Βασικές αρχές μηχανικής ρευστών | Όλες οι σημαντικές έννοιες

Τι είναι η μηχανική ρευστών;

Η μηχανική ρευστών μπορεί να επεξεργαστεί ως η μελέτη υγρών και υγρών συστημάτων για τη φυσική τους συμπεριφορά, που διέπουν τους νόμους, ενέργειες διαφορετικών ενεργειών και διαφορετικό μοτίβο ροής.

Το υγρό υποδιαιρείται σε δύο τύπους:

  1. Υγρό
  2. Gas

Η ρευστή μηχανική είναι το αντικείμενο της μηχανικής που θα είναι χρήσιμο σε πολλούς μηχανικούς κλάδο. Το θέμα της μηχανικής ρευστών είναι σημαντικό στη μηχανολογία, την πολιτική μηχανική, τη χημική μηχανική και την περιβαλλοντική μηχανική κ.λπ.

Ακόμη και η μελέτη της γεωλογίας, της γεωφυσικής, της επιστήμης των ωκεανών και των νανο απαιτεί επίσης κάποια γνώση της μηχανικής ρευστών και της δυναμικής των ρευστών.

Είναι ενδιαφέρον για σας ότι ορισμένοι βασικοί νόμοι της μηχανικής ρευστών εμπλέκονται στην πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια εκπαίδευση, οπότε μπορεί να αναμένεται ότι είναι οικείο θέμα για εσάς.

Ποιοι είναι οι κλάδοι της μηχανικής ρευστών;

Υπάρχουν τρεις κλάδοι μηχανικής ρευστών με βάση τις δυνάμεις και την ενέργεια.

Υδροστατικός:

Τα υδροστατικά μπορούν να οριστούν ως μηχανικοί ρευστών που μελετούν όταν το ρευστό ή το ρευστό στοιχείο βρίσκεται σε ηρεμία. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει ροή υγρού. Δεν υπάρχουν πιέσεις διάτμησης.

Μπορούμε να πάρουμε ένα παράδειγμα υγρού σε κατάσταση ηρεμίας, όπως φράγμα, λίμνη κ.λπ.

Μηχανική ρευστού: Φράγμα υδρο στατικής δομής
Φράγμα υδροστατικής κατασκευής

Το φράγμα είναι πολύ γνωστό παράδειγμα υδροστατικού κλάδου. Στις διακοπές μπορεί να έχετε επισκεφθεί κάποιο διάσημο φράγμα κοντά σας.

Κινηματική:

Η κινηματική είναι η μελέτη της μηχανικής ρευστών σχετικά με κινήσεις ρευστών όπως μετάφραση, περιστροφική ή παραμόρφωση. Θυμηθείτε-> Δεν υπάρχει εκτίμηση των δυνάμεων και της ενέργειας που δρουν στο ρευστό (Ρευστό σε κίνηση) σε αυτή τη μελέτη.

Εδώ, το ρευστό ρέει έτσι μπορούμε να πάρουμε το παράδειγμα του ρέοντος ρευστού στο ποτάμι, το κανάλι κ.λπ.

Δυναμική:

Η δυναμική του ρευστού είναι μια πλήρης μελέτη του ρέοντος υγρού. Μελετά την ταχύτητα, την επιτάχυνση, τις δυνάμεις και τις ενέργειες στο υγρό που κινείται.

Εδώ, η μελέτη του ρέοντος υγρού (Fluid in motion) διεξάγεται λαμβάνοντας υπόψη τις δυνάμεις και την ενέργεια που ενεργεί σε αυτό. Το παράδειγμα της δυναμικής ρευστού είναι η ροή καυσίμου στο εσωτερικό του μπεκ ψεκασμού καυσίμου ντίζελ, η ροή υγρού στο εσωτερικό της αντλίας, η ροή υγρού στο εσωτερικό του στροβίλου κ.λπ.

Ροή υγρού | Τι είναι η ροή υγρών;

Όταν το αέριο ή το υγρό κινείται ή κινεί ρευστό από ένα σημείο (προορισμό) σε άλλο σημείο, μπορούμε να το ονομάσουμε ροή ρευστού.

Ας καταλάβουμε με μια άλλη λέξη, η τάση της συνεχούς παραμόρφωσης του ρευστού είναι γνωστή ως ρευστότητα. Η δράση αυτής της συνεχούς παραμόρφωσης είναι γνωστή ως ροή υγρού.

Ροή ανέμου πάνω από το όχημα

Για παράδειγμα ροή ανέμου, ροή στο ποτάμι, κύματα στη θάλασσα, ροή υγρού σε αγωγούς κ.λπ.

Ταξινόμηση υγρού

Συνήθως, υπάρχουν δύο τύποι υγρών όπως δίνεται παρακάτω,

  1. Ιδανικό υγρό
  2. Πραγματικό υγρό

Ποιο είναι το ιδανικό υγρό;

Πρώτον, λάβετε υπόψη ότι «δεν υπάρχει ύπαρξη ιδανικού υγρού στη φύση και είναι φανταστικό υγρό». Στην πράξη, θεωρούμε το νερό και τον αέρα ως ιδανικό υγρό για πολλές μελέτες λόγω του χαμηλότερου ιξώδους του.

Το νερό είναι ασυμπίεστο, έτσι είναι πιο κοντά σε ένα ιδανικό υγρό σε σύγκριση με τον αέρα.

Το ιδανικό υγρό έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά,

  • Ασυμπίεστος
  • Μη ιξώδες (Inviscid)
  • Χωρίς τριβή (χωρίς τριβή)
  • Χωρίς επιφανειακή τάση

Το ιδανικό υγρό δεν έχει ιξώδες. Αυτό σημαίνει ότι η τριβή δεν υπάρχει στο υγρό. Το ιδανικό υγρό είναι η φαντασία μας για τυπικό υγρό με ανώτερα χαρακτηριστικά. Στη φύση, υπάρχει πάντα αντίσταση στην τριβή κάθε φορά που υπάρχει κίνηση.

Τι είναι το πραγματικό υγρό;

Το όλο υγρό στη φύση μπορεί να θεωρηθεί πραγματικό. Ας δούμε γιατί;

Διαθέτει τα περισσότερα από τα πρακτικά χαρακτηριστικά,

  • Ιξώδης
  • Συμπιεστός
  • Τριβή
  • Επιφανειακή τάση

Αρχές δυναμικής ρευστού

Μερικές από τις βασικές αρχές του δυναμική ρευστού παρατίθενται παρακάτω για τις πληροφορίες σας. Η μελέτη κάθε αρχής λεπτομερώς με τα επόμενα άρθρα μας θα σας οδηγήσει σε βάθος της δυναμικής ρευστού.

  • Διατήρηση μάζας, ορμής και ενέργειας
  • Ο νόμος του ιξώδους του Νεύτωνα
  • Αρχές συνέχειας
  • Ορμή εξίσωση και ενέργεια
  • Η εξίσωση του Euler
  • Το θεώρημα του Μπερνούλι
  • Αρχή του Αρχιμήδη
  • Ο νόμος του Πασκάλ
  • Νόμοι ομοιότητας και μοντέλου
  • Η μέθοδος του Rayleigh και το π-θεώρημα του Μπάκιγχαμ
  • Εξίσωση μετοχών Navier
  • Εξίσωση Reynold και Darcy

Αυτές οι αρχές είναι χρήσιμες, καθώς πολλές από τις προσεγγίσεις και τις τεχνικές ανάλυσης που χρησιμοποιούνται σε προβλήματα μηχανικής ρευστών. Θα γίνει κατανοητό όταν συναντήσετε πραγματικά προβλήματα σχετικά με τη μηχανική ρευστών.

Μηχανικές εφαρμογές ρευστού

Το θέμα της μηχανικής ρευστών περικλείει πολλές εφαρμογές σε οικιακές και βιομηχανικές. Μερικές από τις εφαρμογές παρατίθενται παρακάτω,

  • Το δίκτυο και οι αγωγοί διανομής νερού οικιακής και βιομηχανικής.
  • Τα υδραυλικά μηχανήματα και οι υδραυλικές κατασκευές έχουν σχεδιαστεί με βάση τη μηχανική ρευστών. Μηχανήματα υδραυλικής: Στρόβιλοι, αντλίες, βαλβίδες, σύνδεσμοι υγρών, ενεργοποιητές κ.λπ.
Διατομή της φυγοκεντρικής αντλίας [Image Credit]

Υδραυλικές κατασκευές: Διώρυγα, φράγματα, φράγματα, εναέρια δεξαμενές κ.λπ.

  • Το θεμελιώδες της δυναμικής ρευστού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό υπερηχητικών αεροσκαφών, πυραύλων, αεριοστροβίλων, πυραυλοκινητήρων, τορπιλών, υποβρυχίων κλπ
  • Οι μονάδες παραγωγής ενέργειας όπως η υδροηλεκτρική ενέργεια, η θερμική (ατμός) ισχύς, η ισχύς του αεριοστροβίλου χρησιμοποιεί μηχανική ρευστού.
Στρόβιλος [Credit Credit. Ισχύς μαγ]
  • Οι μηχανικοί ρευστών έχουν τεράστιες εφαρμογές σε συσκευές μέτρησης πίεσης, ταχύτητας και μέτρησης ροής.

Μέτρηση πίεσης: Μετρητής πίεσης σωλήνα Bourdon, μετρητής κενού, μανόμετρο κ.λπ.

Όργανα μέτρησης ταχύτητας και ροής: Pitot tube, current meter, venturi meter, στόμιο, rotameter κ.λπ.

Εξαερισμός [Image Credit]
  • Μερικά από τα επιστημονικά θέματα όπως η ωκεανογραφία, η μετεωρολογία, η γεωλογία κ.λπ. απαιτούν επίσης δυναμική ρευστού.
  • Τα πνευματικά και υδραυλικά διάφορα συστήματα ελέγχου υγρών
  • Ακόμα κι αν θεωρούμε ότι το αίμα που ρέει μέσα στην ανθρώπινη φλέβα διαθέτει υγρή δυναμική

Στη φύση, υπάρχουν τόσες πολλές διαδικασίες που διέπονται από τους μηχανισμούς ρευστών και τους νόμους της δυναμικής ρευστού. Παράδειγμα: Άνοδος των υπόγειων υδάτων στην κορυφή του δέντρου, κύκλος όμβριων υδάτων, ροή και κύματα ανέμου, κύματα ωκεανών, μοτίβα καιρού κ.λπ.

Ας καταλάβουμε μερικές πρακτικές εφαρμογές της δυναμικής ρευστού, οι οποίες θα γίνουν πολύ εξοικειωμένοι με εσάς.

Μπορεί να έχετε το ποδήλατο ή το αυτοκίνητό σας. Γνωρίζετε ότι ο αέρας διεισδύει στα ελαστικά του οχήματος με πίεση, οπότε διαθέτει νόμους πίεσης.

Δεύτερον, ο αμορτισέρ είναι γεμάτος με λάδι που απορροφά τρακ ή σοκ. Το λάδι θα συμπιεστεί και θα παρέχει απορρόφηση στο όχημα σας. Υπάρχουν πολλές καθημερινές εφαρμογές στη ζωή σας που διέπονται πλήρως ή εν μέρει από τη μηχανική ρευστών ή τη δυναμική.

Μονάδες και Διαστάσεις

Δεδομένου ότι το θέμα μας είναι η μηχανική ρευστών, θα μελετήσουμε μια ποικιλία χαρακτηριστικών ρευστών. Είναι απαίτηση να ακολουθείτε ένα σύστημα για την ένδειξη αυτών των χαρακτηριστικών, τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά.

Η ποιοτική πτυχή περιγράφει για να βρει τη φύση, ή τον τύπο, των χαρακτηριστικών όπως το μήκος, ο χρόνος, το άγχος, η θερμοκρασία, η ταχύτητα και η πίεση στην επόμενη πλευρά, η ποσοτική άποψη δείχνει ένα μέτρο τιμής των χαρακτηριστικών.

Μια διάσταση μπορεί να οριστεί ως περιγραφή μετρήσιμων ποσοτήτων ή χαρακτηριστικών ενός αντικειμένου όπως μάζα, μήκος, θερμοκρασία, πίεση, χρόνος κ.λπ.

Η κατανόηση της μονάδας μπορεί να θεωρηθεί ως το πρότυπο για τη μέτρηση της διάστασης ή της ποιότητας.

Για να κατανοήσουμε τη διαφορά μεταξύ μονάδων και διαστάσεων, ας πάρουμε ένα παράδειγμα της απόστασης μεταξύ Βομβάη και Γκόα.

Ο όρος μήκος χρησιμοποιείται για να περιγράψει την ποιοτική έννοια της φυσικής ποσότητας.

Ο όρος μονάδα δείχνει το μέγεθος της απόστασης μεταξύ Βομβάη και Γκόα στο παράδειγμά μας. Αυτή η απόσταση μπορεί να εκφραστεί σε μετρητή, χιλιόμετρο ή μίλια.

Υπάρχουν τέσσερις βασικές διαστάσεις που χρησιμοποιούνται στο σύστημα φυσικών διαστάσεων. Στο σύστημα SI (τυπικό διεθνές), οι διαστάσεις είναι μάζα, μήκος, χρόνος και θερμοκρασία. Ας καταλάβουμε πώς λειτουργεί;

Διεθνές σύστημα (SI). Στο 1960, το 11th Το Γενικό Συνέδριο που διοργανώθηκε για τα Βάρη και τα Μέτρα, τον διεθνή οργανισμό που είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση ακριβών, συστηματικών προτύπων μετρήσεων, δέχτηκε δεόντως το Διεθνές Σύστημα Μονάδων ως το διεθνές πρότυπο. Αυτό το σύστημα, γενικά ονομαζόμενο SI, έχει γίνει ευρέως αποδεκτό παγκοσμίως και χρησιμοποιείται ευρέως.

Μάζα (Μ)Χιλιόγραμμοkg
Μήκος (L)Μετρητήςm
Ώρα (Τ)Δεύτεροςs
Θερμοκρασία (Κ)KelvinK

Αυτές είναι οι θεμελιώδεις μονάδες του συστήματος SI. Άλλες όλες οι μονάδες οποιωνδήποτε φυσικών ιδιοτήτων μπορούν να προκύψουν με βάση αυτές τις τέσσερις μονάδες. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα για να το κατανοήσουμε καλύτερα.

Εργασία

 Έχετε ακούσει για τη δουλειά. Η μονάδα εργασίας είναι Joule. Τώρα επεκτείνουμε τη μονάδα του.

Με άλλα λόγια, είναι μια μεταφορά ενέργειας οποιουδήποτε αντικειμένου όταν μετακινήθηκε από το ένα μέρος στο άλλο. Η δύναμη μπορεί να είναι θετική ή αρνητική.

Εργασία = Δύναμη * Απόσταση

Το Newton (N) είναι μια μονάδα δύναμης και ο μετρητής μονάδας είναι μια μονάδα απόστασης. Έτσι, η μονάδα εργασίας,

Μονάδα εργασίας = Newton * meter = N * m = Joule (J)

Πυκνότητα

Ο τύπος της πυκνότητας δίνεται όπως παρακάτω.

Πυκνότητα = μάζα ανά μονάδα όγκου

Εδώ, η μονάδα μάζας είναι kg, η μονάδα όγκου είναι m3.

Η μονάδα πυκνότητας είναι kg / m3

Η πυκνότητα του νερού θεωρείται 1000 ή 997 kg / m3. Η πυκνότητα του αέρα είναι 1.225 kg / m3

Αυτό σημαίνει ότι το νερό θεωρείται τυπικό πυκνό και είναι βαρύτερο από πολύ άλλο υγρό. Ο αέρας είναι σημαντικά ελαφρύτερος και είναι πολύ συμπιέσιμο υγρό.

Δύναμη

Ο ορισμός της δύναμης δίνεται ως η ικανότητα να κάνει δουλειά σε μονάδα χρόνου. Ή μπορούμε να πούμε ότι η εργασία έγινε ανά μονάδα χρόνου.

Ισχύς = Εργασία ανά μονάδα χρόνου.

Η μονάδα εργασίας είναι Joule (J) και η μονάδα χρόνου είναι δεύτερη (s).

Η μονάδα ισχύος παράγεται ως J / s (Joule / second). Η μονάδα Joule / second είναι γενικά γνωστή ως watt (w).

Ερωτήσεις και Απαντήσεις

Ποιοι είναι οι τύποι υγρών ανάλογα με την κατάσταση;

Σύμφωνα με την πολιτεία, υπάρχουν δύο τύποι υγρών.

  1. Υγρό
  2. Gas

Δώστε το όνομα των κλάδων της μηχανικής ρευστών.

  1. Υδροστατική
  2. Κινηματική ρευστών
  3. Δυναμική ρευστού

Τι είναι το πραγματικό υγρό;

Διαθέτει τα περισσότερα από τα πρακτικά χαρακτηριστικά,

  1. Ιξώδης
  2. Συμπιεστός
  3. Τριβή
  4. Επιφανειακή τάση

Ορισμός: Διάσταση και μονάδα

Μια διάσταση μπορεί να οριστεί ως περιγραφή μετρήσιμων ποσοτήτων ή χαρακτηριστικών ενός αντικειμένου όπως μάζα, μήκος, θερμοκρασία, πίεση, χρόνος κ.λπ.

Η κατανόηση της μονάδας μπορεί να θεωρηθεί ως το πρότυπο για τη μέτρηση της διάστασης ή της ποιότητας.

Δώστε τέσσερις θεμελιώδεις διαστάσεις του SI (Standard International).

Μάζα (Μ)
Μήκος (L)
Ώρα (Τ)
Θερμοκρασία (Κ)

Τι είναι το σύστημα SI (Standard International);

Διεθνές σύστημα (SI). Το 1960 το 11th Το Γενικό Συνέδριο που διοργανώθηκε για τα Βάρη και τα Μέτρα, τον διεθνή οργανισμό που είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση ακριβών, συστηματικών προτύπων μετρήσεων, δέχτηκε δεόντως το Διεθνές Σύστημα Μονάδων ως το διεθνές πρότυπο.

Καταχωρίστε τρεις εφαρμογές μηχανικής ρευστών.

  • Σχεδιάστε υπερηχητικά αεροσκάφη
  • Το δίκτυο καναλιών διανομής νερού
  • Τα πνευματικά και υδραυλικά διάφορα συστήματα ελέγχου υγρών

Ποια είναι τα όργανα μέτρησης πίεσης;

  • Μετρητής πίεσης σωλήνα Bourdon
  • Μετρητής κενού
  • Μανόμετρο

Δώστε τρία ονόματα ρευστών μηχανικών αρχών.

  • Το θεώρημα του Μπερνούλι
  • Η μέθοδος του Rayleigh και το π-θεώρημα του Μπάκιγχαμ
  • Αρχή του Αρχιμήδη

MCQ στα άρθρα

Επιλέξτε τον κλάδο της μηχανικής ρευστών. η μελέτη περιλαμβάνει τη δύναμη και την ενέργεια ενεργεί στο κινούμενο υγρό;

(α) Υδροστατική (β) Κινηματική ρευστών         (γ) Δυναμική ρευστών            (δ) Κανένα

Σε ποιον από τους παρακάτω κλάδους μηχανικής ρευστού, δεν υπάρχει τάση διάτμησης ή κίνηση ρευστού;

(α) Υδρο στατική               (β) Κινηματική ρευστών (γ) Δυναμική υγρών (δ) Κανένα

Ένα ιδανικό υγρό είναι γνωστό ως το υγρό που είναι________

(Α) Ασυμπίεστος          (β) Συμπιέσιμο (γ) Ιξώδες (δ) Κανένα

Ένα πραγματικό υγρό είναι εκείνο που διαθέτει ________

(α) Μη συμπιέσιμο          (β) Ιξώδες             (γ) Inviscid (δ) χωρίς τριβή

Ποιο από τα παρακάτω είναι βασική αρχή της δυναμικής ρευστού;

(α) Νόμος ψύξης του Νεύτωνα         (β) Ο νόμος του ιξώδους του Νεύτωνα

(γ) Νόμος της μετάδοσης κίνησης (δ) Stefan-Boltzmann

Ποιο από τα παρακάτω είναι τα υδραυλικά μηχανήματα;

(α) Σπειροειδής γρανάζι (β) Στροφαλοφόρος άξονας  (γ) Στρόβιλος          (δ) διάτρηση

Επιλέξτε το όνομα της υδραυλικής δομής από τις ακόλουθες επιλογές.

(α) δοκός σπιτιού (β) Δομή μηχανής     (γ) Φράγμα (δ) Κανένα

Ποιο από τα παρακάτω είναι μια συσκευή μέτρησης ροής;

(α) Ροόμετρο   (β) Μετρητής σωλήνων Bourdon (γ) Μανόμετρο (δ) Κανένας

Ποια είναι η μονάδα ισχύος;

(α) J / s    (β) J (c) Nm (d) Κ

Ποια είναι η μονάδα της πυκνότητας;

(a) kg (b) m / s (γ) kg / m3 (δ) μ2

Συμπέρασμα

Αυτό το άρθρο είναι χρήσιμο για να αποκτήσετε βασικές γνώσεις σχετικά με τη μηχανική ρευστών. Το άρθρο περιλαμβάνει την κατανόηση ορισμένων βασικών όρων όπως υδροστατική, κινηματική ρευστού και δυναμική ρευστού. Ο κατάλογος των διαφόρων αρχών και εφαρμογών μηχανικής ρευστού παρέχεται για να πάρετε μια ιδέα για θέματα και μελλοντικά θέματα μάθησης. Τέλος, οι ορισμοί διάστασης και μονάδας δίνονται με λεπτομερή παραδείγματα.

Αυτό το άρθρο σάς διδάσκει να απεικονίζετε και να θυμάστε εφαρμογές της μηχανικής ρευστών στην καθημερινή σας ζωή. Πρέπει να συνεργαστείτε με εφαρμογές με τις αρχές του ρευστού μηχανικού.

Περισσότερα θέμα σχετικά με τη μηχανική ρευστών, παρακαλώ Κάνε κλικ εδώ.

Σχετικά με τον Deepakkumar Jani

Είμαι ο Deepak Kumar Jani, ακολουθώντας διδακτορικό στη Μηχανική - Ανανεώσιμη ενέργεια. Έχω πέντε χρόνια διδασκαλίας και διετή ερευνητική εμπειρία. Το αντικείμενο που ενδιαφέρομαι είναι η θερμική μηχανική, η αυτοκινητοβιομηχανία, η Μηχανολογική μέτρηση, το Σχέδιο Μηχανικής, η Μηχανική Ρευστών κ.λπ. Έχω υποβάλει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την «Υβριδοποίηση πράσινης ενέργειας για παραγωγή ενέργειας». Έχω δημοσιεύσει 17 ερευνητικά έγγραφα και δύο βιβλία.
Χαίρομαι που είμαι μέλος του Lambdageeks και θα ήθελα να παρουσιάσω κάποια από τα στοιχεία μου με απλοϊκό τρόπο στους αναγνώστες.
Εκτός από τους ακαδημαϊκούς και την έρευνα, μου αρέσει η περιπλάνηση στη φύση, η σύλληψη της φύσης και η ευαισθητοποίηση για τη φύση μεταξύ των ανθρώπων.
Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/jani-deepak-b0558748/.
Ανατρέξτε επίσης στο κανάλι You-tube σχετικά με την «Πρόσκληση από τη Φύση»

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks