透過 MCP 連接 →

輸入計算

數學公式

廣告

結果

體積流量 (Q)
0.0002
立方公尺每秒(m³/s)
水力梯度 (dh/dL) 0.02
達西流速 (q = K·i) 0.00002 m/s

什麼是達西定律?

達西定律(Darcy's Law)描述流體(最常見的是地下水)通過多孔介質(如砂、礫石或裂隙岩體)時的流動行為。它指出:體積流量與材料的水力傳導係數、可供流動的截面積,以及驅動流動的水力梯度成正比。本計算器是一項通用的物理/水文地質工具,凡採用 SI 國際單位制之處皆適用。

水流過截面積為A、長度為L的水平圓柱形多孔介質試樣的示意圖,顯示進出口之間的水頭差
達西實驗:水在長度L上的水頭差驅動下,流過截面積為A的多孔試樣。

如何使用本計算器

輸入水力傳導係數 K(m/s)、截面積 A(m²)、滲流路徑兩端的水頭差 dh(m),以及滲流路徑長度 dL(m)。計算器將回傳以 m³/s 表示的體積流量 Q,並一併顯示水力梯度與達西流速。

公式解析

達西定律的經典形式為 \( Q = -\text{K} \cdot \text{A} \cdot \frac{\text{dh}}{\text{dL}} \)。負號代表流動方向是朝水頭降低的方向進行。當 dh 以沿流動方向的水頭下降量(正值)輸入時,計算結果即為正的流量:

$$ Q = \text{K} \cdot \text{A} \cdot \frac{\text{dh}}{\text{dL}} $$

其中 dh/dL 是無因次的水力梯度 \( i \),而 \( q = \text{K} \cdot i \) 則為達西流速(比流速)。

示意圖顯示水力梯度,即水頭在兩點間路徑長度dL上從h1降到h2
水力梯度dh/dL是水頭降除以流動路徑長度。

計算範例

假設 K = 0.01 m/s、A = 10 m²、dh = 2 m、dL = 20 m。水力梯度 \( i = \frac{2}{20} = 0.1 \)。則

$$ Q = 0.01 \times 10 \times 0.1 = 0.01\ \text{m}^3/\text{s} $$

而達西流速 \( q = 0.01 \times 0.1 = 0.001\ \text{m/s} \)。

常見問題

達西流速等於實際孔隙流速嗎?不是。達西流速假設流體通過整個截面積;真正的滲流速度(孔隙流速)應為 q 除以有效孔隙率所得的值。

應該使用什麼單位?請使用一致的 SI 國際單位(m、m²、m/s),如此 Q 的結果才會以 m³/s 表示。

達西定律一定適用嗎?它僅適用於層流(低雷諾數)狀態。當流速極高,或在粗顆粒介質中出現紊流時,就必須採用非達西流的修正方式。

最後更新: