กฎของดาร์ซีประกอบด้วยอะไรบ้างการทดลองและการใช้งาน - กายภาพ - 2025

กฎของดาร์ซีสำหรับอธิบายการไหลของของเหลวผ่านวัสดุที่มีรูพรุน กฎหมายถูกอนุมานว่าเป็นสากลที่ใช้กับการคำนวณการไหลของน้ำผ่านตัวกรองทราย ได้มาจากการทดลองสองสามครั้งของ Henry Darcy วิศวกรชาวฝรั่งเศสบนทรายหยาบที่มีกรวดละเอียดจากแม่น้ำ Saone

แม้ว่าเมื่อเวลาผ่านไปจะต้องมีการปรับเปลี่ยนกฎหมายที่กำหนดโดย Darcy จากการทดลองของเขาเป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ของอุทกวิทยาในปัจจุบัน สำหรับการวิจัยของเขา Darcy ได้ใช้เครื่องมือที่คล้ายกับเครื่องวัดการซึมผ่านที่ใช้ในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ในการวิจัยของไหล

เฮนรี่ดาร์ซี

ปัจจุบันกฎหมายนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆเช่นวิศวกรรมอุทกธรณีวิทยาและอุตสาหกรรมน้ำมัน

ประกอบด้วยอะไรบ้าง?

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดนิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับกฎของดาร์ซีมีดังนี้:

Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L

ในนิพจน์นี้ Q คืออัตราการไหลและ K คือค่าคงที่ที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของดาร์ซี (ค่าคงที่ขึ้นอยู่กับทั้งวัสดุและคุณสมบัติของของเหลวที่ไหลผ่าน)

นอกจากนี้ A คือพื้นที่หน้าตัด, L คือระยะห่างระหว่างจุดสองจุดในตัวอย่างและ ∆h คือความต่างศักย์ระหว่างจุดเดียวกันทั้งสอง

การแสดงออกของกฎหมายที่ถูกต้องมากขึ้นคือ:

q = - K ∙ (dh / dl)

ในสมการนี้ q = Q / A หรือการไหลต่อส่วน K คือการนำไฟฟ้าไฮดรอลิกและ dh / dl คือการไล่ระดับไฮดรอลิก

การพิจารณากฎหมายของดาร์ซี

เมื่อสร้างกฎของดาร์ซีจะมีการพิจารณาข้อพิจารณาหลายประการทั้งเกี่ยวกับตัวกลางที่มีรูพรุนและเกี่ยวกับของเหลว:

- ของเหลวไม่สามารถบีบอัดได้

- ตัวกลางที่มีรูพรุนที่ของไหลผ่านจะเป็นเนื้อเดียวกัน

- การไหลเป็นเส้นตรง

- การไหลของของไหลมีอุณหภูมิต่ำ

- ของเหลวไม่ทำปฏิกิริยากับตัวกลางที่มีรูพรุนที่มันไหลผ่านได้ตลอดเวลา

ข้อ จำกัด

โดยพื้นฐานแล้วสามารถพิจารณาข้อ จำกัด พื้นฐานสองประการของกฎหมายของดาร์ซีได้

- ในตอนแรกความจริงที่ว่าค่าคงที่ K ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตัวกลางที่มีรูพรุนเพียงอย่างเดียวเนื่องจากค่าของมันขึ้นอยู่กับของเหลวที่ไหลผ่าน

- ประการที่สองความสัมพันธ์แบบไม่เป็นเชิงเส้นระหว่างการไหลและการไล่ระดับไฮดรอลิกซึ่งเกิดขึ้นหากค่าคงที่มีค่าต่ำมากหรือหากความเร็วสูงมาก

ความถูกต้อง

โดยทั่วไปถือว่ากฎหมายที่อนุมานโดยดาร์ซีใช้ได้กับน้ำที่ไหลผ่านสื่อที่มีรูพรุนเช่นดินซึ่งเกิดการไหลแบบลามินาร์

ความจริงก็คือผลงานในภายหลังโดยนักวิจัยคนอื่น ๆ ได้ยืนยันว่ากฎของดาร์ซียังคงใช้ได้กับการไหลของของเหลวส่วนใหญ่ที่เคลื่อนที่ผ่านดิน

อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าสำหรับการกรองของเหลวด้วยความเร็วสูงมากและก๊าซด้วยความเร็วต่ำมากกฎหมายของดาร์ซีจะใช้ไม่ได้อีกต่อไป

การทดลองของดาร์ซี

Henry Darcy วิศวกรชาวฝรั่งเศสเป็นหนึ่งในผู้บุกเบิกที่สำคัญที่สุดในการพัฒนาแหล่งน้ำดื่มในเมือง

เขารับผิดชอบการศึกษาเครือข่ายน้ำประปาของเมือง Dijon ของฝรั่งเศส เห็นได้ชัดว่าความรับผิดชอบของเขารวมถึงการออกแบบเครื่องกรองน้ำให้บริสุทธิ์ด้วย นี่อาจเป็นสิ่งที่ทำให้เขาตรวจสอบการไหลของน้ำผ่านเตียงทราย

ผลการศึกษาของเขาในเรื่องนี้ได้รับการตีพิมพ์เป็นภาคผนวกของรายงานที่เขานำเสนอเกี่ยวกับเครือข่ายการจ่ายน้ำของเมือง Dijon; ในภาคผนวกเหล่านี้มีการเผยแพร่สำนวนของสิ่งที่ต่อมาถูกเรียกว่ากฎของดาร์ซี

ความจริงก็คืองานวิจัยของพวกเขามีความเกี่ยวข้องมากจนตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาพวกเขาได้รับการพิจารณาทั้งสองอย่างเป็นพื้นฐานของการศึกษาเกี่ยวกับการไหลของน้ำใต้ดินและพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการศึกษาการซึมผ่านของของเหลว

อย่างไรก็ตามคุณค่าของผลงานของ Henry Darcy ไม่ได้ จำกัด เฉพาะงานวิจัยของเขา Henry Darcy ยังได้รับการยอมรับจากความพยายามของเขาที่ทำให้ Dijon เป็นเมืองในยุโรปแห่งที่สองรองจากโรมที่มีเครือข่ายน้ำประปาที่สมบูรณ์ เครือข่ายนี้ไปถึงทุกชั้นของบ้านทุกหลังในเมืองฝรั่งเศส

เครื่องวัดการซึมผ่าน

อุปกรณ์ที่ดาร์ซีคิดค้นขึ้นสำหรับการทดลองของเขาเป็นพื้นฐานสำหรับการซึมผ่านในปัจจุบัน เครื่องวัดการซึมผ่านใช้เพื่อกำหนดความสามารถในการซึมผ่านของวัสดุต่าง ๆ ไปยังทางเดินของของเหลว

โดยทั่วไปประกอบด้วยภาชนะที่เต็มไปด้วยวัสดุที่เป็นทรายซึ่งมีส่วนกำหนดค่าคงที่ซึ่งการไหลเวียนของน้ำจะไหลเวียน

การไหลของน้ำเกิดจากแหล่งกักเก็บน้ำที่ระดับน้ำคงที่ เต้าเสียบที่อยู่ที่ปลายอีกด้านของภาชนะประกอบด้วยก๊อกที่มีการไหลคงที่ออกมา

การวัดความสูงของคอลัมน์น้ำอย่างน้อยสองครั้งจะถูกนำไปตามเส้นทางของของเหลวเพื่อให้ทราบถึงการซึมผ่านของวัสดุ

การประยุกต์ใช้งาน

ปัจจุบันกฎหมายของดาร์ซีใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมโยธาวิศวกรรมเกษตรและอุตสาหกรรมปิโตรเลียม และแน่นอนในอุทกธรณีวิทยา

ดังนั้นหนึ่งในการประยุกต์ใช้กฎของดาร์ซีที่เกี่ยวข้องมากที่สุดคือการได้รับการไหลของน้ำผ่านชั้นหินอุ้มน้ำ

เท่าที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมน้ำมันกฎของดาร์ซียังใช้เพื่ออธิบายการไหลของน้ำมันน้ำและก๊าซผ่านแหล่งกักเก็บน้ำมัน

อ้างอิง

1. กฎของดาร์ซี (nd) ในวิกิพีเดีย. สืบค้นเมื่อวันที่ 23 เมษายน 2018 จาก en.wikipedia.org.
2. เฮนรีดาร์ซี (nd) ในวิกิพีเดีย. สืบค้นเมื่อวันที่ 23 เมษายน 2018 จาก es.wikipedia.org.
3. กฎของดาร์ซี (nd) ในวิกิพีเดีย. สืบค้นเมื่อวันที่ 23 เมษายน 2018 จาก es.wikipedia.org.
4. ดาร์ซี, H. (1856). Les Fontaines publiques de la ville de Dijon ปารีส: Dalmont
5. อโรรา, KR (1989). กลศาสตร์ดินและวิศวกรรมฐานราก. ผู้เผยแพร่มาตรฐาน