کد خبر: 4793

تاریخ بروزرسانی : 1396/07/03

سرفصل های درس مکانیک سیالات

No votes yet.
Please wait...
کانال تلگرام آزمون دکتری

نام بسته : مکانیک سیالات پیشرفته

——————————————————————-

فهرست

فصل اول– استاتیک سیالات          

مقدمه                             

فشار

تغييرات فشار

سيالات تراکم ناپذیر              

دما ثابت                

آدياباتيک

اندازه گيري فشار

بارومتر جيوه‌اي

پيزومتر      

مانومتر ساده     

    مانومتر دیفرانسیلی                        

مانومتر مايل

ميکرومانومتر                      

نيروي هيدرواستاتيک وارد بر سطوح صاف

نيروي هيدرواستاتيکي وارد بر سطوح صاف افقي

منشور فشار                                                                          

نيروهاي هيدرواستاتيک وارد بر سطوح خميده        

شناوري                               

پايداري اجسام شناور و غوطه ور                    

حرکت صلب گونه سيالات                        

حرکت با شتاب خطي يکنواخت              

حرکت چرخشي يکنواخت                                         

تنش کششي در پوسته استوانه‌اي و کروي                                 

فصل دوم– جریان سیالات                               

دسته بندي جريان سيالات

جريانهاي آرام و درهم

جريانهاي لزج و غير لزج

جريانهاي تراکم پذير و تراکم ناپذير

جريانهاي پايا و ناپايا

جريانهاي يکنواخت و غير يکنواخت

جريان يک بعدي و چند بعدي

جريانهاي چرخشي و غير چرخشي

جريان ايزونتروپيک

ميدان سرعت

ديدگاههاي اولري و لاگرانژي             

شتاب يک ذره سيال

دبي حجمي و دبي جرمي

تجزيه و تحليل ديفرانسيل جريان سيال

معادله پيوستگي

خط جريان، خط اثر، خط مسير، لوله جريان

تابع جريان

معادله اندازه حرکت

معادله برنولي

لوله پيتوت

تجزيه و تحليل انتگرالي جريان سيال

معادله پوستگي                                    

معادله اندازه حرکت

ضريب تصحيح انرژي جنبشي و ضريب تصحيح اندازه حرکت

توان

فصل سوم– آنالیز ابعادی و تشابه                                                  

ابعاد

قضيه پي باکينگهام

تعيين اعداد بي‌بعد

روش اول

روش دوم

نيروهاي مهم در مکانيک سيالات

اعداد بي‌بعد

عدد رينولدز

عدد فرود

عدد اويلر

عدد ماخ

عدد وبر

عدد استروهال

نکاتي در مورد استفاده از اعداد بدون بعد

تشابه هندسي

تشابه سينماتيکي

تشابه ديناميکي

فصل چهارم– جریان های داخلی تراکم ناپذیر و لزج                       

جريانهاي آرام و درهم                                                              

    جريان آرام                                                                        

    جريان درهم                                                                      

جريان در داخل لوله‌ها                                                               

    جريانهاي آرام و درهم                                                              

    جريان کاملاً توسعه يافته                                                         

    جريان آرام داخل لوله‌ها                                                           

    تعيين افت اصطکاکي در لوله                                                      

    ضريب اصطکاک و نحوه تعيين آن                                                 

    جريان درهم                                                                   

افت‌هاي موضعي                                                                         

    تلفات ناشي از انبساط ناگهاني                                         

    تلفات ناشي از انقباض ناگهاني                                                  

    تلفات در شيرها، زانويي‌ها و ….                                                         

معادله انرژي                                                                               

خط تراز انرژي و خط تراز هيدروليکي                                                      

جريان آرام کاملاً توسعه يافته بين صفحات موازي بزرگ                           

    صفحات ساکن باشند                                                                        

   صفحه بالايي با سرعت ثابت در حالت حرکت باشد                                          

جريان فيلم مايع از روي يک سطح شيبدار                             

مجاري غير دايره‌اي                                                       

جريان از بين دو لوله هم محور                                                           

سيستم‌هاي چند لوله‌اي                                                                

    اتصال سري                                                                                

    اتصال موازي                                                                               

    اتصال مخازن به هم                                                                  

فصل پنجم– جریان های لایه مرزی                                         

لايه مرزي

معادلات لايه مرزي

تعيين صاف يا زبر بودن جريان در لايه مرزي درهم

جريان روي صفحه تخت

معادلات لايه مرزي

حل بلازيوس

روش انتگرالي ون کارمن براي حل معادلات لايه مرزي

نيروهاي پسا (دراگ) و برآ (ليفت)

نيروي دراگ

نيروي ليفت

جدايش

جريان خارجي روي کره‌ها و استوانه‌ها

تغييرات نيروي دراگ

خط جريان کردن جسم

قانون استوکس

سرعت حد

فصل ششم– جریان سیال ایده آل

جريان‌هاي چرخشي و غير چرخشي

پتانسيل سرعت

رابطه پتانسيل سرعت و تابع جريان

گردش

پتانسيل مختلط

جريان‌هاي ساده

جريان يکنواخت

چشمه و چاه

گردابه

جريان دوتايي (Doublet)

ترکيب جريانهاي ساده

ترکيب چشمه و چاه

ترکيب جريان دوتايي و جريان يکنواخت (جريان حول استوانه)

ترکيب جريان دو تايي و جريان يکنواخت و گردابه (جريان حول استوانه با گردش)

معادلات ناوير- استوکس

فصل هفتم– جریان های تراکم پذیر و جریان در کانال های باز                             

سرعت صوت

فرايند ايزنتروپيک

خواص سکون

روابط مربوط به جريان ايزنتروپيک گاز ايده آل

اثر تغيير سطح مقطع در جريانهاي ايزنتروپيک يک بعدي

حالت خفگي

نازل‌هاي همگرا ـ واگرا

امواج ضربه‌اي

خطوط فانو و ريلي

جريان آدياباتيک همراه با اصطکاک در يک کانال با مقطع يکنواخت

جريان همدما همراه با اصطکاک

مشخصه‌هاي يک کانال باز

دسته بندي جريانها براساس عدد فرود

انرژي مخصوص، عمق بحراني و سرعت بحراني

دريچه آبگير

روابط مانينگ و شزي

پرش هيدروليکی

مقطع عرضي بهينه کانال

شيب بحراني

مرور و جمع بندی

آزمون خودسنجی با پاسخ

منابع و ماخذ

بخش هایی از بسته درسی مکانیک سیالات

مقدمه

در استاتيک سيالات، سيالات ساکن و تغييرات فشار و نيروهاي وارد بر اجسام غوطه ور مورد بحث قرار مي‌گيرد. مي‌دانيم سیالات دو نوع تنش برشي و فشاري را تحمل مي‌کنند و در خود انتقال مي‌دهند. تنش برشي در سيالات در حال حرکت به وجود مي‌آيد و منشأ لزجي دارد. سيالات ساکن يا سيالات با حرکت صلب گونه تنها تنشهاي فشاري يا قايم را مي‌توانند تحمل کنند.

فشار

فشار در يک نقطه از سيال ساکن عبارت است از نيروي وارد شده از طرف سيال بر واحد سطح آن نقطه .در مايعات فشار در هر نقطه حاصل وزن ذرات قرار گرفته در ارتفاع بالاتر ازآن نقطه است چون فاصله مولکولها کم بوده و قادر به انتقال نيروهاي وارد بر خود به ساير مولکولها هستند. در گازها عامل وزن مهم نبوده و فشار ناشي از برخوردهاي مولکولي به سطح است که با افزايش اين برخوردها فشار هم افزايش مي‌يابد. با توجه به اين که در يک سيال ساکن تنش برشي وجود ندارد نيروي وارد بر سطح به صورت قايم است که در نتيجه آن فشار حاصل مي‌شود.

قانون پاسکال: فشار در هر نقطه از يک سيال ساکن در کليه جهات يکسان بوده و مستقل از جهت است يعني:                                                                                                                  

هرگاه سيال ساکن نبوده و لايه‌هاي آن نسبت به هم حرکت داشته باشند فشار در يک نقطه را ميانگين فشار در جهات مختلف در نظر مي‌گيريم:                                                                                                         

مثال) عبارت  در سيال ساکن چه چيزي را نشان مي‌دهد؟

1)فشار در راستاي افقي تغييري نمي‌کند.

2) فشار فقط در راستاي افقي تغيير مي‌کند.

3) فشار در يک نقطه در تمامي جهات برابر است.

4) فشار در دو نقطه درون سيال با هم برابر است.

حل) گزينه (3) صحيح است.

اين عبارت نشان مي‌دهد که فشار در يک نقطه از سيال ساکن در تمامي جهات برابر است.

تغييرات فشار

هرگاه تابع فشار را به شکل  فرض کنيم با استفاده از معادله زير مي‌توان نيروي سطح در واحد حجم ناشي از تغيير فشار را به دست آورد:

 

بنابراين گراديان فشار نيروي سطحي است که روي ديواره‌هاي يک جزء سيال اعمال مي‌شود.

با اعمال قانون دوم نيوتن به معادله زير مي‌رسيم:                                                                                                                   

B نيروي حجمي وارد بر واحد جرم و aشتاب مطلق است.

هرگاه نيروي گرانشي تنها نيروي حجمي اعمال شده باشد داريم:                                                                                                                      

معادله فوق معادله اويلر ناميده مي‌شود و داراي دو محدوديت است:

1) تنش برشي صفر باشد.

2) نيروي گرانشي تنها نيروي حجمي باشد.

هرگاه سيال ساکن را در نظر بگيريم  بوده و داريم:                                                                                                 

با مقايسه جمله به جمله دو طرف تساوي داريم:                                                                                                

که نشان دهنده اين است که تغييرات فشار تنها تابع zبوده و مستقل از جهات x و y است در نتيجه مي‌توان نوشت                                                                                          

معادله داراي محدوديت‌هاي زير است:

1ـ سيال ساکن باشد

2ـ نيروي گرانشي تنها نيروي حجمي باشد.

معادله فوق هم در حالتي که  ثابت باشد برقرار است هم در حالتي که  متغير باشد. با توجه به اينکه  است داريم:                                                                                                     

با انتگرال گيري از طرفين:                                                                                                              

تغييرات g با ارتفاع ناچيز است پس:                                                                                                            

براي تعيين تغييرات فشار بايد  را بر حسب P داشته باشيم (معادله حالت)                                                               

سيالات تراکم ناپذير

در سيالات تراکم ناپذير چگالي ثابت است و در نتيجه با انتگرال گيري از معادله مربوطه تغييرات فشار را به دست مي‌آوريم:                                                                                                              

با انتخاب مبدأ محورهاي مختصات در روي سطح آزاد مايع که در آن فشار اتمسفر است داريم:                                                                                                                        

جهت مثبت سمت پائين انتخاب شده است.

 فشار نسبي را بيان مي‌کند و فشار نقطه به فاصله  از سطح آزاد سيال را نشان ميدهد.

در يک سيال ساکن داريم:

  1. I) تغييرات فشار در جهت قايم خطي است.
  2. II) تغييرات فشار در جهت افقي صفر است.

هرگاه به جاي يک سيال، چند لايه سيال داشته باشيم شيب توزيع فشار هيدرواستاتيک در لايه‌هاي مختلف فرق داشته و براي سيال چگال‌تر داراي شيب تندتری است و با توجه به اين که لايه‌هاي سيال به ترتيب افزايش چگالي از بالا به پائين قرار مي‌گيرند شيب توزيع فشار از بالا به پائين تندتر مي‌شود.

دما ثابت

براي گاز ايده‌ال در حالت دما ثابت از معادله زير استفاده مي‌کنيم.                                                                                                      

آدياباتيک

در اين شرايط از معادله زير استفاده مي‌کنيم:                                                                                          

و توزيع دما به صورت زير خواهد بود:                                                                                                  

هرگاه شرايط هواي استاندارد را در نظر بگيرم داريم:                                                    

در اين حالت رابطه دما با ارتفاع به صورت زير است:                                                                                                                           

در رابطه خطي فوق  تا  برقرار است که اين محدوده از جو را تروپوسفر مي نامند.

 

اندازه گيري فشار

خلاء: خلاء فضايي است که داراي هيچگونه ماده‌اي اعم از جامد، مايع و گاز نيست.

فشار اتمسفر: فشار موجود در هوای اطراف ما است و به دو صورت فشار اتمسفر محلي و فشار اتمسفر استاندارد وجود دارد.

فشار مطلق : هرگاه فشار نسبت به خلاء مطلق اندازه گيري شود آن را فشار مطلق مي‌نامند.

فشار نسبي: هرگاه فشار نسبت به فشار اتمسفر اندازه گيري شود آن را فشار نسبي مي‌نامند.

رابطه فشار نسبي با فشار مطلق به صورت زير است:

                                                            (فشار اتمسفري + فشار نسبي = فشار مطلق)

فشار خلاء يا مکش: هرگاه فشار نسبي منفي باشد (فشار کمتر از فشار اتمسفر باشد) آن را فشار خلاء يا مکش مي‌نامند و داريم:

                                                                                                                فشار نسبي ـ = خلاء نسبي

توجه داشته باشيد که فشار نسبي صفر برابر فشار اتمسفر است.

 

ویژه داوطلبان آزمون دکتری
No votes yet.
Please wait...
ارسال دیدگاه