گنبد سلطانیه
هنر معماری در تزئینات گنبد سلطانیه
جولای 28, 2020
استاتیک سیالات
استاتیک سیالات بخش اول
جولای 29, 2020
آشنایی با ویژگی های سیال

آشنایی با ویژگی های سیال

آشنایی با ویژگی های سیال

۱ – ۱ – ۱ تفاوت میان جامد و سیال

سیال ماده ای است که در برابر کوچک ترین نیروی برشی به صورت پیوسته تغییر شکل می دهد و تمایل به تغییر شکل پیوسته ماده را نیز سیالیت می نامند. در جامدات تنش برشی بر اساس قانون هوک با کرنش متناسب است، لیکن در سیالات تنش برشی با نرخ کرنش (تغییرات زمانی کرنش) متناسب است. در برابر مفهوم جامدات، سیالات شامل دو حالت مایعات و گازها می باشند.

۲ – ۱ – ۱ اصل عدم لغزش سیال

چنانچه جریان سیال درون یک لوله ی ساکن یا بر روی یک سطح جامد غیر متخلخل در نظر گرفته شود، مشاهدات آزمایشگاهی نشان میدهد که سیال در حال حرکت بر روی سطح کاملا متوقف شده و سرعت آن نسبت به سطح صفر می شود. این شرایط به نام اصل عدم لغزش سیال معروف است. عدم لغزش سیال باعث شکل گیری گرادیان یا تغییرات سرعت در اثر چسبیدن سیال به صفحه میشود.

۲ – ۱ طبقه بندی جریان سیال

۱ – ۲ – ۱ جریان یکنواخت و جریان پایدار

اگر ویژگی های سیال در یک زمان خاص در قلمروی مورد بررسی نسبت به مکان تغییراتی نداشته باشد، جریان یکنواخت برقرار است. در غیر این صورت، جریان غیریکنواخت است. 

اگر ویژگی های سیال در یک نقطه نسبت به زمان تغییر نکند، جریان پایدار است، در غیر این صورت، جریان ناپایدار است. در حقیقت، هیچ گونه تغییرات مکانی در جریان یکنواخت و تغییرات زمانی در جریان پایدار وجود ندارد.

۲ – ۲ – ۱ جریان های یک، دو و سه بعدی

مهم ترین ویژگی جریان سیال میدان سرعت است، لذا یک یا چند بعد بودن جریان سیال با توجه به توزیع سرعت آن معلوم می شود. به جریانی سه بعدی گفته می شود که مؤلفه های سرعت آن در سه بعد دارای مقدار باشد. اگر یکی از مؤلفه های سرعت در مقایسه با دیگر مؤلفه ها ناچیز باشد و بتوان از آن مؤلفه صرف نظر کرد، جریان دوبعدی فرض می گردد. جریان یک بعدی دارای یک مؤلفه ی سرعت است مسایل مؤلفه ی دیگر آن ناچیز فرض می شود.

۳ – ۱ واحدهای اندازه گیری و همگنی رابطه ها بر اساس ابعاد

۳ – ۱ سیستم واحدهای اندازه گیری ابعاد پایه مانند جرم ، طول ، زمان و دما به عنوان ابعاد اصلی یا بنیادی و بقیهی ابعاد مانند سرعت ، انرژی و حجم که در قالب ابعاد اصلی بیان می شوند، ابعاد ثانویه یا مشتق شده نامیده می شوند. ابعاد ثانویه می توانند در قالب ابعاد اصلی بیان شوند، . دو سیستم ابعادی به طور معمول استفاده می شود، سیستم انگلیسی و سیستم متریک . برای تبدیل واحدها از دو سیستم به همدیگر برای متغیرهای معمول به کار می روند. سیستم متریک دارای شش کمیت اصلی کیلو گرم برای جرم، متر برای طول، ثانیه برای زمان، درجهی کلوین برای دما، آمپر برای جریان الکتریکی، کاندلا برای شدت روشنایی و مول برای مقدار مواد است.

۲ – ۳ – ۱ همگنی و ناهمگنی رابطه ها

تمامی رابطه های تشریح کنندهی پدیده های فیزیکی بایستی به لحاظ ابعادی همگن باشند، یعنی ابعاد عبارات طرف راست تساوی با ابعاد مسایل ۱-۸ عبارات طرف چپ آن برابر است. در برخی رابطه ها ضرایبی وجود دارد که بعد دار هستند و محدود به یک سیستم واحد به خصوص الی ۱۸۱ می باشند، که به عنوان رابطه های همگن محدود شناخته میشوند.

۲ – ۴ – ۱ معیار جاری شدن 

سیالاتی که در آنها ارتباط تنش برشی و نرخ کرنش خطی است، سیالات نیوتنی نامیده می شوند. بیشتر سیالات مانند آب، هوا، گازوییل و روغن از سیالات نیوتنی محسوب می شوند. خون و مایعات پلاستیکی نمونه هایی از سیالات غیر نیوتنی هستند.

جریان آرام یک بعدی سیالات نیوتنی که در آن، تنش برشی، بر لزجت دینامیکی، گرادیان سرعت، وارتفاع سیال از سطح جامد و فاصله از محور تقارن جسم است. 

 واحد معمول دیگر لزجت دینامیکی پویز است. نسبت لزجت دینامیکی به چگالی، لزجت سینماتیکی، است.

لزجت سیال هم به فشار و هم به دما بستگی دارد. لزجت سیال در اثر نیروی چسبندگی بین ملکولها در مایعات و برخورد ملکولی در گازها ایجاد می شود. لزجت در مایعات با افزایش دما، کاهش می یابد، ولی در گازها با افزایش دما افزایش می یابد. لزجت سیال با افزایش فشار، کمی افزایش می یابد.

چنانچه لایه ای از سیال ، در فاصله ی کوچک بین دو استوانه ی هم محور در نظر گرفته شود  و استوانه ی خارجی ثابت و استوانه ی داخلی با سرعت زاویه ای مشحص بچرخد، آنگاه گشتاور مورد نیاز برای چرخش استوانه به دست می آید.

۴ – ۴ – ۱ تعدادی دیگر از ویژگی های سیال

فشار بخار چنانچه ظرف حاوی مایع سربسته باشد به نحوی که در بالای سطح مایع فضای خالی وجود داشته باشد و در این فضای خالی مکشی ایجاد شود تا در آن خط شکل بگیرد، فشاری در نتیجه ی بخار حاصل از ملکولهای خارج شده از سطح ایجاد می شود. هنگامی که شرایط تعادلی ایجاد شود، یعنی تعداد ملکولهای خارج شده از سطح سیال با تعداد ملکولهای وارد شده به سطح برابر شود، بخار اشباع شده و فشاری که بخار بر سطح مایع وارد می کند، فشار بخار نامیده می شود. جوشیدن، که تشکیل حباب های بخار درون سیال است، هنگامی آغاز می شود که فشار مطلق درون سیال به فشار بخار مایع برسد. در سیال جاری ممکن است مناطق کم فشار شکل بگیرد و چنانچه فشار از فشار بخار پایین تر رود، جوشیدن اتفاق افتاده و حباب های هوا در درون آب شکل می گیرند. این حباب های هوا، همراه جریان به مناطق پرفشار هدایت شده و در این مناطق به صورت ناگهانی متلاشی شده و انرژی زیادی را به صورت ارتعاش ایجاد می کنند که باعث خوردگی و آسیب سازهای می شود. مراحل شکل گیری حباب های هوا و انتقال آنها به مناطق پرفشار و متلاشی شدن آنها را خلأزایی(کاویتاسیون) می نامند.

کشش سطحی 

نیروهای کششی که در اثر نیروهای جاذبه ی بین ملکولی در سطح مایع به وجود می آید، کشش سطحی نامیده می شود و بعد کشش سطحی است. کشش سطحی در سطح مشترک مایع و گاز و یا دو مایع مخلوط نشدنی به وجود می آید و عملکرد آن به نحوی است که همانند غشایی سطح سیال را در بر می گیرد. ناخالصی ها، اثرات قابل ملاحظه ای بر کشش سطحی دارند. مواد شیمیایی مشخص مانند مواد فعال در سطح می توانند برای کاهش کشش سطحی به کار روند. نمکها مانند کلرید سدیم چنانچه در آب حل شوند، کشش سطحی را افزایش می دهند. یک قطره از مایع در هوا، یا حباب هوا در آب و یا حباب صابون در هوا را در نظر بگیرید که در آن مقدار فشار اضافی افزون بر فشار اتمسفر و شعاع قطره یا حباب است. 

مویینگی

از نتایج جالب دیگر کشش سطحی، اثرات مویینگی است. هنگامی که لوله ای با قطر کم درون مایع قرار داشته باشد، بالا آمدن یا پایین رفتن سطح مایع در آن، مویینگی است. زاویه ی تماس زاویه ای است که خط مماس بر سطح مایع در نقطه تماس، با سطح جامد می سازد. نیروی کشش سطحی در راستای خط مماس به طرف سطح جامد است. اگر برای مایعی مانند آب باشد، آن را خیس شدنی می نامند. برای مایع هایی مانند جیوه است، آن را خیس نشدنی می نامند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *