所谓的实验之一 达西定律

严格的说，最近的日子过的蛮无聊的。事情其实不少，但是就是打不起精神来。这段时间一直在看各种纠结的看不懂的论文，学到了不少的东西，可是总是觉得理不出一个我需要的头绪。今天突发奇想，不如来写写一些我觉得好玩的，或者是比较著名的实验。一是可以用来打发时间，俗话说的好，叫：少撸管，多写文。二是万一咱有这方面的天赋，以后毕业了找不到工作就不用去卖红薯了。三是我一直觉得想要学习一个东西最好的办法就是学了以后给别人讲，能讲明白了，就是真的学通了。
今天先来讲第一个，也是上流体力学的时候基本上每节课都要听到的名字：达西，达西定律以及总结出达西定律的实验。
Henry Philibert Gaspard Darcy (June 10, 1803 – January 3, 1858) 是法国著名的工程师。说起他的名字我想起个蛮好玩的事儿。就是著名的足球大帝亨利，大陆都是叫亨利，但是香港的翻译是昂立。上课讲到达西定律的时候正好有三个法国过来的交换学生，然后教授就问说这个名字的法语念法是啥啊。法国人嘴里冒出来的就是昂立。继续说达西，他在Dijon工作的时候修建了全城的供水系统，同期还发现了 Darcy–Weisbach 公式。 之后由于健康原因辞职，但是辞职之后仍在搞学术，在这段时间通过实验总结出了达西定律。
按照实验报告的格式的话，介绍一个实验需要有，介绍，实验器材，实验步骤，实验结果，数据处理，结论。我们这就不需要这么严谨，我想到啥写啥了。
首先是达西定律：
                
                
是说的是在有孔介质（Porous Medium）中水的速度和和压力差是成直线相关的。
这里
Q是流量,
A是传播介质的横截面积，
k是渗透性
µ是流体的粘度
Pb - Pa 是a，b两点间的压力差
L 是a，b两点间的距离
从下面这个变化出来的公式能够更明显的看出联系
                
                
达西定律在水文学，水力学，工艺流程学上都有蛮广泛的用处。因为这种类似的场景从大到小无处不在。例如地下水的流动就是水这个流体在土壤泥沙这个有孔介质中的流动。还有常用的滤床(不是很确定中文名)也是类似的系统，在我们的身体里也有很多类似的系统。这个公式带来的一个最大的便利性就是说明他们之间是直线相关的。所以算的时候只要直接减就好了。就算需要积分也无所谓。
                
                
实验装置如上图所示。最右边是水槽，水被从水槽中通过泵抽到右上角的水槽1中,水槽1中的水由于重力作用从底部进入左下角的渗透仪，穿过渗透仪再进入水槽2中，最后测量水槽2中出水的流量。由于水槽1,2之间有一个高度差，只要在水流过程中损失的能量小于高度差带来的势能就能保证水能够流到水槽2中。
对于重复试验最麻烦的事情就是变换不同的实验条件。根据图片1中的公式，结合实验装置我们可以看出：
Q是可以很简单的直接测量出来的。
A是固定的常量
粘度是和流体本身相关，一定的温度下对特定的流体粘度也是常量。
L是可以根据填入的土壤很简单的测出来的。
这个实验最巧妙的就是把压力差和高度差相关，在管道压力损失很小的情况下，基本上可以认为1，2两点的压力差可以通过调节高度差来变化。
通过变换不同的高度和有孔介质，达西推出了渗透性这个系数。用来描述有孔介质的渗透性。就算是现在，这个公式还是被广泛的应用，例如如果从地下水取饮用水，就需要通过达西定律来确定水速，抽水泵影响的范围等等。
第一个实验就写到这了，配图和资料部分来自wiki 部分来自教材。 鉴于我的懒，不知道最后到底能写几个了，2个 3个？ 或者7,8个？ 无所谓了。