· علم مکانیک سیالات:
شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی سیالات (مایعات، گازها و پلاسما) و نیروهای آنها می‌پردازد. این رشته در طیف گسترده‌ای از رشته‌ها، از جمله مهندسی مکانیک، مهندسی عمران، مهندسی شیمی و زیست‌پزشکی، ژئوفیزیک، اقیانوس‌شناسی، هواشناسی، اخترفیزیک و زیست‌شناسی کاربرد دارد.
· تعریفی کلی از سیال:
به طور کلی هر ماه ای که بتواند جاری شود و به آسانی به شکل ظرف خود در آید، سیال نامیده می‌شود. سیالات به دو دسته گازها و مایعات تقسیم میشوند. در گازها، فاصله بین مولکول ها از یکدیگر زیاد بوده و در مایعات، فاصله مولکول ها به یکدیگر فوق العاده نزدیک است. به همین علت، گازها قابل تراکم و مایعات غیر قابل تراکم می‌باشند. همچنین مایعات حجم معینی را اشغال نموده و دارای سطح آزاد هستند ولی گازها تمام فضای ظروف را اشغال نموده و دارای سطح آزاد نیستند.
مشخصات هر سیال:
هرسیالی دارای مشخصات خاص خود می‌باشد که به وسیله آن شرایط فیزیکی سیال و نحو علکرد آن معلوم میگردد. مهمترین مشخصاتی که مسائل مهندسی استفاه میگردد، عبارتند از:
جرم مخصوص:
عبارت است از جرم واحد حجم که که معمولا آن را با ρ نمایش می‌دهند.
ρ=m/V
حجم مخصوص:
حجم مخصوصف عبارت است از حجم واحد جرم که معمولا با نماد v نمایش داده می‌شود. و در واقع دقیقا همان برعکس جرم مخصوص است.
وزن مخصوص:
عبارت است از وزن واحد حجم سیال که معمولا آن را با γ نمایش می‌دهند.
وزن مخصوص ویژه:
وزن مخصوص ویژه یا چگالی، عبارت است از نسبت وزن مخصوص سیال به وزن مخصوص آب و معمولا با علامت SG نمایش داده می‌شود.
ویسکوزیته:
ویسکوزیته یا گران روی سیال، عبارت است از مقاومتی که سیال در مقابل تغییر شکل برشی و یا تغییر شکل زاویه ای(کرنش) به هنگام حرکت از خود نشان می‌دهد و در حقیقت عامل بازدارنده سیال در مقابل حرکت می‌باشد. گران روی با µ نمایش داده می‌شود.
استاتیک سیالات
سیالات وقتی در حالت استاتیکی و یا سکون می‌باشند که تمام ذرات آن بدون حرکت بوده و یا در حالت خاص، همگی با سرعت یکنواخت و ثابت نظیر یک جسم صلب نسبت به یک مبدا مختصات حرکت نمایند. بنابراین تنش برشی در سیال صفر بوده و تنها توزیع فشار مورد بررسی قرار می‌گیرد. فشار در این حالت، عبارت است از نیروی وارده بر واحد سطح که به طور عمودی بر جداره ظرفی که سیال را احاطه کرده، وارد می‌شود. فشار وارده به یک ذره سیال در حال سکون، فقط بستگی به حاصلضرب وزن مخصوص سیال از سطح آزاد سیال را دارد . یا به عبارت دیگر، در ظرف محتوی سیال، فشار بین دو نقطه از سیال، فقط بستگی به فاصله عمودی یا ارتفاع بین آن ها (Z) دارد.
دینامیک سیالات
دینامیک سیالات علمی است که از قوانین حاکم بر حرکت سیال بحث نموده و با تجزیه و تحلیل قرار دادن این حرکت، روابط و معادلاتی که بتوان به وسیله آن رفتار فیزیکی سیال را پیشبینی نمود، را بیان میکند. در دینامیک تعاریف مختلفی علاوه بر مشخصه های سیال، مطرح میگردد.
دبی:
مقدار سیالی که در واحد زمان از یک لوله یا از یک سطح مشخص، عبور میکند که هود به سه دسته حجمی، جرمی و وزنی تقسیم میگردد.
سرعت جریان:
سرعت جریان عبارت است از مقدار مسافتی که یک ذره سیال در واحد زمان طی میکند.در صورتی که دبی اولیه لوله(Q) و سطح مقطع، عمود بر لوله (A) باشد، سرعت متوسط سیال،حاصل تقسیم دبی بر سطح مقطع خواهد بود.
سیال ایده آل و غیر ایده آل:
سیال ایده آل سیالی است که در اثر کوچکترین میروی وارده تغییر شکل داده و مقاومتی از خود در برابر نیرو نشان ندهد که عمعوملا محاسبات اولیه با فرض ایده آل بودن سیال صورت می‌گیرد ولی در طبیعت چنین سیالی به معنای واقعی آن وجود ندارد. لذا سیال ها در واقعیت غیر ایده آل می‌باشند.
جریان دائم و غیردائم:
وقتی حرکت سیالی بستگی به زمان نداشته باشد، جریان، دائمی نامیده می‌شود.بدین ترتیب در حرکت دائم جرم مخصوص و فشار سیال نسبت به یکدیگر در یک نقطه ثابت قرار می‌گیرند.در حالیکه در حرکت غیردائم، این مقادیر می‌توانند نسبت به زمان تغییر پیدا کنند.
حجم کنترل:
حجم معینی از فضا است که جریان جرم، انرژی و اندازه حرکت به داخل و خارج آن وجود دارد.
اصول حاکم بر دینامیک سیالات
رابطه پیوستگی(بقای جرم):
رابطه پیوستگی با اصل بقای ماده به این شرح بیان میگردد: ماده نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود و جرم با زمان تغییر نمی‌کند.
رابطه برنولی(بقای انرژی):
این رابطه در مسائل هیدرولیکی کاربرد بسیار زیادی دارد و در حقیقت، همان اصل بقای انرژی است. بیان قانون و یا رابطه برنولی بدین ترتیب است که در یک سیال ایده آل، غیرقابل تراکم و در یک جریان دائمی، مقدار کل انرژی سیال همیشه ثابت می‌باشد.
رابطه تریچلی:
این رابطه نیز برگرفته از رابطه برنولی و بیان کننده مقدار سرعت خروجی سیال می‌باشد.
معادله مومنتوم:
قانون دوم نیوتن بیان میکند که نرخ زمانی تغییرات «مومنتوم خطی» (Linear Momentum) یک سیستم، برابر با مجموع نیروهای خارجی است که به آن سیستم وارد میشوند.این معادله، به خصوص در محاسبات نیروی وارده از طرف سیال به زانوها و یا لوله ها در هر تغییر مقطع، کاربرد زیادی دارد. تغییر لنگر خطی در طول خط جریان، به معنای تغییر سرعت در مقاطع مختلف می‌باشد.
مشخصات فنی برگرفته شده از روابط برای هر پمپ
به طور کلی پمپ یا تلمبه به دستگاهی گفته می شود که انرژی را از یک منبع خارجی مانند موتور الکتریکی، گرفته و به مایعی که از آن عبور می کند، انتقال می دهد. این افزایش انرژی به صورت های مختلف مانند جا به جایی سیالات و افزایش فشار مورد استفاده قرار می گیرد. اولین و حیاتی‌ترین نکته در مورد انتخاب پمپ ها توسط مشتریان، فارغ از نوع پمپ، درک درست از شرایط مدنظر برای کارکرد پمپ می‌باشد.اصلی ترین مفاهیم برگرفته از از این روابط، هد و دبی برای هر پمپ می‌باشد.ارتفاع کل یا همان هد،(برگرفته از رابطه برنولی) مقدار قدرت مفیدی است که به وسیله پمپ به واحد وزن سیال سیال منتقل میگردد و همچنین این مشخصه، مستقل از وزن مخصوص سیال می‌باشد. در حقیقت هر پمپ دو مشخصه اصلی با نام هد و دبی دارد، این دو پارامتر بر روی نمودار با نام نمودار مشخصه پمپ درج می شود که نشان دهنده رابطه بین ارتفاع و مقدار آبدهی در مقادیر مختلف است.لذا انتخاب صحیح پمپ، بر اساس منحنی زیر، برای پمپی با راندمان بالا صورت می‌گیرد.
اختلاف فشار بین ابتدا و انتها در یک سیستم، یکی از عوامل تعیین کننده در محاسبه توان یک پمپ است.زیرا هدف از بکارگیری پمپ تقویت جریان سیال و کنترل سرعت آن است. قدرت پمپ مطابق معادلات و محاسبات زیر محاسبه می شود:
PW = (p2−p1) × Q
در این رابطه، p1 و p2 به ترتیب عبارتند از:فشار در قسمت مکش (مخزن) ومقدار فشار در خط تخلیه و تغذیه
نهایتا،از نظر تئوریک، می توانیم ادعا کنیم که هد و دبی پمپ هر دو رابطه مستقیمی با بازده یک پمپ دارند.از نظر تجربی هم همین موضوع صادق است؛ زیرا یک پمپ با توان بالاتر، می تواند در ارتفاع های بالاتری هم بر نیروی جاذبه غلبه کند یا آب را با سرعت و فشار بیشتری در واحد زمان از خود عبور دهد.
η = PW/PS × 100%
نمودار فوق نشان دهنده ارتباط میان دبی یک پمپ با بازدهی آن است. هرچه دبی بالاتر برود، بازدهی و توان نیز افزایش پیدا می کند.چنین رابطه ای برای هد نیز نسبت به بازده کمابیش برقرار است. حال مفهوم انتخاب NPSH مناسب (برای جلوگیری از ایجاد پدیده کاویتاسیون) مطرح میگردد. باعنایت به این مفاهیم، استفاده از کاتالوگ شرکت پمپیران برای رسیدن به پمپ های قابل استفاده طبق شرایط مدنظر، نتایج دقیقی را به ما ارائه می‌دهد.
مراجع
پمپ و پمپاژ، تالیف دکتر سید احمد نوربخش
توربوماشین ها،تالیف دکتر سید احمد نوربخش
Pumpiran.com
Wikipedia.org
