	1,29	1,315
II	2	630	40,25			-176	27	221	423	1,35	1,29	1,35
	1		36,16	1,4104E-05	0,012442421	-212	-29	146	322	1,21	1,17	1,17	1,198
III	2	510				-206	-17	157	340	1,26	1,16	1,22
IV	1	560	47,03	1,19073E-05	0,01050452	-260	-108	38	181	1,02	0,97	0,95	0,983
	2					-260	-105	39	185	1,03	0,96	0,97
V	1	570	55,78	1,02187E-05	0,009014871	-308	-175	-53	75	0,89	0,82	0,85	0,842
	2					-304	-176	-51	70	0,85	0,83	0,81

5. Wykresy

Wykres zależności k=f(Q)

Wykres zależności v=f(I)

6. Wnioski

Po przeanalizowaniu pomiarów i dokonaniu obliczeń, doszliśmy do wniosku, że prędkość przepływu jest proporcjonalna do spadków hydraulicznych oraz, że prędkość filtracji jest wprost proporcjonalna do wydatku i odwrotnie proporcjonalnie do powierzchni przekroju próbki. Nasze pomiary zostały obarczone pewnym błędem, tzw. czynnikiem ludzkim, wynikającym z niedoskonałości ludzkiego ciała.