Kev nqus dej los ntawm capillary
Qhov tshwm sim ntawm kev nqus dej capillary
Yog tias peb muab ib lub raj iav nqaim tso rau hauv ib lub tais dej uas nyob tus thiab tsis muaj kwj, ces dej hauv lub raj yuav nce mus txog qhov siab hk saum qib N hauv lub tais, thiab qhov chaw dej hauv lub raj yuav tsim ib lub meniskus m (sl. 1_a_). Yog tias lub raj nqaim dua, ces qhov siab ntawm qhov dej nce capillary hk yuav loj dua.
Kev nce dej hauv kab capillary raug muab rau lub zog nce ntawm meniscus m, thiab piav raws li cov zog nyiam intermolecular nruab nrab ntawm cov molecule dej thiab iav, thiab cov kev ntxhov siab saum npoo nruab nrab ntawm cov phab ntsa ntawm lub raj nqaim thiab saum npoo dej.
Ntawm qhov chaw kov nruab nrab ntawm phab ntsa ntawm lub raj iav thiab saum npoo dej, muaj zog capillary R ua haujlwm raws txoj kab tangent rau saum npoo ntawm meniscus m, uas raug qhia ua qhov hnyav ib chav ntev, hauv p/cm. Los ntawm kev faib lub zog R ua ib feem J uas sib luag rau saum npoo phab ntsa thiab ib feem P uas ncaj rau phab ntsa, peb tau txais lub zog nthuav ntawm meniscus (duab 1_a_): J = R cosα.
Lub kaum α uas lub zog R ua nrog nplaim phab ntsa hu ua kaum capillary thiab nws tus nqi nyob nruab nrab ntawm 0 txog 90O. Yog dej hauv lub raj capillary thiab nws cov phab ntsa huv si tag nrho, ces α=0, nplaim meniscus yog ib nrab voj voog, lub zog tsa J = R yog siab tshaj (sl. 1_b_). Yog dej muaj roj los yog cov kua qaub organic lossis yog cov phab ntsa muaj roj, ces α = 90°, meniscus tsis tsim, thiab dej kuj tsis nce capillary.
Sl. 1. Kev nce dej capillary thiab kev ua ntawm cov quab yuam capillary
Peb tau txais lub zog nthuav J = R cos α los ntawm kev mob sib npaug, raws li uas lub zog nthuav tag nrho J nyob rau tag nrho lub voj voog ntawm meniscus, lossis ntawm lub raj capillary uas muaj lub vojvoog r, tuav lub kem dej hauv lub raj uas siab h__ₖ:
R cos α · 2π_r_ = π_r_² h__ₖ γ__w
qhov uas γ__w yog qhov hnyav ntim ntawm dej.
Los ntawm qhov sib npaug ua ntej peb tau txais lub zog capillary nce siab:
R cos α = (r · h__ₖ · γ__w) / 2
los sis qhov siab ntawm kev nce capillary:
h__ₖ = (2_R_) / (r · γ__w) · cos α [cm].
Dej capillary sov nce hauv txoj raj capillary siab dua li dej txias vim nws muaj viscosity ntau dua. Vim li no, rau tib qhov siab ntawm capillary nce h__ₖ lub quab yuam R cos α me dua rau dej capillary sov dua li rau dej txias. Raws li cov kev sim uas tau ua rau ntau yam kub dej t nyob rau tib cov xwm txheej, tau txais cov nqi nram no ntawm lub quab yuam tsa R cos α:
| t = | 0° | 10° | 20° | 40° |
|---|---|---|---|---|
| R cos α = | 0,0756 | 0,0742 | 0,0727 | 0,0695 p/cm |
Dej hauv lub raj capillary raug rub rau hauv kev nro, vim lub zog R cos α nqa nws nce mus rau saud, thaum lub zog nyhav rub nws nqes mus rau hauv qab. Txawm li ntawd los, cov phab ntsa ntawm lub raj capillary raug nias los ntawm lub zog nyob rau hauv qhov kev ua ntawm lub zog capillary R.
Kev kapilari nyob rau hauv av
Kapilar tseem muaj nyob rau hauv av thiab, qhov twg cov raj capillary ua rau muaj cov qhov pore, uas sib txuas nrog ib leeg hauv txhua txoj kev. Yog av muaj cov granules me dua, ces cov pore kuj me dua thiab qhov siab kapillary nce siab dua. Qhov siab no tseem nyob ntawm tus qauv ntawm av thiab. Txawm li ntawd los, cov pore hauv av kuj muaj peev xwm sib txawv loj me, thiab nyob rau hauv rooj plaub ntawd qhov siab ntawm kapillary nce kuj txawv. Yog dej kapillary thaum nce mus txog “qhov dav dua,” txhais tau tias mus txog ib lub pore loj dua li qhov uas lub zog nce siab phim rau qhov dav ntawm lub pore nqaim ntawm qhov siab uas tau txog, ces kev nce kapillary ntxiv yuav nyob ntawm qhov loj ntawm lub pore loj dua ntawd. Hauv rooj plaub no peb muaj qhov siab kapillary ua haujlwm h__ₖₐ, uas nyob ntawm cov pore loj tshaj. Hloov mus rau lwm sab, thaum qib dej hauv av nqis thiab dej kapillary nqis los ntawm saud mus rau hauv qab ntsib “qhov nqaim dua,” nws yuav nyob rau qhov tob ntawd thiab yuav tsis nqis ntxiv lawm. Hauv rooj plaub no peb muaj qhov siab kapillary tsis ua haujlwm h__ₖₚ, uas nyob ntawm cov pore me tshaj.
Raws li qhov porosity thiab qauv ntawm av, muaj dej capillary kaw thiab dej capillary qhib.
Dej capillary kaw muaj kev txuas nrog daim iav ntawm dej hauv av thiab thaum nce nws thawb cov cua ua ntej nws mus rau thaj tsam siab dua hauv av. Vim qhov ntawd, cov cua hauv thaj tsam siab dua nce ntxiv, thiab ua rau huab cua siab hauv cov qhov khoob ntawm thaj tsam ntawd nce. Huab cua siab uas tsim li no tawm tsam kev nce capillary, yog li qhov siab ntawm kev nce capillary tsawg dua. Qhov xwm txheej no tshwm sim hauv cov txheej av qis dua, ncaj qha saum qib dej hauv av, qhov uas cov qhov khoob me thiab thaum capillary nce dej puv txhua qhov khoob tag nrho.
Dej capillary qhib kuj muaj feem rau theem dej hauv qab av, tab sis nws nyob ib sab ntawm cov qhov por puv cua. Qhov xwm txheej no tshwm sim rau sab saud ntawm av uas cov qhov por muaj ntau hom loj, ces dej tsuas puv cov qhov me me xwb, hos hauv cov qhov loj uas nyob ib sab muaj cua. Thaum dej nce raws capillary, dej thawb cua tawm hauv cov qhov me me mus rau cov qhov loj nyob ib sab, yog li nyob rau hauv cheeb tsam saud saum tus kem dej hauv capillary tsis tsim siab cua, ces dej capillary qhib nce mus siab dua li dej kaw.
Thaj tsam uas muaj dej capillary kaw los sis qhib yog txiav txim raws li qhov ntau ntawm dej w hauv av.
Hauv dej capillary kaw tag, txhua qhov pore puv dej, uas txhais tau tias cov dej hauv av w = wZ, txhais tau tias qib kev puv dej S__ᵣ = 1,0.
Hauv dej capillary qhib, cov qhov me me puv npo nrog dej, hos cov qhov loj dua puv dej ib nrab, thiab yog los ntawm txheej dej uas npog cov hmoov av khov thiab dej kaum (duab 2) ntawm cov chaw kov nruab nrab ntawm cov hmoov av khov, thiab ib nrab yog huab cua, yog li nyob rau hauv rooj plaub no w < wZ, txhais tau hais tias S__ᵣ < 1,0.
Qhov siab ntawm kev nce capillary h__ₖ rau txhua hom av raug txiav txim los ntawm kev sim hauv chav kuaj. Qhov siab nruab nrab h__ₖ rau txhua hom av nyob hauv cov ciam teb hauv qab no:
| Hom av | hₖ |
|---|---|
| xuab zeb me | hₖ = 0,05 - 0,5 m |
| hmoov av | hₖ = 0,5 - 5,0 m |
| av nplaum | hₖ = 5,0 - 15,0 m |
| av nplaum | hₖ = 15,0 - 50,0 m thiab ntau dua |
Fig. 2. Cov zaj duab xis dej thiab dej saum npoo ntawm kaum
Hauv av, lub zog capillary R ua haujlwm los ntawm kev nias rau cov hlis tawv kom nruj, ua rau muaj qhov hu ua kev sib lo zoo li tshwm sim, uas ua haujlwm zoo li ib hom kev sib txuas ntawm cov hlis tawv. Txawm li cas los xij, qhov kev sib lo zoo li tshwm sim tsuas muaj nyob ntev li qhov dej tseem nce capillary hauv cov qhov me ntawm av. Thaum muab av tso rau hauv dej, cov qhov me yuav puv dej thiab qhov kev sib lo zoo li tshwm sim ces tsis muaj lawm.
Kev cohesion uas zoo li muaj nyob yog piav txog qhov tshwm sim tias xuab zeb me, uas thaum qhuav yog xoob, thaum ntub thiaj tau ib yam kev nplaum kom nws tuaj yeem puab ua qauv, yam uas nrog xuab zeb qhuav ua tsis tau.
Nws paub zoo tias xuab zeb (yog tias tsis yog av nkos lossis plua tshauv) ntawm ntug hiav txwv uas dej nthwv dej ntub yog muaj peev xwm nqa hnyav zoo heev, txog npaum li ntawd thiaj tuaj yeem caij tsheb kauj vab lossis tsheb saum nws, hos me ntsis deb dua, qhov twg nthwv dej tsis txog, tib xuab zeb ntawd nyob rau hauv lub xeev qhuav thiab cov log poob rau hauv nws, ua rau kev tsav tsheb txhua yam tsis tau.
KEV HLA LOS NTAWM TUS NTAUB NTAWV
Kev ntws ntawm dej dhau los ntawm pawg muaj qhov dej hla tau
Cia peb saib cov thawv sib txuas A, B, C, D, thiab E (sl. 3), uas ib feem ntawm a mus rau b ntev L tau puv nrog ib yam khoom uas cia dej hla tau, piv txwv li xuab zeb. Yog tias peb hliv dej rau ntawm ib kawg ntawm cov thawv sib txuas mus txog qib N₁, ces theem dej hauv cov thawv sib txuas yuav sib txawv, piv txwv li yuav poob raws txoj kev ntev uas dej tau hla.
Sl. 3. Kev ntws dej los ntawm ib pawg uas dej hla tau yooj yim
Thaum qhov siab ntawm kem dej h₁ tau txog pem hauv ntej ntawm lim, tom qab lim yuav muaj h₂. Qhov sib txawv nruab nrab ntawm qib N₁ thiab N₂ ces yog:
h = h₁ − h₂
Qhov txawv h sawv cev rau qhov poob ntawm hydrostatic siab, uas tau siv los kov yeej qhov kev tiv thaiv rau dej ntws hla lub lim. Qhov tshwm sim no tau muab tseg los ntawm tus kws tshawb fawb Fabkis Darcy lawm 1856. xyoo. Nws kuj tau tsim cov qauv hauv qab no rau kev xam qhov ceev ntawm dej ntws hla ib pawg uas muaj kev nkag tau:
V = k × (dh/dL) = ki
nyob qhov twg:
- V = ceev ntawm dej ntws hla ib pawg porous, [cm/sec],
- k = coefficient ntawm kev hla dej uas nyob ntawm cov yam ntxwv ntawm av [cm/sec],
- dh = qhov ntev uas tau txais thaum muab qhov siab h faib ua ntau txheej nyias heev [cm],
- dL = qhov ntev uas tau txais thaum faib qhov ntev L ua tib tug naj npawb ntawm qhov ntev zoo li qhov siab h, [cm].
Qhov sib piv dh/dL = i yog qhov sib piv ntawm qhov siab uas ploj hauv kev poob rau txoj kev uas dej tau taug, thiab hu ua hydraulic fall, hydraulic gradient lossis tseem piezometric slope. Lub npe kawg no los ntawm cov yeeb nkab B, C thiab D, uas hu ua piezometarske cevi. Daim qauv nyob rau pem hauv ntej hu ua Darcyev txoj cai rau kev txav dej dhau los ntawm lim.
Tag nrho cov dej q, uas nyob hauv ib lub sijhawm t hla los ntawm lub lim uas muaj thaj tsam hla A yog
q = kAti,
ntawm qhov ntawd yog
k = q / (Ati), lossis k = qL / Ath,
qhov uas i = h / L = kev poob dej siab hauv qhov ntev L (yog tias nws ncaj kab).
Tus coefficient k qhia txog kev hla dej ntawm av ntawm qhov kub 10°C.
k = V / i [cm/sec]
Ceev ntawm dej ntws dhau av tau txais los ntawm qauv
V = q / A [cm/sec],
qhov twg q = qhov ntau dej uas ntws los ntawm av hauv cm³ ib vib nas this, ntawm qhov kub ntawm 10°C, A = thaj tsam ntawm seem hla ntawm av, uas dej ntws dhau, [cm²].
Darcyev txoj cai siv rau laminarna kretanja vode, tj. kev txav nyob tus, tsis muaj voj kiv, thiab rau cov ceev me.
Ceev lim V yog qhov nruab nrab ceev ntawm dej txav los ntawm av thiab nws tsis phim qhov ceev tiag tiag ntawm dej ntws, uas siab dua. Thaum dej ntws dhau lim, cov ntsiab sib npaug ntawm kev poob siab dh feem ntau raug siv rau cov kev deb tsis sib npaug ntawm txoj kev dej dL, yog li lub hydraulic gradient hloov pauv ntawm ib qho chaw hauv av mus rau lwm qhov.
Kev nkag tau ntawm av nyob ntawm qhov loj ntawm cov qhov nyob hauv nws. Yog peb tso av rau hauv kev thauj, cov qhov yuav me dua thiab kev nkag tau yuav tsawg dua. Yog li ntawd, rau tib yam av, lub coefficient ntawm kev nkag tau k ncaj qha sib npaug rau qhov loj ntawm porosity, piv txwv li nrog nws coefficient ntawm porosity e. Txawm li ntawd los, rau ntau hom av, porosity uas qhia los ntawm coefficient ntawm porosity e tsis tuaj yeem yog tus qauv rau kev nkag tau, vim qhov kev nkag tau no tsis yog nyob ntau rau qhov porosity tag nrho ntawm av, tab sis rau qhov loj ntawm cov qhov hauv nws. Piv txwv li, xuab zeb muaj pob zeb me uas nws porosity yog e = 0,25, muaj kev nkag tau loj heev, k = 2–3 cm/sec, hos av nplaum mos, uas nws porosity yog 60%, coefficient ntawm porosity e = 1,50, muaj kev nkag tau tsawg, k = 10_⁻⁶ mus txog 10⁻_¹¹ cm/sec.
Qhov coefficient ntawm kev hla k tuaj yeem txiav txim tau los ntawm kev suav, kev sim hauv chaw kuaj thiab kev sim hauv teb.
Kev txiav txim tus coefficient los ntawm kev suav yog raws li cov kev faib granulometric ntawm av. Rau kev txiav txim tus coefficient k yuav txais qhov kev xav tias cov khib nyiab me me ntawm av muaj duab kheej kheej, uas tsis phim kev muaj tiag tshwj xeeb tshaj yog rau av cohesive. Vim li no, cov nqi ntawm coefficient k uas tau txiav txim li no tsis raug lees txais tias yog tseeb.
Kev txiav txim coefficient k los ntawm kev sim hauv chaw kuaj yog qhov dav tshaj plaws thiab ua rau ntawm cov qauv av uas tsis raug cuam tshuam. Txawm li cas los xij, qhov tseeb ntawm coefficient k uas tau txiav txim los ntawm txoj kev no nyob ntawm ntau yam, xws li seb tus qauv uas siv rau kev sim sawv cev rau txheej permeable hauv av ntau npaum li cas, tom qab ntawd los ntawm qhov xwm txheej tsis raug cuam tshuam ntawm tus qauv hauv lub cuab yeej sim thiab ntawm txoj kev ua qhov kev sim. Los ntawm kev tshuaj xyuas kom txaus cov qauv uas yuav sawv cev rau av ntawd, los ntawm kev khaws qauv ntawm thaj chaw hauv cov thooj voos kheej kheej ntawm lub cuab yeej sim nws tus kheej thiab siv txoj kev ua qhov kev sim tsim nyog, tuaj yeem tau txais cov nqi kwv yees raug ntawm coefficient k uas siv tau raws li txaus siab.
Kev txiav txim siab tus coefficient k los ntawm kev sim hauv thaj teb muab cov nqi raug tshaj, vim nws phim kiag li rau cov qauv thiab cov txheej txheej ntawm av uas nws nyob hauv. Txawm li cas los, txoj kev txiav txim coefficient k no siv sijhawm ntau thiab kim heev, yog li ntawd tsis tshua ua, thiab tsuas yog ua thaum nws tus nqi raug raws nraim yog qhov yuav tsum muaj xwb.
Raws li peb cov cai rau kev tsim hauv paus, suav tias cov av uas muaj coefficient ntawm kev nkag tau:
- k < 10_⁻_¹¹ cm/sec — yuav luag tsis pub dhau dej
- k < 10_⁻_⁹ — dej nkag tau tsawg heev
- k < 10_⁻_⁷ — tsis tshua cia dej hla
- k < 10_⁻_⁵ — nruab nrab muaj kev nkag tau
- k < 10_⁻_³ — permeable dua
- k > 10_⁻_³ — muaj kev nkag tau zoo heev