سيالات موادي هستند كه شكل ظرفي را كه درون آنها قرار دارند، به خود مي‌گيرند و لذا براي انتقال آنها، به محيطي واسطه نياز داريم. بشر از ديرگاه براي انتقال  سيال بصورت پيوسته از لوله استفاده مي‌نمود. لوله ها در طولها، اشكال و اندازه‌هاي مختلف بكار ميروند . آيا تا به حال به شكل لوله ها توجه كرده‌ايد ؟ زياد شدن طول لوله يا قطر لوله ها چه اثري بر روي انتقال سيال و ميزان مصرف انرژي خواهد گذاشت؟ چرا لوله ها را به صورت مستقيم استفاده مي‌كنند؟ اگر لوله ها را خم كنند يا حتي بپيچانندچه تغييري در جريان مشاهده مي‌كنيم؟

گاهي از اوقات لوله حاوي سيال را گرم و يا سرد مي‌كنند و با اين عمل ، از لوله يك مبادله گر حرارتي ميسازند. با توجه به اين موضوع به سوالات بالا چنين پاسخ مي‌دهيم.

لوله در اينجا مجرايي است كه سيال در داخل آن جريان مييابد و همزمان گرم يا سرد نيز مي‌شود. هنگامي كه  سيال لزجي وارد مجرايي ميشود ، لايه مرزي، در طول ديواره تشكيل خواهد شد. لايه مرزي بتدريج در كل سطح مقطع مجرا توسعه مييابد و از آن به بعد به جريان، كاملا توسعه يافته (فراگير ) گفته مي‌شود. معمولا اگر طول لوله بلندتر از 10 برابر قطر لوله باشد آنگاه جريان توسعه يافته شده است.

اگر ديواره مجرا گرم يا سرد شود، لايه مرزي گرمايي نيز در طول ديواره مجرا توسعه خواهد يافت.

اگر گرمايش يا سرمايش، از ورودي مجرا شروع شود ، هم نمودار توزيع سرعت  و هم نمودار توزيع دما بصورت همزمان توسعه مي‌يابند. مسأله انتقال گرما در اين شرايط ، به مسأله طول ورودي هيدرو ديناميكي و گرمايي تبديل مي‌شود كه در بر گيرنده چهاذ حالت مختلف است و به اينكه هر كدام از دو لايه مرزي سرعت و دما در چه وضعيتي بسر مي‌برند(( كاملا توسعه يافته و يا در حال توسعه)) بستگي دارد.

در ناحيه كاملا توسعه يافته در داخل لوله ، عملا لايه مرزي وجود ندارد چون دو ناحيه مختلف، كه يكي با سرعت جريان آزاد و ديگري تحت تاثير ديواره باشد ، وجود نخواهد داشت و در سرتاسر لوله ، تمام نواحي تحت تاثير ديواره قرار دارند. از آنجا لايه مرزي، مقاومتي در برابر انتقال حرارت است، لذا  بيشترين ميزان ضريب انتقال حرارت جابجايي در ابتداي لوله، يعني در جايي كه ضخامت لايه مرزي صفر است، مشاهده مي‌شود. مقدار اين ضريب به تدريج همزمان با افزايش ضخامت لايه مرزي و در نتيجه افزايش مقاومت در برابر انتقال حرارت، كاهش مي‌يابد تا به مقدار آن در ناحيه كاملا توسعه يافته برسد كه تقريبا مقداري ثابت است.

حال اثر تغيير شكلي خاص در لوله را روي ويژگي‌هاي سرعت و انتقال حرارت بررسي مي‌كنيم.

كويلهاي حلزوني و مارپيچ ، لوله‌هاي خميده اي هستند كه بعنوان مبادله گرهاي گرماي لوله خميده در كاربردهاي مختلف ايتفاده مي‌شوند.

بياييد كويلهاي مارپيچ يا حلزوني را تحليل كنيم. سيالي را در درون اين لوله ها در نظر مي‌گيريم. آنچه در ابتدا نظرمان را به خود جلب مي‌كند اينست كه چون لوله ها بصورت مارپيچ (دايروي) پيچيده شده‌اند، لذا در اثر حركت دوراني و محوري، نيرويي به آنها وارد مي‌شود و اين خود باعث مي‌شود تا شتاب سيال صفر نشود، حال سؤالي كه اينجا مطرح مي‌شود اينست كه با وجود اين نيرو، آيا جريان داخل مارپيچ، كاملا توسعه يافته است يا جرياني در حال توسعه است و پروفايل سرعت تغيير مي‌كند. آيا دليل بيشتر بودن h (ضريب انتقال حرارت جابجايي) در ناحيه، نيبت به لوله مستقيم نيز،اين است(مي‌دانيم كه h در ناحيه كاملا توسعه يافته كوچكتر از h  در ناحيه در حال توسعه است)؟ يا هيچكدام از اينها صحيح نيست و دليل بزرگتر بودن ضريب انتقال حرارت جابجايي در اين ناحيه چيز ديگري است؟

در اولين نگاه بنظر مي رسد كه جريان داخل كويل كاملا توسعه  يافته نيست و دليل بيشتر بودن  h نيز همين است. با اين حساب اين جمله را چگونه توجيه كنيم كه : داده‌هاي محدود راجع به جريان آشفته در حال توسعه ، نشان مي‌دهد كه جريان ، در نيم دور اول كويل كاملا توسعه مي‌يابد؟ اگر اينطور باشد پس دليل افزايش h چيست؟  

جريان داخل لوله را در مختصات استوانه‌اي در نظر بگيريد كه داراي سه مولفه Ө ,z ,r است. هنگاميكه لوله مستقيم است، سرعت در دو راستاي Ө ,r  صفر بوده و فقط در راستاي z  سرعت داريم  :                      و هنگاميكه لوله را خميده يا مارپيچ مي‌كنيم، بدليل وجود نيروي گريز از مركز و شتاب حاصل از آن (وساير مولفه‌هاي شتاب ايجاد شده)، سرعت مولفه ديگري علاوه بر  مي‌يابد:    كه تابع r  شعاع انحنا مارپيچ نيز هست. اين مولفه جديد سرعت ،  ميل دارد حركت چرخشي (Spiral)  به سيال بدهد، يعني سيال همزمان كه در طول لوله به جلو مي‌رود، حول خط مركزي لوله دوران هم مي‌كند اما عليرغم ميلش هميشه موفق به اين كار نمي‌شود. بنابراين نيروي گريز از مركز عامل توسعه يافته نشدن  جريان نخواهد بود بلكه در زماني كه بيشترين اثر را بر روي رژيم جريان بگذارد، آن را به سمت ناپايداري مي‌برد (تا پايداري جريان مصادف است با آشفته شدن آن) و حركتي گردشي به سيال مي‌دهد و بهر حال ، وجود نيروي  گريز از مركز با اينكه  جريان در نيم دور اول كويل كاملا توسعه يافته شود، هيچ منافاتي باهم ندارد.

1- دستور کار آزمایش ضریب افت اتصالات 

۲-دستور کار آزمایش تعیین منحنی مشخصه پمپ ها 

۳-دستور کار آزمایش افت اصطکاکی در لوله ها 

۴-دستور کار آزمایش سرریزهای مثلثی و مستطیلی

در اینجا میتونید دستور کار و روش انجام یک سری از آزمایشهای سیالات  رو دانلود کنید. فرمت فابلها بصورت pdf میباشد. 

1- دستور کار آزمایش ضریب افت اتصالات 

۲-دستور کار آزمایش تعیین منحنی مشخصه پمپ ها 

۳-دستور کار آزمایش افت اصطکاکی در لوله ها 

۴-دستور کار آزمایش سرریزهای مثلثی و مستطیلی

آشــوب(chaos): «آشــوب» در لغت به معناي هرج و مرج و بي­نظمي است. ريشه لغوي آشوب به كلمه رومي «كائــوس» (Kaous) برمي­گردد كه مفهوم آن متعلق به شاعر روم باستان به نام «اويــد» (Owid) مي­باشد. به نظر او كائوس، بي­نظمي و ماده بي­شكل اوليه بود كه داراي فضا و بعد نامحدودي بوده، به طوري كه فرض شده است كه قبل از اين كه جهان منظم شكل بگيرد، وجود داشته است كه سپس خالق هستي، جهان منظم را از آن ايجاد نمود.

بايد دانست كه تاكنون تعريف كلي پذيرفته شده براي آشوب ارائه نشده است و تعريف زير از جمله تعاريف پذيرفته شده مطرح مي­باشد:

« آشــوب، يك رفتــار طولاني مدت غيرپريــوديك در يك سيستم دترمينيســتيك است كه وابستـگي حســاس به شــرايط اوليــه را نشان مي­دهد»:

Chaos is aperiodic long-term behavior in a deterministic system dependence on initial conditions.

a – منظور از رفتار طولاني مدت غيرپريوديك در سيستمهاي ديناميكي آن است كه مسيرهايي وجود دارند كه وقتي زمان به بي­نهايت ميل مي­كند، مسير اين سيستمها به نقاط ثابت، مدارهاي پريوديك و يا مدارهاي شبه پريوديك منتهي نمي­شوند.

b – دترمينيســتيك گوياي آن است كه سيستم داراي پارامترها يا ورودي­هاي تصادفي(random) نيست ولي رفتار بي نظم اين سيستمها از غيرخطي بودن ناشي مي­شود. اين اصطلاح در مقابل stochastic به كار مي­رود كه منظور از آن نامنظم، كاتوره­اي، نامعين و غيرقابل پيش بيني بودن رفتار سيستم است.

c - منظور از حساس بودن به شرايط اوليه در سيستمهاي ديناميكي اين است كه مسيرهاي مجاور با سرعت و به طور نمايي از هم جدا مي­شوند. در واقع اين خصوصيت، تفاوت اصلي سيستمهاي ديناميكي آشوبناك با سيستمهاي ديناميكي غير­آشوبناك است. در سيستمهاي ديناميكي غير­آشوبناك، اختلاف كوچك اوليه در دو مسير به عنوان خطاي اندازه­گيري بوده و به طور خطي با زمان افزايش پيدا مي­كند در حالي كه در سيستمهاي ديناميكي آشوبناك، اختلاف بين دو مسير با فاصله بسيار اندك همان طوري كه گفته شد، به طور نمايي افزايش مي­يابد.

محيط عمل پديده آشـوب، سيستمهاي ديناميكي است. يك سيستم ديناميكي شامل يك فضاي فــاز مجـرد يا حالت فازي است كه مختصاتش، حالت ديناميكي سيستم را با بكارگيري قوانيــن ديناميكي مشخص مي­كند. يك سيستم ديناميكي مي تواند منظم يا آشوبناك باشد. البته سيستــم منظم، خود ممكن است تنــاوبي يا شبه ­تنــاوبي باشد. سيستم تناوبي تنها شامل يك فركانــس و هماهنگهاي آن است و سيستم شبه تنــاوبي شامل چنــد فركانس و هماهنگهاي آن مي­باشد. در سيستم آشــوبي هيچ تنــاوب غالبي وجود ندارد يعني اين سيستــم داراي دوره تنــاوب بي­نهــايت است.

5- جــذب كننــده­ها (strange attractors): يك جذب كننده مجموعه­اي از تمام مسيرهايي است كه به سمت يك نقطه ثابت، حلقه محدود يا ... همگرا مي­شوند.  نوع ديگري از جذب كننده­ها وجود دارند كه آنها را جذب كننده­هاي عجيب(Strange attractors) مي­نامند. جذب كننده­هاي عجيب به شدت نسبت به شرايط اوليه حساس هستند و به آنها «عجيب» گفته مي­شود چون متشكل از مجموعه­اي فراكتال هستند (فراكتال يعني مجموعه­اي از نقاط با حجم صفر و سطح نامحدود).

در ادامه، براي مرور تعاريف ارائه شده نگاشت لورنتس و جذب كننده عجيب كه براي اولين بار توسط وي به دست آمد، پرداخته مي­شود.

6- معــادلات لورنتــس (Lorentz equations): ادوارد لورنتس، رياضيدان و هواشناس امريكايي، نخستين شخصي است كه در مورد آشوب مقاله نوشته و كاشف جذب كننده هاي عجيب در 1963 ميلادي مي­باشد.

y = r x – y – x z

در اين معادلات، x(t) بيانگر سرعت سيال (هوا)، y(t) و z(t) نيز بيانگر ابعاد فضايي سيال هستند. σ را «عــدد پرنتــل (Prandtle number)» نامند كه نشان دهنده نسبت چگالي به هدايت گرمايي است. r ، «عــدد ريلــي (Rayleigh number)» نام دارد كه اختلاف دمايي بين سطح بالايي و پاييني قسمت مورد نظر را نشان مي­دهد. b نيز نام بخصوصي نداشته و بيانگر نسبت درازا به پهنا مي­باشد (σ , r , b > 0).

نگاشتهاي معرفي شده توسط لورنتس، نگاشتهاي غيرخطي هستند كه توسط دو جمله xy و yz غيرخطي شده­اند. اين نگاشتها نسبت به تبديل زير داراي تقارن هستند:

(x(t) , y(t) , z(t)) → (-x(t) , -y(t) , -z(t))    

اكنون مي­توان گفت كه نگاشت لورنتــس، مدل ســاده شده­اي از نحوه حركت سيــال در سه بعــد است. با رسم نگاشتها در فضاي فــاز به ازاي مقاديــر مختلف σ، r و b، لورنتــس متوجه شــد كه جوابها به طور نامنظم نوســان مي­كنند و هرگز تكــرار نمي­شوند اما همــواره در يك ناحيه محدود از فضاي فــاز باقي مي­مانند. مسيــرهاي رسم شده در اين فضــا، دو مجموعه درهم بافته را به خود اختصاص مي­دهند كه به آنها جــذب كننده­هاي عجيب گويند. بايد دانست كه جذب كننده­هاي عجيب با نقاط ثابت يا حلقه هاي محدود يكسان نيستند. در واقع جذب كننده عجيب، يك نقطه يا يك مسير در فضاي فــاز نيست و نمي تــوان به آن عنــوان يك سطح را داد، بلكه بايد آن را فراكتــال ناميد كه داراي بعد كسري بين 2 و 3 است. در پيش بيني رفتــار سيستــم در دراز مدت او نشــان داد كه به ازاي محــدوده وسيعي از پارامتــرهاي نگاشــت نمي­توان شاهد نقــاط ثابت پايدار يا حلقه­هاي محدود بود. لورنتس براي مطالعه سيستم خــود در طولاني مدت، از انتگرالهاي عــددي استفاده كرد. او حالت خاصي را با مقادير زير برگزيــد:

s = 10 , b = 8/3 , r = 28 .

با انتخاب نقطه­اي نزديك به مبدا: (0,1,0) به عنوان شرط اوليــه مطالعه خود را آغاز نموده و متوجه شد كه جوابهــا مخصوصا در t → ∞ داراي نوســانهاي غيريكســان است كه تكــرار نمي­شوند و به آنها غيرپريوديك مي­گويند. او كشف كرد كه اگر جوابهــا به صورت يك مسيــر در فضاي فاز تصور شوند ساختــار عجيبي تشكيل مي­دهنــد و با رسم نمــودار x(t) و z(t) در يك صفحه، مي­توان شاهد بود كه يك شكل پروانه­اي به دست مي­آيد (شكل اولي). اين شكل نه سطح و نه نقطه است و بُعد آن نيز كسري مي­باشد. ديده مي­شود كه مسيرها به طور مكرر همديگر را قطع مي­كنند، اما فقط در دو بعد بدين گونه است و در سه بُعد، مسيرها به هيچ وجه همديگر را قطع نمي­نمايند (شكل دومي).

در این مقاله به بررسی روش هموارسازي و روش تفاضل محدود در حل مسائل انتقال هدایت حرارتی معکوس یک بعدي پرداخته شده است. با استفاده از این الگوریتم شار حرارتی بر روي یک صفحه تخت تخمین زده شده است و دقت و پایداري این الگوریتم نظیر روش دنباله اي تخمین متوالی توابع مقایسه شده است که بیانگر افزایش دقّت وپایداري این IHCP با الگوریتم هاي استاندارد روش است.

مقدمه

روش هاي معکوس، کاربرد بسیار زیادي در صنایع و مهندسی دارند که درمیان آنها، روش هاي هدایت حرارتی معکوس، شاخه جداگانه به خود اختصاص داده است. مسئله هدایت حرارتی مستقیم به مسئله اي گفته می شود که با معلوم بودن شرایط مرزي، خواص ترموفیزیکی، هندسه جسم و منبع حرارتی درون جسم، معادله هدایت حرارتی درون جسم حل می شود و توزیع دماي درون جسم مشخص گردد. در مقابل مسئله هدایت حرارتی معکوس، مسئله اي است شرایط مرزي (مانند شار حرارتی یا دما ، خواص ترموفیزیکی، بخشی از هندسه جسم و همچنین منبع حرارتی درون جسم، نامعلوم است و به جاي آنها با استفاده از دماي اندازه گیري شده برخی از نقاط جسم مجهولات تخمین زده می شوند. از لحاظ ریاضی اثبات شده که مسئله هدایت حرارتی معکوس یک مسئله بدوضع است چرا که خطاهاي کوچک در داده ها باعث ایجاد خطاهاي بزرگ در تاریخچه شار حرارتی محاسبه شده می شود. بنابراین براي مهار کردن این خطاها از روش هاي مرتب سازي استفاده می شود[ 1]. روش هاي حل مسائل هدایت حرارتی معکوس، در حالت کلی به دو دسته تقسیم می شوند: روش هاي دنباله اي و روش هاي تمام دامنه. به صورت تاریخی روش هاي دنباله اي در ایالات متحده گسترش داده شده اند و در حالی که روش هاي تمام دامنه در روسیه گسترش داده شده اند. مهمترین مزیت روش هاي دنباله اي بر روش هاي تمام دامنه عبارتست از: مورد استفاده قرار گیرند

1. روش هاي دنباله اي می توانند به طور همزمان

2. در مسائل غیرخطی به خاطر وابسته بودن خواص حرارتی به دما، روش دنباله اي امکان خطی سازي مسئله را فراهم می کند.

مکانیک سیالات  Fluid mechanics یکی از شاخه‌های وسیع در مکانیک محیط‌ های پیوسته را تشکیل می‌دهد. مکانیک سیالات هم با همان اصول مربوط به مکانیک جامدات آغاز می‌شود، ولی آن‌چه که سرانجام آن دو را از هم متمایز می‌سازد، این است که سیالات بر خلاف جامدات قادر به تحمل تنش برشی نیست. با دانستن این مسئله معادله‌هایی برای تحلیل حرکت سیالات طرح‌ریزی شده است. این معادلات به احترام ناویه و استوکس دو ریاضی‌دان بریتانیایی و فرانسوی به نام معادلات ناویه-استوکس نامیده می‌شوند.

معادلات اساسی حاکم بر دینامیک سیالات عبارت‌اند از معادله بقای جرم و بقای مومنتم (یا همان معادلات ناویه-استوکس) می‌باشند. با وجود ابداع معادلات حاکم بر دینامیک سیالات که تاریخچهٔ آن به بیش از ۱۵۰ سال می‌رسد، غیر از چند مورد خاص (همانند جریان بر روی صفحه تخت و جریان درون لوله‌ها در حالت آرام) حل تحلیلی برای این معادلات یافت نشده‌است. به جز چند حالت خاص اساسی مکانیک سیالات، بقیهٔ حل‌ها به صورت تجربی استخراج و استفاده می‌شود. روش دیگر برای حل معادلات استفاده از روش دینامیک محاسباتی سیالات می‌باشد.

کتاب مکانیک سیالات پارسه نوشته استاد رضا طاهری به صورت اسکن شده و در ۶۴ صفحه گردآوری شده است، این کتاب فصول زیر را تحت پوشش قرار می دهد:

• فصل اول : خواص سیالات

قانون لزجت نیوتون
ویسکوزیته ( لزجت مطلق یا لزجت دینامیکی)
ویسکوزیته سینماتیک
تقسیم بندی سیالات
مدول الاستیسیته ( مدول بالک)
کشش سطحی ( Surface Tension)
صعود و نزول سیال در لوله موئین

• فصل دوم : استاتیک سیالات

اصل پاسکال
واحدهای فشار
فشار نسبی و فشار مطلق
وسایل اندازه گیری فشار
مانومتر
مانومتر دیفرانسیل
نیروی وارد بر سطوح در سیال ساکن
صفحات افقی
صفحات مایل
روش منشور فشار
صفحه قائم
سطوح انحنا دار
مولفه افقی نیروی وارد بر سطوح انحنا دار
مولفه عمودی وارد بر سطوح انحنا دار
اجسام شناور و غوطه ور در سیال
تعادل اجسام غوطه ور و شناور
هیدرومتر
حرکت صلب گونه سیالات
حرکت با شتاب خطی یکنواخت
حرکت دورانی

• فصل سوم : جریان سیالات

جریان آرام
جریان درهم
جریان یکنواخت
جریان دائم ( Steady State)
خط مسیر (path line)
خط رگه (Streak Line)
خط جریان ( Stream Line)
قانون بقا در یک سیستم ( قانون پیوستگی)
محاسبه سرعت متوسط
قانون پیوستگی در حرکت سه بعدی
تابع جریان
معادله اولر
معادله برنولی
بیان معادله برنولی در سیستم SI
بیان معادله برنولی در سیستم انگلیسی
چند مثال از کاربردهای معادله برنولی
لوله پیتوت
ضریب تصحیح انرژی جنبشی
قانون بقای مومنتوم
ضریب تصحیح اندازه حرکت

• فصل چهارم : محاسبه تلفات انرژی در جریان سیالات

افت فشار و اتلاف انرژی
لایه مرزی
محاسبه تنش در جریان سیال
پروفایل سرعت در جریان آرام و درهم سیال نیوتونی در داخل لوله
محاسبه افت انرژی در جریان آرام
ضریب اصطکاک
دیاگرام مودی
ضریب اصطکاک در جریان آرام داخل لوله
ضریب اصطکاک در جریان درهم داخل لوله
شعاع و قطر هیدرولیکی
جریان بین دو صفحه موازی
اتلاف انرژی در اتصالات
انبساط ناگهانی
انقباض ناگهان
طول معادل

• فصل پنجم : پمپ و پمپاژ

تقسیم بندی پم ها
پمپهای گریز از مرکز (سانتریفوژ)
مشخصات پمپهای سانتریفوژ
روابط حاکم بر پمپها و سیستمهای انتقال مایع
سری و موازی بستن پمپهای سانتریفوژ
موازی بستن پمپهای سانتریفوژ
سری بستن پمپهای سانتریفوژ
کاویتاسپون
NPSH)Net Positive Suction Head)

• فصل ششم : جریان های خارجی

لایه مرزی در جریان خارجی و جدایش لایه مرزی
مکان نقطه جدایش
نیروی درگ (Drag)
ضریب درگ
کاربرد نیروی درگ : محاسبه ویسکوزیته سیال مجهول

• فصل هفتم : آنالیز ابعادی و اعداد بی بعد

روش Rayleigh
روش Buckingham
اعداد بی بعد
تشابه مطالعه مدل ها

• فصل هشتم : بسترهای پرشده

بررسی سیالیت
محاسبه افت فشار
تغییرات تخلخل با تعییرات طول بستر

• فصل نهم : جریان سیالات تراکم پذیر

محاسبه سرعت صوت
جریان ایزونتروپیک سیال تراکم پذیر در داخل نازل
جریان آدیاباتیک سیال تراکم پذیر در داخل لوله

  دانلود مستقیم : مکانیک سیالات پارسه


  حجم فايل : 7 مگابایت 

منبع : مهندسیار

http://188.136.249.97/chemical/AdvancedMECHANICS/sampel.pdf

دانلود در ادامه مطلب

کتاب سیالات پیشرفته گرابل با فرمت pdfوبا با کیفیت عالی برای دانلود واستفاده برایتان گذاشته میشود.

دانلود در ادامه مطلب

http://s2.picofile.com/file/7324627090/arshad_rozblog_com.rar.html

منبع اینجا

پسورد  www.chechel.blogfa.com

دانلود

منبع اینجا

پسورد  www.chechel.blogfa.com

نام کتاب : دانلود حل المسایل مکانیک سیالات استریتر

زبان : فارسی

نویسنده : بهزاد خداکرمی

نوع فایل :

حجم کتاب : 19.6MB

تعداد صفحات : 319

مکانیک سیالات از دروس مهم مهندسی مکانیک و شیمی و کشتی سازی و عمران است و در این بین مکانیک سیالات استریتر بسیار به دانشجویان معرفی می شود این کتاب حل المسایل مکانیک سیالات استریتر است.

پسورد فایل : www.lianbooks.com

لینک دانلود کتاب

چکيده
اخيراً استفاده از نانوسيالات که در حقيقت سوسپانسيون پايداري از نانوفيبرها و نانوذرات جامد هستند، به عنوان راهبردي جديد در عمليات انتقال حرارت مطرح شده است.
تحقيقات اخير روي نانوسيالات، افزايش قابل توجهي را در هدايت حرارتي آنها نسبت به سيالات بدون نانوذرات و يا همراه با ذرات بزرگ‌تر (ماکرو ذرات) نشان مي‌دهد. از ديگر تفاوت‌هاي اين نوع سيالات، تابعيت شديد هدايت حرارتي از دما، همچنين افزايش فوق‌العاده فلاکس حرارتي بحراني در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتايج آزمايشگاهي به دست آمده از نانوسيالات نتايج قابل بحثي است که به عنوان مثال مي‌توان به انطباق نداشتن افزايش هدايت حرارتي با تئوري‌هاي موجود اشاره کرد. اين امر نشان دهنده ناتواني اين مدل ها در پيش‌بيني صحيح خواص نانوسيال است. بنابراين براي کاربردي کردن اين نوع از سيالات در آينده و در سيستم‌هاي جديد، بايد اقدام به طراحي و ايجاد مدل‌ها و تئوري‌هايي شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهاي سياليت نانوذرات و تصحيحات مربوط به آن کرد.
1. مقدمه
سيستم‌هاي خنک کننده، يکي از مهم‌ترين دغدغه‌هاي کارخانه‌ها و صنايعي مانند ميکروالکترونيک و هر جايي است که به نوعي با انتقال گرما روبه‌رو باشد. با پيشرفت فناوري در صنايعي مانند ميکروالکترونيک که در مقياس‌هاي زير صد نانومتر عمليات‌هاي سريع و حجيم با سرعت‌هاي بسيار بالا (چند گيگا هرتز) اتفاق مي‌افتد و استفاده از موتورهايي با توان و بار حرارتي بالا اهميت به سزايي پيدا مي‌کند، استفاده از سيستم‌هاي خنک‌کننده پيشرفته و بهينه، کاري اجتناب‌ناپذير است. بهينه‌سازي سيستم‌هاي انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسيله افزايش سطح آنها صورت مي‌گيرد که همواره باعث افزايش حجم و اندازه اين دستگاه‌ها مي‌شود؛ لذا براي غلبه‌ بر اين مشکل، به خنک کننده‌هاي جديد و مؤثر نياز است و نانو سيالات به عنوان راهکاري جديد در اين زمينه مطرح شده‌اند. [1]
نانوسيالات به علت افزايش قابل توجه خواص حرارتي، توجه بسياري از دانشمندان را در سال‌هاي اخير به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمي (حدود يک درصد حجمي) از نانوذرات مس يا نانولوله‌هاي کربني در اتيلن گليکول يا روغن به ترتيب افزايش 40 و 150 درصدي در هدايت حرارتي اين سيالات ايجاد مي‌کند [2] [3]؛ در حالي که براي رسيدن به چنين افزايشي در سوسپانسيون‌هاي معمولي، به غلظت‌هاي بالاتر از ده درصد از ذرات احتياج است؛ اين در حالي است که مشکلات رئولوژيکي و پايداري اين سوسپانسيون‌ها در غلظت‌هاي بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت مي‌شود. در برخي از تحقيقات، هدايت حرارتي نانوسيالات، چندين برابر بيشتر از پيش‌بيني تئوري‌ها است. از ديگر نتايج بسيار جالب، تابعيت شديد هدايت حرارتي نانوسيالات از دما [4] [5] و افزايش تقريباً سه برابري فلاکس حرارتي بحراني آنها در مقايسه با سيالات معمولي است [6 و7].
اين تغييرات در خواص حرارتي نانوسيالات فقط مورد توجه دانشگاهيان نبوده در صورت تهيه موفقيت‌آميز و تأييد پايداري آنها، مي‌تواند آينده‌اي اميدوارکننده در مديريت حرارتي صنعت را رقم بزند. البته از سوسپانسيون نانوذرات فلزي، در ديگر زمينه‌ها از جمله صنايع دارويي و درمان سرطان نيز استفاده شده است [8]. به هر حال تحقيق در زمينه نانوذرات، داراي آينده‌اي بسيار گسترده است [9].

شکل 1. تصاوير TEM از نانو سيال مس (چپ)، نانو ذرات اکسيد مس (وسط) و ذرات کلوئيدي طلاسرب (راست) که در مطالعات مقاومت فصل مشترک استفاده شده اند. ذرات اکسيد مس حالت خوشه اي دارند و کلوئيد هاي طلاسرب توزيع مناسب و اندازه يکسان دارند.

2. تهيه نانوسيالات
بهبود خواص حرارتي نانوسيال احتياج به انتخاب روش تهيه مناسب اين سوسپانسيون‌ها دارد تا از ته‌نشيني و ناپايداري آنها جلوگيري شود. متناسب با کاربرد، انواع بسياري از نانوسيالات از جلمه نانوسيال اکسيد فلزات، نيتريت‌ها، کاربيد فلزات و غيرفلزات که به وسيله يا بدون استفاده از سورفکتانت در سيالاتي مانند آب، اتيلن گليگول و روغن به وجود آمده است. مطالعات زيادي روي چگونگي تهيه نانوذرات و روش‌هاي پراکنده‌سازي آنها درسيال پايه انجام شده است که در اينجا به طور مختصر چند روش متداول‌ را که براي تهيه نانوسيال وجود دارد ذکر مي‌کنيم.
يکي از روش‌هاي متداول تهيه نانوسيال، روش دو مرحله‌اي است [10]. در اين روش ابتدا نانوذره يا نانولوله معمولاً به وسيله روش رسوب بخار شيميايي (CVD) در فضاي گاز بي‌اثر به صورت پودرهاي خشک تهيه مي‌شود [11] [ شکل 1. وسط]، در مرحله بعد نانوذره يا نانولوله در داخل سيال پراکنده مي‌شود. براي اين کار از روش‌هايي مانند لرزاننده‌هاي مافوق صوت و يا از سورفکتانت‌ها استفاده مي‌شود تا توده‌هاي نانوذره‌اي به حداقل رسيده و باعث بهبود رفتار پراکندگي شود. روش دو مرحله‌اي براي بعضي موارد مانند اکسيد فلزات در آب، ديونيزه شده بسيار مناسب است [10] و براي نانوسيالات شامل نانوذرات فلزي سنگيني، کمتر موفق بوده است [12].
روش دو مرحله‌اي داراي مزاياي اقتصادي بالقوه‌اي است؛ زيرا شرکت‌هاي زيادي توانايي تهيه نانوپودرها در مقياس صنعتي را دارند [13].
روش يک مرحله‌اي نيز به موازات روش دو مرحله‌اي پيشرفت کرده است؛ به طور مثال نانوسيالاتي شامل نانوذرات فلزي با استفاده از روش تبخير مستقيم تهيه شده‌اند [2] و [12]. در اين روش، منبع فلزي تحت شرايط خلاء تبخير مي‌شود [14] [شکل 1. چپ].
در اين روش، تراکم توده نانوذرات به حداقل خود مي‌رسد، اما فشار بخار پايين سيال يکي از معايب اين فرايند محسوب مي‌شود؛ ولي با اين حال روش‌هاي شيميايي تک مرحله‌اي مختلفي براي تهيه نانوسيال به وجود آمده است که از آن جمله مي‌توان به روش احياي نمک فلزات و تهيه سوسپانسيون آن در حلال‌هاي مختلف براي تهيه نانوسيال فلزات اشاره کرد [16] [شکل 1. راست]. مزيت اصلي روش يک مرحله‌اي، کنترل بسيار مناسب روي اندازه و توزيع اندازه ذرات است.

3-انتقال حرارت در سيالات ساکن خواص استثنايي نانوسيالات شامل هدايت حرارتي بيشتر نسبت به سوسپانسيون‌هاي معمولي، رابطه غيرخطي بين هدايت وغلظت مواد جامد و بستگي شديد هدايت به دما و افزايش شديد فلاکس حرارتي در منطقه جوشش است. اين خواص استثنايي، به همراه پايداري، روش تهيه نسبتاً آسان و ويسکوزيته قابل قبول باعث شده تا اين سيالات به عنوان يکي از مناسب‌ترين و قوي‌ترين انتخاب‌ها در زمينه سيالات خنک کننده مطرح شوند. نتايج يکي از تحقيقات منتشر شده در زمينه تغيير هدايت حرارتي نانوسيال به عنوان تابعي از غلظت در شکل (2) آمده است.

شکل 2. ارتباط هدايت الکتريکي با جزء حجمي نانو ذرات، بر اساس تئوري ميانگين متوسط براي نانو ذرات بسيار هادي (خط چين پايين) و مدل کلوخه هاي متراکم

بيشترين تحقيقات روي هدايت حرارتي نانوسيالات، در زمينه سيالات حاوي نانوذرات اکسيد فلزي انجام شده است [18].
ماسودا افزايش 30 درصدي هدايت حرارتي را با اضافه کردن 3/4 درصد حجمي آلومينا به آب گزارش کرده است. لي [15] افزايش 15 درصدي را براي همين نوع نانوسيال با همين درصد حجمي گزارش کرده است که تفاوت اين نتايج را ناشي از تفاوت در اندازه نانوذرات به‌کار رفته در اين دو تحقيق مي‌داند. قطر متوسط ذرات آلوميناي بکاررفته در آزمايش اول 13نانومتر و در آزمايش دوم 33 نانومتر بوده است. زاي و همکاران [20] [19] افزايش 20 درصدي را براي 50 درصد حجمي از همين نانوذرات گزارش کرده‌اند. گروه مشابهي [21] براي نانوذرات کاربيد سيليکون نيز به نتايج مشابهي رسيدند. لي بهبود نسبتاً کمتري را در هدايت حرارتي نانوسيالات حاوي نانوذرات اکسيد مس، نسبت به نانوذرات آلومنيا مشاهده کرد؛ در حالي که ونگ [24] 17 درصد افزايش هدايت حرارتي را براي فقط 4/0 درصد حجمي از نانوذرات اکسيد مس در آب گزارش کرده است. براي نانوسيال با پايه اتيلن گليکول، افزايش بالاي 40 درصد براي 3/0 درصد حجمي مس با متوسط قطر ده نانومتر گزارش شده است. پتل [5] افزايش بالاي 21 درصد براي سوسپانسيون 11 درصد حجمي از نانوذرات طلا و نقره که به ترتيب در آب و تولوئن پراکنده شده بودند را مشاهده کرد. در مواردي هم هيچ افزايش قابل توجهي در هدايت مشاهده نشده است

23].
اخيراً تحقيقات ديگري روي وابستگي هدايت به دما براي غلظت‌هاي بالاي نانوذرات اکسيد فلزات و غلظت‌هاي پايين نانوذرات فلزي در حال انجام است که در هر دو مورد در محدوده دماي 20 تا 50 درجه سانتيگراد افزايش دو تا چهار برابري در هدايت مشاهده شده است و در صورت تأييد اين خواص براي دماهاي بالاتر مي‌توان نانوسيال را در سيستم‌هاي گرمايشي نيز استفاده کرد.
بيشترين افزايش هدايت در سوسپانسيون نانولوله‌هاي کربني گزارش شده است که علاوه بر هدايت حرارتي بالا، نسبت طول به قطر بالايي دارند[شکل 3]. از آنجا که نانولوله‌هاي کربني، تشکيل يک شبکه فيبري مي‌دهند، سوسپانسيون آنها بيشتر شبيه کامپوزيت‌هاي پليمري عمل مي‌کند. بيرکاک[25] افزايش 125 درصدي هدايت را در اپوکسي پليمر- نانولوله حاوي يک درصد نانولوله تک ديواره گزارش کرد، همچنين مشاهده کرد که با افزايش دما، هدايت حرارتي افزايش مي‌يابد.
چوي[3] براي سوسپانسيون يک درصد نانولوله‌هاي چند ديواره در روغن [شکل 3 ب] 16 درصد افزايش هدايت حرارتي گزارش کرده است. گزارش‌ها و تحقيقات مختلفي در زمينه افزايش هدايت حرارتي سوسپانسيون نانولوله‌کربني ارائه شده است؛ زاي [26] افزايش ده تا 20 درصدي هدايت حرارتي را در سوسپانسيون يک درصد حجمي با سيال آب گزارش کرده است. ون و دينگ [27] نيز 25درصد افزايش هدايت را در سوسپانسيون 8/0 درصد حجمي در آب گزارش کرده است. اسيل [23] بيشترين افزايش را 38 درصد براي سوسپانسيون شش درصد حجمي در آب گزارش کرده است.

شکل 3. تصاوير SEM از نانو لوله هاي کربني تک ديواره (a) و چند ديواره (b) مورد استفاده در سوسپانسيون ها و کامپوزيت ها.

ون و دينگ افزايش سريع هدايت در غلظت‌هاي حدود 2/0 درصد حجمي را گزارش کرده و نشان داده است که اين افزايش از آن به بعد تقريباً ثابت مي‌ماند. در تمامي گزارش‌ها افزايش هدايت با دما مشاهده شده؛ هر چند براي دماهاي بالاتر از 30 درجه سانتيگراد اين افزايش تقريباً متوقف مي‌شود.

4- جريان، جابه‌جايي و جوششاخيراً ضرايب انتقال حرارت نانوسيال در جابه‌جايي آزاد و اجباري اندازه‌گيري شده است. داس [17] آزمايش‌هاي تعيين خواص حرارتي جوشش را براي نانوسيال شروع کرد. يو [6] فلاکس حرارتي بحراني نانوسيال آلومينا- آب در حال جوشش را اندازه‌گيري کرد و افزايش سه برابري در فلاکس حرارت بحراني (CHF) را نسبت به آب خالص گزارش کرد. در همين زمينه واسالو [7] نانوسيال سيليکا- آب را تهيه کرد و همان افزايش سه برابري در CHF را گزارش کرد.
ضريب انتقال حرارت جابجايي آزاد علاوه بر اينکه به هدايت حرارتي بستگي دارد، به خواص ديگري مانند گرماي ويژه، دانسيته و ويسکوزيته ديناميک نيز وابسته است که البته در اين درصدهاي حجمي پايين همان‌طور که انتظار مي‌رفت و مشاهده شد، گرماي ويژه و دانسيته بسيار به سيال پايه نزديک است [33]. ونگ [34] ويسکوزيته آلومينا- آب را اندازه گرفت و نشان داد که هر چه ذرات بهتر و بيشتر پراکنده شوند ويسکوزيته پايين‌تري را مشاهده مي‌کنيم. وي افزايش 30 درصدي در ويسکوزيته را براي سوسپانسيون سه درصد حجمي گزارش کرد که در مقايسه با نتيجه پک‌رچو [35] سه برابر بيشتر به نظر مي‌رسد که نشان‌دهنده وابستگي ويکسوزيته به روش تهيه نانوسيال است. ژوان‌ولي [32] ضريب اصطکاک را براي نانوسيال حاوي يک تا دو درصد ذرات مس به دست آورد و نشان دادکه اين ضريب تقريباً مشابه سيال پايه آب است. ايستمن [36] نشان داد که ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي اجباري سوسپانسيون 9/0 درصد حجمي از نانوذرات اکسيد مس، 15 درصد بيشتر از سيال پايه است.

شکل 4. پيش بيني هدايت حرارتي کامپوزيت ها ( نرمال شده بر اساس هدايت ماتريکس) به عنوان تابعي از جزء حجمي پر کننده. مربع توپر: ذرات با توزيع مناسب، دايره: خوشه هاي ذرات متراکم ( با 60 درصد حجمي) و مربع: خوشه هاي با تراکم کمتر ( با 40 درصد حجمي از نانو ذرات).

ژوان ولي [32] ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي اجباري در جريان آشفته را نيز اندازه گرفتند و نشان دادند که مقدار کمي از نانوذرات مس در آب ديونيزه شده، ضريب انتقال حرارت را به صورت قابل توجهي افزايش مي‌دهد، به طور مثال افزودن دو درصد حجمي از نانوذرات مس به آب، حدود 39 درصد انتقال حرارت آن را افزايش مي‌دهد. در حالي که در تناقض با نتايج بالا، پک‌وچو [35] کاهش 12درصدي ضريب انتقال حرارت را در سوسپانسيون حاوي سه درصد حجمي از آلومينا و تيتانا در همان شرايط مشاهده کردند. پوترا [28] با کار روي جابجائي آزاد، بر خلاف هدايت و جابه‌جايي اجباري، کاهش انتقال حرارت را مشاهده کرد. داس با [17] انجام آزمايش‌هاي جوشش روي آلومينا- آب نشان داد که با افزايش درصد حجمي نانوذرات، بازدهي جوشش نسبت به سيال پايه کم مي‌شود. وي اين کاهش را به تغيير خواص سطحي بويلر به علت ته‌نشيني نانوذرات روي سطح ناهموار آن نسبت داد، نه به تغيير خواص سيال. يو [6] با اندازه‌گيري فلاکس حرارتي بحراني براي جوشش روي سطوح تخت و مربعي مس که در نانوسيال آب- آلومينا غوطه‌ور بودند، نشان داد که فلاکس حرارتي اين سيالات سه برابر آب است و اندازه متوسط حباب، افزايش و فرکانس توليد آنها کاهش مي‌يابد. اين نتايج را واسالو [7] نيز تأييد کرد. وي روي نانوسيال آب - سيليکا‌ کار مي‌کرد و افزايش فلاکس حرارت بحراني را براي غلظت‌هاي کمتر از يک‌هزارم درصد حجمي گزارش کرد. هنوز مدلي براي پيش‌بيني اين افزايش‌ها و فاکتورهاي مؤثر بر آن وجود ندارد. 5. هدايت حرارتي نانوسيال هدايت حرارتي نانوسيال بيشترين مطالعات را به خود اختصاص داده است. اين مقاله نيز به هدايت حرارتي در سيال ساکن پرداخته است. از آنجا که نانوسيال جزو مواد مرکب و کامپوزيتي محسوب مي‌شود، هدايت حرارتي آن به وسيله تئوري متوسط مؤثر به دست مي‌آيد که به وسيله موسوتي، کلازيوس، ماکسول و لورانزا در قرن 19 به دست آمد [37 و38]. اگر از تأثيرات سطح مشترک نانوذرات کروي صرف‌نظر شود، در مقادير بسيار اندک نانوذرات [ f = جزء حجمي نانوذرات] همه مدل‌هاي منتج از تئوري متوسط مؤثر، حل يکساني دارند. در مواردي که نانوذرات داراي هدايت حرارتي بالايي باشد پيش‌بيني مي‌شود که افزايش هدايت حرارتي نانوسيال3× f خواهد شد که اين پيش‌بيني، تخمين خوبي براي مواردي است که هدايت ذرات، بيشتر از 20 برابر هدايت حرارتي سيال باشد [39]. همان‌طور که در شکل (2) نشان داده شده بسياري از تحقيقات تطابق خوبي با اين پيش‌بيني دارد، از جمله مي‌توان به تحقيقات زير اشاره کرد: نانوسيال کاربيد سيليکون با اندازه 26 نانومتر و نانوسيال آلومينا- آب و آلومينا- اتيلن گليکول [10]. مقاومت سطح مشترک نانوذرت و سيال اطراف آن پيش‌بيني اين تئوري را کاهش مي‌دهد؛ البته هر چه ذرات ريزتر باشند اين مقاومت کاهش پيدا مي‌کند. در غلظت‌هاي بالاي نانوذر‌ات [شکل 1. وسط] اگر توده‌هاي نانوذره کوچک باشد، تئوري متوسط مؤثر خوب جواب مي‌دهد؛ زيرا توده نانوذرات فضاي بيشتري نسبت به نانوذر‌ات منفرد اشغال مي‌کند و بنابراين جزء حجمي توده بيشتر از نانوذرات منفرد است. [40] در توده‌هاي متراکم نانوذرات، دانسيته نسبي تقريباً 0 6 درصد است و در مواردي که توده‌‌ها از نظر وضعيت ساختماني بازتر باشد، افزايش بيشتري را مشاهده مي‌کنيم [ شکل 4] که نتايج آزمايشي نيز همين را نشان مي‌دهد [20]؛ البته هدايت حرارتي نانوذرات توده‌اي، کوچک‌تر از ذر‌ات منفرد است؛ البته عامل مهمي در مقابل هدايت حرارتي بالاي نانوذرات نيست. 6. چشم‌انداز در ده سال گذشته، خواص جالبي براي نانوسيالات گزارش شده است که در اين ميان، هدايت حرارتي بيشترين توجه را به خود جلب کرده است؛ ولي اخيراً خواص حرارتي ديگري نيز مورد پژوهش قرار گرفته است. نانوسيالات را مي‌توان در زمينه‌هاي مختلفي به کاربرد، اما اين کار با موانعي روبه‌رو است، از جمله اينکه درباره نانوسيال چند نکته بايد بيشتر مورد توجه قرار گيرد: • تطابق نداشتن نتايج تجربي در آزمايشگاه‌هاي مختلف؛ • ضعف در تعيين مشخصات سوسپانسيون نانوذرات؛ • نبود مدل‌ها و تئوري‌هاي مناسب براي بررسي تغيير خواص نانوسيال.

(منبع سايت : www.nano.ir)

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.
                                                                           
سایت رشد

نگاهي به جريان سيال در لوله‌ها

سيالات موادي هستند كه شكل ظرفي را كه درون آنها قرار دارند، به خود مي‌گيرند و لذا براي انتقال آنها، به محيطي واسطه نياز داريم. بشر از ديرگاه براي انتقال  سيال بصورت پيوسته از لوله استفاده مي‌نمود. لوله ها در طولها، اشكال و اندازه‌هاي مختلف بكار ميروند . آيا تا به حال به شكل لوله ها توجه كرده‌ايد ؟ زياد شدن طول لوله يا قطر لوله ها چه اثري بر روي انتقال سيال و ميزان مصرف انرژي خواهد گذاشت؟ چرا لوله ها را به صورت مستقيم استفاده مي‌كنند؟ اگر لوله ها را خم كنند يا حتي بپيچانندچه تغييري در جريان مشاهده مي‌كنيم؟

گاهي از اوقات لوله حاوي سيال را گرم و يا سرد مي‌كنند و با اين عمل ، از لوله يك مبادله گر حرارتي ميسازند. با توجه به اين موضوع به سوالات بالا چنين پاسخ مي‌دهيم.

لوله در اينجا مجرايي است كه سيال در داخل آن جريان مييابد و همزمان گرم يا سرد نيز مي‌شود. هنگامي كه  سيال لزجي وارد مجرايي ميشود ، لايه مرزي، در طول ديواره تشكيل خواهد شد. لايه مرزي بتدريج در كل سطح مقطع مجرا توسعه مييابد و از آن به بعد به جريان، كاملا توسعه يافته (فراگير ) گفته مي‌شود. معمولا اگر طول لوله بلندتر از 10 برابر قطر لوله باشد آنگاه جريان توسعه يافته شده است.

اگر ديواره مجرا گرم يا سرد شود، لايه مرزي گرمايي نيز در طول ديواره مجرا توسعه خواهد يافت.

اگر گرمايش يا سرمايش، از ورودي مجرا شروع شود ، هم نمودار توزيع سرعت  و هم نمودار توزيع دما بصورت همزمان توسعه مي‌يابند. مسأله انتقال گرما در اين شرايط ، به مسأله طول ورودي هيدرو ديناميكي و گرمايي تبديل مي‌شود كه در بر گيرنده چهاذ حالت مختلف است و به اينكه هر كدام از دو لايه مرزي سرعت و دما در چه وضعيتي بسر مي‌برند(( كاملا توسعه يافته و يا در حال توسعه)) بستگي دارد.

در ناحيه كاملا توسعه يافته در داخل لوله ، عملا لايه مرزي وجود ندارد چون دو ناحيه مختلف، كه يكي با سرعت جريان آزاد و ديگري تحت تاثير ديواره باشد ، وجود نخواهد داشت و در سرتاسر لوله ، تمام نواحي تحت تاثير ديواره قرار دارند. از آنجا لايه مرزي، مقاومتي در برابر انتقال حرارت است، لذا  بيشترين ميزان ضريب انتقال حرارت جابجايي در ابتداي لوله، يعني در جايي كه ضخامت لايه مرزي صفر است، مشاهده مي‌شود. مقدار اين ضريب به تدريج همزمان با افزايش ضخامت لايه مرزي و در نتيجه افزايش مقاومت در برابر انتقال حرارت، كاهش مي‌يابد تا به مقدار آن در ناحيه كاملا توسعه يافته برسد كه تقريبا مقداري ثابت است.

حال اثر تغيير شكلي خاص در لوله را روي ويژگي‌هاي سرعت و انتقال حرارت بررسي مي‌كنيم.

كويلهاي حلزوني و مارپيچ ، لوله‌هاي خميده اي هستند كه بعنوان مبادله گرهاي گرماي لوله خميده در كاربردهاي مختلف ايتفاده مي‌شوند.

بياييد كويلهاي مارپيچ يا حلزوني را تحليل كنيم. سيالي را در درون اين لوله ها در نظر مي‌گيريم. آنچه در ابتدا نظرمان را به خود جلب مي‌كند اينست كه چون لوله ها بصورت مارپيچ (دايروي) پيچيده شده‌اند، لذا در اثر حركت دوراني و محوري، نيرويي به آنها وارد مي‌شود و اين خود باعث مي‌شود تا شتاب سيال صفر نشود، حال سؤالي كه اينجا مطرح مي‌شود اينست كه با وجود اين نيرو، آيا جريان داخل مارپيچ، كاملا توسعه يافته است يا جرياني در حال توسعه است و پروفايل سرعت تغيير مي‌كند. آيا دليل بيشتر بودن h (ضريب انتقال حرارت جابجايي) در ناحيه، نيبت به لوله مستقيم نيز،اين است(مي‌دانيم كه h در ناحيه كاملا توسعه يافته كوچكتر از h  در ناحيه در حال توسعه است)؟ يا هيچكدام از اينها صحيح نيست و دليل بزرگتر بودن ضريب انتقال حرارت جابجايي در اين ناحيه چيز ديگري است؟

در اولين نگاه بنظر مي رسد كه جريان داخل كويل كاملا توسعه  يافته نيست و دليل بيشتر بودن  h نيز همين است. با اين حساب اين جمله را چگونه توجيه كنيم كه : داده‌هاي محدود راجع به جريان آشفته در حال توسعه ، نشان مي‌دهد كه جريان ، در نيم دور اول كويل كاملا توسعه مي‌يابد؟ اگر اينطور باشد پس دليل افزايش h چيست؟  

جريان داخل لوله را در مختصات استوانه‌اي در نظر بگيريد كه داراي سه مولفه Ө ,z ,r است. هنگاميكه لوله مستقيم است، سرعت در دو راستاي Ө ,r  صفر بوده و فقط در راستاي z  سرعت داريم  :                      و هنگاميكه لوله را خميده يا مارپيچ مي‌كنيم، بدليل وجود نيروي گريز از مركز و شتاب حاصل از آن (وساير مولفه‌هاي شتاب ايجاد شده)، سرعت مولفه ديگري علاوه بر  مي‌يابد:    كه تابع r  شعاع انحنا مارپيچ نيز هست. اين مولفه جديد سرعت ،  ميل دارد حركت چرخشي (Spiral)  به سيال بدهد، يعني سيال همزمان كه در طول لوله به جلو مي‌رود، حول خط مركزي لوله دوران هم مي‌كند اما عليرغم ميلش هميشه موفق به اين كار نمي‌شود. بنابراين نيروي گريز از مركز عامل توسعه يافته نشدن  جريان نخواهد بود بلكه در زماني كه بيشترين اثر را بر روي رژيم جريان بگذارد، آن را به سمت ناپايداري مي‌برد (تا پايداري جريان مصادف است با آشفته شدن آن) و حركتي گردشي به سيال مي‌دهد و بهر حال ، وجود نيروي  گريز از مركز با اينكه  جريان در نيم دور اول كويل كاملا توسعه يافته شود، هيچ منافاتي باهم ندارد.

گزارش حاضر در 11 صفحه به ارائه ی نتایج و توضیح آزمایش انجام گرفته با توربین فرانسیس می پردازد. هدف از انجام این آزمایش، مشاهده نحوه کار و بررسی منحنی های مشخصه توربین فرانسیس است. فرمت گزارش PDF می باشد.

فهرست مطالب مندرج در گزارش عبارتند از:

هدف آزمایش
اجزای تشکیل دهنده دستگاه
آزمایش اول، داده ها و نمودارها
آزمایش دوم، داده ها و نمودارها
آزمایش سوم، داده ها و نمودارها
بحث و نتیجه گیری
فرمول های مورد استفاده

حجم: 0.8 MB, فرمت:PDF

مرجع:  ایران مکانیک

The Book is quite ok for introductory courses as well as applications in Hydraulics. It is biased towards engineering and .
Fluid Mechanics 3rd Edition (Paperback)
by victor streeter (Author)
•Publisher: McGraw-Hill (January 1, 1962)
•ASIN: B001FBOKU4
FLUID MECHANICS
INTERNATIONAL STUDENT EDITION
Exclusive rights by Kogakusha Co., Ltd. for manufacture and export from Japan.
This book cannot be re-exported from the country to which it is consigned by
Kijgalcusha Co.. Ltd. or by McGraw-Hill Book Company, Inc. or any of its

پسورد:   dlbook.net

دانلود مستقیم

اولین موجودی را که خدا آفریده آب بوده

والله خلق کل دابه من ماء

Publisher: CRC | Pages: 532 | 2009-08-26 | ISBN 0849391628 | PDF | 8 MB

Download from Hotfile

Download from uploading

سایت خوب دانلود کتاب ومجلات رایگان

برای دانلود می توانید از سایت رپیدباز کمک بگیرید.

(قابلیت ارایه لینک مستقیم واستفاده از دانلود منیجر)

هزینه استفاده از سایت رپید باز برای 6گیگ دانلود با مدت زمان نامحدود حدود

2300 تومان است  که بسیار مقرون به صرفه  است .توجه داشته باشید برای

فایل های زیر ٢٠ مگابایت رایگان است