جریان ، جریان ، جریان یا جریان سیالات، میدانی است که با سیالات متحرک سروکار دارد، یکی از شاخه های مکانیک سیالات (همچنین به سیالات ساکن مراجعه کنید ).
مطالعه سیالات متحرک ماهیت جریان مایعات و گازها را توصیف می‌کند، سرعت جریان و سایر ثابت‌ها و متغیرها را محاسبه می‌کند و به نوبه خود زمینه‌های تخصصی را متوالی شامل می‌شود: مانند گازهای متحرک
و جریان تحت فشار و آیرودینامیک . و سیالات متحرک و جریان بدون فشار و هیدرودینامیک .
از این مطالعه برای بهبود مدیریت انرژی بهره مند شوید. برجسته ترین فردی که در مورد این علم نوشته است، دانیل برنولی و قانون معروف او است که به وسیله آن انرژی ها را در بسیاری از کاربردهای عملی جمع آوری کرد. و قانون این است:
- 1 2 r v 2 + r g z + پ = ثابت
فشار + نیم چگالی x سرعت مجذور + چگالی x شتاب ناشی از گرانش x ارتفاع = ثابت.
و همچنین معادله تداوم .
سینماتیک سیالات
اصول حرکت سیال قوانین بقا ، به طور خاص، قانون بقای ماده ، بقای تکانه خطی (همچنین به عنوان نیوتن قانون دوم حرکت شناخته می شود)، و بقای انرژی (همچنین به عنوان قانون اول ترمودینامیک نیز شناخته می شود) هستند. ). حرکت مایعات مبتنی بر مکانیک کلاسیک را در نظر نمی‌گیرد است و تغییرات مکانیک کوانتومی را که مربوط به حالت کوچک ماده در چارچوب اتم‌ها و ذرات بنیادی است و تأثیر نظریه نسبیت خاص . سرعت های بسیار زیاد نزدیک به سرعت نور را در نظر بگیرید . است نظریه رینولدز نیز یکی از پایه های دینامیک سیالات .
علاوه بر موارد فوق، سیالیت سیال و خواصی مانند ویسکوزیته در نظر گرفته شده است . مایعات از ذراتی تشکیل شده اند که در حرکت حرارتی دائمی هستند و با یکدیگر برخورد می کنند. فرض تداوم سیال این است که سیالات پیوسته هستند و از هم جدا نیستند. بنابراین، ما به خواصی مانند چگالی ، فشار و دما اهمیت می دهیم که خواصی هستند که وضعیت مایع را تعیین می کنند و همچنین توزیع سرعت بین مولکول ها را تعیین می کنند. سرعت‌ها بسیار کمتر از سرعت نور هستند، بنابراین طبق قوانین نیوتن رفتار می‌شوند و ما نیز از یونیزاسیون آن غفلت می‌کنیم .
معادلات کمیت سیال معادلاتی هستند بر اساس قوانین نیوتن ، از جمله قانون استوکس ، که مجموعه ای غیرخطی از معادلات دیفرانسیل است که جریان سیال را توصیف می کند. فشار بر روی گرادیان های سرعت و فشار خطی در نظر گرفته می شود. راحت تر حل می شود
علاوه بر در نظر گرفتن خواصی مانند جرم ، تکانه و اعمال قوانین بقا ، به ما کمک می کند تا معادلات ترمودینامیکی یک سیستم مایع را استخراج کنیم و فشار را به عنوان یکی از متغیرها در کنار دما و سایر متغیرها را برای تعیین خواص و رفتار مایع در نظر بگیریم. مایع یک مثال از این معادله گاز ایده آل است:
- پ V = n آر تی
جایی که:
- p: فشار گاز
- V: حجم گاز
- n: تعداد مول های گاز
- R: ثابت عمومی گاز
- T: دمای مطلق
رتبه بندی جریان
جریان سیال در زندگی عملی اشکال زیادی دارد که برای سهولت در مطالعه و سهولت رسیدگی به مشکلات مربوط به آنها، بر اساس ویژگی های مشترک بین آنها به گروه هایی تقسیم می شوند که در زیر به چند طبقه بندی اشاره می شود.
چسبناک و غیر چسبناک
هنگامی که دو لایه سیال نسبت به یکدیگر حرکت می کنند، نیروی اصطکاک بین آنها ایجاد می شود و لایه کندتر سرعت لایه سریعتر را کاهش می دهد. مقاومت داخلی یک سیال با خاصیتی به نام ویسکوزیته بیان می شود که از نیروهای پیوستگی بین مولکول ها در مایعات و از برخورد مولکول ها با یکدیگر در گازها ناشی می شود .
سیال چسبناکی وجود ندارد یعنی ویسکوزیته آن برابر با صفر است و بر این اساس همه سیالات تا حدودی اثرات مربوط به ویسکوزیته را دارند.
جریان‌هایی که در آنها نیروهای اصطکاک بین لایه‌های سیال زیاد است، جریان‌های چسبناک نامیده می‌شوند و در برخی جریان‌ها مناطقی (معمولاً نزدیک به سطوح جامد نیستند) وجود دارد که در آنها نیروهای اصطکاک – نیروهای چسبناک – نسبت به سایرین ضعیف هستند. نیروهایی مانند فشار و اینرسی بر سیال تأثیر می‌گذارند و به همین دلیل از آنها برای ساده‌سازی محاسبات غفلت می‌شود – بدون وقوع افت قابل توجهی از وفاداری – به این مناطق، مناطق جریان Inviscid می‌گویند.
داخلی و خارجی
جریان سیال با توجه به اینکه سیال بر روی سطحی جریان می یابد که توسط چیزی مانند صفحه، سیم، جریان هوا روی یک توپ یا لوله احاطه نشده باشد، به صورت داخلی یا خارجی طبقه بندی می شود، در این حالت جریان به عنوان جریان خارجی طبقه بندی می شود. اما اگر جریان در داخل یک فضای بسته احاطه شده توسط سطوح جامد مانند یک لوله یا یک کانال جریان آب در داخل لوله ها و کانال ها باشد، در این حالت به عنوان جریان داخلی طبقه بندی می شود.
در جریان داخلی، اثر ویسکوزیته بر کل میدان جریان غالب است، اما در جریان خارجی، اثر ویسکوزیته ظاهر نمی شود مگر در لایه مرزی نزدیک به سطوح جامد و مناطق ضعیف در جریان که زمانی ظاهر می شوند. مایع در انتهای خود از اجسام جدا می شود.
استرس ها و غیر استرس ها
به دو دسته تراکم پذیر (فشار) یا تراکم ناپذیر (غیر فشار) طبقه بندی می شود جریان با توجه به میزان تغییر چگالی سیال در طول جریان .
اگر چگالی در طول جریان ثابت بماند، جریان را جریان تراکم ناپذیر می نامند و اندازه ذرات آن در طول جریان تغییر نمی کند. به عنوان مثال، مایعات از نظر چگالی تقریبا ثابت در نظر گرفته می شوند، فشار 210 اتمسفر تغییر می دهد ، چگالی آب مایع را در فشار اتمسفر تنها 1٪ .
در مقابل، گازها به عنوان سیالات تراکم پذیر در نظر گرفته می شوند ، به عنوان مثال، تغییر فشار 0.01 فشار اتمسفر باعث تغییر 1٪ در چگالی هوای اتمسفر می شود.
جریان گازها را می توان تراکم ناپذیر فرض کرد اگر بزرگی تغییر چگالی کمتر از 5٪ باشد که عدد ماخ کمتر از 0.3 باشد.
آرام و متلاطم
برخی از جریان ها به صورت لایه ای یا صفحه سازمان یافته صاف و منظم هستند و به آن جریان آرام می گویند . به عنوان مثال، جریان آهسته سیالات چسبناک مانند روغن، آرام است.
در مورد دیگر جریان ها آشفته و متلاطم هستند و در سیالات سریع رخ می دهند و به آن جریان آشفته می گویند . به عنوان مثال، سیالات با ویسکوزیته کم، مانند هوا با سرعت بسیار بالا، دارای جریان متلاطم هستند.
بین جریان آرام و متلاطم مرحله ای به نام جریان انتقالی وجود دارد . نوع جریان بر اساس نسبت نیروهای اینرسی به نیروهای ویسکوز، با توجه به مقدار عدد رینولدز، آرام، آشفته یا انتقالی است .
دائمی و گذرا
جریان پایداری که با گذشت زمان تغییر نمی کند جریان دائمی نامیده می شود و حالتی است که تمام خواص سیال ثابت می ماند و ورودی ها و خروجی ها بر اساس اصول تعادل جرم و تعادل انرژی بدون انباشتگی متعادل می شوند . شرح جریان دائمی نسبتاً ساده است. در مورد جریان متغیر زمان به آن جریان گذرا می گویند و علاوه بر ابعاد ماده، زمان نیز در معادلات متغیر است که آنها را بسیار پیچیده می کند.
طبقه بندی جریان به عنوان پایدار یا متغیر به مرجع ناظر بستگی دارد. به عنوان مثال، جریان آرام روی سطح یک کره از منظر فردی که در کره ایستاده است، پایدار در نظر گرفته می شود. در مورد کسانی که دور می ایستند تا جریان اطراف را از دور ببینند، ممکن است این جریان را در حال تغییر ببینند.
جریان آشفته بنا به تعریف ناگزیر متغیر است، یعنی گذرا. اما ممکن است از نظر آماری، یعنی از مرجع ناظر از دور، از نظر خصوصیات و شرایط آن، اگر به صورت آماری محاسبه شود، «منقطع» تلقی شود.