دانلود مقاله مکانیک مایعات، هیدرولیک و تحت فشارهوا

word قابل ویرایش
24 صفحه
4700 تومان

مکانیک مایعات، هیدرولیک و تحت فشارهوا

معرفی / انگیزه
مکانیک مایع مطالعه گازها و مایعات و عملکرد فیزیکی آنها و نقش آنها درسیستم مهندسی است. مایعات هرماه اززندگی مارافرامیگیرند.
هوایی که ما تنفس میکنیم مهمترین سیال است. مطالعه مایعات سعی و تلاش مضاعف است و هدف از این سعی و کوشش تفاوت بین همه انواع سیالات است که کمک کننده میباشد. درکل دو نوع سیال وجود دارد. اولین نوع مربوط به هیدرولیک است. هیدرولیک سیالات بعنوان مایعات شناخته شده است واین بدان معناست که زمانی که سیال هیدرولیکی نسبت به فشارموردهدف است هیچ تغییری رخ نمیدهد. برعکس هیدرولیک فشارهوا است. سیالات تحت فشارهوا گازهایی هستندکه تراکم هستند.

بعنوان مثال تغییر درفشارناشی از تغییر نسبی است. دراین مابین سیالات تحت فشارهوا و هیدرولیک تمرکز میشویم. از نظر هیدرولیک روی انرژی سیال متمرکز هستند.hydrostatigs مارا در مفهوم نیروی شناوری هدایت میکنندو اینکه چراو چطور درمایعات شناورند. برای آنها یی که تحت فشار هوا هستند روی وسایل فیزیکی متمرکز است و ما از کنترل انرژی صحبت میکنیم.
اینچنین ابزاری شامل پمپ ها و دریچه ها هستند.
۱- پیش زمینه:

مکانیک سیال شاید قدیمی ترین مفهوم فیزیک و مهندسی باشد. تمدن های قدیم با کارهای مشکلی چون مهارکردن و کنترل آب برای کشاورزی مواجه شدند. رشد کشاورزی مربوط به راههای زیرزمینی، سد، بند، پمپ ها و سیستم های پاشیدنی است درحالیکه آب معرفی انسان مربوط به مزیت هایی درچشمه ها، منابع و سیستم های ذخیره آب است و آب مسافرین مربوط به کشتی ها و سفرهای دریایی آبرودینامیک و روش هایی برای تهیه آب است. عملکرد کلی سیالات برای بهبود و ترفیع کیفیت زندگی حتی برای زنده ماندن بشر هم

مهم است. ریشه و منشأ مکانیم سیالات در مهندسی و علوم گسترده است، مهندسی عمران به عنوان مثال از همان ابتدا نیاز به سیستم سال و ساختارهای آن داشت. تقریباً همه اصول و طرحهای مهنسی دیگر هم شامل مطالعه مکانیک سیالات هستند. مهندسی مکانیک برای سوختن و احتراق و روغن کاری و سیستم های انرژی به سیالات نیاز دارد. مهندسی هوانوردی هم به بررسی جریان گاز برای تولید انرژی می پردازد و روی ساختارهای پرواز متمرکز است، حتی مهندسی الکتریکی هم از سیالات برای خنک کردن وسایل الکترونیک با جریان هوا استفاده می کند.

۲- OTEACH:
شامل توسعه چیزی از سیستم های سیال است. در سطح C دانش جویان انتقال نیرو را با آب از طریق لوله و چرخ آبی نشان می دهند گروههای دانشجویی همچنین انتقال نیرو را با هوا یا استفاده و تجزیه و تحلیل کردن سرنگ نشان می دهند آنها همچنین دریچه ها به عنوان مکانیسم هایی برای کنترل جریان آب و هوا در سیستم مورد بحث قرار می دهند و این بطور خلاصه بیان شده است و شامل ایجاد یک وسیله ای است که جابجا می شود و ناشی از نیروی تحت فشار هوا است. شکل ۱-۴ ساختار و ساختمان درجه ۲ را نشان می دهد باید توجه کرد که سیستم های سیال در نزدیک سطح ماده C هستند و طرح black-box (جعبه سیاه)، ساختار و سیستم و مکانیسم قبل از سیال است. این مفاهیم در ایجاد مسائل و بوجود آوردن سیستم هایی که ترکیبی از سیال و دیگر مؤلغه های مکانیکی هستند استفاده می شوند.

اصطلاح شناسی:
Hydraulic: مطالعه جریان سیالات (مایعات) است که هیچ تغییری در چگالی دیده نمی شود.
تحت فشار هوا: به عنوان دینامیک گاز شناخته شده است مطالعه سیالاتی است که تحت تغییرات مهم چگالی و غلظت هستند.
غلظت و چگالی: کیفیت توره در هر حجم است.

مایع: یک سیالی که ساختار مولکولی آن فضای بین ملکول بطور اساسی سازگار و هماهنگ است. این نشان دهنده ان است که توده داده شده از مایع حجم معینی از فضا را اشغال می کند یک مایع شکل یک ظرف است.
گاز: سیالی که بین مولکول ها است و هماهگ نیست. اما بیشتر از مایع است یک گاز بطور کامل به یک ظرف بسته را پر می کند.
وزن معین: نماد : به عنوان نیروی جاذبه در هر واحد حجم سیال تعریف شده است (وزن هر واحد حجم). مثال: آب دارای وزن خالص ۹٫۷۹ است گرچه هوا دارای وزن خالص در حدود ۱۱٫۹ در دمای یکسان و فشار جو و اتمسفر است.

این نتیجه چون ما انتظار داریم که وزن آب بیشتر از وزن هوا در حجم یکسان باشد لذا هماهنگ است.
چگالی: نماد p است که به عنوان توده در هر واحد حجم تعریف شده است.
چسبندگی: سایش و اصطحکاک سیال است و کمیت سیال است. چسبندگی سیال آن را با توانایی جریان یافتن فراهم می کند. چسبندگی زیاد دارای سیال بیشتری است. ملاس (شیره چغندر قند) خیلی چسبنده است در حالی که روغن دارای چسبندگی کمتری است.
فشار: فشار سیال کمیت نیروی آن بخش از سیال است. فشار در سیال بطور مساوی در همه بخشها وجود دارد فشار در یک نقطه در یک سیال تغییر می کند و در سرتاسر سیستم انتقال می یابد.

Bydiostatic: نیروهای سیال و واکنش ها برای سیال است.
۴- اصول ریاضی.
۱-۴ جبر
مثال: تعادل فشار هدرولیکی:
اگر F2,A2,A1 داده شوند آنگاه داریم: F1 = A1
فشار به عنوان نیرویی تعریف می شود که توسط آن بخش مستقیم می شود در این مورد ما برای یکی از نیروهای داده شده حل می کنیم.
۲-۴ آمار:

مثال: میانگین پاسخهای اندازه گیری از چندین آزمایش برای خطای تضاد محاسبه می شود.
۳-۴ روشهای نموداری (گرافیکی):
شکل ۲-۴: ارتباط خطی نیرو در برابر حجم در یک مایع

۵: اصول علمی:
اصول علمی در این بخش نشان داده شده اند که شامل هیدرولیک، تحت فشار سیستم های bydiostatic، انرژی سیال، پمپ، دریچه هستند.
۱-۵: سیستم های هیدرولیکی:

در تعداد زیادی از سیستم های سیال که چسبندگی سیال مهم نیست در عوض ویژگی های بارز سیال مثل چگالی، فشار، ارتفاع سیال در بالای نقطه مرجع هستند. سیستم هایی با این مشخصات گفته شده است که bydiostatic هستند. این بدان معناست که عملکرد مهم سیال زمانی است که سیال درباقی مانده آن است.

تعداد زیادی از سیستم های سیال با استفاده از مفهوم bydiostatic مورد بررسی قرار گفتند. نمونه های زیادی شامل سیستم های هیدرولیکی در جکهای ماشین و اتومبیل ها است و همه پمپهای مایع شکل می گیرند. برای بررسی این سیتم ما نیاز داریم که مفاهیم اصلی زیر را متوجه شویم. فشار، معادله bydiostatic چگالی مایع و باید در اینجا تأکید کرد که ما باید مایعات دا در این بخش مورد مطالعه قرار دهیم مایعات از گاز متفاوت هستند. این بدان معناست که آنها نمی توانند متراکم شوند و آنها فضا اشغال می کنند.

۲-۵ فشار و قانون پاسکال:
فشار همان طوری که در بالا هم تعریف شد کمیت نیرو در هر بخش است. برای سیالات نیرو در حقیقت نسبت به آن بخش حالت عمودی و قائم دارد.
شکل ۳-۴ نشان دهنده مفهوم فشار سیال است. سیلندر در شکل نشان داده شده است که با مایع پر می شود نیرو در هر نقطه روی سیال نشان داده شده است.
نیرو در بالای سیلندر سیال نتیجه جو آنجا است. فشار هم اتمسفری است ما این فشار را که فشار مرجع است و صفر است در نظر می گیریم در فاصله ۱۰۰۷ متر از بالای سیلندر توده سیال در بالای این نقطه شامل نیروی روی سیال باقی مانده است.

این نیرو برابر با جاذبه توده بالایی است. (وزن سیال بالایی) نیروی در بخش عرضی سیلندر سیال عمل می کند. در این مورد بخش عرض یک دایره ای است که بصورت زیر تعریف می شود. R2 A =
که r شعاع دایره است با استفاده از این نتایج فشار روی سیال در عمق ۱۰۰۷ متر است که بصورت زیر است: p =
بطور تناوبی، ما می توانیم یک تانک مستطیل شکلی را در نظر بگیریم که با سیال (مایع) پر می شود و در شکل ۴-۴ نشان داده شده است تانک ۳ متر طول و ۲ متر عرض و ۲ متر عمق دارد. و با آب تازه پر می شود. فشار آبی که به انتهای تانک وارد می شود چیست ؟ از این ارتباطی که ما از بالا گرفتیم فشار پایین تانک بصورت زیر است: p =
P =
P =

این مثال ها یک نوع فشاری را در سیالات هیدرولیکی نشان می دهند. فشار ناشی از نیروی جاذبه است که عمیق تر است و وقتی که ما به سیال نیم گیریم می بینیم که فشار آن بیشتر است.
یک قانون فیزیکی وجود دارد که بطور خلاصه روشی را که فشار در سیالات عمل می کند را بیان می کند. فشاری که به سیال وارد می شود برابربا مغناطیسی روی اشیاء در همه جهات است. تغییر در فشار در بخشی از یک حجم بسته است که در سرتاسر سیستم انتقال یافته است. برای سیلندر سیال در شکل ۳-۴ فشار در عمق ۱۰۰۷ متر به سیالات انتقال می یابد و برای اجسام زیر ۱۰۰۷ متر هم است.

۳-۵: bydiostatic:
ما ممکن است از علم و آگاهی مربوط به فشار و تغییرات آن به عنوان تابعی از عمق سیال استفاده کنیم که سیستم ها را توصیف کنیم که در آنها مایعات نیرو را انتقال می دهند. در کل رابطه بین فشار و ارتفاع در سیستم bydiostatic بصورت زیر است.

این معادله بیان می کند که فشار سیال p توسط وزن خاص سیال +g ارتفاع سیال تقسیم می شود. اگر ما ۲ ارتفاع را در سیلندرسیال شکل ۳-۴ در نظر بگیریم معادله بصورت زیر است:
این معادله نشان می دهد که تغیییر فشار در سیال هیدرولیکی بطور مستقیم متناسب با تغییر در ارتفاع است.
مثال: به سیلندر سیال در شکل ۳-۴ دقت کنید. سیال در ظرف را فرض کنید که آب است آنگاه تغییر فشار در عمق ۱۰۰۷ متر در مقایسه با فشار در سطح سیال چیست ؟ وزن خاص آب ۹۰۸۰۰ است که نشان دهنده این است که متر مکعب وزن آب kn908 است و معادله زیر بدست می آید.

۴-۵ انتقال فشار:
فشار سیال ممکن است که سبب جابجایی اجسام شود این مفهوم از قانون پاسگال نشأت می گیرد که در آن تغییر فشار ممکن است از طریق یک سیال انتقال یابد. جک در یک کارگاه (فروشگاه) سیار نمونه خاصی است. شکل ۵-۴ نشان دهنده مفاهیم اصلی است. فشار هوا در برابر سیال هیدرولیکی عمل می کند مخزن روغن دارای قطر بیشتری از یک سیلندر است و این بدان معناست که جایگزین در مخزن روغن انجام شده است و ناشی از تغییر زیاد ارتفاع در ماشین است
تغییر دیگری از بالابر (جرثقیل) در شکل ۵-۴ با جک نشان داده شده است که ماشینها را در هنگام پنچرگیری حمل می کند. شکل ۶-۴ نشان دهنده جک خاص از ماشینهای هیدرولیکی است که دارای مخزن مایع و پیستون است.

اول برای درک اینکه چطور یک فرد می تواند یک ماشین را جابجا کند و پنچرگیری آن را عوض کند باید جک را بطور کامل بشناسیم. فرض کنید فردی تا N100 نیرو به انتهای آن وارد کند که در نقطه B است طول اهرم (۳۰سانتی متر) است که با فاصله BC مقایسه شده است و نیروی سیال در بخش ورودی N1.100 است ما این ضریب نیروها با فاصله از نقطه C نشان می دهیم.

F1 = f(11) = (100N)(11) = 1100N
فشار روی پیستون ورودی نیروی F1 است که توسط سیلندر در بخش عرضی تقسیم شده است.

فشار P1 مستقیماً به پیستون خروجی انتقال می یابد. ونشان دهنده این است که P1=P2. فرض کنید که ارتفاع سیال هیدرولیکی مهم نباشد.
نیروی تشخیص داده شده در پیستون خروجی سبب افزایش ماشین (F2) می شود که می تواند با ضریب فشار خروجی در بخش عرض پیستون خروجی بدست آید.
F2 = p2 A2 = (6225 kpa) ( d2 )

F2 = (6225 kpa) (005m)2 = 12222N
در نتیجه نیروی استفاده شده برای بلند کردن ماشین N12222 است که نیروی ورودی N100 است. اهرم بکار رفته و بخش مختلفی از پیستون ها دارای ترتیب مکانیکی هستند.
۵-۵ نیروی شناوری:

مفهوم دیگر نیروی شناوری است این توانایی یک جسم برای شناور شدن در سیال (مایع) است. خاصیت شناوری ممکن است به عنوان نیرویی ارزیابی شود که برای خنثی کردن وزن یک جسم لازم است. تفاوت در نیروها روی پایین و بالای سطوح جسم نیروی شناور برابر با وزن سیال و عملکرد آن بطور عمودی و بطرف بالا است. در معادله نیروی شناور بصورت زیر است
FB = rv = pgv
که FB kdv نیروی شناور، ل وزن خاص سیال و V حجم سیال است.
مثال: یک قایق باری را در نظر بگیرید که با سنگ پر شده است ۷ متر عرض. ۱۷ متر طول و ۲۰۵ متر عمق دارد. اگر وزن قایق باری و وزن سنگ ۲۰۰ mn باشد آنگاه عمق غوطه ور شدن آن در آب باید تعیین شود.
وزن خاص آب ۹۰۸۰۰ است از مفهوم نیروی شناور حجم سیال باید با وزن قایق باری دارای تعادل باشد. قایق V آب = FB = قایق W
با جانشینی جم و حل کردن عمق آب در آب ما داریم:
W قایق = r آب iwd = (908 ) (17m) (7m) d
یا

با جانشینی وزن قایق باری داریم:

مثال: بشکه نفت A50/9m3 با هوا پر شده است و به غواص در بلند کردن تکیه گاه کشتی قدیمی از پایین اقیانوس کمک می کند. اگر تکیه گاه دارای وزنی برابر با N1790 در آب دریا باشد و اگر وزن بشکه نفت خالی N225 در هوا باشد آنگه چه مقدار وزن غواص برای بلند کردن لازم دارد واین زمانی است که غوطه وردرآب است و به تکیه گاه چسبیده است، نیروی مورد نیاز برای غواص بین وزن کل و وزن بشکه و تکیه گاه و نیروی شناور روی بشکه متفاوت است.
FD = (WD+WA) -FB
روش دیگربرای بررسی این نیروی غواص و نیروی شناور بشکه است که باید متعادل با وزن بشکه و تکیه گاه باشد. FD + FB = WD + WA
ما وزن بشکه و تکیه گاه را به نیوتن داریم ما نیاز داریم تا نیروی شناور را روی بشکه تعیین کنیم و این زمانی است که غوطه ور در آب دریا است.
وزن خاص آب دریا بصورت زیر است: = ۱۰۰۷۰ n/m 3آب دریاr
از معادله نیروی شناور داریم:

۰٫۱۹m3) = 19/3 N)( = (10070شبکهv آب دریا fFB = rv =r
با جانشینی نیروی شناور وزن بشکه و لنگرگاه داریم:
FD = (1790N+225N) – ۱۹/۳ N FD = 102N

در نتیجه بشکه نفت به میزان زیادی به غواض در بلند کردن لنگرگاه کمک می کند. فقط N120 نیرو و در مقایسه با وزن واقعی لنگرگاه در آب دریا لازم است.
۶- سیستم های هیدرولیکی سیالات در حرکت:
سیالات هیدرولیکی (مایعات) که دارای چسبندگی، ارتفاع و تغییرات فشار هستند ممکن است با استفاده از معادله بزولی نشان داده شوند. به خاطر بسپارید که معادله bydiostatic فشار و ارتفاع سیال را نشان می دهد و معادله بزولی چسبندگی را هم به نیروهای سیال و ارتفاع سیال اضافه می کند که به حرکت آنها هم می انجامد. معادله آن بصورت زیر است:

که V1 و V2 چسبندگی های سیال در ۲ نقطه در سیستم سیال و g مقدار ثابت جاذبه هستند.
می توان با استفاده از معادله بزولی آنها را نشان داد حال کاربرد آن در پیستون سیلندر یک تپانچه آب در نظر بگیریم. شکل ۸-۴ گویانی عامل سیلندر پیستون است. پیستون تپانچه آب را نشان می‌دهد و سیلندر مخزن آب را نشان می دهد و سیلندر مخزن آب را نشان می دهد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 4700 تومان در 24 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد