قوانین و مفاهیم پایه مکانیک سیالات

قوانین بقا

اگر یک سیستم با محیط اطراف خود به هیچ صورتی عملکرد متقابل نشان نداد، در آن صورت مشخصه های مکانیکی سیستم مورد نظر تغییر نخواهد کرد که اغلب از آنها تحت عنوان " ثابتهای حرکت " یاد میشود. به این کمیتها محفوظ شده گفته میشود و قوانین بقای ناشی از آنها به عنوان اساسی ترین اصول مکانیک در نظر گرفته میشوند. در علم مکانیک، نمونه هایی از کمیتهای ثابت، انرژی، مومنتم و مومنتم زاویه ای میباشد. این قوانین بقا در یک سیستم ایزوله به صورت دقیق و عینی میباشند.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

در اینجا تحت عنوان اصول مکانیک از آنها یاد میشود. این قوانین بقا پیامدهای موثری به صورت تقارنهایی از طبیعت دارند که نقضی برای آنها مشاهده نشده است. این قوانین به صورت قیود محکمی بر هر تئوری در هر شاخه از علم بکار میروند.

مطلب پیشنهادی (مواد تغییر فاز دهنده):

تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

بقای مومنتم

مومنتم یک سیستم ایزوله، ثابت محسوب میشود . بردار مجموع مومنتم mv همه مولفه های یک سیستم با عملکردهای متقابل درون آن سیستم تغییر نخواهد کرد. چنین عدم تغییری قیدی قوی را بر انواع حرکتهایی که میتواند در یک سیستم ایزوله رخ دهد، اعمال میکند. اگر به قسمتی از سیستم مورد نظر، مومنتمی در یک جهت معلوم اعمال شود، در این صورت لازم است به قسمتهای دیگر سیستم دقیقاً همان مومنتم در جهت مخالف به طور هم زمان اعمال شود. باز هم تکرار میشود که بقای مومنتم یک تقارن مطلق از طبیعت است که هنوز عواملی که آن را میتوانند تغییر دهند ناشناخته هستند.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

بقای انرژی

انرژی را میتوان به صورت ظرفیت انجام کار، تعریف نمود که ممکن است به شکلهای مختلفی وجود داشته باشد و نیز ممکن است از نوعی از انرژی به نوعی دیگر تبدیل شود. در هر صورت لازم به ذکر است که این تبدیلات انرژی به یک اصل محدود میشوند که تحت عنوان اصل بقای انرژی از آنها یاد میشود. این اصل را میتوان به صورت " انرژی نه ایجاد میشود و نه از بین میرود" بیان نمود. این اصل را همچنین میتوان به این صورت بیان کرد که انرژی کل یک سیستم ایزوله ثابت باقی میماند.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

بقای انرژی به عنوان یک اصل اساسی

اصل بقای انرژی یکی از اصول اساسی تمامی رشته های علم محسوب میشود. در قسمتهای مختلف علم، معادلات پایه ای وجود دارد که به عنوان فرمول بندی مناسبی از اصل بقای انرژی محسوب میشوند.

مفاهیم برنولی

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

معادله برنولی

معادله برنولی را میتوان به عنوان تعریفی از اصل بقای انرژی مناسب برای سیالهای جاری در نظر گرفت. رفتار کیفی که اغلب با عنوان اثر برنولی نام گذاری میشود، به صورت کاهش فشار سیال در نواحی که سرعت جریان افزایش مییابد، میباشد. کاهش فشار در محدودهای از مسیری از جریان ممکن است متضاد به نظر برسد، ولی هنگامی که فشار به صورت چگالی انرژی در نظر گرفته شود، این تضاد کمتر حس خواهد شد. در جریان با سرعت بالا در یک محدوده، انرژی جنبشی باید با مصرف انرژی فشار، افزایش یابد.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

منحنی یک توپ بیس بال

یک توپ بیس بال غیر چرخشی یا یک توپ بیس بال ثابت در جریان هوا نشان دهنده جریان متقارن است. توپی که با چرخش پرتاب میشود، مسیر منحنی شکل را طی خواهد کرد زیرا یک طرف توپ با کاهش فشار مواجه میشود. از چنین پدیدهای به عنوان یکی از کاربردهای اصل برنولی یاد میشود که شامل ویسکوزیته هوا و لایه مرزی هوا بر روی سطح توپ میباشد.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

مشکلاتی با این شکل منحنی دار بیس بال وجود دارد. معادله برنولی نمی تواند برای پیش بینی مقدار منحنی توپ به کار رود. جریان هوا تراکم پذیر است و شما نمی توانید تغییرات چگالی را برای تعیین میزان تغییر در فشار موثر، دنبال کنید. مطالعه آزمایشگاهی Watt and Ferrer با توپ بیس بال در یک تونل باد، مدل دیگری را پیشنهاد میکند که توجه عمده ای به لایه مرزی چرخشی هوا اطراف توپ بیس بال دارد. در طرفی از توپ که لایه مرزی در جهت مشابهی با سرعت جریان هوای آزاد، حرکت میکند، لایه مرزی پیش از آن که به جریان آشفته تجزیه شود، مسیر بیشتری را طی میکند! و در سمتی که لایه مرزی با مخالفت جریان آزاد رو به رو است، تمایل دارد به طور دائم جدا شود. این فرایند انحنای خالص جریان هوا در یک جهت، پشت توپ و در نهایت نیروی عکس العمل قانون سوم نیوتن بر توپ را در جهت مخالف به دست میدهد که منجر به یک نیروی موثر در جهتی مشابه با آنچه در بالا نشان داده شده است میشود.

موارد مشابهی در عملکرد یک استوانه مارپیچ در یک جریان هوا که در تجربه کردن نیروی لیفت نشان داده شده اند وجود دارد. این مطلب موضوع تئوری Kutta-Joukowski میباشد.

ایرفویل

هوا در عرض بالای یک ایرفویل مرسوم، خطوط جریان محدود و سرعت هوای افزایش یافته مرتبط با بال را تجربه میکند. این فرایند منجر به کاهش فشار در قسمت بالا متناظر با معادله برنولی شده و نیروی لیفت ایجاد میکند.

متخصصین آیرودینامیک از مدل برنولی برای همبستگی با اندازه گیریهای فشار انجام شده در تونل باد استفاده میکنند و ادعا میکنند هنگامی که اندازه گیریهای فشار در چندین مکان در اطراف ایرفویل انجام شده و با هم جمع می شوند، با لیفت مشاهده شده انطباق دارند.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

سایر محققین بر اساس قوانین نیوتن به یک مدل پرداخته و ادعا میکنند که نیروی لیفت اصلی در نتیجه زاویه حمله ایجاد میشود. قسمتی از مدل قانون نیوتن در بخشی از نیروی لیفت شامل اتصال لایه مرزی هوا بر لبه بالایی بال به همراه منتجه نیروی رو به پایین هوا (جریان هوا رو به سمت پایین) پشت بال میشود. اگر بال به هوا نیرویی رو به پایین اعمال کند، در آن صورت بر اساس قانون سوم نیوتن، بال نیرویی در جهت مخالف – یک لیفت- تجربه خواهد کرد. تا زمانی که برنولی در مقابل نیوتن به بحث ادامه میدهند، Eastlake اظهار میکند که برنولی و نیوتن واقعا معادل هم هستند، در واقع روشهای مختلفی برای رسیدن به یک پدیده فیزیکی مشابه محسوب میشوند. ناسا مجهز به یک سایت آیرودینامیک میباشد که در آن این مطالب مورد بحث قرار می گیرند.

با افزایش زاویه حمله، نیروی لیفت بزرگتری از مولفه روبه بالای فشار بر کف بال ایجاد میشود. نیروی لیفت را میتوان به صورت نیروی عکس العمل در قانون سوم نیوتن برای نیروی اعمال شده رو به پایین بر هوا توسط بال در نظر گرفت.

در صورتی که زاویه حمله بزرگ باشد، جریان آشفته باعث افزایش نیروی دراگ به صورت ناگهانی شده و هواپیما را متوقف خواهد کرد.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

زاویه حمله برای یک ایرفویل

با توجه به اینکه بال هواپیما به عنوان یکی از محبوب ترین نمونه های بررسی اثر برنولی محسوب میشود، بسیاری از بحثهای علمی اظهار میکنند که نیروی لیفت برنولی در واقع بخش کوچکی از نیروی لیفتی است که هواپیما را مجبور به پرواز میکند. نیروی لیفت اصلی از این حقیقت ناشی میشود که بال اندکی رو به بالا زاویه دار است پس بنابراین توده هوا در رویه پایینی بال به سمت پایین کشیده میشود. نیروی روبه بالای عکس العمل قانون سوم نیوتن بر بال ایجاد نیروی لیفت میکند. با افزایش زاویه حمله میتوان نیروی لیفت را افزایش داد ولی باید دقت داشت که این عامل، نیروی دراگ را نیز افزایش خواهد داد بنابراین بهتر است اعتماد بیشتری را به موتورهای هواپیما ایجاد کنیم.

برخی خلبانان در مورد نیروی لیفت ناشی از اثر برنولی اندکی عجول بوده و میپرسند" در این صورت چگونه می توان هواپیما را به صورت وارونه به پرواز در آورد؟" این سوال اندکی مشکل به نظر میرسد ولی میتوان همین طرز فکر را هنگامی که هواپیما وارونه است برای به دست آوردن زاویه صحیح حمله برای رسیدن به لیفت دنبال کرد.

مباحث " برنولی در مقابل نیوتن" ادامه دارد ولی متخصصین آیرودینامیک مانند Eastlake این نقطه نظر را پیش گرفتند که این دو مدل در نهایت مدلهای معادلی هستند و هیچکدام نادرست نیستند. در تونل باد این محقق در ساختمان مهندسی هوافضا، دانشگاه هوانوردی Embry-Riddle روش برنولی ترجیح داده میشود زیرا به سرعت و به راحتی میتواند با انواع اندازه گیریها که میتواند در یک تونل باد انجام شود، مورد آزمایش قرار گیرد. با ایجاد تعداد بسیاری نقاط اندازه گیری اطراف یک ایرفویل و جمع بندی آنها در مفهوم یک مدل برنولی، مدلی سازگار با نیروهای لیفت نشان داده شده به دست می دهد.

جریان رو به پایین پشت یک ایرفویل

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

این تصویر در وب سایت آموزشی ناسا که به مباحث آیرودینامیک میپردازد، قرار گرفته است. این تصویر به Paul Bowens منصوب است و توسط Jan-Olov Newborg استکهلم سوئد پشتیبانی میشود. هواپیمای مورد نظر بر بالای ابرها پرواز میکند و جریان روبه پایین از بالها، ابر را به سمت پایین میراند. به جریان چرخشی از نوک ورتکس ها دقت شود.

هوا در عرض بالای یک ایرفویل مرسوم، خطوط جریان محدود و نیز سرعت افزایش یافته هوا تحت تاثیر بال را تجربه میکند. این فرایند باعث کاهش فشار بر بالای ایرفویل متناظر با معادله برنولی و ایجاد نیروی لیفت می شود. یک دیدگاه جایگزین این است که نیروی لیفت به دست آمده از قانون نیوتن در ترمهایی از زاویه حمله مدل شود. قسمتی از مدلسازی نیروی لیفت شامل اتصال لایه مرزی هوا بر رویه بالایی بال با جریان رو به پایین هوا تشکیل شده در پشت بال میباشد. اگر بال به هوا یک نیروی رو به پایین وارد کند در آن صورت طبق قانون سوم نیوتن، بال نیرویی در جهت مخالف – یک لیفت- را تجربه خواهد کرد. متخصصین آیرودینامیک از جمله Eastlake روش برنولی و نیز روش قانون نیوتن را به صورت روشهایی که در نهایت در توصیف لیفت ایرفویل معادل هستند در نظر میگیرند. بحث در مورد برنولی در مقابل نیوتن ادامه دارد ولی این تصویر یک موضوع را واضح میکند. یک جریان رو به پایین قابل توجهی پشت بال فضا پیما مشاهده میشود.

کاربردهای معادله برنولی

مسئله سیالات نشان داده شده در این اسلاید سیالی با سرعت کم را در یک لوله با سطح مقطع متغییر نشان میدهد. سرعت خط جریانی که در طول مرکز لوله قرار دارد از نقطه یک تا دو کاهش مییابد. معادله برنولی رابطه میان سرعت، چگالی و فشار را برای این مسئله جریان تشریح میکند. از آنجا که چگالی در مسائل جریان با سرعت پایین، ثابت است، معادلهای که در ادامه ارائه میشود، فشار و سرعت را در نقطه دو به شرایط نقطه یک مرتبط میسازد.

در طول یک ایرفویل با سرعت کم، جریان تراکم ناپذیر بوده و چگالی ثابت باقی میماند. در این شرایط معادله برنولی به یک رابطه ساده میان سرعت و فشار استاتیکی تبدیل میشود. سطح ایرفویل نیز خود، یک خط جریان محسوب میشود. در صورتی که سرعت در طول خط جریان تغییر کند، معادله برنولی را میتوان برای محاسبه تغییرات فشار بکار برد. فشار استاتیکی در طول کل سطح ایرفویل نیروی کل ایرودینامیک بر روی ایرفویل را به دست میدهد. این نیرو را میتوان به دو نیروی لیفت و دراگ ایرفویل تجزیه نمود.

معادله برنولی را همچنین میتوان به عنوان سرعت سنج که تحت عنوان لوله پیتوت استاتیکی نامگذاری می شود ، بکار برد. فشار را میتوان به آسانی با استفاده از یک دستگاه مکانیکی اندازه گیری نمود. با یک لوله پیتوت استاتیکی میتوان فشار استاتیکی و کل را اندازه گیری نمود و با استفاده از معادله برنولی سرعت را محاسبه نمود.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

در این قسمت شماتیکی از یک لوله پیتوت استاتیکی به تصویر کشیده شده است. لوله های پیتوت استاتیکی که از آنها تحت عنوان لوله های پرانتل نیز یاد میشود، بر روی هواپیما به عنوان سرعت سنج بکار میرود.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

چندین سوراخ کوچک بر وجوه این لوله و یک سوراخ کوچک در محور لوله تعبیه شده است.

سوراخهای بیرونی به یک طرف دستگاهی به نام مبدل فشار متصل هستند. سوراخ مرکزی در لوله از سوراخهای بیرونی جدا نگه داشته شده و به وجه دیگر مبدل متصل است. مبدل مذکور، اختلاف میان فشار در دو گروه لوله را با اندازه گیری کرنش در یک المان نازک با استفاده از کرنش سنج الکترونیکی اندازه میگیرد. لوله پیتوت استاتیکی بر روی هواپیما یا در تونل هوا جاسازی میشود بنابراین لوله مرکزی همیشه در جهت جریان بوده و سوراخهای بیرونی عمود بر لوله مرکزی میباشند. در برخی هواپیماها لوله پیتوت استاتیکی بر روی یک تیرچه

بلندتر که بر وجه بیرونی نوک هواپیما یا بال آن چسبیده است، قرار میگیرد.

تفاوت فشار کل و استاتیکی

تا زمانی که سوراخهای بیرونی عمود بر جهت جریان هستند، این لوله ها توسط مولفه رندوم سرعت محلی هوا تحت فشار قرار میگیرند. فشار در این لوله ها فشار استاتیکی است که در معادله برنولی مورد بحث قرار گرفت، در حالی که لوله مرکزی در جهت حرکت قرار گرفته و توسط سرعت رندوم و منظم هوا تحت فشار است. فشار در این لوله فشار کل میباشد که در معادله برنولی مورد بحث قرار گرفت. مبدل فشار اختلاف میان فشار کل و استاتیکی را که تحت عنوان فشار دینامیکی q از آن یاد میشود، اندازه میگیرد.

measurement = q = pt − ps

حل برای رسیدن به سرعت

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

برخی محدودیتهای عملی در استفاده از لوله پیتوت اساتیکی وجود دارد که به شرح زیر میباشند:

1- اگر سرعت کم باشد، اختلاف فشار بسیار کم بوده و بنابراین اندازه گیری آن بوسیله مبدل مشکل می باشد. خطا در این دستگاه ممکن است بیش از مقدار اندازهگیری باشد! از این رو لوله های پیتوت استاتیکی در شرایط سرعت بسیار پایین به درستی عمل نمیکنند.

2- در صورتی که سرعت بسیار بالا باشد (مافوق صوت)، از فرضیات معادله برنولی تجاوز خواهد شد و اندازه گیری باز هم اشتباه خواهد بود. در جلوی یک لوله، موج شوکی پدیدار خواهد شد که فشار کل را تغییر میدهد. تصحیحاتی برای موج شوکی نیز وجود دارد که با کمک آنها میتوان لوله های پیتوت استاتیکی را برای فضاپیما با سرعت بالا بکار برد.

3- اگر لوله ها مسدود شوند، فشارهای نتیجه شده در مبدل نشان دهنده فشارهای استاتیکی و کل جریان

خارجی نخواهند بود. در این صورت خروجی مبدل برای محاسبه سرعتی که سرعت واقعی جریان نیست استفاده میشود. چندین سال قبل گزارشاتی در رابطه با مشکلات ناشی از یخ زدگی که در لوله های پیتوت استاتیکی خطوط هوایی رخ میداد وجود داشت. خروجی این دستگاه به عنوان بخشی از سیستم کنترل پرواز و خلبان اتوماتیک استفاده میشد. برای رفع معضل یخ زدگی، حرارت دهنده هایی بر این لوله ها نصب شدند که مانع از انسداد لوله توسط یخ ایجاد شده شوند.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

در این اسلاید تعاریف تکنیکی از هندسه بال، که یکی از عوامل اصلی تاثیرگذار بر نیروهای لیفت و دراگ هواپیما محسوب میشود، ارائه شده است. اصطلاحات یکسانی در کل صنعت هواپیما و همچنین در برنامه شبیه سازی عملکرد متقابل ایرفویل که در ناسا توسعه داده شد، استفاده میشود.

بالهای هواپیمای واقعی، اعضای سه بعدی پیچیده ای هستند ولی در اینجا با برخی تعاریف ساده شروع خواهیم کرد. در تصویر، بال از سه جهت نشان داده شده است. شکل بالا سمت چپ نشان دهنده تصویر بال از بالا به پایین است، شکل پایین سمت راست تصویری از بال را از روبه رو نشان میدهد و در نهایت شکل پایین سمت چپ نمای جانبی از سمت چپ بال به سمت خط مرکزی را نشان میدهد. تصویر جانبی، شکل ایرفویل را با لبه حمله به سمت چپ نشان میدهد.

نمای بالا

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

بالهای با نسبت ابعادی زیاد دارای دهانه های بلند هستند (مانند گلایدر با کارایی بالا)، در صورتی که بالهای با نسبت ابعادی کم علاوه بر دهانههای کوتاه (مانند جنگندههای F-16 ) وترهای ضخیمی نیز دارند )مانند شاتل فضایی( . مولفه ای از دراگ یک هواپیما که به آن دراگ القایی گفته میشود، به طور معکوس به نسبت ابعادی بستگی دارد. بالی با مقدار نسبت ابعادی زیاد، دارای یک دراگ کمتر و یک لیفت اندکی بزرگتر از یک بال با مقدار نسبت ابعادی کم است. از آنجایی که زاویه پرشیک گلایدر به نسبت لیفت به دراگ بستگی دارد، یک گلایدر همیشه با نسبت ابعادی زیاد طراحی میشود. شاتل فضایی نسبت ابعادی کمی به دلیل اثرات سرعت بالا، دارد و بنابراین یک گلایدر بسیار ضعیف محسوب میشود. جنگنده های F-14 و F-111 شامل بهترینها هستند. آنها قادرند نسبت ابعادی را در پرواز با چرخاندن بالها در محل پاشنه، تغییر دهند. در سرعت پایین، دهانه بزرگ و در سرعت بالا، دهانه کوچک میشود.

نمای روبه رو

نمای روبه رو از بال مذکور نشان میدهد که علی رغم اینکه چپ و راست بال در یک صفحه قرار نمیگیرند، در یک زاویه بهم میرسند. زاویه ای که بال با افق میسازد، زاویه انحنا نامیده میشود. این انحنا به منظور ایجاد پایداری چرخش افزوده میشود. یک بال با مقداری انحنا به طور طبیعی به موقعیت اولیه خود باز خواهد گشت البته در صورتی که با اندکی جابه جایی چرخشی مواجه شود. ممکن است متوجه شده باشید که بالهای بیشتر هواپیماهای مسافربری بزرگ با انحنا ساخته میشوند. نوکهای بال نسبت به انتهای بال دورتر از زمین قرار میگیرند. از طرف دیگر جنگنده هایی که قدرت مانور بالایی دارند، انحنا ندارند. در واقع، برخی هواپیماهای جنگنده دارای بالهایی با نوک پایینتر از انتها هستند که باعث میشوند هواپیما دارای قدرت چرخش بالایی باشد. زاویهای با انحنای منفی anhedral نامیده میشود. یک نکته تاریخی: برادران رایت هواپیمای پرنده خود را در سال 1903 با اندکی انحنای منفی به منظور افزایش کارایی چرخش هواپیما طراحی کردند.

نمای جانبی

با یک برش درون بال عمود بر لبه های حمله و فرار میتوان سطح مقطع بال را نشان داد. این نمای جانبی ایرفویل نامیده میشود که تعاریف هندسی مخصوص به خود را دارد که در قسمت پایین سمت چپ نشان داده شده است. خط مستقیمی که از لبه حمله تا لبه فرار کشیده میشود، خط وتر نامیده میشود. خط وتر مذکور، ایرفویل را به سطوح بالا و پایین تقسیم میکند. در صورتی که نقاط مابین سطوح بالا و پایین را بهم متصل کنیم، یک منحنی تحت عنوان خط خمیدگی یا قوز میانگین به دست میآید. در یک ایرفویل متقارن (سطح بالایی شکلی شبیه سطح پایینی دارد)، خط خمیدگی میانگین بر بالای خط وتر قرار خواهد گرفت. ماکزیمم فاصله بین این دو خط، خمیدگی یا قوز نامیده میشود که معیار سنجش انحنای ایرفویل است(خمیدگی بیشتر به معنای انحنای بیشتر است). حداکثر فاصله بین سطوح بالا و پایین، ضخامت نامیده میشود. اغلب این مقادیر به منظور تولید عدد درصدی یا بی بعد، بر طول وتر تقسیم میشوند.

ایرفویلها را میتوان با تمامی انواع ترکیبهای خمیدگی و توزیعهای ضخامت همراه کرد. ناسا روشی را برای طراحی انواع ایرفویلها وضع کرده و سپس این ایرفویلها در تونل باد به منظور تعیین ضرایب لیفت و دراگ برای طراحان، مورد آزمایش قرار گرفت.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

یکی از مفاهیم مهم در مطالعه آیرودینامیک، مفهوم خطوط جریان میباشد. خط جریان مسیری است که توسط یک ذره بدون جرم هنگام حرکت با جریان، طی میکند. آسانترین راه برای تجسم یک خط جریان این است که همراه جسم و نه جریان حرکت کنیم. تصویر بالا خطوط جریان محاسبه شده اطراف یک ایرفویل و اطراف یک استوانه را نشان میدهد. در هر دو حالت، همراه با جسم حرکت کرده و جریان از چپ به راست جاری میباشد. تا زمانی که خط جریان بوسیله یک ذره متحرک دنبال میشود، در هر نقطه در طول مسیر، سرعت مماس بر مسیر میباشد و تا زمانی که هیچ مولفه سرعت عمود بر مسیر وجود نداشته باشد، جرم نمیتواند در عرض یک خط جریان حرکت کند (نمیتواند یک خط جریان را قطع کند). جرم میان دو خط جریان در طول کل میدان جریان بدون تغییر باقی خواهد ماند. میتوانیم معادله برنولی را برای مرتبط ساختن فشار و سرعت در طول یک خط جریان به کار ببریم. تا زمانی که هیچ جرمی از میان سطح ایرفویل و استوانه عبور نمیکند، سطح جسم خود یک خط جریان محسوب میشود.

هواپیماها در هوای نسبتاً راکد حرکت میکنند ولی با این وجود ما آنها را با استفاده از تونل باد آزمایش و طراحی میکنیم، در شرایطی که مدل هواپیما ثابت است و هوا برای عبور از آن به حرکت در آورده میشود.

چنین ایده ای که در آن هواپیما ثابت بوده و هوا متحرک است میتواند اندکی گیج کننده باشد. ما چنین مسئله ای را هر روز تجربه میکنیم. هنگامی که در گوشه ای ایستاده اید و ماشینی را تماشا میکنید که از کنارتان عبور میکند، هوای اطراف شما همچنان راکد است. همانطور که ماشین در میان هوا حرکت می کند، نیروهای آیرودینامیکی وجود دارند. اکنون تصور کنید که شما در ماشین هستید و دست خود را از پنجره اتومبیل خارج کردهاید در این صورت شما قادر هستید نیروهای آیرودینامیکی که به دست شما نیرو وارد میکنند را حس کنید. چنین به نظر میرسد که هوا به تندی حرکت ماشین از دست شما عبور می کند. نیروهای وارد بر ماشین چه شما در کناری ایستاده باشید وچه سوار بر ماشین باشید در هر دو صورت یکسان هستند. چنین مسئله ای در مورد هواپیماها نیز صادق است. در صورتی که هواپیما در هوا حرکت کند، یا اینکه هوا بر هواپیما نیرو وارد کند، در هر دو صورت نیروها دقیقاً یکسان هستند. معمولاً آزمایش کردن هواپیماها در تونلهای باد پیش از تلاش در به پرواز در آوردن آنها، آسانتر، کم هزینه تر و کم خطر تر میباشد.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

مشخصات

تاریخ درج: ۱۳۹۴/۷/۴ منبع: دیتاسرا

خرید آنلاین

عنوان: قوانین و مفاهیم پایه مکانیک سیالات حجم: 1.20 مگابایت قیمت: 89500 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com نرم افزارهای مورد نیاز: winrar - adobe acrobat - office