Permeabilität

Will man eine Flüssigkeit durch ein poröses Medium (z.B. Sand- oder Gesteinsschichten) hindurchfließen lassen, so wird der Flüssigkeit ein Widerstand entgegengesetzt. Es ist ein gewisser Energieaufwand erforderlich, um die Flüssigkeit überhaupt durch die Feststoffschichten hindurch zu bekommen, sei es durch die Schwerkraft, oder auch dadurch, dass man auf die Flüssigkeit einen gewissen Druck ausübt. Die Permeabilität stellt hierbei ein Maß für die Durchlässigkeit dieser Feststoffschichten gegenüber der Flüssigkeit dar.

 

Dynamische Viskosität

Die Viskosität von Flüssigkeiten, man bezeichnet sie auch als Fluide, beschreibt den Widerstand, den die verschiedenen Flüssigkeitsschichten bei einem bestehenden Geschwindigkeitsgefälle zu überwinden haben. Die dynamische Viskosität ist eine charakteristische Stoffeigenschaft einer Flüssigkeit und hängt von der Temperatur und vom Druck ab. Sie hat die SI-Einheit Pa*s.

 

Kinematische Viskosität

Die kinematische Viskosität einer Flüssigkeit ist nach Maxwell als Quotient aus dynamischer Viskosität und der Dichte der jeweiligen Flüssigkeit definiert. Sie hat die SI-Einheit m²/s.

 

Darcy Gesetz

Mit Darcy bezeichnet man eine Einheit für die Permeabilität, benannt nach Henry Darcy. Das Darcy (1D=9,86923*10^-13 m²) stellt zwar keine SI-Einheit dar, ist jedoch in der Erdöl- und Hydrogeologie noch üblich. Mathematisch ist das Darcy definiert als das Produkt aus Filtergeschwindigkeit (in cm/s) mal dynamischer Viskosität (in Centipoise=1 m*Pa*s) mal eine Strecke zwischen A und B (in cm) geteilt durch den Druckunterschied zwischen A und B (in atm=1,013 bar).

 

Reynolds-Zahl

Die Reynolds-Zahl ist eine charakteristische, dimensionslose Kenngröße einer strömenden Flüssigkeit. Sie ist mathematisch definiert als das Produkt aus Geschwindigkeit der Flüssigkeit (in m/s) mal eine charakteristische Länge (in m) geteilt durch die kinematische Viskosität.

 

Laminare Strömung

Eine laminare Strömung, auch Schichtströmung genannt, ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flüssigkeitsteilchen in zur Strömungsachse parallelen Stromlinien bewegen, ohne sich untereinander zu vermischen. Mathematisch formuliert ist eine Strömung laminar, wenn die Reynolds-Zahl einen kritischen Wert, der bei 2320 liegt, nicht überschreitet.

 

Turbulente Strömung

Wenn die Reynolds-Zahl der strömenden Flüssigkeit größer ist als ihr kritischer Wert von 2320, ist die Strömung turbulent. Innerhalb der Strömung treten jetzt Verwirbelungen auf, die zu einer Vermischung auch der einzelnen Flüssigkeitsschichten führen. Zwangsläufig verbunden mit diesen Verwirbelungen sind Energieverluste durch zusätzliche Reibung.

 

Naturgegebene Hydraulikspeicher

Pflanzliche Organismen sind durch einen von der Natur vorgegebenen Hydraulikspeicher in der Lage, Wasser entgegen der Schwerkraft bis zu ihren obersten Zellen zu transportieren. Bei diesem Vorgang, den man auch Osmose nennt, stellen auch erhebliche Höhenunterschiede kein nennenswertes Problem dar. Durch ihre Zellmembranen kann jede Pflanze durch den osmotischen Druck für einen Konzentrationsausgleich zu beiden Seiten der Zellwände sorgen. Die semipermeablen Zellwände bilden eine halb durchlässige Wand, die zwar den Molekülen des Lösungsmittels, aber nicht denen des gelösten Stoffes den Durchgang gestattet. Die Brownsche Molekularbewegung sorgt nun dafür, dass von der Seite der Zellwand mit der größeren Wasserkonzentration die Wassermoleküle durch die Zellmembran hindurch diffundieren und damit die Konzentration des gelösten Stoffes auf dieser Seite der Zellmembran verringern, bis es zu einem Konzentrationsausgleich kommt.