آموزش رایگان مکانیک سیالات پیشرفته

آموزش رایگان مکانیک سیالات پیشرفته یکی از دروس رشته مهندسی شیمی در دوره کارشناسی‌ارشد به ارزش 3 واحد است. مکانیک سیالات شاخه‌ای از مکانیک کاربردی است که با رفتار مایعات و گازها در حالت ساکن و یا در‌حال حرکت سروکار دارد. جنبه تئوری مکانیک سیالات که اخیراً با پیشرفت علوم کامپیوتر توسعه پیدا کرده‌است، دینامیک سیالات محاسباتی یا CFD است که معادلات دیفرانسیل پاره‌ای حاکم بر جریان سیال را به‌صورت عددی حل می‌کند و مانند یک آزمایشگاه مجازی به کمک این تکنیک می‌توان جریان سیال را هم به‌صورت آرام و آشفته مورد مطالعه قرار داد. به کمک تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی می‌توان جریان‌های چند‌فازی مانند حرکت هم‌زمان جریان های گاز- مایع، گاز-جامد و مایع-مایع مطالعه کرد که کاربردهای زیادی در صنعت دارد. 

مکانیک سیالات پیشرفته کاربردهای متنوعی هم در زندگی روزمره و هم در صنعت دارد. محدوده کاربردهای علمی آن، بی‌انتها است، از سیستم‌های بیولوژیکی گرفته تا اتومبیل‌ها، هواپیما، موشک‌ها، راکتورهای شیمیایی، پالایشگاه‌ها، پتروشیمی‌ها، خطوط انتقال نفت و گاز و غیره کاربرد دارد. مطالعه حرکت خون در رگ‌ها، قلب، شش‌ها و اختلاط سوخت مایع و هوا در محفظه‌ی احتراق موتورها به کمک علم مکانیک سیالات انجام می‌شود. 

حل دقیق مسئله‌ی سیال لزج ابتدا توسط ریاضیدان یونانی، ارشمیدس در دو اصل شناوری ارائه شد. قدم بعدی توسط توریچلی برداشته شد که در سال 1644 بیان کرد که سرعت جریان یک مایع لزج خروجی از یک سوراخ و مخزن، برابر با سرعتی است که مایع هنگام سقوط آزاد به آن می‌رسد، بعداً با‌توجه‌به قانون لزج خطی پیشنهاد شده توسط نیوتن، ایشان اولین تحلیل جریان لزج را با به‌دست آوردن توزیع درست سرعت در اطراف یک استوانه چرخان انجام داد.

تلاش‌های اولیه برای حل مسائل سیالات ایده‌آل بدون اصطکاک صورت گرفته است. اولین فرد در این مسیر دانیل برنولی بود که در سال 1738 رابطه بین گرادیان فشار و شتاب در یک جریان غیرلزج را تشریح کرد. بعد از آن در سال 1755 لئونارد اولر معادله‌ی مشهور جریان بدون اصطکاک را به‌دست آورد که امروزه نام برنولی بر آن گذاشته شده‌است.

به موازات اولر، دالامبر در سال 1752 معمای عجیب خود را مطرح کرد و نشان داد که یک جسم در یک جریان بدون اصطکاک دارای نیروی پسای صفر است، بعد از اولر و همکارانش، پیشرفت‌هایی در علم مکانیک سیالات توسط ناویه (1827)، کوشی (1828)، پواسون (1829) و استوکس (1845) صورت گرفت، معادلات ناویه - استوکس با وجود پایه‌ای بودن، غیر‌خطی، پیچیده و مشکل هستند و حل آن‌ها به‌سادگی امکان‌پذیر نیست.

تا به امروز، فقط تعداد محدودی حل دقیق برای این معادلات به‌دست‌آمده است. با توجه به تحقیقات موجود در زمینه مکانیک سیالات، این علم پیشرفت رو به رشدی داشته است، وسایل اندازه گیری با اختراع سیم داغ و سرعت‌سنج‌های لیزری و سنسورهای مینیاتوری فشار و دما پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته‌اند. مکانیک سیالات محاسباتی (CFD) به‌عنوان یک مبحث خاص در تمام زمینه‌ها نفوذ کرده‌است به‌طوری که مهندسین می‌توانند با به‌کارگیری CFD یک جریان لزج دو یا سه بعدی واقعی را شبیه‌سازی و اطلاعات ارزشمندی را استخراج کنند.

در مکانیک سیالات انتخاب مناسب محور مختصات اهمیت زیادی دارد، در‌صورتی‌که مطالعه جریان سیال از یک مبدا مختصات ثابت انجام شود، به آن دیدگاه اولری گویند ولی اگر مبدا مختصات با سیال حرکت کند این همان دیدگاه لاگرانژی است. در دینامیک سیالات از دیدگاه اولری بیشتر استفاده می‌شود که همان روش حجم کنترل است، البته دیدگاه لاگرانژی مطابق روش سیستم است. معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی معادلات پایه حاکم بر دینامیک سیالات هستند. این معادلات بیانگر فیزیک حرکت سیال و در واقع بیان سه اصل مهم بقاء جرم، قانون دوم نیوتن و قانون اول ترمودینامیک هستند. در این بین معادلات ناویه - استوکس که سنگ‌بنای دینامیک سیالات هستند از اهمیت خاصی برخوردار است که دانشمندان در طول قرن گذشته و تاکنون تلاش زیادی برای حل تحلیلی و عددی این معادلات خصوصاً برای جریان آشفته کرده‌اند.

دوره آموزش رایگان مکانیک سیالات پیشرفته به چه مطالبی می‌پردازد؟

درس مکانیک سیالات پیشرفته رشته مهندسی شیمی شامل مباحث اصول پایه ای مکانیک سیالات، موازنه ممنتوم لایه‌ای (Shell Momentum Balance)، Set up مسائل جریان به کمک معادلات ناویه - استوکس، جریان غیر‌ویسکوز (پتانسیلی) و جریان آشفته است که در 31 جلسه تهیه شده‌است.