The Darcyho zákon slouží k popisu proudění tekutin porézními materiály. Zákon byl odvozen jako univerzalizace použitelná pro výpočet průtoku vody přes pískové filtry. Bylo získáno z několika experimentů provedených francouzským inženýrem Henrym Darcym na hrubém písku obsahujícím jemný štěrk z řeky Saone.
Ačkoli v průběhu času byl podroben změnám, zákon formulovaný Darcym z jeho experimentů je vědeckým základem současné hydrologie. Pro svůj výzkum použil Darcy zařízení velmi podobné permeametrům, které se v současné době používají ve většině laboratoří při výzkumu tekutin..
Dnes je zákon široce používán v tak rozmanitých oborech, jako je strojírenství, hydrogeologie a ropný průmysl..
Rejstřík článků
Ve své nejjednodušší formě je matematický výraz pro Darcyho zákon následující:
Q = K ∙ A ∙ ∆h / ∆L
V tomto výrazu Q je průtok a K je konstanta známá jako Darcyho koeficient propustnosti (konstanta, která závisí jak na materiálu, tak na vlastnostech kapaliny, která jím prochází).
Dále A je plocha průřezu, ∆L je vzdálenost mezi dvěma body ve vzorku a ∆h je potenciální rozdíl mezi stejnými dvěma body..
Správnější vyjádření zákona by bylo:
q = - K ∙ (dh / dl)
V této rovnici q = Q / A nebo průtok na část, K je hydraulická vodivost a dh / dl je hydraulický gradient.
Při stanovení Darcyho zákona se bere v úvahu řada úvah, a to jak o porézním médiu, tak o tekutině:
- Kapalina není stlačitelná.
- Porézní médium, kterým tekutina prochází, je homogenní.
- Tok má lineární povahu.
- Tok tekutin je izotermický.
- Tekutina nikdy nereaguje s porézním médiem, kterým prochází.
V zásadě lze uvažovat o dvou základních omezeních Darcyho zákona.
- Zaprvé skutečnost, že konstanta K nezávisí pouze na porézním médiu, protože její hodnota závisí také na tekutině, která jím prochází..
- Zadruhé, nelineární vztah mezi průtokem a hydraulickým gradientem, ke kterému dochází, pokud má konstanta velmi nízkou hodnotu nebo pokud jsou rychlosti velmi vysoké.
Obecně se má za to, že zákon odvozený Darcym je použitelný na proudění vody porézními médii, jako jsou půdy, ve kterých dochází k laminárnímu proudění..
Pravdou je, že pozdější práce jiných vědců potvrdila, že Darcyho zákon zůstává platný pro většinu typů proudění tekutin, které se pohybují půdou..
Je však důležité si uvědomit, že pro filtraci kapalin při velmi vysokých rychlostech a plynů při velmi nízkých rychlostech již Darcyho zákon neplatí..
Francouzský inženýr Henry Darcy byl jedním z nejdůležitějších průkopníků ve vývoji zásobování městskou pitnou vodou.
Byl zodpovědný za studium vodovodní sítě francouzského města Dijon. Mezi jeho povinnosti patrně patřila i konstrukce filtrů na čištění vody; to je to, co ho pravděpodobně vedlo ke zkoumání toků vody pískovými postelemi.
Výsledky jeho studií na toto téma byly zveřejněny jako příloha ke zprávě o vodovodních sítích města Dijon; Právě v těchto přílohách byl zveřejněn výraz toho, co se později nazývalo Darcyho zákon..
Pravdou je, že jejich výzkumy se ukázaly být natolik relevantní, že od té doby byly považovány za základ jak všech následných studií o tokech podzemních vod, tak vědeckého základu pro studium propustnosti kapalin..
Hodnota práce Henryho Darcyho se však neomezuje pouze na jeho výzkum. Henry Darcy je také uznáván za jeho úsilí o to, aby se Dijon stal druhým evropským městem po Římě, které mělo kompletní síť zásobování vodou. Tato síť dosáhla všech pater všech domů francouzského města.
Zařízení navržené Darcym pro jeho experimenty je základem současných permeametrů. Permeametry se používají k určení propustnosti různých materiálů pro průchod kapaliny.
Obecně se skládají z nádoby naplněné písčitým materiálem s konstantně stanoveným průřezem, kterým cirkuluje proud vody..
Tok vody pochází z vodní nádrže, ve které je hladina vody konstantní. Výstup, který je umístěn na druhém konci nádoby, se skládá z kohoutku, kterým vychází konstantní průtok..
Po dráze tekutiny se provádějí alespoň dvě měření výšky vodního sloupce, aby se zjistila propustnost materiálu..
Darcyho zákon je dnes široce používán ve stavebnictví, zemědělství a v ropném průmyslu; a samozřejmě v hydrogeologii.
Jednou z nejdůležitějších aplikací Darcyho zákona je tedy získání toku vody zvodněnými vrstvami..
Pokud jde o ropný průmysl, Darcyho zákon se také používá k popisu toků ropy, vody a plynu ropnými nádržemi..
Zatím žádné komentáře