مكانيك مايعات، هيدروليك و تحت فشارهوا:

معرفي / انگيزه

مكانيك مايع مطالعه گازها و مايعات و عملكرد فيزيكي آنها و نقش آنها درسيستم مهندسي است. مايعات هرماه اززندگي مارافراميگيرند.

هوايي كه ما تنفس ميكنيم مهمترين سيال است. مطالعه مايعات سعي و تلاش مضاعف است و هدف از اين سعي و كوشش تفاوت بين همه انواع سيالات است كه كمك كننده ميباشد. دركل دو نوع سيال وجود دارد. اولين نوع مربوط به هيدروليك است. هيدروليك سيالات بعنوان مايعات شناخته شده است واين بدان معناست كه زماني كه سيال هيدروليكي نسبت به فشارموردهدف است هيچ تغييري رخ نميدهد. برعكس هيدروليك فشارهوا است. سيالات تحت فشارهوا گازهايي هستندكه تراكم هستند.

بعنوان مثال تغيير درفشارناشي از تغيير نسبي است. دراين مابين سيالات تحت فشارهوا و هيدروليك تمركز ميشويم. از نظر هيدروليك روي انرژي سيال متمركز هستند.hydrostatigs مارا در مفهوم نيروي شناوري هدايت ميكنندو اينكه چراو چطور درمايعات شناورند. براي آنها يي كه تحت فشار هوا هستند روي وسايل فيزيكي متمركز است و ما از كنترل انرژي صحبت ميكنيم.

اينچنين ابزاري شامل پمپ ها و دريچه ها هستند.

1- پيش زمينه:

مكانيك سيال شايد قديمي ترين مفهوم فيزيك و مهندسي باشد. تمدن هاي قديم با كارهاي مشكلي چون مهاركردن و كنترل آب براي كشاورزي مواجه شدند. رشد كشاورزي مربوط به راههاي زيرزميني، سد، بند، پمپ ها و سيستم هاي پاشيدني است درحاليكه آب معرفي انسان مربوط به مزيت هايي درچشمه ها، منابع و سيستم هاي ذخيره آب است و آب مسافرين مربوط به كشتي ها و سفرهاي دريايي آبروديناميك و روش هايي براي تهيه آب است. عملكرد كلي سيالات براي بهبود و ترفيع كيفيت زندگي حتي براي زنده ماندن بشر هم مهم است. ريشه و منشأ مكانيم سيالات در مهندسي و علوم گسترده است، مهندسي عمران به عنوان مثال از همان ابتدا نياز به سيستم سال و ساختارهاي آن داشت. تقريباً همه اصول و طرحهاي مهنسي ديگر هم شامل مطالعه مكانيك سيالات هستند. مهندسي مكانيك براي سوختن و احتراق و روغن كاري و سيستم هاي انرژي به سيالات نياز دارد. مهندسي هوانوردي هم به بررسي جريان گاز براي توليد انرژي مي پردازد و روي ساختارهاي پرواز متمركز است، حتي مهندسي الكتريكي هم از سيالات براي خنك كردن وسايل الكترونيك با جريان هوا استفاده مي كند.

2- OTEACH:

شامل توسعه چيزي از سيستم هاي سيال است. در سطح C دانش جويان انتقال نيرو را با آب از طريق لوله و چرخ آبي نشان مي دهند گروههاي دانشجويي همچنين انتقال نيرو را با هوا يا استفاده و تجزيه و تحليل كردن سرنگ نشان مي دهند آنها همچنين دريچه ها به عنوان مكانيسم هايي براي كنترل جريان آب و هوا در سيستم مورد بحث قرار مي دهند و اين بطور خلاصه بيان شده است و شامل ايجاد يك وسيله اي است كه جابجا مي شود و ناشي از نيروي تحت فشار هوا است. شكل 1-4 ساختار و ساختمان درجه 2 را نشان مي دهد بايد توجه كرد كه سيستم هاي سيال در نزديك سطح ماده C هستند و طرح black-box (جعبه سياه)، ساختار و سيستم و مكانيسم قبل از سيال است. اين مفاهيم در ايجاد مسائل و بوجود آوردن سيستم هايي كه تركيبي از سيال و ديگر مؤلغه هاي مكانيكي هستند استفاده مي شوند.

اصطلاح شناسي:

Hydraulic: مطالعه جريان سيالات (مايعات) است كه هيچ تغييري در چگالي ديده نمي شود.

تحت فشار هوا: به عنوان ديناميك گاز شناخته شده است مطالعه سيالاتي است كه تحت تغييرات مهم چگالي و غلظت هستند.

غلظت و چگالي: كيفيت توره در هر حجم است.

مايع: يك سيالي كه ساختار مولكولي آن فضاي بين ملكول بطور اساسي سازگار و هماهنگ است. اين نشان دهندة ان است كه توده داده شده از مايع حجم معيني از فضا را اشغال مي كند يك مايع شكل يك ظرف است.

گاز: سيالي كه بين مولكول ها است و هماهگ نيست. اما بيشتر از مايع است يك گاز بطور كامل به يك ظرف بسته را پر مي كند.

وزن معين: نماد: به عنوان نيروي جاذبه در هر واحد حجم سيال تعريف شده است (وزن هر واحد حجم). مثال: آب داراي وزن خالص 9.79 است گرچه هوا داراي وزن خالص در حدود 11.9 در دماي يكسان و فشار جو و اتمسفر است.

اين نتيجه چون ما انتظار داريم كه وزن آب بيشتر از وزن هوا در حجم يكسان باشد لذا هماهنگ است.

چگالي: نماد p است كه به عنوان توده در هر واحد حجم تعريف شده است.

چسبندگي: سايش و اصطحكاك سيال است و كميت سيال است. چسبندگي سيال آن را با توانايي جريان يافتن فراهم مي كند. چسبندگي زياد داراي سيال بيشتري است. ملاس (شيره چغندر قند) خيلي چسبنده است در حالي كه روغن داراي چسبندگي كمتري است.

فشار: فشار سيال كميت نيروي آن بخش از سيال است. فشار در سيال بطور مساوي در همه بخشها وجود دارد فشار در يك نقطه در يك سيال تغيير مي كند و در سرتاسر سيستم انتقال مي يابد.

Bydiostatic: نيروهاي سيال و واكنش ها براي سيال است.

4- اصول رياضي.

1-4 جبر

مثال: تعادل فشار هدروليكي:

اگر F₂,A₂,A₁ داده شوند آنگاه داريم: F_{1 =} A₁

فشار به عنوان نيرويي تعريف مي شود كه توسط آن بخش مستقيم مي شود در اين مورد ما براي يكي از نيروهاي داده شده حل مي كنيم.

2-4 آمار:

مثال: ميانگين پاسخهاي اندازه گيري از چندين آزمايش براي خطاي تضاد محاسبه مي شود.

3-4 روشهاي نموداري (گرافيكي):

شكل 2-4: ارتباط خطي نيرو در برابر حجم در يك مايع

5: اصول علمي:

اصول علمي در اين بخش نشان داده شده اند كه شامل هيدروليك، تحت فشار سيستم هاي bydiostatic، انرژي سيال، پمپ، دريچه هستند.

1-5: سيستم هاي هيدروليكي:

در تعداد زيادي از سيستم هاي سيال كه چسبندگي سيال مهم نيست در عوض ويژگي هاي بارز سيال مثل چگالي، فشار، ارتفاع سيال در بالاي نقطه مرجع هستند. سيستم هايي با اين مشخصات گفته شده است كه bydiostatic هستند. اين بدان معناست كه عملكرد مهم سيال زماني است كه سيال درباقي مانده آن است.

تعداد زيادي از سيستم هاي سيال با استفاده از مفهوم bydiostatic مورد بررسي قرار گفتند. نمونه هاي زيادي شامل سيستم هاي هيدروليكي در جكهاي ماشين و اتومبيل ها است و همه پمپهاي مايع شكل مي گيرند. براي بررسي اين سيتم ما نياز داريم كه مفاهيم اصلي زير را متوجه شويم. فشار، معادلة bydiostatic چگالي مايع و بايد در اينجا تأكيد كرد كه ما بايد مايعات دا در اين بخش مورد مطالعه قرار دهيم مايعات از گاز متفاوت هستند. اين بدان معناست كه آنها نمي توانند متراكم شوند و آنها فضا اشغال مي كنند.