试述层流边界层渗透定律的意义

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2014-10-28 10:51 标签： 开普勒三大定律意义
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达西渗流定律：在某一时段t内，水从砂土中流过的渗流量Q与过水断面A和土体两端测压管中的水位差⊿h成正比，与土体在测压管间的距离L成反比，q=Q/t=k⊿hA/L=kAi,v=q/A=ki,q是单位时间渗流量，v是渗流速度，i是水力坡度，k是土的渗流系数。当水运动的和加速度很小时，其生产的远远小于由液体粘滞性产生的，这时占优势，水的运动是，渗流服从；当水运动速度达到一定程度，占优势时，由于与的平方成正比，达西定律就不再适用了。当Re﹤10时，渗流服从达西定律。
达西在1856年通过了大量的研究，总结得出渗流损失与之间的关系，即。
达西实验装置如图6—7—1所示。圆筒横断面积为A，其中充填均匀的砂粒，砂层厚度为l，由金属网支托。水由稳压水箱经水管A流入圆筒中，再经砂层渗滤后由B流出。其流量由量筒C量测，在砂层上下两端装测压管以量测渗流的。由于渗流流速极小，所以可以忽略不计，总水头可用测压管渗流的达西定律水头来表示，水力坡度可以用测压管坡度来表示：
达西分析了大量实验资料，得到圆筒内的渗流量Q与圆筒横断面积A和水力坡度J成正比，并和土壤的透水性能有关。达西建立的基本关系为：Q=kAJ (6—7—2)
V=Q/A=kJ(6—7—3) 式中 k为渗流系数，反映了土壤的透水性能。（稳定流） 在《水文地质学基础》中我们做个这个实验，下面我们来回顾一下：
这个实验由法国水力工程师亨利·达西(Henry　Darcy)在装有均质砂土滤料的圆柱形筒中做了大量的渗流实验(图1-2-1)，于l856年发现：渗透流速与水力坡度成正比，即定律，这是渗流基本定律，后人称之为，其形式为
达西实验达西实验式中：Q为渗透流量；A为渗流断面面积；H1、H2为l和2断面上的值；L为1和2两断面间的距离；J为水力坡度，圆筒中渗流属于均匀介质一维流动，渗流段内各点的水力坡度均相等；K为，称为砂土的(也称水力传导系数)。
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在岩土空隙中运动的地下水叫做渗流。外文名Seepage flow公&&&&式&v=Q/A=kJ
理论在水利、土建、给水排水、环境保护、地质、石油、化工等许多领域都有广泛的应用。在水利工程中，最常用的问题有：土壤及透水地基上的渗漏及稳定，水井、集水廊道等集水建筑物的设计计算，水库及河渠边岸的侧渗等等。这些问题，就其方面看，应注意以下问题：
一、确定流量；
二、确定浸润线的位置；
三、确定和；
四、确定渗透流速。
液体在中的流动。天然多孔介质包括土体和岩层等多孔性和裂隙性介质。
水利工程中有很多方面涉及。例如的透水地基中以及与建筑物连接的岩层或土体中的绕渗及、挡水土坝中的渗流、灌溉抽水或施工排水时在地层中引起的渗流等。主要研究的问题是：渗流区域内的水头或地下水位的分布、渗流量的确定、渗流作用于建筑物基底上的力、分布及其引起的土体结构变形等。
由于作为通道的孔隙尺寸微小但数量众多，且表面积很大，所以较大,渗流流动速度较慢,因而惯性力和动能往往可以不计。的基本定律是1856年法国工程师H.-P.-G.达西由实验总结而得的，即： v=Q/A=kJ
式中v为断面平均流速；u为点流速；Q为渗透流量；A为断面面积;k为土体,与土体及水的性质有关,J为水力坡降。公式表明水力坡度与流速的一次方成比例,所以又称为定律。成立的条件是：土体骨架不变形，流态为不可压缩的层流。
符合的均质土壤 (k为常量)中的基本微分方程是：运动方程连续性方程。 这组方程是封闭的。此外，这种属于势流。存在速度 φ = φ(x，y，z)=-kH，而且φ 满足拉普拉斯方。通过求解上述方程可得水头H及流速ux、uy、uΖ，或者势函数φ。
问题的解法有:(包括直接求解微分方程组、平面问题的解及一维渐变渗流的分析法)、(、有限单元法、等)、(流网法)及实验法（包括砂模型及各种──电比拟、热比拟等）。
也可呈流态,可用渗流雷诺渗流雷诺数来判别。式中v为断面；d为土体颗粒的;ν为液体运动粘性系数。适用的的雷诺数上限值变化范围约为 1～10。大于此上限的称为，其水力坡度与流速的关系可一般地表示为J=αu+βu2。式中α、β为待定系数，由实验确定；u为流速。
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