قانون دارسي: ما الذي يتكون منه ، التجربة والتطبيقات
يخدم قانون دارسي لوصف تدفق السوائل عبر المواد المسامية. تم استنتاج القانون باعتباره تعميمًا ينطبق على حساب تدفق المياه عن طريق مرشحات الرمال. تم الحصول عليها من بعض التجارب التي قام بها المهندس الفرنسي هنري دارسي في الرمال الخشنة التي تحتوي على حصى ناعم من نهر سونا.
على الرغم من مرور الوقت تعرض لتعديلات ، فإن القانون الذي صاغه دارسي من تجاربه هو الأساس العلمي للهيدرولوجيا الحالية. في بحثه ، استخدم دارسي جهازًا مشابهًا جدًا لمقاييس التداخل المستخدمة حاليًا في معظم المختبرات في أبحاث الموائع.
في الوقت الحاضر ، يستخدم القانون على نطاق واسع في مجالات متنوعة مثل الهندسة الهيدروجيولوجية وصناعة النفط.
ماذا تتكون؟
في أبسط أشكاله ، يكون التعبير الرياضي لقانون دارسي كما يلي:
Q = K ∙ A ∙ Δh / ΔL
في هذا التعبير ، Q هي التدفق و K هو الثابت المعروف باسم معامل نفاذية دارسي (الثابت الذي يعتمد على كل من المادة وخصائص السائل الذي يمر خلالها).
بالإضافة إلى ذلك ، A هي مساحة المقطع العرضي ، ΔL هي المسافة بين نقطتين من العينة و Δh هو الفرق المحتمل بين هاتين النقطتين نفسهما.
سيكون التعبير الأكثر صوابًا عن القانون هو:
q = - K ∙ (درهم / دل)
في هذه المعادلة q = Q / A أو التدفق لكل قسم ، K هي الموصلية الهيدروليكية ، و dh / dl هو التدرج الهيدروليكي.
اعتبارات قانون دارسي
في وقت وضع قانون دارسي ، يتم أخذ سلسلة من الاعتبارات في الاعتبار ، سواء على الوسط المسامي أو على السائل:
- السائل غير قابل للانضغاط.
- الوسط المسامي الذي يتدفق عبر السائل متجانس.
- التدفق خطي في الشخصية.
- تدفق السائل متساوي الحرارة.
- لا يتفاعل السائل في أي وقت مع الوسيلة التي يسهل اختراقها.
القيود
يمكنك أن تنظر في الأساس في اثنين من القيود الأساسية لقانون دارسي.
- في المقام الأول ، حقيقة أن الثابت K لا يعتمد فقط على الوسط المسامي ، حيث أن قيمته تعتمد أيضًا على السائل الذي يمر خلالها.
- ثانياً ، العلاقة غير الخطية بين التدفق والتدرج الهيدروليكي ، والتي تحدث إذا كان الثابت يأخذ قيمة منخفضة جدًا أو إذا كانت السرعات عالية جدًا.
صحة
بشكل عام ، يُعتبر أن القانون الذي استنتجته دارسي ينطبق على تدفق المياه عبر الوسائط المسامية ، كما هو الحال في التربة ، حيث يوجد تدفق رقائقي.
والحقيقة هي أن الأعمال اللاحقة للباحثين الآخرين سمحت للتأكيد على أن قانون دارسي يحافظ على صلاحيته لمعظم أنواع تدفق السوائل التي تنتقل عبر التربة.
ومع ذلك ، من المهم أن نضع في اعتبارنا أنه بالنسبة للتسربات من السوائل بسرعات عالية للغاية والغازات بسرعات منخفضة للغاية ، لم يعد قانون دارسي ساريًا.
تجربة دارسي
كان المهندس الفرنسي هنري دارسي أحد أهم السلائف لتطوير إمدادات المياه في المناطق الحضرية.
كان مسؤولاً عن دراسة شبكة إمدادات المياه لمدينة ديجون الفرنسية. على ما يبدو ، من بين مسؤولياتها أيضا تصميم مرشحات تنقية المياه ؛ كان هذا هو ما دفعه على الأرجح إلى التحقيق في تدفق المياه عبر قاع الرمال.
ظهرت نتائج دراساته حول هذا الموضوع كمرفق للتقرير الذي قدمه عن شبكة توزيع المياه في مدينة ديجون ؛ في هذه المرفقات ظهر التعبير عما انتهى به الأمر فيما بعد باسم قانون دارسي.
الحقيقة هي أن التحقيقات التي أجراها تبين أنها وثيقة الصلة بالموضوع ، حيث أنها تعتبر منذ ذلك الحين أساسًا لكل الدراسات اللاحقة حول تدفقات المياه الجوفية والأساس العلمي لدراسة نفاذية السوائل.
ومع ذلك ، فإن قيمة عمل هنري دارسي لا تقتصر على تحقيقاته. هنري دارسي معروف أيضًا لأن جهوده سمحت لديجون بأن تكون ثاني مدينة أوروبية ، بعد روما ، تمتلك شبكة كاملة من إمدادات المياه. وصلت هذه الشبكة إلى كل طابق في كل منزل في المدينة الفرنسية.
المنير
الجهاز الذي ابتكرته دارسي لتجاربه هو أساس مقاييس الحركة الحالية. تُستخدم مقاييس التباين لتحديد نفاذية المواد المختلفة قبل مرور السائل.
بشكل عام ، تتكون من حاوية مملوءة بمادة رملية ذات مقطع ثابت ثابت يتم من خلاله تدفق المياه.
يكون لتدفق الماء مصدره في خزان مياه يكون فيه مستوى الماء ثابتًا. يتكون المنفذ الموجود في الطرف الآخر من الحاوية من الصنبور الذي يخرج منه التدفق المستمر.
يتم أخذ قياسين على الأقل لارتفاع عمود الماء على طول مسار السائل لمعرفة نفاذية المادة.
تطبيقات
يستخدم قانون دارسي حاليًا على نطاق واسع في الهندسة المدنية والهندسة الزراعية وصناعة النفط. و ، بالطبع ، في الهيدرولوجيا.
وبهذه الطريقة ، فإن أحد تطبيقات قانون دارسي الأكثر صلة هو الحصول على تدفق المياه عبر طبقات المياه الجوفية.
بقدر ما يتعلق الأمر بصناعة النفط ، يستخدم قانون دارسي لوصف تدفق النفط والمياه والغاز عبر رواسب النفط.
