مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مکانيک سيالات

مکانیک سیالات یا شاره‌ها دانشی است که به بررسی شاره‌های ساکن و متحرک و برهمکنش میان آنها و اجسام ساکن یا متحرک واقع در داخل یا پیرامون آنها می‌‌پردازد.
مقدمه
با توجه به این که استاتیک و تحرک شاره‌ها در طبیعت ، صنعت و زندگی روزمره انسان کاربرد فراوان دارد، لذا دانشمندان آزمایشهای گسترده و اغلب مبتکرانه را در این زمینه ترتیب می‌‌دهند. این آزمایشها بیشتر کاربرد صنعتی دارند و همین امر سبب ایجاد علمی ‌به نام مکانیک سیالات شده است. لازم به ذکر است که مکانیک سیالات محاسباتی ، در صنایع هوایی و ساخت سفینه‌های فضایی کاربرد دارد، به همین دلیل نیاز به تحقیقات و پژوهشهای علمی ‌و عملی در مکانیک سیالات وجود دارد.
تاریخچه
تا اوایل قرن بیستم مطالعه سیالات را اساسا دو گروه هیدرولیک‌دانان و ریاضیدانان، انجام می‌‌دادند. هیدرولیک‌دانان به صورت تجربی کار می‌‌کردند، در حالی که ریاضیدانان توجه خود را بر روشهای تحلیلی متمرکز کرده بودند. آزمایشهای وسیع و اغلب مبتکرانه گروه اول اطلاعات زیاد و ارزشمندی را در اختیار مهندس کاربردی آن روز قرار می‌‌داد. البته به علت عدم تعمیم یک نظریه کارآمد این نتایج دارای ارزش محدودی بودند. ریاضیدانان نیز با غفلت از اطلاعات تجربی مفروضات آن چنان ساده‌ای را در نظر می‌‌گرفتند که نتایج آنها گاه بطور کامل با واقعیت مغایرت داشت.
محققان برجسته‌ای مانند رینولدز ، فرود ، پرانتل و فن کارمان پی بردند که مطالعه سیالات باید آمیزه‌ای از نظریه و آزمایش باشد. این مطالعات سرآغازی برای رسیدن علم مکانیک سیالات به مرحله کنونی آن بوده است. تسهیلات جدید پژوهش و آزمون که ریاضیدانان و فیزیکدانان ، مهندسان و تکنیسین‌های ماهر در کار جمعی از آن استفاده می‌‌کنند، هر دو دیدگاه را به هم نزدیک می‌‌کند.
سیالات
سیال را ماده‌ای تعریف می‌کنند که وقتی تنش برشی هر چند کوچکی وجود داشته باشد، شکل آن بطور پیوسته تغییر کند. جسم جامد وقتی تحت تاثیر تنش برشی قرار بگیرد، تغییر مکان معینی می‌‌دهد، یا کاملا می‌‌شکند. مثلا قطعه جامد وقتی تحت تاثیر تنش برشی τ قرار بگیرد، تغییر شکلی می‌‌دهد که آن را با زاویه Δα مشخص کرده‌ایم. اگر به جای آن یک ذره سیال قرار داشت، Δα ثابتی وجود نداشت، حتی اگر تنش بینهایت کوچک می‌‌بود. در عوض تا وقتی که تنش برشی τ اعمال شود، یک تعییر شکل پیوسته ادامه دارد.
در موادی مانند پارافین که گاهی آنها را پلاستیک می‌‌نامیم، هر دو نوع تغییر شکل برشی را می‌‌توان یافت که اگر به مقدار معینی کمتر باشد، تغییر مکانهایی مشابه تغییر مکان جسم جامد بوجود می‌‌آید و اگر مقدار تنش برشی بیش از این مقدار باشد، به تغییر شکل پیوسته‌ای مشابه تغییر شکل سیال می‌‌انجامد. مقدار این تنش برشی حد فاصل ، به نوع و حالت ماده بستگی دارد.
استاتیک سیالات
اگر تمام ذرات یک سیال یا بی حرکت باشند، یا نسبت به یک دستگاه مختصات لخت بطور همسان سرعت ثابت داشته باشند، آن سیال را استاتیک در نظر می‌‌گیرند. در سیال ساکن یا سیال در حال حرکت یکنواخت ، از آنجا که سیال نمی‌‌تواند بدون حرکت در برابر تنش برشی مقاومت کند، سیال ساکن لزوما باید بطور کامل از تنش برشی فارغ باشد. سیالی که حرکت یکنواخت دارد، یعنی جریانی که در آن سرعت تمام اجزا یکسان است، نیز فارغ از تنش برشی است، زیرا تغییرات سرعت در تمام جهتها در جریان یکنواخت باید صفر باشد.
جریان با سطح آزاد
جریان با سطح آزاد معمولا به جریانی از مایع گفته می‌‌شود که در آن قسمتی از مرز جریان که سطح آزاد نامیده می‌‌شود، فقط تحت تاثیر شرایط معینی از فشار قرار داشته باشد. حرکت آب در اقیانوسها ، در رودخانه‌ها و همچنین جریان مایعات در لوله‌های نیمه پر ، جریانهایی با سطح آزاد به شمار می‌‌آیند که در آنها فشار جو روی سطح مرز اعمال می‌‌شود. در تحلیل جریان با سطح آزاد ، وضعیت هندسی سطح آزاد از قبل معلوم نیست.
تعیین شکل هندسی مربوطه یک قسمت از جواب است، یعنی با یک شرط مرزی بسیار دشوار مواجهیم. به همین دلیل تحلیلهایی کلی بسیار پیچیده هستند و خارج حوزه این مقاله قرار می‌‌گیرند. اگرچه قسمت اعظم مبحثی که باید بررسی شود، در آغاز فقط برای متخصصان هیدرولیک و مهندسان ساختمان جالب به نظر می‌‌رسد، ولی بعدا خواهید دید که امواج آب و پرش هیدرولیکی ، به ترتیب با موج فشاری و موج شوکی که در جریان تراکم پذیر بررسی می‌‌شوند، قابل قیاس‌اند.
مکانیک سیالات محاسباتی
با ورود کامپیوتر به صحنه ، روش سومی ‌به نام مکانیک سیالات محاسباتی پدید آ‌مده است. وقتی با استفاده از کامپیوتر پارامترهای مختلف مورد نظر را که در برنامه هستند، به اختیار تغییر می‌‌دهیم، با شبیه سازی عددی دینامیک سیالات سر و کار پیدا می‌‌کنیم. به کمک این شیوه پدیده‌های جدید کشف شده‌اند، قبل از آن که به کمک آزمایش و در عمل یافت شده باشند. به این ترتیب می‌‌توان مکانیک سیالات محاسباتی را به عنوان رشته علمی ‌جداگانه‌ای تلقی کرد که مکمل دینامیک سیالات نظری و آزمایشی به شمار می‌‌آید.
صنایع بطور روزمره از کامپیوتر بهره می‌‌گیرند تا از آن برای حل کردن مسائلی مربوط به جریان سیال که برای طراحی وسیله‌هایی چون پمپها ،‍ کمپرسورها و موتورها مورد نیازند، کمک بگیرند. مهندسان هواپیما جریان سه بعدی پیرامون کل هواپیما را در کامپیوتر شبیه سازی می‌‌کنند تا مشخصه‌های پرواز را پیش بینی کنند. در حقیقت قسمت قابل توجهی از بودجه طرح و توسعه غالبا به بررسیهای مبحث دینامیک سیالات محاسباتی اختصاص داده می‌‌شود

  مطالب تصادفی:

ته نشینی مواد معلق وکلوییدی با استفاده از موادشیمیایی - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
رابطه ی بین EC و TDS و کارایی لجن فعال در مناطق ساحلی - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
اهمیت و کاربرد جلبک ها در زندگی بشر - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
مزاياي استفاده ازدستگاه هاي تصفيه آب خانگي - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
تاریخچه Ro - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
اهمیت آب سالم - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
آشنايي با كشش سطحي آب - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
نیزار چیست؟ - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
مدیریت منابع آب - چهارشنبه هجدهم اسفند 1389
چاه ها و انواع آن - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سرريز سيفوني - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سرريز ريزشي مجهز به بار شكن - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سرریز آبگذر - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سرريز نيلوفري ( لا له اي) - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سرريزهاي تونلي و مجرايي - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سریز شوت - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سرريز پلكاني - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سریز جانبی - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سریز اوجی - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سریز ریزشی - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سریز ها - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سدهای سنگریز - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
دانستنیها در مورد آب 3 - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سد خاکی - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سد قوسی - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سدها - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
ابیاری تحت فشار - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
انواع روشهای ابیاری - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
تاريخچه آبرساني - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
تونل انتقال آب گاوشان - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
تغذیه مصنوعی - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
تانسيومتر - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
آشنایی با سیستم جابجایی خطی - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
تحويل حجمي آب و مشكلات فرا روي شركت‌ هاي بهره‌برداري - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
سد سازي در ایران - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
هیدرولیک - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
زرنا در جلوگیری از تبخیر و اتلاف آب زراعي در روستاهای استان یزد - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
بهداشت آب - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
روشهاي سنتي حفاظت آب و خاك - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
قانون حفاظت دريا و رودخانه هاي مرزي از آلودگي با مواد نفتي - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
معرفي نرم افزارهاي مجموعه Desktop GIS - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
معرفی نرم افزار SEWER - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
حذف سولفات از آب - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
پمپ ها (Pumps) - سه شنبه هفدهم اسفند 1389
آلودگی های مرز گذر - دوشنبه شانزدهم اسفند 1389
پدیده کاویتاسیون (Cavitation) - دوشنبه شانزدهم اسفند 1389
نانوفیلتر‌ها به‌تصفیه آب درمناطق حادثه‌دیده کمک می‌کنند - دوشنبه شانزدهم اسفند 1389
معرفی برنامه طراحی شبکه های توزیع آب EpaNet 2.00 - دوشنبه شانزدهم اسفند 1389
روان آب - دوشنبه شانزدهم اسفند 1389
پس ماندهاي ناشي از تصفيه آب و روش هاي دفع - دوشنبه شانزدهم اسفند 1389

آیا زلزله در ژاپن به تغیرات اقلیمی مربوط است؟ - سه شنبه بیست و چهارم اسفند 1389
انواع سختی آب - سه شنبه بیست و چهارم اسفند 1389
سیانوباکترها - سه شنبه بیست و چهارم اسفند 1389
پمپ (تلمبه) - سه شنبه بیست و چهارم اسفند 1389
د.د.ت D.D.T - دوشنبه بیست و سوم اسفند 1389

مرجع تخصصی آب و فاضلاب