مکانیک سیالات – معرفی و کاربردها

مکانیک سیالات – معرفی و کاربردها

مکانیک سیالات یکی از دروس پایه مهندسی مکانیک است که به بررسی رفتار سیالات (مایعات و گازها) در حالت استاتیکی و دینامیکی می‌پردازد. تفاوت اساسی مکانیک سیالات و مکانیک جامدات در این است که سیالات بر خلاف جامدات قادر به تحمل تنش برشی نیست. مکانیک سیالات را می‌توان به دو دسته استاتیک سیالات که مطالعه سیالات در حال سکون است و دینامیک سیالات که مطالعه سیالات و اثر نیروها بر روی آنها در حال حرکت است تقسیم کرد.

با یادگیری این درس، دانشجویان می‌توانند به طراحی سیستم‌های سیالاتی مختلف، مانند پمپ‌ها، خطوط لوله، توربین‌ها و غیره، بپردازند و نیازهای صنایع مختلف را برآورده کنند.

درس مکانیک سیالات در رشته‌های مهندسی مکانیک، مهندسی نفت، مهندسی شیمی، مهندسی هوافضا، مهندسی مواد، مهندسی برق و همچنین در برخی رشته‌های مرتبط با محیط زیست نظیر مهندسی محیط زیست نیز ارائه می‌شود. در هر رشته، محتوای درس ممکن است بر اساس نیازهای مرتبط با آن رشته تعیین شود.

این درس عموماً شامل مباحث زیر می باشد.

خواص مکانیکی سیالات:

این بخش شامل بررسی خواص مختلف سیالات مانند چگالی، لزجت، فشار، دما، و نقطه غلیان و ذوب است.

معادلات پایه مکـانیک سیالات:

در این بخش، معادلات پایه برای توصیف حرکت سیالات، از جمله معادله حفظ جرم، معادله حرکت و معادله حفظ انرژی بررسی می‌شود.

جریان سیالات:

این بخش شامل بررسی جریان سیالات در لوله‌ها، اتصالات و پمپ‌ها است.

دینامیک سیالات:

در این بخش، به بررسی جنبش سیالات با سرعت‌های مختلف، اثرات نیروها و نیروهای تحریک کننده بر سیالات پرداخته می‌شود.

مکـانیک سیالات محاسباتی:

در این بخش، روش‌های عددی برای حل معادلات مکانیکی سیالات با استفاده از کامپیوتر و نرم‌افزارهای مختلف بررسی می‌شود.

مکانیک سیالات یکی از پایه‌های مهم در بسیاری از صنایع و علوم است و معادلات اساسی حاکم بر دینامیک سیالات عبارت‌اند از معادله بقای جرم و بقای مومنتم (یا همان معادلات ناویه-استوکس) می‌باشند.

کاربردهای این علم در بسیاری از زمینه‌ها وجود دارد، به عنوان مثال:

طراحی سامانه‌های سیالاتی: مهندسان مکـانیک سیالات به طراحی سامانه‌های سیالاتی مانند خطوط لوله، پمپ‌ها، توربین‌ها و صنایع مرتبط با سیالات مانند صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و غیره، می‌پردازند.

تحلیل رفتار سیالات: مهندسان مکـانیک سیالات برای تحلیل رفتار سیالات در سیستم‌های مختلف، مانند محیط زیست، تهویه، آبیاری و غیره، از اصول مکانیک سیالات استفاده می‌کنند.

تحقیقات در زمینه پدیده‌های سیالاتی: مهندسان مکـانیک سیالات با تحقیق در زمینه پدیده‌های سیالاتی مانند جریان‌های توربولانسی، پدیده‌های آبشاری و سرشاری، و جریان‌های چندفازی مانند جریان سیال-گاز و جریان سیال-جامدات، سعی در بهبود فهم و کنترل این پدیده‌ها دارند.

طراحی سیستم‌های حرارتی و سرمایشی: مهندسان مکـانیک سیالات برای طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های حرارتی و سرمایشی، مانند سیستم‌های تهویه مطبوع، از اصول مکانیک سیالات استفاده می‌کنند.

پیش‌بینی آب و هوا: مکـانیک سیالات به عنوان یکی از اصول اساسی در مدلسازی و پیش‌بینی جریانات هوایی و اقیانوسی به کار می‌رود.

پزشکی: مکـانیک سیالات در برخی زمینه‌های پزشکی نیز به کار می‌رود. به عنوان مثال، در برخی عملیات جراحی قلب، مهندسان مکانیک سیالات از اصول مکانیک سیالات برای تحلیل جریان خون در قلب استفاده می‌کنند.

صنایع غذایی: مهندسان مکـانیک سیالات در طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های تهویه و خنک‌کننده در صنایع غذایی از اصول مکانیک سیالات استفاده می‌کنند.

تحقیقات در زمینه سیالات نانو: با توسعه فناوری نانو، مهندسان مکـانیک سیالات به بررسی و تحلیل رفتار سیالات نانو، مانند جریان سیالات نانو و اثرات نانوسیالات بر خواص سطوح، پرداخته‌اند.

طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های انرژی: مهندسان مکـانیک سیالات در طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های انتقال انرژی، مانند توربین‌های بادی و هیدرولیکی، از اصول مکانیک سیالات استفاده می‌کنند.

به طور خلاصه، مکـانیک سیالات در بسیاری از زمینه‌های علمی و صنعتی از جمله صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، هوافضا، تحقیقات پزشکی و غذایی، و همچنین در بسیاری از زمینه‌های پژوهشی مانند نانوتکنولوژی به کار می‌رود.

این درس در رشته مکـانیک به صورت 3 واحدی و به صورت سیالات 1 و 2 ارائه می شود، ولی در سایر رشته ها معمولا به صورت یک تک درس 3 واحدی می باشد.

جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره این درس می توانید از لینک ویکی آن استفاده کنید.

جهت دانلود نمونه سوالات درس مکانیک سیالات مطابق با رشته خود می توانید کد درس را در فیلد زیر جستجو کنید.