Ikike ịrị elu mmiri na ngafe mmiri nke ala

Ọrụ capillary

Mpụpụta nke capillarity

Ọ bụrụ na anyị tinye ọkpọkọ iko dị warawara n’ime akpa nwere mmiri na-adịghị aga, mmiri dị n’ime ọkpọkọ ga-arịgo ruo elu hk n’elu ọkwa N n’ime akpa ahụ, ma elu mmiri n’ime ọkpọkọ ga-akpụ menisk m (sl. 1_a_). Ka ọkpọkọ na-adị warawara karị, otu ahụ ka ịdị elu mgbago mmiri kapilari hk na-adị elu.

A na-akọwa ịrị elu mmiri n’ime kapilari site n’ike na-ebuli elu nke meniscus m, ma a na-akọwa ya site n’ike ndọta intermolecular dị n’etiti molekul mmiri na iko yana nrụgide elu dị n’etiti mgbidi nke ọkpọkọ dị warawara na elu mmiri.

N’akụkụ ebe mgbidi ọkpọkọ iko na elu mmiri na-emetụ, ike capillary R na-arụ ọrụ n’ụzọ tangenti na elu meniskọs m, nke a na-egosipụta na ịdị arọ n’otu ogologo, na p/cm. Site n’ịkewa ike R n’ime akụkụ J nke yiri elu mgbidi na akụkụ P nke kwụ ọtọ na mgbidi, anyị na-enweta ike na-ebuli nke meniskọs (sl. 1_a_): J = R cosα.

Akụkụ α nke ike R na-eme n’elu mgbidi ka a na-akpọ akụkụ kapilari ma uru ya na-agakarị site na 0 ruo 90O. Ọ bụrụ na mmiri dị n’ọkpọkọ kapilari na mgbidi ya dị ọcha kpamkpam, mgbe ahụ α=0, elu meniskọs bụ ọkara okirikiri, ike na-ebuli J = R kacha elu (sl. 1_b_). Ọ bụrụ na mmiri nwere abụba ma ọ bụ asid organic, ma ọ bụ ọ bụrụ na mgbidi ahụ dị mmanụ, mgbe ahụ α = 90°, meniskọs adịghị apụta, ya mere mmiri adịghị arị elu site n’ike kapilari.

Sl. 1. Ịrị elu mmiri site n’usoro kapilari na mmetụta nke ike kapilari

Anyị na-enweta ike na-ebuli J = R cos α site n’ọnọdụ nhata, nke kwuru na ike na-ebuli ngụkọta J n’ime oke niile nke meniskọs, ya bụ ọkpọkọ capillary nwere dayameta r, na-ejide ogidi mmiri n’ime ọkpọkọ nwere ịdị elu h__ₖ:

R cos α · 2π_r_ = π_r_² h__ₖ γ__w

ebe γ__w bụ ibu olu nke mmiri.

Site na usoro gara aga anyị na-enweta ike capillary nke na-ebuli elu:

R cos α = (r · h__ₖ · γ__w) / 2

ya bụ ịdị elu nke ịrị elu capillary:

h__ₖ = (2_R_) / (r · γ__w) · cos α  [cm].

Mmiri capillary ọkụ na-arịgo n’elu n’ime tube capillary karịa mmiri oyi n’ihi na ọ nwere nnukwu viscosity. N’ihi nke a, maka otu ịdị elu nke ịrị elu capillary h__ₖ ike R cos α dị obere maka mmiri capillary ọkụ karịa nke oyi. Dị ka nyocha e mere maka okpomọkụ mmiri dị iche iche t n’okpuru ọnọdụ otu ahụ, enwetara ụkpụrụ ndị a nke ike ibuli R cos α:

Mmiri dị n’ime paipu kapilari nọ n’okpuru ịdọ aka ná ntị n’ịdọrọ, n’ihi na ike R cos α na-ebuli ya elu, ebe ike ndọda na-adọ ya ala. Otú ọ dị, mgbidi paipu kapilari nọ n’okpuru nrụgide site n’ọrụ ike kapilari R.

Kapilarnost n’ime ala

Capillarity dịkwa n’ala, ebe ọkpọkọ capillary na-etolite oghere ndị jikọtara onwe ha n’ụzọ niile. Ka ala na-adị finer n’ụdị ntụ ntụ, ka oghere ndị ahụ na-adị nta, ma elu ịrị elu capillary na-adị elu karịa. Elu a na-adaberekwa n’usoro ala. Otú ọ dị, oghere dị n’ala nwere ike ịdị nha dị iche iche, ma n’ọnọdụ ahụkwa elu ịrị elu capillary ga-adị iche. Ọ bụrụ na mmiri capillary n’oge ịrị elu ya rute n’“ebe sara mbara”, ya bụ ruo n’oghere ka ukwuu karịa nke kwekọrọ n’ike na-ebuli elu maka dayameta oghere warara n’elu a ruru, mgbe ahụ ịrị elu capillary ọzọ ga-adabere n’ogo oghere ka ukwuu ahụ. N’ọnọdụ a anyị nwere elu ịrị elu capillary na-arụ ọrụ h__ₖₐ nke na-adabere n’oghere kacha ibu. N’adịghị nke ahụ, mgbe n’ịda nke ọkwa mmiri dị n’okpuru ala, mmiri capillary na-arịda site n’elu ruo n’ala zutere “ebe warara”, ọ ga-anọgide n’ogo ahụ ma agaghị arịda ọzọ. N’ọnọdụ a anyị nwere elu capillary na-adịghị arụ ọrụ h__ₖₚ, nke na-adabere n’oghere kacha nta.

Dabere na porosity na usoro nke ala, a na-ekewa mmiri kapilari mechiri emechi na mmiri kapilari mepere emepe.

Mmiri capillary mechiri emechi nwere njikọ na enyo nke mmiri ala ma mgbe ọ na-arị elu ọ na-akwagharị ikuku n’ihu ya gaa n’elu mpaghara ala. N’ihi nke a, ọnụọgụ ikuku dị n’elu mpaghara ahụ na-abawanye, ya na nrụgide ikuku n’ime oghere mpaghara ahụ. Nrụgide ikuku a kpụrụ otú a na-emegide ịrị elu capillary, ya mere ịdị elu nke ịrị elu capillary na-adị obere. Ụdị a na-eme n’ime oyi akwa ala ndị dị ala, kpọmkwem n’elu ọkwa mmiri ala, ebe oghere dị obere ma mgbe capillary na-arị elu mmiri na-ejupụta oghere niile kpamkpam.

Mmiri kapilari mepere emepe nwekwara njikọ na elu mmiri dị n’okpuru ala, ma ọ dị n’akụkụ oghere jupụtara n’ụgbọ. Okwu a na-eme n’akụkụ elu nke ala ebe oghere nwere nha dị iche iche, nke mere na mmiri na-ejupụta naanị obere oghere kpamkpam, ebe n’akụkụ oghere buru ibu dị nso, e nwere ikuku. Mgbe mmiri na-arịgo site n’ọrụ kapilari, ọ na-apụpụ ikuku n’ime obere oghere ma tinye ya n’ime oghere buru ibu dị nso, nke mere na n’ókè dị elu n’elu ogidi mmiri n’ime kapilari, a naghị emepụta nrụgide ikuku, ya mere mmiri kapilari mepere emepe na-arịgo elu karịa nke mechiri emechi.

Mpaghara ebe mmiri kapilari mechiri emechi ma ọ bụ mepere emepe dị adị na-ekpebi dabere na ọnụ ọgụgụ mmiri w dị n’ala.

N’ime mmiri kapilari mechiri emechi, oghere niile jupụtara na mmiri, nke pụtara na ọnụ ọgụgụ mmiri dị n’ala w = wZ, ya bụ na ogo jupụta S__ᵣ = 1,0.

N’ime mmiri kapilari mepere emepe, obere oghere juputara kpamkpam na mmiri, ebe oghere ndị ka ibu juputara akụkụ ụfọdụ na mmiri, ya bụ site n’akụkụ mmiri nke na-ekpuchi akụkụ siri ike na mmiri nkuku (sl. 2) n’ebe akụkụ siri ike na-emetụ ibe ha, ma akụkụ ọzọ bụ ikuku, ya mere n’ọnọdụ a w < wZ, ya bụ S__ᵣ < 1,0.

Ogologo kapilari ịrị elu h__ₖ maka ụdị ala dị iche iche na-ekpebisi ike site n’ule ụlọ nyocha. Ogologo nkezi h__ₖ maka ụdị ala dị iche iche dị n’ókè ndị a:

Sl. 2. Film mmiri na mmiri elu akụkụ

N’ala, ike kapilari R na-arụ ọrụ site n’ịpịkọta ụmụ irighiri siri ike, nke na-eme ka a mụọ ihe a na-akpọ njikọ yiri ka ọ dị , nke na-arụ ọrụ dị ka ụdị ijikọ dị n’etiti ụmụ irighiri siri ike. Otú ọ dị, njikọ yiri ka ọ dị naanị ruo mgbe mmiri ka na-arị elu n’ime oghere ala ahụ site n’ike kapilari. Mgbe a mikpuru ala n’ime mmiri, oghere ndị ahụ juputara na mmiri, njikọ yiri ka ọ dị akwụsịkwa ịdị.

A na-akọwa ihe a kpọrọ ezigbo cohesion site n’eziokwu na ájá nta, nke na ọnọdụ akọrọ dị mfe ịdaba, n’ọnọdụ mmiri na-enweta ụfọdụ ikike ijikọ ọnụ nke na enwere ike ịkpụzi ya, nke na-adịghị ekwe omume na ájá akọrọ.

A maara na ájá (ọ bụrụ na ọ bụghị aja apịtị ma ọ bụ uzuzu) n’akụkụ osimiri n’oké osimiri, nke ebili mmiri na-eme mmiri, nwere ikike ibu ọma nke ukwuu, nke na-enye ohere ịnya igwe kwụ otu ebe ma ọ bụ ụgbọ ala n’elu ya, ebe ntakịrị ka anya, ebe ebili mmiri anaghị eru, otu ájá ahụ n’ọnọdụ akọrọ na wiil na-adaba n’ime ya, nke mere na ịnya ụgbọ ọ bụla agaghị ekwe omume.

IMEFE

Ịgafe mmiri site n’ime oke nwere oghere

Ka anyị nyochaa arịa jikọtara A, B, C, D, na E (sl. 3), ebe akụkụ ya site na a ruo b nke ogologo L jupụtara n’ihe na-ekwe ka mmiri gafee, dịka ájá. Ọ bụrụ na anyị wụsa mmiri n’otu njedebe nke arịa jikọtara ruo ọkwa N₁, mgbe ahụ ọkwa mmiri n’arịa ndị jikọtara ga-adị iche, ya bụ, ọ ga-ebelata ka ogologo ụzọ mmiri gara na-abawanye.

Sl. 3. Ngafe mmiri site n’akụkụ ihe na-asọba mmiri

N’oge mgbe elu kọlụm mmiri h₁ ruru n’ihu filter, n’azụ filter ga-abụ h₂. Ọdịiche dị n’etiti ọkwa N₁ na N₂ mgbe ahụ bụ:

h = h₁ − h₂

Ọdịiche h na-anọchi anya nrụgide mmiri hydrostatic furu efu, nke e ji merie nguzogide nke mmiri na-agafe n’ime nzacha. Onye ọkà mmụta sayensị France Darcy chọpụtara ihe a kemgbe 1856. afọ. N’oge ahụ o tinyekwara usoro a na-esonụ maka ịgbakọ ọsọ mmiri na-agafe n’ime nnukwu ihe na-apụ apụ:

V = k × (dh/dL) = ki

ebee:

• V = ọsọ mmiri na-asọba site n’ime ihe na-eme ka mmiri gafee, [cm/sec],
• k = ọnụọgụ nke permeability nke dabere na njirimara ala [cm/sec],
• dh = ogologo nke a na-enweta mgbe a kewara ịdị elu h n’ime ọtụtụ oyi akwa dị gịrịgịrị [cm],
• dL = ogologo a na-enweta mgbe e kewara ogologo L n’otu ọnụ ọgụgụ ogologo dịka ịdị elu h, [cm].

Mmekọrịta dh/dL = i bụ mmekọrịta n’etiti ịdị elu a tufuru n’ime ịdaba na ụzọ mmiri gbagoro, a na-akpọkwa ya ịda mmiri, gradient hydraulic ma ọ bụ piezometric slope. Aha ikpeazụ a sitere na ọkpọkọ B, C na D, nke a na-akpọ ọkpọkọ piezometer. Ụkpụrụ dị n’ihu a na-akpọ iwu Darcy nke mmegharị mmiri site na filter.

Ngụkọta mmiri q, nke n’oge ụfọdụ t gafere site na nzacha nke mpaghara akụkụ A bụ

q = kAti,

site ebe ahụ ka

k = q / (Ati),  ya bụ k = qL / Ath,

ebe i = h / L = ọdịda hydraulic n’ogologo L (ma ọ bụrụ na ọ bụ ahịrị kwụ ọtọ).

Koefisijent k na-egosipụta ike mmiri na-agafe n’ime ala na okpomọkụ 10°C.

k = V / i  [cm/sec]

A na-enweta ọsọ mmiri na-asọba site n’ala site n’usoro a

V = q / A  [cm/sec],

ebe q = ọnụọgụ mmiri na-asọba site n’ala na cm³ kwa sekọnd, n’ọkụ nke 10°C, A = mpaghara akụkụ ngafe nke ala, site na nke mmiri na-asọba, [cm²].

Iwu Darcy na-arụ ọrụ maka mmegharị mmiri laminar, ya bụ, mmegharị dị jụụ, na-enweghị vorteks, na maka ọsọ dị nta.

Ọsọ nzacha V bụ ọsọ etiti nke mmegharị mmiri site n’ala, ọ naghị kwekọọ na ọsọ eziokwu nke mmiri na-agafe, nke ka ukwuu. Mgbe mmiri na-agafe site na nzacha, ihe akụkụ nha nhata nke ịfefe dh a na-emekarị n’okporo ụzọ mmiri dL dị iche iche ogologo ya, ya mere ntụgharị hydraulik na-agbanwe site n’otu ebe ala gaa n’ebe ọzọ.

Ọnụnọ mmiri n’ala na-adabere na ịdị ukwuu nke oghere dị na ya. Ọ bụrụ na anyị tinye ibu n’ala, oghere ndị ahụ na-ebelata, ọnụnọ mmiri na-adịkwa nta. Ya mere, maka otu ụdị ala ahụ, coefficient nke permeability k na-adabere kpọmkwem n’ogo nke porosity, ya bụ na coefficient nke porosity ya e. Otú ọ dị, maka ụdị ala dị iche iche, porosity e gosipụtara site na coefficient nke porosity e enweghị ike ịbụ ihe atụ maka permeability, n’ihi na permeability a adabaghị naanị n’ọnụ ọgụgụ porosity niile nke ala, kama ọ daberekwa n’ogo nke oghere ndị dị na ya. Dịka ọmụmaatụ, ájá nwere nkume nta nke porosity ya bụ e = 0,25, nwere nnukwu permeability nke ukwuu, k = 2–3 cm/sec, ebe ụrọ dị nro, nke porosity ya bụ 60%, coefficient nke porosity e = 1,50, nwere obere permeability, k = 10_⁻⁶ ruo 10⁻_¹¹ cm/sec.

A na-atụle ọnụọgụ permeability k site n’ụzọ mgbakọ, ule ụlọ nyocha_ na ule n’ubi.

Ịchọpụta ọnụọgụ site n’ụzọ mgbako dabere na nhazi granulometric nke ala. Maka ịchọpụta ọnụọgụ k, a na-ewere echiche na akụkụ siri ike nke ala bụ nke ọdịdị sfera, nke na-adabaghị na eziokwu, karịsịa n’ala jikọrọ ọnụ. N’ihi nke a, ụkpụrụ ọnụọgụ k e nwetara n’ụzọ a anaghị ewere dị ka nke ziri ezi.

Ịchọpụta ọnụọgụ k site na ule ụlọ nyocha bụ nke kacha gbasaa ma a na-eme ya na ihe nlele ala na-adịghị emebi emebi. Otú ọ dị, izi ezi nke ọnụọgụ k e kpebiri n’ụzọ a na-adabere n’ọtụtụ ihe dịka ma ihe nlele a na-anwale na-anọchi anya oyi akwa na-agafe mmiri n’ala ahụ, nakwa ọnọdụ nke ịdị adịghị emebi emebi nke ihe nlele n’ime ngwaọrụ a na-eji eme ule na ụzọ esi arụ ule ahụ. Site n’inyocha ọnụ ọgụgụ zuru ezu nke ihe nlele ga-anọchi anya ala ahụ, site n’ịkpọpụta ihe nlele n’ubi n’ime cylinder nke ngwaọrụ ule n’onwe ya na site n’iji usoro kwekọrọ na ya mee ule ahụ, enwere ike nweta ụkpụrụ ọnụọgụ k dị ka nke ziri ezi n’akụkụ, nke enwere ike iji dị ka nke zuru ezu.

Ịchọpụta ọnụọgụ k site n’ule n’ubi na-enye ụkpụrụ kacha ziri ezi, n’ihi na ọ na-adaba kpamkpam na mejupụtara na ịkọwa n’akụkụ n’akụkụ nke ala ahụ dị. Otú ọ dị, usoro a nke ịchọpụta ọnụọgụ k na-ewe oge dị ukwuu na nnukwu ego, nke mere na a na-eme ya naanị obere oge, ma naanị n’ọnọdụ ebe uru ya ziri ezi nke ukwuu dị mkpa n’ụzọ chọrọ.

Dị ka ụkpụrụ anyị maka ịtọ ntọala si kwuo, a na-ewere na ala ndị nwere ọnụọgụ nke ịbanye mmiri:

• k < 10_⁻_¹¹ cm/sec — fọrọ nke nta ka ọ ghara ịbanye mmiri
• k < 10_⁻_⁹        — na-apụta obere nke ukwuu n’ime mmiri
• k < 10_⁻_⁷        — anaghị agafe nke ukwuu
• k < 10_⁻_⁵        — na-ekwe ka mmiri gafere n’etiti
• k < 10_⁻_³        — na-eru mmiri nke ukwuu
• k > 10_⁻_³        — na-asọba nke ukwuu