دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
سیالاتی مثل آب ، گاز ها ، بخار و محلولهائی کل حل شونده های با وزن مولکولی کم دارند و مایعات رفتار نیوتنی نشان می دهند اما مواد پلیمری مانند پلیمرهای مذاب ، محلول پلیمرها ، دوغاب ها مواد خمیری و غیره رفتار غیر نیوتنی نشان می دهند. در بعضی از این سیالات ممکن است تنش برشی علاوه بر میزان کرنش به مدت زمانی که سیال تحت تاثیر برش قرار گرفته بستگی داشته باشد در این مورد سیالاتی را که تنش برشی فقط به بستگی دارد سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان نامیده می شوند سیالاتی که در آنها نقش برشی علاوه بر میزان کرنش به مدت زمان برش نیز وابسته هستند سیالات غیر نیوتنی وابسته به زمان نامیده می شوند به عنوان مثال سیالات غیرنیوتنی مستقل از زمان در مقابل هم زدن نیروی مقاوم یکسانی اعمال می کنند در صورتی که سیالات غیر نیوتنی وابسته به زمان با گذشت زمان نیروی مقاوم متفاوتی اعمال کردند سیالات غیر نیوتنی وابسته به زمان رفتاری مطابق شکل زیر دارند.
سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان را به دسته های مختلفی تقسیم می کنند.
- سیالات ( powe law )
- سیالات ( بینگهام پلاستیک ) ( Bingham plastic )
در سیالات power low رابطه بین تنش برشی و نرخ کرنش به صورت زیر است.
اگر که ما یک ثابت و n نیز مقداری ثابت و به نام شاخص ( اندیس ) رفتار سیال نامیده می شود.
اگر باشد سیال را شبه پلاستیکی نامند ( pseudo plastic ) در سیال شبه پلاستیکی ویسکوزیته ظاهری سیال با افزایش نرخ کرنش یا با افزایش سرعت همزدن سیال کاهش می یابد. اگر باشد سیال را pilatant ( دیلا ثالث ) می نامند در سیال دیلاتانت ویسکوزیته ظاهری با افزایش میزان برش افزایش پیدا می کند و اگر سیال را نیوتنی می نامند و ضریب خواهد بود ثابت و به بستگی نخواهد داشت در سیالات بینگهام پلاستیک اگر نرخ کرنش از حد معینی تجاوز نکند سیال رفتار جامد مانندی دارد. برای اینکه سیال جریان پیدا کند لازم است که تنش برشی از یک مقدار معین که به آن تنش تسلیم ( yield stress ) می گویند بزرگتر باشد. تا سیال جریان پیدا کند که معمولاً مقدار آن با نشان داده می شود.
برای سیال بینگهام پلاستیک
سیال جاری نمی شود اگر
سیال جاری می شود
رابطه سیال بینگهام پلاستیک ایده آل
بیشتر خمیرها رفتار سیال بینگهام پلاستیک را دارند. =
نمودار تنش بر حسب کرنش برای سیال بینگهام پلاستیک :
سیال تراکم پذیر و سیال تراکم ناپذیر : سیال تراکم پذیر : سیالی است که دانسیته آن نسبت به فشار تغییر می کند. سیال تراکم ناپذیر سیالی است که دانسیته آن با تغییرات فشار بدون تغییر باقی می ماند.
مایعات چنانچه تغییرات فشار خیلی زیاد نداشته باشند خاصیت تراکم پذیری نشان می دهند. (in compressible )
چنانچه تغییرات فشار بتوانند تغییر قابل توجهی در دانسیته ایجاد کند مانند گازها و بخارات را سیال تراکم پذیر می نامند. ( compressible )
در مطالعه جریان سیال اگر تغییرات دانسیته یک سیال تراکم پذیر قابل ملاحظه نباشد جریان سیال تراکم پذیر را با استفاده از روابط جریان تراکم ناپذیر بررسی می کنیم مثلاً اگر گازها و بخارات سرعتی کمتر از 3% ماخ داشته باشند می توان جریان گاز ها و تجارات را به کمک جریان تراکم ناپذیر بررسی نمود.
کشش سطحی : surfaz tension : خاصیت کشش سطحی در مطالعه فازهای مایع جامد ، گاز مایع و مایع مایع غیر قابل اختلاط پدیدار می شود . خاصیت کشش سطحی اساساً از دو نیروی جاذبه بین مولکولی ناشی می شود :
- نیروی پیوستگی ( cohe sion ) که نیروی جاذبه بین مولکولی بین مولکولهای یکسان است.
- نیروی چسبندگی ( adhesion ) که نیروی جاذبه بین مولکولهای غیر همسان است به عنوان مثال یک مولکول در داخل آب فقط تحت تأثیر جاذبۀ بین مولکولهای آب مجاور هوا قرار می گیرد یعنی نیروی جاذبه بین مولکولهای همسان . در این حالت نیروهای پیوستگی همدیگر را خنثی می کنند.
ولی برای یک مولکول واقع در سطح آزاد نیروی جاذبه بین مولکوهای همسان از قسمت تحتانی یا نیروی پیوستگی بر نیروی جاذبه بین مولکولهای غیر همسان آب و هوا از قسمت فوقانی غلبه می کند در نتیجه مولکولهای سطح آزاد تحت تأثیر کشش
به سمت داخل مایع کشیده می شوند و همین کشیده شدن خاصیت کشش سطحی را ایجاد می کند به دلیل خاصیت کشش سطحی حباب ایجاد می شود و یا قطره تشکیل می شود به دلیل خاصیت کشش سطحی است که می توان یک سوزن را روی سطح آب نگه داشت و یا راه رفتن حشرات روی سطح آب . چون مولکولهای سطح آزاد همواره به داخل توده مایع کشیده می شوند بنابراین مولکولهای مایع واقع در سطح آزاد همواره از تراز انرژی بالاتری نسبت به مولکولهای عمقی برخوردارند در نتیجه برای انتقال مولکولها از قسمت عمقی به سطح آزاد باید برخلاف نیروی کشش کار انجام داد . پس کشش سطحی عبارت است از : مقدار کار لازم که باید انجام داد تا مقدار کافی مولکول از قسمت عمقی به سطح آزاد انتقال پیدا کند به طوری که سطح تشکیل شده به اندازه واحد باشد. به طور کلی برای افزایش سطح باید کار انجام داد دلیل این که قطرات تمایل به کروی بودن دارند این است که کره کمترین سطح آزاد را از نظر هندسی دارد. ( همچنین حباب ) زیرا برای اضافه کردن سطح باید کار انجام داد. علامت کشش سطحی است و واحدهای آن به قرار زیر است.
مثال : رابطه بین فشار داخل و خارج قطره کروی با کشش سطحی را پیدا نمائید .
: فشار داخلی
: فشار خارجی
حل : موازنه انرژی را برای نیمکرۀ برش خورده می نویسیم تمامی نیروها
1- نیروی کشش سطحی به طرف بالا
2- نیروی فشار داخلی به سمت پائین
3- نیروی فشار خارجی به سمت بالا
نکته : هر گاه دو فاز به صورت متقابل داشته باشم همیشه فشار طرف مقعر بیشتر از فشار طرف محدب است
حباب : پوسته نازک از یک مایع که از دو طرف به یک یا دو گاز محصور باشد. مثال : رابطه بین فشار داخل و خارج یک حباب کروی را با کشش سطحی بدست آورید :
به دلیل اینکه ضخامت قشر مایع بسیار کم است می توان فشار داخل و خارج مایع را برابر فرض کرد و چون فشار مایع از دو طرف با گاز در تماس است. در نتیجه خاصیت کنش سطحی هم در سمت داخل و هم در سطح خارجی پوسته ظاهر می شود. اگر گاز داخل و خارج از یک جنس باشند در این صورت کشش سطحی برای هر دو طرف یکسان خواهد بود یعنی
خاصیت موئینگی : هر گاه یک لوله شیشه ای را در داخل آب یا جیوه فرو ببریم سطح آب یا جیوه در داخل ظرف و لوله در یک تراز قرار نمی گیرند به این خاصیت موئینگی گویند. علت این خاصیت کشش سطحی است اگر نیروی چسبندگی از نیروهای پیوسته بزرگتر باشد در این صورت مایع در داخل لوله بالا می رود و سطح مایع در لوله به صورت مقعر است اگر از زاویه بین مماس وارد بر قوس در نقطه تماس با دیواره را به نشان دهیم ، همواره کوچکتر از 90 درجه می باشد. در این گونه موارد خاصیت ترکندگی وجود دارد مانند لوله شیشه ای نازک تمیز که در آب فرو می رود
چسبندگی و پیوستگی :
اگر نیروهای پیوستگی از نیروهای چسبندگی بیشتر باشد مایع در لوله موئینه پائین می آید و سطح قوس در این حالت محدب می باشد زاویه بزرگتر از 90 درجه می شود . همچنین مایع در این حالت خاصیت ترکندگی ندارد. مانند لوله موئینه شیشه ای و جیوه .
نکته : از موازنه نروی وزن و کشش سطحی رابطه زیر بدست می آید
نیروی وزن = نیروی کشش سطحی
هر چه قطر لوله کمتر باشد میزان صعود مایع بیشتر خواهد بود. چ
مثال : فشار داخل قطره آبی به قطر 0.005 در دمای 20 درجه سانتیگراد و فشار محیط ( 101325pa ) را بدست آورید
مثال : یک لوله شیشه ای به قطر 2 میلی متر در آب قرار داده می شود و زاویه برابر با 25 درجه است کشش سطحی برای مجاورت آب و هوا مساوی با است میزان صعود آب در لوله را تعیین کنید.
ویسکوزیته : مهمترین خاصیت ، سیال در مطالعه جریان سیال است با توجه به خاصیت ویسکوزیته است که سیال در مقابل برش یافتن لایه های خود از خود مقاومت نشان می دهد خاصیت ویسکوزیته از قانون ویسکوزیته نیوتنی ناشی می شود طبق قانون ویسکوزتیه نیوتن در جریان آرام سیال تنش برشی وارد بر لایه سیال متناسب با گراریان سرعت در راستای عبور بر مسیر حرکت است.
طبق قانون ویسکوزیته نیوتن
ضریب تناسب ، ضریب ویسکوزیته مطلق یا ضریب ویسکوزیته دینامیکی نامیده می شود. تمامی سیالات دارای خاصیت ویسکوزتیه هستند . ویسکوزیته اساساً : الف : از نیروهای پیوستگی ب : تبادل مو مستقر مولکولی بین مولکولی ناشی می شود این اثرات در جریان سیال به صورت تنش برشی روی لایه های سیال دارد می شود . ویسکوزیته به دما بستگی دارد. وابستگی ویسکوزیته مایعات با دما بر خلاف وابستگی ویسکوزیته گازها با دما است که بین اختلاف را باید در منشأ ویسکوزیته مایعات و گازها جستجو کرد.
در مایعات ، فاصله بین مولکولی نسبت به گازها بسیار کمتر است در نتیجه تحرک مولکولی در مایعات نسبت به گازها بسیار پائین تر خواهد بود. در مایعات به دلیل فاصله کم مولکولی نیروی جاذبه بین مولکولی اهمیت بسیار زیادی پیدا می کند و همین نیرو است که در مایعات خاصیت ویسکوزیته را ایجاد م کند و در بن لایه های سیال تنش برشی را ظاهر می کند و با افزایش دما خاصیت ویسکوزیته مایعات کاهش پیدا می کند زیرا در اثر افزایش دما انبساط حجم صورت می گیرد و در نتیجه فاصله بین مولکولی افزایش و نیروی جاذبه بین مولکولی کاهش پیدا می یابد به همین جهت خاصیت ویسکوزیته مایعات کاهش پیدا می کند . در گازها به دلیل فاصله بین مولکولی بسیار زیاد اثرات نیروی جاذبه در مقایسه با مایعات بسیار ناچیز است ( جاذبه مربع فاصله نسبت عکس دارد ) از مصرف دیگر مولکولهای گازها دائماً در حال حرکت اند این مولکولها ضمن حرکت با یکدیگر برخورد می کنند و مختنم ( اندازه حرکت ) را به یکدیگر انتقال می دهند همین تبادل مختنم مولکولی منشأ ویسکوزیته در گازها می باشد اثرات این برخوردها به صورت تنش برشسی در لایه های گاز ظاهر م شود . مولکولها علاوه بر اینکه در جهت جریان گاز همراه با توده گاز حرکت می کند دارای سرعت هستند حرکت های اتفاقی هم دارند در استاتیک سیالات چون لایه های سیال نسبت به هم بدون حرکت اند حرکت های اتفاقی هم دارند و نیروی برش ظاهر نمی شود و در نتیجه خاصیت ویسکوزیته در استاتیک سیالات نقشی ندارد. خاصیت ویسکوزیته در در معادلات حرکت سیال ظاهر می شود ( و باعث ایجاد توزیع سرعت در مجاری می شود یعنی فقط به خاطر توزیع ویسکوزیته است که هیچگاه در مجاری و کانالها توزیع سرعت یکنواخت نیست. در قسمتهای محور سرعت زیاد و در جداره صفر است در گازها با افزایش دما ویسکوزیته افزایش پیدا می کند دلیلش این است که با افزایش دما تحرک مولکولی افزایش پیدا می کند و مولکولها با سرعت بیشتری با یکدیگر برخورد می نمایند. و ضمن این برخورد است که تبادل مختم صورت می گیرد و ویسکوزیته از همین تبادل مختم ها ناشی می شود. پس به طور خلاصه افزایش دما در گازها باعث بالا رفتن تبادل مختم مولکولی در نتیجه افزایش خاصیت ویسکوزیته می شود.
ابعاد واحدها : بعد (Dimension ) مفهوم ابداع بشر برای توصیف کمی پدیده ها می باشد. ابعاد 2 قسم اند
- اصلی ( Basic , Primory ) ابعاد را انتخاب می کنند که از بقیه ابعاد مستقل باشند انتخاب ابعاد اختیاری است مثلاً در یک سیستم ممکن است جرم ، طول ، زمان و دما را به ترتیب به عنوان ابعاد اصلی در نظر بگیرید و در سیستم دیگر را به عنوان ابعاد اصلی در نظر بگیرند.
- ابعاد فرعی ( secondry ) به کمک تعاریف و یا توسط افزایش در علوم مهندسی ایجاد می شوند مثلاً سرعت واحد ها ( unites )
شامل 63 صفحه فایل word قابل ویرایش