ميكانيكا الموائع Fluid Mechanics
ميكانيكا الموائع هو تخصص فرعي من ميكانيكا المواد المتصلة (Continuum Mechanics) وهو معني أساسا بالموائع، التي هي أساسا السوائل والغازات، ويدرس هذا التخصص السلوك الفيزيائي الظاهر الكلي لهذه المواد، ويمكن تقسيمه من ناحية إلى إستاتيكا الموائع- أو دراستها في حالة عدم الحركة، أو ديناميكا الموائع أو دراستها في حالة الحركة، ويندرج تحتها تخصصات أخرى معينة، فهناك الديناميكيات الهوائية (أيروديناميك) والديناميكيات المائية (هيدروديناميك). يسعى هذا التخصص إلى تحديد الكميات الفيزيائية الخاصة بالموائع، وذلك مثل السرعة ، الضغط ، الكثافة ، و درجة الحرارة، واللزوجة ومعدل التدفق، وقد ظهرت تطبيقات حسابية حديثة لإيجاد حلول للمسائل المتصلة بميكانيكا الموائع، ويسمى التخصص المعني بذلك ديناميكيات الموائع الحسابية (Computational Fluid Dynamics) (CFD).
المحتوى
تصنيف الموائع
-موائع نيوتنيه
- موائع لا نيوتنيه
- موائع فائقه
- موائع مثاليه
اللزوجة
- اللزوجة الحركية للسائل
- القياس
- لزوجة الغازات
أساسيات الانتقال الحرارى وسريان الموائع
- المعادلات الأساسية
تطبيقات ميكانيكا الموائع
تصنيف الموائع
تصنف الموائع عادة إلى:
موائع قابلة للانضغاط : و هى الموائع التى تتغير كثافتها بتغير الضغط الواقع عليها مثل الغازات.
موائع غير قابلة للانضغاط: و هى الموائع التى لا تتغير كثافتها بتغير الوضع الواقع عليها مثل السوائل.
موائع نيوتنية: المائع النيوتني هو مائع تكون فيه علاقة الإجهاد-الانفعال علاقة خطية أي على شكل مستقيم يمر من مبدأ الإحداثيات، ويعرف اسم ثابت التناسب باللزوجة. سمي هذا المائع على اسم العالم اسحق نيوتن.
موائع غير نيوتنية: مائع لا نيوتوني هو مائع لا يمكن وصف جريانه باستخدام ثابت اللزوجة. تعتبر أغلب المحاليل البولميرات والبوليمرات الذائبة من الموائع اللانيوتونية والكثير من السوائل الشائعة مثل الكتشب، ذائب النشا، الدم والشامبو.
مائع فائق super fluid : المائع الفائق أو السائل الفائق هو عبارة عن طور من أطوار المادة يتميز بغياب تام للزوجة فيه ، و بالتالي وضعه في حلقة مغلقة يمكن ان يؤدي إلى سيلان غير منتهي نتيجة غياب الإحتكاك .
مائع مثالي perfect fluid : هو مائع افتراضي يتميز بـأنه: 1- غير قابل للانضغاط 2- غير دوامي 4- جريانه منتظم .
اللزوجة Viscosity
اللزوجة هي مقياس يوصف به قابلية سائل ما للجريان، و مقدار مقاومته لضعط يجبره على التحرك و السيلان. كلما زادت لزوجة سائل ما، قلّت قابليته للجريان. و كلما قلت اللزوجة، زاد مقدار ميوعة هذا السائل.
تكون جزئيات سائل عالي اللزوجة مرتبطة ببعضها بشكل قوي، و بذلك تكون أقل قدرة على التحرك. هنا يظهر وصف "الإحتكاك الداخلي" للسائل.
و هى خاصيه مهمه من خصائص الموائع و بها يقاوم المائع التغير في الشكل الناتج من تأثير قوى القص المؤثره عليه اعتبر الان وجود طبقه من المائع بين لوحين مستويين متوازيين كما بالشكل بحيث يثبت اللوح السفلى و يتحرك العلوى بسرعه V تحت تأثير قوه مقدارها F و يمكن تشبيه هذا الإحتكاك الداخلي للجزيئات بطبقات مسننة و ممددة على بعضها البعض. و عند الجريان، تنزلق الجزيئات المكونة لهذه الطبقات على بعضها، و تحاول أن تتغلّب على هذه المسننات بواسطة قوة. مقدار لزوجة السائل يتحدد بواسطة هذه القوة بالإضافة إلى خواص السائل.
اللزوجة الحركية للسائل
اللزوجة الحركية لسائل ما، فهي تبين مقدار مقاومة السائل للجريان عند تعرضه للحركة و علاقة هذه المقاومة بالحرارة المعرض لها هذا السائل. فكلما زادت الحرارة، تقل اللزوجة الحركية ويصبح السائل أكثر ميوعة. و من جهة أخرى، كلما زادت سرعة التدفق إرتفعت اللزوجة، أي أن مقاومة السائل للسير بالحركة تزداد مع إزدياد سرعة الضغط.
إيضاح للزوجة السوائل
ا لقياس
قياس اللزوجة إذن يتم عبر القيام بتجربة يتم فيها ضغط سائل معين تحت تأثير قوة خارجية عبر أنبوب ذو قطر محدد، و يقاس عندها كمية السائل الذي يخرج في وقت معين. لتكون وحدة قياس اللزوجة بال النيوتن ثانية بالمتر المربع. أو بالباسكال ثانية حيث النيوتن بالمتر المربع يساوي 1 باسكال.
قيم اللزوجة لبعض السوائل:
مادة السائل
قيمة اللزوجة بالـمللي باسكال ماء
1
ماء (25°)
0.891
زيت إحتراق
0.65
إسفلت
10 5
دم (37°)
4 حتى 25
زيت زيتون
10 2
عسل
10 4
زجاج
10 2 حتى 10 4
هذه القيم تقريبية. قيمة حرارة التجربة 20°
أساسيات الانتقال الحرارى وسريان الموائع
المعادلات الأساسية
نظام المعادلات الآتية للانتقال الحراري وسريان الموائع تتكون أساسا من معادلة الاتصال (معادلة حفظ الكتلة) ومعادلة حفظ كمية الحركة ومعادلة حفظ كمية الطاقة. سوف لا نعتبر الظواهر المعقدة التى ليست وثيقة الصلة بمناقشتنا، وسوف نتقيد بالظواهر الفيزيائية تحت الشروط الأتية:الموائع تكون غير قابلة للانضغاط وتكون نيوتونية (Newtonian). وسوف لا نأخذ في الاعتبار عدم تغير الكثافة إلا في حالة توليد قوى الطفو. وتكون خصائص الاستقرار وعدم الاستقرار مرتبطة معا.
الخصائص الفيزيائية للموائع تكون ثابتة.
في الصيغ المختلفة للطاقة سوف نعتبر فقط الطاقة الحرارية. وسوف نهمل الإخماد الذي هو تحويلة عكسية من طاقة حركيةإلى طاقة حرارية إلا في حالة سريان أو جريان مضطربة.
تحت هذه الشروط نريد أن نصل إلى فيزياء إضافية مثل التنامي في الموجات السمعية. تحت هذه الشروط يمكن الحصول على المعادلات التالية:
1. معادلة حفظ المادة (أو الاتصال):
2.معادلة حفظ كمية الحركة:
3.معادلة حفظ الطاقة:
حيث أن 
هى متجه السرعة و p هو الضغط، و ρ هي الكثافة و هي الطاقة و هي متجه الجاذبية الأرضية ترمز للزوجة المائع (كجم/م.ث) و هى الحرارة النوعية تحت ضغط ثابت (جول/كجم.كلفن) و هى النفاذية الحرارية (شغل/م.كلفن). ومعدل توليد الحرارة الحجمى لوحدة الحجوم يمثل بـ . اما معادلات بقاء كمية كمية الحركة تعرف بمعادلات نافير- ستوكس. يمكن للقارىء الرجوع إلى أى كتاب في أساسيات ميكانيكا الموائع لاشتقاق هذه المعادلات.
وتحلل السريانات ثنائية البعد وان هناك موضعيين ممكنين:
(1) مركبة السرعة في اتجاه تهمل لصغرها اذا ما قورنت بمركبات السرعة هى الاتجاهين الاخريين . وبالتالى لا تعتبر دالة في .
(2)التغيرات في بالنسبة لاتجاه مثلا يفترض انها معلومة. وبمعنى اخر يمكن اعتبار عمليات الانتقال دوال في فقط.
أتمنى ان يكون الموضوع قد حاز على إعجابكم
منقول
03-02-2012, 02:23 PM
ميكانيكا الموائع Fluid Mechanics
