دینامیک سیالات

دینامیک شاره‌ها یا دینامیک سیالات (به انگلیسی: Fluid dynamics) نام یکی از شاخه‌های بسیار پرکاربرد و وسیع مکانیک سیّالات است که حرکت شاره‌ها را مورد مطالعه قرار می‌دهد. دینامیک شاره‌ها خود دو شاخهٔ هیدرودینامیک (بررسی حرکت مایعات) و آیرودینامیک (بررسی حرکت هوا و گازهای دیگر) را شامل می‌شود. لئونارد اویلر و دانیل برنولی از پیشگامان این دانش بودند.

دینامیک سیالات کاربردهای گسترده ای دارد، از جمله محاسبه نیروها و گشتاورها در هواپیما ، تعیین نرخ جریان جرمی نفت از طریق خطوط لوله ، پیش بینی الگوهای آب و هوا ، درک سحابی ها در فضای بین ستاره ای و مدل سازی انفجار سلاح شکافت .

دینامیک سیالات یک ساختار سیستماتیک ارائه می دهد که زیربنای این رشته های عملی است که شامل قوانین تجربی و نیمه تجربی است که از اندازه گیری جریان مشتق شده و برای حل مسائل عملی استفاده می شود. راه حل مسئله دینامیک سیالات معمولاً شامل محاسبه خواص مختلف سیال، مانند سرعت جریان ، فشار ، چگالی و دما ، به عنوان تابعی از فضا و زمان است.

قبل از قرن بیستم، هیدرودینامیک مترادف با دینامیک سیالات بود. این هنوز در نام برخی از موضوعات دینامیک سیالات، مانند مگنتوهیدرودینامیک و پایداری هیدرودینامیکی ، که هر دوی آنها را می‌توان برای گازها نیز به کار برد، منعکس می‌شود.

از آن‌جا که دینامیک سیّالات پدیده‌های پیچیده‌ای همچون جریانهای آشفته، امواج شوک در سرعت‌های مافوق صوت، و سامانه‌های بی نظم را شامل می‌شود، بخش عمده‌ای از پیشرفت‌های علمی در ریاضیّات کاربردی و در فیزیک به خاطر تلاش در حل این‌گونه مسایل حاصل شده‌است

معادلات دینامیک سیالات

بدیهیات اساسی دینامیک سیالات قوانین بقا ، به طور خاص، بقای جرم ، بقای تکانه خطی و بقای انرژی (همچنین به عنوان قانون اول ترمودینامیک شناخته می شود ) هستند. اینها بر اساس مکانیک کلاسیک هستند و در مکانیک کوانتومی و نسبیت عام اصلاح شده اند . آنها با استفاده از قضیه انتقال رینولدز بیان می شوند .

علاوه بر موارد فوق، فرض می شود که سیالات از فرض پیوستگی پیروی می کنند . در مقیاس کوچک، همه مایعات از مولکول هایی تشکیل شده اند که با یکدیگر برخورد می کنند و اجسام جامد. با این حال، فرض پیوسته فرض می‌کند که سیالات به جای گسسته، پیوسته هستند. در نتیجه، فرض بر این است که خواصی مانند چگالی، فشار، دما و سرعت جریان در نقاط بی‌نهایت کوچک فضا به خوبی تعریف شده‌اند و به طور پیوسته از نقطه‌ای به نقطه دیگر تغییر می‌کنند. این واقعیت که سیال از مولکول های مجزا تشکیل شده است نادیده گرفته می شود.

برای سیالاتی که به اندازه کافی چگالی دارند که پیوسته باشند، حاوی گونه های یونیزه نیستند، و دارای سرعت های جریانی هستند که نسبت به سرعت نور کم است، معادلات تکانه سیالات نیوتنی معادلات ناویر-استوکس است که یک غیرمعادل است. مجموعه خطی معادلات دیفرانسیل که جریان سیالی را توصیف می کند که تنش آن به صورت خطی به گرادیان سرعت و فشار جریان بستگی دارد. معادلات ساده‌نشده یک راه‌حل کلی شکل بسته ندارند ، بنابراین عمدتاً در دینامیک سیالات محاسباتی کاربرد دارند .

علاوه بر معادلات جرم، تکانه و بقای انرژی، یک معادله حالت ترمودینامیکی که فشار را تابعی از سایر متغیرهای ترمودینامیکی می‌دهد برای توصیف کامل مسئله مورد نیاز است. یک مثال از این معادله گاز کامل حالت است :

$p={\rho RuT \over M}$

که در آن p فشار است ، ρ چگالی است ، و T دمای مطلق است ، در حالی که Ru _ثابت گاز و M جرم مولی یک گاز خاص است . یک رابطه سازنده نیز ممکن است مفید باشد.

قوانین حفاظت

سه قانون حفاظت برای حل مسائل دینامیک سیالات استفاده می شود و ممکن است به شکل انتگرال یا دیفرانسیل نوشته شود. قوانین حفاظت ممکن است در ناحیه ای از جریان به نام حجم کنترل اعمال شود . حجم کنترل حجم مجزایی در فضا است که فرض می شود سیال از طریق آن جریان دارد. فرمول‌های انتگرالی قوانین بقا برای توصیف تغییر جرم، تکانه یا انرژی در حجم کنترل استفاده می‌شوند. فرمول‌بندی‌های دیفرانسیل قوانین حفاظت، قضیه استوکس را برای به دست آوردن عبارتی به کار می‌برند که ممکن است به عنوان شکل جدایی‌ناپذیر قانون اعمال شده برای حجم بی‌نهایت کوچک (در یک نقطه) در جریان تفسیر شود.

تداوم جرم (حفظ جرم)

سرعت تغییر جرم سیال در داخل یک حجم کنترل باید برابر با نرخ خالص جریان سیال به داخل حجم باشد. از نظر فیزیکی، این عبارت مستلزم آن است که جرم در حجم کنترل نه ایجاد شود و نه از بین برود،  و می توان آن را به شکل یکپارچه معادله پیوستگی ترجمه کرد:

${\displaystyle {\frac {\partial }{\partial t}}\iiint _{V}\rho \,dV=-\,{\oint \oint }}{\displaystyle {\scriptstyle }}{\displaystyle {}\,\rho \mathbf {u} \cdot d\mathbf {S} }$

سمت چپ عبارت فوق، میزان افزایش جرم در حجم است و شامل یک انتگرال سه گانه نسبت به حجم کنترل است، در حالی که سمت راست شامل یک ادغام بر روی سطح حجم کنترل جرم است که به حجم کنترل منتقل شده است. سیستم. جریان جرمی به سیستم مثبت در نظر گرفته می شود و از آنجایی که بردار نرمال به سطح مخالف حس جریان به سیستم است، این عبارت نفی می شود. شکل دیفرانسیل معادله پیوستگی با قضیه واگرایی است :

${\partial \rho \over \partial t}+\nabla .(u\rho )=0$

بقای انرژی ( قانون اول ترمودینامیک )

اگرچه انرژی می تواند از شکلی به شکل دیگر تبدیل شود، انرژی کل در یک سیستم بسته ثابت می ماند.

$\rho {Dh \over Dt}={Dp \over Dt}+\bigtriangledown .(k\bigtriangledown T)+\Phi$

در بالا، h آنتالپی خاص ، k هدایت حرارتی سیال، T دما، و Φ تابع اتلاف ویسکوز است. تابع اتلاف ویسکوز نرخ تبدیل انرژی مکانیکی جریان به گرما را کنترل می کند. قانون دوم ترمودینامیک مستلزم آن است که عبارت اتلاف همیشه مثبت باشد: ویسکوزیته نمی تواند انرژی را در حجم کنترل ایجاد کند.  عبارت سمت چپ یک مشتق مادی است.

طبقه بندی

جریان تراکم پذیر در مقابل جریان تراکم ناپذیر

تمام سیالات تا حدی قابل تراکم هستند. یعنی تغییرات فشار یا دما باعث تغییر چگالی می شود. با این حال، در بسیاری از موقعیت ها، تغییرات فشار و دما به اندازه ای کوچک است که تغییرات در چگالی ناچیز است. در این حالت جریان را می توان به عنوان یک جریان تراکم ناپذیر مدل کرد . در غیر این صورت باید از معادلات کلی تر جریان تراکم پذیر استفاده کرد.

از نظر ریاضی، تراکم ناپذیری با این بیان می شود که چگالی ρ یک بسته سیال با حرکت در میدان جریان تغییر نمی کند، یعنی:

${D\rho \over Dt}=0$

جایی که D/Dt مشتق مادی است که مجموع مشتقات محلی و همرفتی است . این محدودیت اضافی معادلات حاکم را به ویژه در مواردی که سیال چگالی یکنواخت دارد، ساده می کند.

برای جریان گازها، برای تعیین اینکه آیا باید از دینامیک سیال تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر استفاده شود، عدد ماخ جریان ارزیابی می شود. به عنوان یک راهنمای تقریبی، می‌توان جلوه‌های فشرده‌سازی را در اعداد ماخ زیر تقریباً 0.3 نادیده گرفت. برای مایعات، اینکه آیا فرض تراکم ناپذیر معتبر است یا خیر، بستگی به خواص سیال (به ویژه فشار و دمای بحرانی سیال) و شرایط جریان دارد (فشار جریان واقعی چقدر به فشار بحرانی نزدیک می شود). مشکلات آکوستیک همیشه نیاز به تراکم پذیری دارند، زیرا امواج صوتی امواج فشرده ای هستند که شامل تغییرات فشار و چگالی محیطی هستند که از طریق آن منتشر می شوند.

سیالات نیوتنی در مقابل سیالات غیرنیوتنی

همه سیال ها، به جز ابر سیال ها ، چسبناک هستند، به این معنی که مقداری مقاومت در برابر تغییر شکل از خود نشان می دهند: بسته های همسایه سیال که با سرعت های مختلف حرکت می کنند، نیروهای چسبناکی بر یکدیگر اعمال می کنند. گرادیان سرعت به عنوان نرخ کرنش نامیده می شود . دارای ابعاد T ^-1 است . اسحاق نیوتن نشان داد که برای بسیاری از سیالات آشنا مانند آب و هوا ، تنش ناشی از این نیروهای چسبناک به طور خطی با نرخ کرنش مرتبط است. به چنین سیالاتی سیالات نیوتنی می گویند . ضریب تناسب را ویسکوزیته سیال می نامند. برای سیالات نیوتنی، این یک ویژگی سیال است که مستقل از نرخ کرنش است.

سیالات غیر نیوتنی رفتار تنش-کرنش پیچیده تر و غیرخطی دارند. زیرشاخه رئولوژی رفتارهای تنش-کرنش چنین سیالاتی را توصیف می کند که شامل امولسیون ها و دوغاب ها ، برخی مواد ویسکوالاستیک مانند خون و برخی پلیمرها و مایعات چسبنده مانند لاتکس ، عسل و روان کننده ها می باشد .

غیر لزج در مقابل ویسکوز در مقابل جریان استوکس

دینامیک بسته های سیال با کمک قانون دوم نیوتن توضیح داده شده است . یک بسته سیال در حال شتاب در معرض اثرات اینرسی است.

عدد رینولدز یک کمیت بدون بعد است که بزرگی اثرات اینرسی را در مقایسه با بزرگی اثرات چسبناک مشخص می کند. یک عدد رینولدز کم ( Re ≪ 1 ) نشان می دهد که نیروهای ویسکوز در مقایسه با نیروهای اینرسی بسیار قوی هستند. در چنین مواردی، گاهی اوقات نیروهای اینرسی نادیده گرفته می شوند. این رژیم جریان استوکس یا جریان خزنده نامیده می شود .

در مقابل، اعداد رینولدز بالا ( Re ≫ 1 ) نشان می دهد که اثرات اینرسی تأثیر بیشتری بر میدان سرعت نسبت به اثرات چسبناک (اصطکاک) دارد. در جریان‌های با عدد رینولدز بالا، جریان اغلب به‌عنوان یک جریان غیر لزج مدل‌سازی می‌شود ، تقریبی که در آن ویسکوزیته کاملاً نادیده گرفته می‌شود. حذف ویسکوزیته اجازه می دهد تا معادلات ناویر-استوکس به معادلات اویلر ساده شود . ادغام معادلات اویلر در امتداد یک خط جریان در یک جریان غیر لزج معادله برنولی را به دست می‌دهد . هنگامی که جریان علاوه بر غیر لزج بودن، در همه جا غیر چرخشی باشد ، معادله برنولی می تواند جریان را در همه جا به طور کامل توصیف کند. چنین جریان هایی را جریان های پتانسیل می نامند ، زیرا میدان سرعت ممکن است به عنوان گرادیان بیان انرژی پتانسیل بیان شود.

زمانی که عدد رینولدز بالا باشد، این ایده می تواند به خوبی کار کند. با این حال، مشکلاتی مانند مسائل مربوط به مرزهای جامد ممکن است نیاز به گنجاندن ویسکوزیته داشته باشد. ویسکوزیته را نمی توان در نزدیکی مرزهای جامد نادیده گرفت زیرا شرایط بدون لغزش یک ناحیه نازک با نرخ کرنش بزرگ ایجاد می کند، لایه مرزی ، که در آن اثرات ویسکوزیته غالب است و بنابراین گردابی ایجاد می کند . بنابراین، برای محاسبه نیروهای خالص روی اجسام (مانند بالها)، باید از معادلات جریان چسبناک استفاده کرد: نظریه جریان غیر لزج در پیش بینی نیروهای پسا ناتوان است ، محدودیتی که به پارادوکس d'Alembert معروف است .

یک مدل رایج  ، به ویژه در دینامیک سیالات محاسباتی ، استفاده از دو مدل جریان است: معادلات اویلر دور از بدنه، و معادلات لایه مرزی در ناحیه ای نزدیک به بدنه. سپس این دو راه حل را می توان با استفاده از روش بسط مجانبی همسان با یکدیگر مطابقت داد .

جریان ثابت در مقابل جریان ناپایدار

جریانی که تابع زمان نباشد جریان ثابت نامیده می شود . جریان حالت پایدار به شرایطی اطلاق می شود که خواص سیال در نقطه ای از سیستم در طول زمان تغییر نمی کند. جریان وابسته به زمان به عنوان ناپایدار شناخته می شود (که گذرا  نیز نامیده می شود ). اینکه یک جریان خاص ثابت یا ناپایدار باشد، می تواند به چارچوب مرجع انتخاب شده بستگی داشته باشد. برای مثال، جریان آرام روی یک کره در چارچوب مرجع که نسبت به کره ساکن است، ثابت است. در یک چارچوب مرجع که نسبت به جریان پس‌زمینه ساکن است، جریان ناپایدار است.

جریان های آشفته بنا به تعریف ناپایدار هستند. با این حال، یک جریان متلاطم می تواند از نظر آماری ساکن باشد . میدان سرعت تصادفی U ( x , t ) از نظر آماری ثابت است اگر همه آمارها تحت تغییر زمان ثابت باشند.  این تقریباً به این معنی است که تمام خصوصیات آماری در زمان ثابت هستند. اغلب، میدان میانگین موضوع مورد توجه است، و این نیز در یک جریان ثابت آماری ثابت است.

جریان های ثابت اغلب قابل حمل تر از جریان های ناپایدار مشابه هستند. معادلات حاکم بر یک مسئله ثابت یک بعد کمتر (زمان) نسبت به معادلات حاکم بر همان مسئله بدون استفاده از پایداری میدان جریان دارند.

جریان آرام در مقابل جریان آشفته

آشفتگی جریانی است که با چرخش مجدد، گرداب و تصادفی ظاهری مشخص می شود . جریانی که در آن تلاطم نشان داده نمی شود، آرام نامیده می شود . وجود گرداب ها یا چرخش مجدد به تنهایی لزوماً نشان دهنده جریان آشفته نیست - این پدیده ها ممکن است در جریان آرام نیز وجود داشته باشند. از نظر ریاضی، جریان آشفته اغلب از طریق تجزیه رینولدز نشان داده می شود ، که در آن جریان به مجموع یک جزء متوسط ​​و یک جزء اغتشاش تجزیه می شود.

اعتقاد بر این است که جریان های آشفته را می توان با استفاده از معادلات ناویر-استوکس به خوبی توصیف کرد . شبیه‌سازی عددی مستقیم (DNS)، بر اساس معادلات ناویر-استوکس، شبیه‌سازی جریان‌های آشفته در اعداد رینولدز متوسط ​​را ممکن می‌سازد. محدودیت ها به قدرت کامپیوتر مورد استفاده و کارایی الگوریتم حل بستگی دارد. نتایج DNS به خوبی با داده های تجربی برای برخی جریان ها مطابقت دارد.

اکثر جریان‌های مورد علاقه دارای اعداد رینولدز هستند که DNS نمی‌تواند گزینه مناسبی باشد،  با توجه به وضعیت قدرت محاسباتی در چند دهه آینده. هر وسیله نقلیه پروازی به اندازه کافی بزرگ برای حمل یک انسان ( L > 3 متر)، که با سرعتی بیشتر از 20 متر بر ثانیه (72 کیلومتر در ساعت؛ 45 مایل در ساعت) حرکت می کند، بسیار فراتر از حد شبیه سازی DNS است ( Re = 4 میلیون). بال‌های هواپیمای ترابری (مانند ایرباس A300 یا بوئینگ 747 ) دارای اعداد رینولدز 40 میلیون (بر اساس ابعاد وتر بال) هستند. حل این مشکلات جریان واقعی نیازمند مدل های آشفتگی برای آینده قابل پیش بینی است. معادلات ناویر-استوکس با میانگین رینولدز (RANS) همراه با مدل‌سازی آشفتگی ، مدلی از اثرات جریان آشفته ارائه می‌دهد. چنین مدل‌سازی عمدتاً انتقال تکانه اضافی توسط تنش‌های رینولدز را فراهم می‌کند ، اگرچه تلاطم نیز انتقال گرما و جرم را افزایش می‌دهد . یکی دیگر از روش‌های امیدوارکننده، شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES) است، به‌ویژه در قالب شبیه‌سازی گردابی جداشده (DES) - ترکیبی از مدل‌سازی آشفتگی LES و RANS.

سایر تقریب ها

تعداد زیادی تقریب ممکن دیگر برای مسائل دینامیکی سیالات وجود دارد. برخی از مواردی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند در زیر لیست شده اند.

• تقریب Boussinesq تغییرات چگالی را به جز محاسبه نیروهای شناوری نادیده می گیرد. اغلب در مسائل همرفت آزاد که تغییرات چگالی اندک است استفاده می شود.
• تئوری روانکاری و جریان هل-شاو از نسبت ابعاد بزرگحوزه بهره برداری می کند تا نشان دهد که عبارات خاصی در معادلات کوچک هستند و بنابراین می توان آنها را نادیده گرفت.
• نظریه جسم باریک روشی است که در مسائل جریان استوکس برای تخمین نیرو یا میدان جریان در اطراف یک جسم بلند و باریک در یک سیال چسبناک استفاده می شود.
• معادلات آب کم عمق را می توان برای توصیف لایه ای از سیال نسبتاً غیر لزج با سطح آزاد ، که در آن شیب سطحی کوچک است، استفاده کرد.
• قانون دارسی برای جریان در محیط های متخلخل استفاده می شود و با متغیرهایی که به طور میانگین در چندین عرض منفذ محاسبه شده اند کار می کند.
• در سیستم های دوار، معادلات شبه زمین شناسی تعادل تقریباً کاملی بین گرادیان فشار و نیروی کوریولیس را در نظر می گیرند . در مطالعه دینامیک اتمسفر مفید است .

انواع چند رشته ای

عدد ماخ

در حالی که بسیاری از جریان ها (مانند جریان آب از طریق یک لوله) با اعداد ماخ کم ( جریان های مادون صوت ) رخ می دهند، بسیاری از جریان های مورد علاقه عملی در آیرودینامیک یا در توربوماشین ها در کسرهای بالای M = 1 ( جریان های فراصوتی ) یا بیش از آن رخ می دهند. ( جریان های مافوق صوت یا حتی مافوق صوت ). پدیده های جدیدی در این رژیم ها رخ می دهد مانند ناپایداری در جریان فراصوت، امواج ضربه ای برای جریان مافوق صوت، یا رفتار شیمیایی غیرتعادلی ناشی از یونیزاسیون در جریان های مافوق صوت. در عمل، هر یک از آن رژیم های جریان به طور جداگانه درمان می شود.

جریان های واکنشی در مقابل غیر واکنشی

جریان‌های واکنشی جریان‌هایی هستند که از نظر شیمیایی واکنش‌پذیر هستند که در بسیاری از زمینه‌ها از جمله احتراق ( موتور IC )، دستگاه‌های رانش ( موشک‌ها ، موتورهای جت و غیره)، انفجارها ، آتش‌سوزی و خطرات ایمنی و اخترفیزیک کاربرد دارند. علاوه بر بقای جرم، تکانه و انرژی، بقای گونه های منفرد (به عنوان مثال، کسر جرمی متان در احتراق متان) باید استخراج شود، که در آن نرخ تولید/تخلیه هر گونه با حل همزمان معادلات شیمیایی به دست می آید.

مغناطیس هیدرودینامیک

مگنتوهیدرودینامیک مطالعه چند رشته ای جریان سیالات رسانای الکتریکی در میدان های الکترومغناطیسی است . نمونه هایی از این سیالات عبارتند از پلاسما ، فلزات مایع و آب نمک . معادلات جریان سیال به طور همزمان با معادلات الکترومغناطیس ماکسول حل می شود.

دینامیک سیالات نسبیتی

دینامیک سیالات نسبیتی حرکت سیال ماکروسکوپی و میکروسکوپی را با سرعت های بزرگ قابل مقایسه با سرعت نور مطالعه می کند .  این شاخه از دینامیک سیالات اثرات نسبیتی را هم از نظریه نسبیت خاص و هم از نظریه نسبیت عام به حساب می آورد . معادلات حاکم در هندسه ریمانی برای فضازمان مینکوفسکی به دست آمده است .

هیدرودینامیک نوسانی

این شاخه از دینامیک سیالات معادلات هیدرودینامیک استاندارد را با شارهای تصادفی که نوسانات حرارتی را مدل می کنند، تقویت می کند.  همانطور که توسط لاندو و لیفشیتز فرموله شده است ،  یک سهم نویز سفید به دست آمده از قضیه افت و خیز مکانیک آماری به تانسور تنش ویسکوز و شار حرارتی اضافه می شود .

اصطلاحات

مفهوم فشار برای مطالعه استاتیک سیالات و دینامیک سیالات مرکزی است. برای هر نقطه از بدن سیال، صرف نظر از اینکه سیال در حرکت است یا نه، می توان فشار را تشخیص داد. فشار را می توان با استفاده از آنروئید، لوله بوردون، ستون جیوه یا روش های مختلف دیگر اندازه گیری کرد .

برخی از اصطلاحات لازم در مطالعه دینامیک سیالات در سایر زمینه های مطالعه مشابه یافت نمی شود. به طور خاص، برخی از اصطلاحات مورد استفاده در دینامیک سیالات در استاتیک سیالات استفاده نمی شود .

اعداد مشخصه

اعداد بدون بعد (یا اعداد مشخصه ) نقش مهمی در تجزیه و تحلیل رفتار سیالات و جریان آنها و همچنین در سایر پدیده های انتقال دارند . آن‌ها شامل اعداد رینولدز وکه به عنوان نسبت‌های بزرگی نسبی ویژگی‌های سیال و سیستم فیزیکی، مانند چگالی ، ویسکوزیته ، سرعت صوت و سرعت جریان را توصیف می‌کنند . برای مقایسه یک وضعیت واقعی (مثلاً یک هواپیما ) با یک مدل در مقیاس کوچک، لازم است اعداد مشخصه مهم ثابت نگه داشته شوند. نام و فرمول این اعداد در ISO 31-12 و ISO 80000-11 استاندارد شده است .

اصطلاحات در دینامیک سیالات تراکم ناپذیر

مفاهیم فشار کل و فشار دینامیکی از معادله برنولی ناشی می‌شوند و در مطالعه تمام جریان‌های سیال مهم هستند. (این دو فشار به معنای معمول فشار نیستند - آنها را نمی توان با استفاده از یک آنروید، لوله بوردون یا ستون جیوه اندازه گیری کرد.) برای جلوگیری از ابهام احتمالی هنگام اشاره به فشار در دینامیک سیالات، بسیاری از نویسندگان از اصطلاح فشار استاتیک برای تشخیص آن استفاده می کنند. فشار کل و فشار دینامیکی فشار استاتیک با فشار یکسان است و برای هر نقطه در میدان جریان سیال قابل شناسایی است.

نقطه ای از جریان سیال که در آن جریان به حالت استراحت رسیده است (یعنی سرعت برابر با صفر در مجاورت جسم جامد غوطه ور در جریان سیال) از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این از چنان اهمیتی برخوردار است که نام خاصی به آن داده می شود - نقطه رکود . فشار استاتیک در نقطه راکد اهمیت ویژه ای دارد و نام خود را - فشار سکون - داده اند . در جریان های تراکم ناپذیر، فشار سکون در یک نقطه راکد برابر با فشار کل در سراسر میدان جریان است.

اصطلاحات در دینامیک سیالات تراکم پذیر

در یک سیال تراکم پذیر، تعریف شرایط کل (که شرایط راکد نیز نامیده می شود) برای همه ویژگی های حالت ترمودینامیکی (مانند دمای کل، آنتالپی کل، سرعت کل صوت) راحت است. این شرایط کل جریان تابعی از سرعت سیال هستند و در چارچوب های مرجع با حرکت های مختلف مقادیر متفاوتی دارند.

برای جلوگیری از ابهام احتمالی هنگام اشاره به خواص سیال مرتبط با وضعیت سیال به جای حرکت آن، معمولاً از پیشوند "استاتیک" استفاده می شود (مانند دمای استاتیک و آنتالپی ایستا). در جایی که هیچ پیشوندی وجود ندارد، خاصیت سیال شرط استاتیک است (بنابراین «دانسیته» و «چگالی استاتیک» به یک معنا هستند). شرایط استاتیک مستقل از چارچوب مرجع هستند.

از آنجایی که شرایط جریان کل با سکون سیال به صورت ایزنتروپیک تعریف می شود ، نیازی به تمایز بین آنتروپی کل و آنتروپی ایستا نیست، زیرا آنها همیشه طبق تعریف برابر هستند. به این ترتیب، آنتروپی معمولاً به سادگی "آنتروپی" نامیده می شود.

رده‌بندی

جریان پایا

جریان پایا (Steady Flow) جریانی است که سرعت ذرات یک نقطه از فضا در سیال وابستگی به زمان نداشته باشد یا بنا به تعریفی دیگر اگر یک سرعت سنج را در نقطه‌ای از سیال بگذاریم و سرعت تمام ذراتی که از آن رد می‌شود یکسان باشد، جریان پایا و در غیر این‌صورت ناپایا است. برای جریان سیال در سه بعد، معادلات زیر تعریف می‌شوند:

$V_{x}=f(x,y,z)\!$

$V_{y}=g(x,y,z)\!$

$V_{z}=h(x,y,z)\!$

و اگر جریان چرخشی نباشد معادلات به شکل ساده‌تر زیر تقلیل می‌یابند:

$V_{x}=f(x)\!$

$V_{y}=g(y)\!$

$V_{z}=h(z)\!$

جستارهای وابسته

• مهندسی مکانیک
• مهندسی هوافضا
• دینامیک سیالات محاسباتی
• جریان سیال
• جایزه دینامیک سیالات