مفاهیم اولیه فلو

جریان سیال چیست؟
Fluid Flow بخشی از مکانیک سیالات است و با دینامیک سیالات سروکار دارد. این شامل حرکت سیالی است که تحت نیروهای نامتعادل قرار می گیرد. این حرکت تا زمانی که نیروهای نامتعادل اعمال شود ادامه می یابد. به عنوان مثال ، اگر در حال ریختن آب از یک لیوان هستید ، سرعت آب روی لب بسیار زیاد است ، نزدیک به لبه سرعت کمتر می شود و در پایین لیوان سرعت بسیار کم است. نیروی نامتعادل نیروی جاذبه است و تا زمانی که آب در لیوان وجود دارد و لیوان کج شود جریان دارد.

انواع سیالها:
سیال ایده آل(Ideal Fluid):یک سیال ایده آل سیالی است که فشرده نمی شود و ویسکوزیته آن صفر می باشد.سیال ایده آل وجود خارجی ندارد.
سیال واقعی(Real Fluid): همه سیال ها سیال واقعی هستند تا زمانی که ویسکوزیته داشته باشند.
سیال نیوتنی(Newtonian Fluid): در سیالات نیوتونی در دما و فشار ثابت، ویسکوزیته ثابت می ماند. یعنی اگر نیرویی از بیرون بر آنها وارد شود، ویسکوزیته تغییر نمی کند. بنابراین در سیالات نیوتنی، ویسکوزیته فقط تابع دما و فشار می باشد و به نیروی بیرونی وارد بر سیال وابسته نیست. به عنوان مثال اگر یک سنگ را به درون یک ظرف آب بیاندازیم، تغییری در غلظت آن ایجاد نمی شود. زیرا آب یک سیال نیوتنی است
سیال غیر نیوتنی(Non-Newtonian Fluid): در سیالات غیرنیوتنی، ویسکوزیته با اعمال نیروی وارد بر سیال، تغییر می کند. بعبارت دیگر سیالی که گرانروی آن با نرخ کرنش وارد بر آن تغییر می‌کند، غیرنیوتنی می باشد. در نتیجه چنین سیالاتی فاقد گرانروی یا ویسکوزیته معین هستند. بنابراین در سیالات غیرنیوتونی ضریبی ثابت مانند لزجت برای توصیف وضعیت تنش برشی معنا ندارد. مانند: صابون‌های مایع و لوازم آرایشی.
سیال ایده آل پلاستیک(Ideal Plastic fluid): وقتی تنش برشی متناسب با شیب سرعت باشد و تنش برشی بیش از مقدار بازده باشد ، به عنوان سیال پلاستیکی ایده آل شناخته می شود.
سیال تراکم ناپذیر(Incompressible Fluid):هنگامی که چگالی سیال با اعمال نیروی خارجی تغییر نمی کند، سیال را تراکم ناپذیر گویند.
سیال تراکم پذیر(Compressible Fluid):هنگامی که چگالی سیال با اعمال نیروی خارجی تغییر کند، سیال را تراکم پذیر گویند.

ویژگی سیال :
اگرچه سیال ها کلا از نظر مواد تشکیل دهنده و خصوصیات خاص منحصر بفرد هستند،همه سیال ها در تعدادی ویژگی مشترک هستند.این ویژگی ها را می توان در سه دسته طبقه بندی نمود:
ویژگی های جنبشی:این ویزگی ها به درک حرکت سیال کمک می کنند.سرعت و شتاب از این جمله ویزگی های سیال هستند.
ویژگی های ترمودینامیکی:این ویژگی ها درک وضعیت های ترمودینامیکی سیال را ممکن می سازند.دما، چگالی و فشار از این دست ویژگی ها هستند.
ویژگی های فیزیکی:این ویژگی ها به درک خوتص فیزیکی سیال کمک می کنند .مانند رنگ و بو.

انواع جریان سیال:
جریان ثابت و غیرثابت(Steady or Unsteady Flow):
دریک جریان ثابت،خواص سیال مانند سرعت، چگالی،فشار و… در هر نقطه ای ثابت است.

در یک جریان غیرثابت، خواص سیال مانند سرعت، چگالی،فشار و… می تواند بین دو نقطه با توجه به زمان متفاوت باشد.

سیال همشکل و غیرهمشکل(Uniform and Non-Uniform):
در یک جریان همشکل،سرعت در هر نقطه ای با توجه به فضا تغییری نمی کند.

در یک جریان غیرهمشکل،سرعت با توجه به فضا می تواند در هر نقطه ای متفاوت یاشد.

جریان خطی یا گردآبی(Laminar or Turbulent):
در یک جریانی خطی،ذرات جریان در مسیرهای خطی و مشخص در یک مسیر حرکت می کنند و خطوط جریان مستقیم و موازی هستند.از اینرو ذرات به نرمی و برروی هم حرکت می کنند.این نوع از سیال ها، سیال ویسکوز نیز نامیده می شوند.
در جریان های گردآبی، ذرات جریان به صورت زیگزاگ حرکت می کنند و این اشکال EDDIE باعث هدررفت انرژی می شوند.
اگر عدد رینولدز کمتر از ۲۰۰۰ باشد،جریان را خطی گویند.
اگر عدد رینولدز بالای ۴۰۰۰باشد، جریان را گردآبی گویند.
اگر عدد رینولدز بین ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ باشد، جریان می تواند خطی یا گردآبی باشد.

جریان تراکم پذیر و ناتراکم پذیر(Compressible and incompressible):
در جریان تراکم پذیر، چگالی ثابت نیست و می تواند از نقطه ای به نقطه دیگر متفاوت باشد.
در جریان تراکم ناپذیر،چگالی در همه نقاط ثابت است.
گازها،تراکم پذیر و مایعات تراکم ناپذیر هستند.

جریان چرخشی و غیرچرخشی(Rotational and Irrotational):
در جریان چرخشی، ذرات جریان هنگامی که در امتداد خط جریان در حال حرکت هستند،بدور محور خود دوران دارند.در حالی که در جریان غیرچرخشی،در حرکت در امتداد خط جریان،هیچ چرخشی ندارند.

جریان های یک،دو و سه بعدی :
جریان یک بعدی نوعی از جریان است که در آن،پارامتر جریان مانند سرعت تابعی از زمان است و فقط یک بعد مشارکت دارد.
جریان دوبعدی نوعی از جریان است که در آن سرعت تابعی از زمان و دو بعد x و y است.
جریان سه بعدی نوعی از جریان است که در آن سرعت تابعی از زمان و سه بعد مختصات است.