قانون دارسي لوصف تدفق السوائل من خلال المواد المسامية. تم استنتاج القانون على أنه تعميم ينطبق على حساب تدفق المياه عبر المرشحات الرملية. تم الحصول عليها من تجارب قليلة قام بها المهندس الفرنسي هنري دارسي على رمل خشن يحتوي على حصى ناعم من نهر سون.
على الرغم من تعرضه لتعديلات مع مرور الوقت ، إلا أن القانون الذي صاغه دارسي من تجاربه هو الأساس العلمي للهيدرولوجيا الحالية. في أبحاثه ، استخدم دارسي جهازًا مشابهًا جدًا لمقاييس البيرمومتر المستخدمة حاليًا في معظم المختبرات في أبحاث السوائل.
هنري دارسي
اليوم يستخدم القانون على نطاق واسع في مجالات متنوعة مثل الهندسة والجيولوجيا المائية وصناعة النفط.
مما تتكون؟
في أبسط أشكاله ، يكون التعبير الرياضي لقانون دارسي كما يلي:
س = K ∙ A ∙ ∆h / L
في هذا التعبير ، Q هو معدل التدفق و K ثابت يعرف بمعامل دارسي للنفاذية (ثابت يعتمد على كل من المادة وخصائص السائل الذي يمر عبره).
علاوة على ذلك ، A هي منطقة المقطع العرضي ، و L هي المسافة بين نقطتين في العينة ، و h هي الفرق المحتمل بين هاتين النقطتين.
سيكون التعبير الأكثر صحة عن القانون هو:
q = - K ∙ (dh / dl)
في هذه المعادلة q = Q / A أو التدفق لكل قسم ، K هو الموصلية الهيدروليكية ، و dh / dl هو التدرج الهيدروليكي.
اعتبارات قانون دارسي
عند إنشاء قانون دارسي ، يتم أخذ سلسلة من الاعتبارات في الاعتبار ، حول كل من الوسط المسامي والسائل:
- السائل غير قابل للضغط.
- الوسط المسامي الذي يمر عبره السائل متجانس.
- التدفق خطي.
- تدفق السائل متساوي الحرارة.
- لا يتفاعل السائل في أي وقت مع الوسط المسامي الذي يمر من خلاله.
محددات
يمكن النظر في حدّين أساسيين لقانون دارسي.
- في المقام الأول ، حقيقة أن الثابت K لا يعتمد فقط على الوسط المسامي ، لأن قيمته تعتمد أيضًا على السائل الذي يمر عبره.
- ثانيًا ، العلاقة غير الخطية بين التدفق والتدرج الهيدروليكي ، والتي تحدث إذا كان للثابت قيمة منخفضة جدًا أو إذا كانت السرعات عالية جدًا.
صلاحية
بشكل عام ، يعتبر أن القانون الذي استنتجته دارسي ينطبق على تدفقات المياه عبر الوسائط المسامية ، مثل التربة ، التي يحدث فيها التدفق الصفحي.
الحقيقة هي أن العمل اللاحق من قبل باحثين آخرين قد أكد أن قانون دارسي لا يزال ساريًا لمعظم أنواع تدفق السوائل التي تنتقل عبر التربة.
ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أنه بالنسبة لترشيح السوائل بسرعات عالية جدًا والغازات بسرعات منخفضة جدًا ، لم يعد قانون دارسي قابلاً للتطبيق.
تجربة دارسي
كان المهندس الفرنسي هنري دارسي أحد أهم الرواد في تطوير إمدادات مياه الشرب في المناطق الحضرية.
كان مسؤولاً عن دراسة شبكة إمدادات المياه لمدينة ديجون الفرنسية. على ما يبدو ، تضمنت مسؤولياته أيضًا تصميم فلاتر تنقية المياه ؛ ربما كان هذا هو ما دفعه إلى التحقيق في تدفق المياه عبر طبقات الرمل.
ونشرت نتائج دراساته حول هذا الموضوع كمرفق للتقرير الذي قدمه عن شبكة توزيع المياه لمدينة ديجون. في هذه المرفقات تم نشر التعبير عما انتهى به الأمر فيما بعد إلى قانون دارسي.
الحقيقة هي أن تحقيقاتهم تبين أنها وثيقة الصلة لدرجة أنه منذ ذلك الحين ، تم اعتبارهم أساس جميع الدراسات اللاحقة حول تدفقات المياه الجوفية والأساس العلمي لدراسة نفاذية السوائل.
ومع ذلك ، فإن قيمة عمل هنري دارسي لا تقتصر على بحثه. هنري دارسي معروف أيضًا بجهوده في جعل ديجون ثاني مدينة أوروبية ، بعد روما ، تمتلك شبكة إمداد مياه كاملة. وصلت هذه الشبكة إلى كل طابق في كل منزل في المدينة الفرنسية.
مقياس النفاذية
الجهاز الذي ابتكره دارسي لتجاربه هو أساس أجهزة قياس الضغط الحالية. تستخدم أجهزة قياس النفاذية لتحديد نفاذية المواد المختلفة لمرور السائل.
بشكل عام ، تتكون من حاوية مملوءة بمادة رملية ذات قسم محدد ثابت يتم من خلاله تدوير تدفق المياه.
ينشأ تدفق المياه من خزان مياه يكون فيه مستوى الماء ثابتًا. يتكون المنفذ الموجود في الطرف الآخر من الحاوية من صنبور يخرج من خلاله تدفق مستمر.
يتم أخذ قياسين على الأقل لارتفاع عمود الماء على طول مسار المائع من أجل معرفة نفاذية المادة.
التطبيقات
يستخدم قانون دارسي على نطاق واسع اليوم في الهندسة المدنية والهندسة الزراعية وصناعة البترول. وبالطبع في الهيدروجيولوجيا.
وبالتالي ، فإن أحد أكثر التطبيقات ذات الصلة لقانون دارسي هو الحصول على تدفق المياه عبر طبقات المياه الجوفية.
بقدر ما يتعلق الأمر بصناعة النفط ، يستخدم قانون دارسي أيضًا لوصف تدفقات النفط والماء والغاز عبر مكامن النفط.
المراجع
- قانون دارسي (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 23 أبريل 2018 ، من en.wikipedia.org.
- هنري دارسي (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 23 أبريل 2018 ، من es.wikipedia.org.
- قانون دارسي (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 23 أبريل 2018 ، من es.wikipedia.org.
- دارسي ، هـ. (1856). Les Fontaines publiques de la ville de Dijon. باريس: دالمونت.
- أرورا ، KR (1989). ميكانيكا التربة وهندسة الأساسات. الناشرون القياسيون.