مکانیک سیالات برای دانشجویان بهداشت محیط
مکانیک سیالات برای دانشجویان بهداشت محیط
فرمت: Pdf تعداد صفحات: 114
سیال: سیال هر ماده ای را شامل می شود که تحت تاثیر یک نیرو تغییر شکل می دهد. سیال ها را به دو دسته تقسیم بندی می کنند، مایعات و گازها.
مایعات حجم کمی را اشغال می کنند و دارای یک سطح آزاد در ظرفی که در آن قرار گرفته اند، می باشند. ولی گازها هنگامی که در محفظه ای قرار می گیرند، کل حجم داخل آنرا اشغال می کنند و سطح آزاد تشکیل نمی دهند. می توان گفت که مایعات تقریبا غیر قابل فشرده شدن می باشند، ولی گازها به راحتی فشرده می شوند.
مطالعه سیالات در حال سکون را استاتیک سیالات و مطالعه حرکت آنها را دینامیک سیالات و مطالعه توام ایستایی و پویایی سیالات را مکانیک سیالات می گویند. هیدرولیک بیشتر با مایعات تحت فشار سروکار دارد.
واحدها
در مکانیک سیالات چهار واحد اصلی از قبیل جرم، طول، زمان و دما مورد استفاده قرار می گیرد.
برای بیان واحدها از سیستم های متنوعی استفاده می شده است که شامل سیستم MKS یا سیستم SI و سیستم CGS، سیستم انگلیسی و … می باشند در این میان سیستم SI بطور قابل توجهی توسط اکثر کشورها استفاده می شود.
در سیستم MKS سه واحد متر (m) برای طول، کیلوگرم (Kg) برای جرم، و ثانیه (s) برای زمان به عنوان مبنای پایه در نظر گرفته می شوند.
در سیستم CGS واحدهایی از قبیل سانتی متر (cm) برای طول، گرم (g) برای جرم و ثانیه (s) برای زمان به عنوان مبنای پایه در نظر گرفته می شوند.
واحدهای اصلی مورد استفاده در سیستم بین المللی (SI) بطور کلی شامل 6 واحد اصلی می باشند که در بسیاری از کشورها پذیرفته شده است. سایر واحدها ترکیبی یا واحدهای ثانویه یا فرعی از این واحدهای اولیه می باشند. وضعیت یک شی را می توان توسط خواص مختلفی نشان داد. برای مثال یک شی متحرک می تواند توسط پارامترهای جرم، طول، سرعت و شتاب توصیف شود.
علاوه بر موارد بالا، در سیستم انگلیسی جرم بر حسب پوند جرم (lbm)، طول بر حسب فوت (ft)، زمان (ثانیه)، و نیرو پوند نیرو (lbf) بکار می رود. بر این اساس، یک پوند نیرو، نیرویی است که به جرم یک پوند، شتابی معادل شتاب ثقل استاندارد زمین یعنی 32.2 فوت بر مجذور ثانیه می دهد.
جدول 2. واحدهای اصلی SI
| (مقدار) Quantity | (واحد ) Unit | علامت |
| Length (طول) [L] | Meter | M |
| Mass (جرم) [m] | Kilogram | Kg |
| Time (زمان) [t] | Second | S |
| Electric current (جریان) [ I ] | Ampere | A |
| Temperature (دما) [T] | Degree Kelvin | K |
| [Luminous intensity [Iv | Candela | cd |
ویژگی های سیالات: برای بیان خصوصیات سیالات از پارامترهای مختلفی استفاده می شود، که در زیر به همراه توضیح آورده شده اند.
دانسیته جرمی یا چگالی: دانسیته عبارت است از جرم بر واحد حجم سیال و واحد آن در سیستم SI به صورت kg/m3 مشخص می شود.
دانسیته بیانگر نزدیکی ملکول های یک ماده به همدیگر است و نشاندهنده تراکم آن می باشد. دیمانسیون دانسیته جرمی ML−3 می باشد. دانسیته ρ (با حرف یونانی ro) یک سیال به دما و تا حدی نیز به فشار بستگی دارد. برای مثال در سطح دریای آزاد در دمای 4 درجه سانتیگراد، دانسیته آب در سیستم SI برابر 1000 kg/m3 می باشد. ولی در دمای 50 درجه سانتیگراد، دانسیته آب به مقدار 998 kg/m3 کاهش پیدا می کند. دانسیته آب در سیستم انگلیسی 1.94 slug/ft3 می باشد.
ρ =m/V
در این فرمول m جرم بر حسب کیلوگرم و V حجم بر حسب مترمکعب سیال می باشد.
مایعات را بطور کلی غیر قابل تراکم در نظر می گیرند ولی با این حال کمی تراکم پذیر می باشند. در مورد مایعات حجم و دانسیته با فشار تغییر نمی کند. اما در مورد گازها، میزان دانسیته با دما و فشار تغییر می کند. بدین صورت که در دمای ثابت با افزایش فشار مقدار دانسیته افزایش پیدا می کند و در فشار ثابت با افزایش دما میزان دانسیته کاهش می یابد.
ویسکوزیته (لزوجت):
گرانروی یا لزوجت در مورد سیالات را می توان مشابه اصطکاک در مورد اجسام صلب در نظر گرفت با این تفاوت که اثر لزوجت فقط به هنگام حرکت سیال نمودار می شود و در نتیجه آن، نیرویی گرانروی در جهت مخالف حرکت سیال اثر می کند. گرانروی سبب چسبندگی قشرهای مختلف سیال ضمن حرکت می شود.
ویسکوزیته عبارت است از مقاومت سیال در مقابل جریان.
سیالاتی با ویسکوزیته بالا برای مثال شربت نسبت به آب کندتر تغییر شکل می دهند. به عبارتی هر گاه مایعی ویسکوزیته بالاتر داشته باشد، بیشتر از خود در مقابل جاری شدن مقاومت نشان می دهد و برعکس.
به طور کلی ویسکوزیته خیلی کم تحت تاثیر فشار قرار می گیرد، بنابراین می توان تاثیر فشار را نادیده گرفت. با این حال ویسکوزیته بسیار وابسته به دما می باشد. در مورد مایعات، ویسکوزیته با افزایش دما کاهش می یابد، ولی در مورد گازها برعکس است. برای مثال، برای انتقال نفت خام معمولا آنرا حرارت می دهند تا میزان ویسکوزیته آن برای انتقال کاهش یابد.
دو نوع ویسکوزیته وجود دارد، ویسکوزیته دینامیکی (مطلق) و ویسکوزیته سینماتیکی ویسکوزیته دینامیکی با μ (حرف یونانی مو) نشان داده می شود. واحد ویسکوزیته دینامیکی پاسکال ضربدر ثانیه (Pa·s) می باشد. به طور کلی، ویسکوزیته مایعات بسیار بیشتر از ویسکوزیته گازها می باشد. در مورد همه سیالات ویسکوزیته با دما و فشار تغییر می کند. البته اثر دما بر روی ویسکوزیته بسیار چشمگیرتر می باشد و بستگی به نوع سیال دارد. در مایعات، افزایش دما به علت کاهش جاذبه ملکولی، باعث کاهش ویسکوزیته و در گازها به علت افزایش برخورد ملکولی، باعث افزایش ویسکوزیته می شود. در شکل زیر تاثیر دما بر ویسکوزیته دو سیال مرجع (هوا و آب) دیده می شود.
ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.
