آموزش رایگان جریان‌های آشفته

جریان‌های آشفته یکی از دروس رشته مهندسی شیمی در دوره دکتری به ارزش 3 واحد است و در دانشگاه شهید باهنر کرمان مطالب جریان‌های آشفته در قالب درس پدیده‌های انتقال پیشرفته ارائه می‌شود. مطالب این دوره برای کلیه رشته‌های مهندسی که جریان‌های آشفته را مطالعه می‌کنند قابل استفاده است.

جریان آشفته یکی از مباحث مهم در دینامیک سیالات است، در دینامیک سیالات فهم درست جریان آشفته به مهندس‌ها در طراحی دستگاه‌ها و شناخت پدیده‌های حاکم بر آن‌ها کمک می‌کند، مثلاً فهم آشفتگی کمک می‌کند که چگونه سوخت در موتور خودرو بهتر احتراق پیدا می‌کند که باعث کاهش آلودگی هوا شود یا در پزشکی فهم درست آشفتگی برای درک حرکت خون در عروق و قلب ضروری است.

وقتی عدد رینولدز خیلی زیاد باشد، جریان از حالت آرام به حالت ناپایدار می‌رسد و با افزایش عدد رینولدز جریان به آشفته تبدیل می‌شود. رینولدز شخصی بود که یک عدد بی‌بعد (عدد رینولدز) برای تشخیص جریان آرام از آشفته در لوله ارائه داد. او اولین محققی بود که شرایط جریان آرام به جریان آشفته را به طور مفصل ارائه نمود، او همچنین قانون تشابه را کشف کرد که هم‌اکنون به نام وی خوانده می‌شود. به‌موجب این قانون تبدیل جریان آرام به آشفته تقریباً همیشه در عدد رینولدز یکسان اتفاق می‌افتد.

اغلب جریان‌ها در طبیعت و صنعت مانند حرکت باد در طبیعت یا جریان گاز طبیعی در خط لوله آشفته هستند، همچنین جریان آشفته یک جریان تصادفی، سه‌بعدی، چرخشی و اتلافی است که یک نوسان نامنظم (اختلاط یا حرکت گردابی) به جریان اصلی اضافه می‌کند، نوسان اضافه شده به جریان اصلی به‌قدری پیچیده است که تجزیه‌وتحلیل آن از نظر ریاضی مشکل است. آثار ناشی از حرکت گردابی مانند آن است که ویسکوزیته سیال صد، ده‌هزار یا حتی بیشتر افزایش یابد. مقاومت زیادی که به‌وسیله جریان آشفته در لوله‌ها به وجود می‌آید، نیروی کششی که کشتی‌ها و هواپیماها با آن مواجه می‌شوند، افت‌های حاصله در پمپ‌ها، کمپرسورها و غیره همه ناشی از حرکت گردابی است.

معادلات رینولدز برای تعیین میدان سرعت متوسط حل می‌شوند، مدل‌های جریان آشفته شامل مدل‌های جبری ویسکوزیته آشفته، مدل‌های دیفرانسیلی آشفته (تک معادله‌ای و دو معادله‌ای) و مدل‌های دیفرانسیلی برای تنش‌های رینولدز هستند که مدل‌های دسته اول و دوم از فرضیه‌ی بوزینسک استفاده می‌کنند، در‌حالی‌که در مدل‌های دسته سوم از این فرضیه استفاده نمی‌شود بلکه برای تعیین هریک از تنش‌های رینولدز مستقیماً یک معادله دفرانسیل انتقال در نظر گرفت می‌شود.

سرفصل‌های دوره جریان‌های آشفته چیست؟

درس جریان‌های آشفته از چهار فصل تشکیل شده‌است، در فصل اول مفاهیم اولیه جریان آشفته مورد بررسی قرار می‌گیرد، فصل دوم در خصوص معادلات حاکم و خواص انتقالی معادلات ناویه استوکس است، فصل سوم شرح آماری جریان آشفته است که جنبه تصادفی بودن این جریان را مورد بررسی قرار می‌دهد و در فصل چهار چگونگی پیداکردن معادلات متوسط زمانی مورد بررسی قرار می‌گیرند و همچنین مدل سازی جریان آشفته مطالعه می شود. در انتها نیز توابع دیوار معرفی می‌شوند.