达西定律实验

水力学及流体力学实验仪系列产品

DXY型达西定律实验仪

仪器编号：

北京新华教仪科贸有限公司

华同丰(北京)科技有限公司

达西定律实验

一、实验目的

1.测定渗透砂体的渗透量与水头损失的关系，验证渗流的达西定律。

2.测定均质砂的渗透系数K值;

二、实验设备

设备由水泵、供水箱、存水箱及升降装置构成供水系统。实验箱内装均质砂，底部及砂体的上表面各装一块滤板，中部设二个多孔测压管测定渗流水头损失。用体积法测流量。

1—水泵2—升降定位手柄

3—供水箱4—供水箱溢流槽

5—供水调节阀6—排气软管

7—测压管8—实验箱溢流槽

9—实验箱10—多孔测压管

11—转向阀12—计量箱

13—存水箱14—泄流槽

15—泄水阀16—供水阀*实验前请用地脚螺丝调平实验台

三、实验原理及计算式

液体在孔隙介质中流动时，由于粘滞性作用将会产生能量损失。达西（Henri Darcy）在1852-1855年间通过实验，总结出渗流能量损失与渗流速度成一次方的线性规律，后人称为达西定律。

由于渗流速度很小，故速度水头可以忽略不计。因此总水头H可用测管水头h来表示，水头损失h w可用测管水头差来表示，即

于是，水力坡度J可用测管水头坡度来表示：

式中，L为两个测压管孔之间的距离，h1与h2为两个测压孔的测管水头。

达西通过实验，得到实验圆筒内渗流量Ｑ与圆筒断面积A和水力坡度J成正比，并和土壤的透水性有关，所建立基本关系式如下：Q＝KAJ v=Q/A=KJ 式中，v为渗流简化模型的断面平均流速，系数K为反映孔隙介质透水性能的综合系数，称为参透系数。

实验中的渗流区为一圆柱形的均质砂体，属于均匀渗流，可以认为各点的流动状态是相同的，任意点的渗流流速u等于断面平均渗流流速，因此达西定律也可以表示为：u= v= KJ

上式表明，渗流的水力坡度，即单位距离上的水头损失与渗流流速的一次方成正比，因此称为渗流线性定律。

Darcy’s Law 是描述以粘滞力为主、雷诺数Re< 1~10的层流状态下的地下水渗流基本定律，指出渗流速度V与水力坡度J成线性关系，V=KJ，或Q=KAJ，又称线性渗透定律。它反映了渗流场中的能量守恒与转换定律。

渗流雷诺数（Re）：

雷诺数（Reynolds number ）是判断水流呈层流和紊流状态的指数。其值为圆管内惯性力与粘滞力的比值，与地下水渗透速度（v）、含水介质颗粒平均粒径（d e）呈正比，与地下水运动粘滞系数（ν）呈反比，即 Re =v d e /ν。

渗流雷诺数用下列经验公式求：

式中，d e为砂样有效粒径、n为孔隙率。ν为实验筒断面平均流速，ν为水的运动粘性系数.

四、实验步骤

实验前一天先将实验箱内加满水，让水浸透实验箱内的全部砂体，排除实验箱内的全部气体做好前实验准备工作。

1.记录有关常数。将供水箱升到高位。置转向阀出口于量水箱泄水侧。

2.启动水泵、开供水调节阀，排除实验箱内的全部气体后方能进行实验。

用调节供水箱高度的方法来改变流量，通常流量由大到小顺次进行。

实验时供水箱一定保持少量的溢流，确保供水水头的恒定。

3.实验：①先使量水箱测管读数的初水位在2cm左右并记录；

②将转向阀的出口拨向量水箱，同时按动秒表记时，读测压管

读数，当量水箱水位达到所需高度时，将转向阀的出口拨到

泄水槽，再次按动秒表；

③记录时间、量水箱测管读数的终水位、水的温度；

④下移供水箱，用同样的方法测量约15组数据, 测量的最小压

差Δh＜1㎝。

整个实验均保持供水箱有少量溢流，待水流稳定后进行量测。开始及终了各测水温一次取其平均值。实验完毕关水泵。

五、注意事项

1.在实验前要浸透圆筒内的砂体。

2.实验时实验箱内的气体要排除干净，当Q为0时，两测压管内的水面

保持水平。

六、实验记录

仪器编号：

有关常数：筒径D＝14.6㎝，测压管间距L＝20㎝，

量水箱面积F＝㎝2砂粒有效粒径d e=0.8㎝，

空隙率n=0.418, 渗透水温t= ℃,记录表格：

实验记录表格

七、成果要求：实验报告

实验结果计算表格

旅游与环境学院《水文水资源学》实验报告

实验名称：达西定律实验

实验人：实验日期：

一、实验目的

1、测定渗透砂体的渗透量与水头损失的关系，验证渗流的达西定律。

2、测定均质砂的渗透系数K值;

二、实验设备：DXY型达西定律实验仪

三、实验原理：

四、实验步骤：

五、实验记录：

仪器编号：

有关常数：

筒径D＝14.6㎝，测压管间距L＝20㎝，量水箱面积F＝㎝2

砂粒有效粒径d e=0.8㎝，空隙率n=0.418,

渗透水温t= ℃,运动粘性系数v= ㎝2/s。

记录表格：

实验记录表格

六、实验结果：

（一）计算各组次的h w(Δh)、v、J、K。

实验结果计算表格

（二）绘制v与J关系图：

（三）实验结论：