جریان سیال نقش مهمی در صنایع پیرامون ما همچون توربوماشینها، سیستمهای هیدرودینامیکی ، صنایع هوا و فضا، صنایع نفت و گاز و بسیاری موارد دیگر ایفا می کند. از آن جا که در اکثر صنایع و سیستمها، رژیم جریان به صورت آشفته است، بنابراین این نوع جریان از اهمیت فوق العاده ای برخوردار می باشد. دلیل اهمیت آن این است که جریان آشفته نقش مهمی در انتقال اندازه حرکت ( ممنتوم)، انتقال حرارت و جرم، تلفات انرژی و اصطکاک در سیستمهای سیالات دارد. بنابراین به منظور طراحی بهینه و مطلوب سیستمهای سیالات در صنایع مختلف ، نیاز است تا جریان های آشفته را شناخته و کمیتهای آن را مشخص نمود. تعیین این کمیتها توسط روش های عددی و تجربی انجام می پذیرد.
در روش های عددی با بهره گرفتن از شبیه سازی و حل معادله های حاکم بر جریان سیال نظیر معادله های پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی ، کمیتهای جریان را در شرایط مختلف به دست آورده و با توجه به نتایج به دست آمده، سیستمهای مورد نظر طراحی ویا بهینه می شوند . در روش های تجربی با بهره گرفتن از تجهیزاتی نظیر تونل باد، تونل آب و … مدل را در شرایط آزمایش قرار داده و با بهره گرفتن از دستگاه های اندازه گیری ، کمیتهای مختلف جریان سیال اندازه گیری شده در نتیجه می توان پدیده های فیزیکی را درک و سیستمهای سیالاتی را طراحی و بهینه نمود. دو روش فوق دارای مزایا و معایب مربوط به خود می باشند که پژوهشگران و طراحان باید از مزایای این دو روش به نحو مطلوبی استفاده نمایند .
در روش های تجربی نیاز به مدل، تجهیزات آزمایش و دستگاه های اندازه گیری است و معمولاً پرهزینه تر از روش های عددی است. با توجه به مشکلات اندازه گیری برخی از کمیتهای جریان سیال و یا جریانهای ناپایا در زمان های بسیار کوتاه، نظیر بررسی جریان اطراف یک جسم آیرودینامیکی از لحظه صفر تا زمان شکل گیری لایه مرزی، استفاده از روش های تجربی بسیار پیچیده و مشکل است. در روش های عددی، معادله های حاکم بر جریان سیال از روش های مختلف حل می شوند. در این روشها با توجه به ساده سازی معادلههای حاکم بر جریان
/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af%d8%b4%d8%a8%db%8c%d9%87-%d8%b3%d8%a7%d8%b2%db%8c-%d8%b3%d9%87-%d8%a8%d8%b9%d8%af-2/
سیال، خطای ناشی از مدل آشفتگی و یا تأثیر شرایط مرزی، امکان خطا درنتایج به دست آمده وجود دارد، که بهتر است صحت نتایج حاصله با نتایج حاصل از روش های تجربی مقایسه و کدهای نوشته شده را اصلاح نمود. در حال حاضر با توجه به هزینه های پژوهش بهتر است ازدو روش عددی و تجربی به طور مکمل، استفاده نمود[1].
1-2- کمیتهای مهم جریان سیال
برای بررسی جریان سیال و نحوه تأثیر آن بر محیط و کنترل رفتار آن، نیاز به اندازه گیری کمیتهای جریان سیال است. برای مثال در مهندسی سازه برای تعیین نحوه بارگذاری حاصل از نیروی باد و یا شناخت جریان هوا در اطراف سازه هایی نظیر ساختمانها، پلها استادیومها و.. نیاز به مشخص نمودن توزیع فشار، توزیع سرعت، طیف اغتشاشهای جریان هوا و ضخامت لایه مرزی جریان هوا است. برای بررسی و اندازه گیری این کمیتها نیاز به انجام آزمایش است، بدین ترتیب که مدل کوچکی از سازه مورد نظر را ساخته و با بهره گرفتن از تونل باد، رفتار جریان هوا در اطراف مدل بررسی می شود. آنچه که در این روش حائز اهمیت است. قرار گرفتن مدل درداخل لایه مرزی و ایجاد تشابه هندسی و دینامیکی میان جریان هوای درون تونل باد و جریان اتمسفری می باشد. این امر توسط پارامترهایی نظیر عدد رینولدز، نحوه توزیع سرعت در اطراف مدل و اندازه گیری طیف اغتشاشهای جریان هوا انجام می شود. به منظور بررسی رفتار ارتعاشی سازه ها اندازه گیری نوع فرکانس اغتشاشهای جریان هوا بسیار حائز اهمیت است . بنابراین مشاهده می شود که اندازه گیری دقیق کمیتهای جریان هوا در اطراف مدل بسیار پر اهمیت بوده و هر گونه اشتباه و خطایی در مقادیر اندازه گیری شده می تواند باعث اشتباه در طراحی شود.
یکی از کمیت های مهم جریان سیال، سرعت لحظه ای جریان سیال است. سرعت لحظه ای جریان سیال را می توان به شکل برداری نشان داد که دارای مولفه های W(t),V(t),U(t) به ترتیب در راستای مختصات دکارتی است. سرعت لحظه ای دریک نقطه را می توان به صورت مجموع سرعت متوسط و اغتشاشهای سرعت نشان داد:
معادله 1. معادلات سرعت
اندازه گیری مؤلفه های اغتشاشی و تغییرات آنها در حوزه زمان و یا فرکانس، در شناخت جریان سیال و کنترل آن از اهمیت ویژه ای برخودار است. فرکانس اغتشاشهای سرعت جریان سیال، از چند هرتز در جریان آرام تا چندین کیلوهرتز در جریان آشفته تغییر کرده و به عدد رینولدز بستگی دارد. همچنین اثر متقابل u,v بر روی یکدیگر نیز بسیار حائز اهمیت است.
فرم در حال بارگذاری ...