Формирование Модели проникновения Грина-Эмпта
Проникновение жидкости в поверхность почвы в конечном счете определяет область, покрытую пролитым объемом. Концептуально, чем более быстрое проникновение происходит, тем меньший будет область, покрытая любым особым жидким объемом. модель Грина-Эмпта обеспечивает упрощенное математическое описание строго вертикального жидкого потока. Эта модель составляет проходимость почвы, жидкой плотности, и вязкости и капиллярного поглощения почвой особой жидкости. Формулировка модели, как вместе со сверхповерхностным распространением, описана Келлером и Симмонсом (2005), который содержит подробное математическое описание его параметров. Поскольку модель не истинное решение точных многофазных уравнений потока, которые описывают жидкое проникновение в почву, ее параметры, как должно оцениваться, совместимые с наблюдаемым потреблением жидкости. Модель требует проводимости жидкости в определенной почве, эффективная пористость, занятая жидкостью, поскольку это входит в объем поры, и голову всасывания, действующую на wetting фронте, который определяет количество влияния капиллярности. Постоянный напор жидкости выше поверхности почвы и передний глава всасывания определяют гидравлический градиент с временной зависимостью. Используя закон Дарси для проводимости, гидравлический градиент определяет уровень проникновения. Необходимые параметры модели проникновения могут обычно оцениваться посредством отдельных или независимо полученных измерений. Однако, эффективные параметры модели также доступные, соответствуя этому к измерениям фактических показателей проникновения.
Чтобы измерить уровень проникновения, маленькая прозрачная труба может быть помещена вертикально в почву, простирающуюся ниже поверхности, как показано в рисунке 2.5. Жидкость льют в верхнюю часть трубы, не заполненной почвой. Жидкость начинает проникать, и однажды добавление жидких остановок, жидких снижений высоты. Прямые измерения того, как быстро жидкие снижения уровня в особой трубе могут быть приспособлены к точным уравнениям, чтобы оценить неизвестные точные параметры. Эта процедура была повторена много раз, чтобы подтвердить ее законность и проверить понятие жидко-среднего вычисления, которое может использоваться, чтобы перевести поведение проникновения воды в это совместимое с другой жидкостью. Жидко-среднее вычисление также описано более подробно Келлером и Симмонсом (2005). Раздел 4 и Приложение A этого отчета описывают больше математических деталей модели Грнина-Эмпта проникновения и методов для ее применения к экспериментальным почвам.
Рисунок 2.5 показывает воду, окрашенную красной с пищевым красителем, вылитым в вершину маленькой заполненной песком колонки. Красные марки вдоль трубы располагаются на 2 см; первая марка скрыта в спускающемся жидком потоке потока, который накапливается через ламповое поперечное сечение выше поверхности песка. wetting фронт (темная область ниже красного), как замечается, опустил приблизительно 2 см после 2.3 секунд заливки.
Через 3 секунды было закончено добавление 10 мл воды, и проникновение было закончено после 16.9 секунд. Проникновение было закончено, когда поверхностная жидкость полностью исчезла в песок, как показано структурами кино, приобретенными в 30 в секунду. Это прослеживание с высокой разрешающей способностью фронта проникновения
Рисунок 2.5. Водное Проникновение в Колонку Песка. Вода окрашена красной с пищевым красителем. Время спустя 2.3 секунды после начала добавления воды, чтобы появиться. Поток воды на 10 мл длится приблизительно 3 секунды и инфильтраты после 16.9 секунд с начала.
и жидкость, остающаяся на поверхности, может использоваться, чтобы калибровать модель проникновения. Колонка построена из тонкого, изогнулась, пластмассовый лист сокращался от бутылки с водой. Эта колонка стоит в маленькой стеклянной мензурке с ее показанной оправой.
Два метода использовались, чтобы измерить снижение жидкости в трубе проникновения. Первый метод глазом использовал правителя (64-ая резолюция дюймов), чтобы измерить жидкое снижение уровня как функцию времени.
Второй метод вовлекал измерение видео фотографий жидкого уровня, поскольку это изменилось со временем, в течение и после того, когда жидкость вылили в трубу проникновения. Первый метод мог только использоваться, пока проникновение было достаточно медленным, как получен с очень вязкой жидкостью. Видео метод (рисунок 2.5) потребовал только достаточно быстрого взятия фотографии с отметкой времени на каждой структуре. Видео метод также имел преимущество разрешения жидкого уровня выше поверхности и глубины проникновения ниже, чтобы быть измеренным одновременно для трубы среды почвы, забранной из профиля почвы.
Оценка параметров для модели Грина-Эмпта проникновения и демонстрации fluidmedia, измеряющий принцип обсужден в Разделе 4 после описания некоторых из пролитий, которые мотивировали измерение поглотительных свойств почвы и жидких комбинаций.
Выполнение пролитий
Почва, или песок или суглинок ила, была упакована в кастрюли или пластмассовый поднос, и поверхность катили плоскость и гладкая. Жидкости обычно лили на небольшую область пластины с формой шестиугольника. Заливка была сделана через трубу трех размеров, определяя, как быстро пролитие будет иметь место. Кастрюля или поднос обычно наклонялись 3 - 5 степенями горизонтального, чтобы способствовать под гору распространению. Фотография промежутка времени использовалась, чтобы сделать запись каждого пролития. Из кино пролития было возможно определить, сколько времени жидкость лилась на исходное местоположение.
Список пролитий масштабного размера дан в Таблице 2.1 наряду с их условиями. Проливное время - время, требуемое применять данный объем; исчезновения время - то, сколько времени требовался для полного проникновения. Время исчезновения было определено с начала потока, таким образом, измерение включает также проливной период.
Таблица 2.1. Список Жидких Пролитий, Выполненных в Подносе 96 см x 66 см x 10.5 см
3.0 Результаты эксперимента: Измерение Распространяющейся области
Пролития были выполнены сначала на поверхности песка, потому что это, как ожидали, даст самую большую проблему соответствия показатели проникновения и распространение. Карты области прогрессии были получены для нефти насоса, и антифриз лился на песок. Проливной уровень 400 мл более чем 4 - 7 секунд рассматривался как быстрое пролитие, при сравнении с 600 мл, добавленными в течение 146 - 185 секунд для 3:1 кукурузный сироп сокращения. Поверхность подноса масштабного размера была наклонена 4.8 степени.
Рисунки 3.1 и 3.2 показывают быстро вылитые пролития нефти и антифриза, соответственно, на наклоненном (4.8 степени) на поверхность песка.
Рисунок 3.1. Накачай Разлив нефти на Песке с Быстрым Потоком 400 мл. Наклон - 4.8 степени.
Рисунок 3.2. Пролитие антифриза на Песке с Быстрым Потоком 400 мл. Наклон - 4.8 степени.
Пролития на Суглинке Ила
Поскольку поверхность почвы суглинка ила была намного меньше водопроницаемой чем песок, ожидалось, что пролитие проникнет меньше в эту почву и распространится в более крупную область так же как размножится под гору по большим расстояниям. Поэтому, после тестирования, поверхность суглинка ила была наклонена только 2.4 степени, чтобы выполнить пролитие. Рисунки 3.3 и 3.4 показывают быстро вылитые пролития нефти и антифриза, соответственно, на наклоненном (2.4 степени) поверхность суглинка ила.