سیالات
هیدرودینامیک - مفاهیم اساسی
علم هیدرودینامیک به مطالعه و تشریح سیالات در حال حرکت می‌پردازد. سیالات جاری دارای انرژی جنبشی هستند. این انرژی می‌تواند به انرژی پتانسیل (فشار، ارتفاع) تبدیل شود، و بالعکس.
در این مبحث کلمات کلیدی شامل معادله برنولی، معادله پیوستگی و قانون بقای جرم می‌باشند. به منظور فهم ساده آن‌ها، اکثراً از حالات پایای سیالات تراکم‌ناپذیر استفاده می‌شود.
دیگر عناوین مطرح در هیدرودینامیک به قرار زیر اند.
- جریان درون لوله (آرام، آشفته)
- روش‌های اندازه‌گیری دبی جریان
- جریان کانال روباز
- جریان حول اجسام
- توربوماشین‌ها
- جریان سیالات تراکم پذیر
جریان خروجی از مخزن
به جریان خروجی از یک مخزن می‌توان هم به صورت پایا و هم گذرا نگاه کرد. در مورد جریان پایا سطح پرشده، و نتیجتاً پهنای جت خروجی، ثابت می‌ماند (مانند تخلیه‌ی زیر یک سد). سرعت خروج تنها وابسته به ارتفاع h است و از رابطه زیر محاسبه می‌شود.
هنگامی که مخزنی در حال تخلیه است، تداعی کننده حالت گذرای جریان خروجی می‌باشد.
فشار در یک سیال جاری
انرژی سیال جاری به وسیله‌ی فشار تعیین می‌شود. فشار کل متشکل از یک مؤلفه‌ی استاتیکی و یک مؤلفه‌ی دینامیکی است. با افزایش سرعت مؤلفه دینامیکی آن به صورت مربع رشد می‌کند. یک سیال جاری می‌تواند دارای انرژی‌های پتانسیل، جنبشی و فشاری باشد. در حالت ایده‌آل انرژی کل ثابت می‌ماند. در این حالت، نسبت‌ها می‌توانند تغییر کنند، به عنوان مثال انرژی فشاری به انرژی جنبشی تبدیل شود.
نازل ونتوری
سرعت سیال جاری در باریک‌ترین سطح مقطع بیشترین مقدار خود را دارد (معادله پیوستگی A·v=constant). برنولی کشف کرد که بخشی از انرژی فشاری به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. هنگامی که سرعت افزایش می‌یابد سبب افت در فشار می‌شود، از این رو کم‌ترین فشار در باریک‌ترین سطح مقطع اتفاق می‌افتد. معادله برنولی بیان می‌کند، که انرژی جریانی غیر اصطکاکی، سیالی تراکم ناپذیر ثابت است.
این پدیده در پمپ‌های واترجت، کاربراتورها و فلومترها کاربرد دارد.
نیروهای جت
اگر سرعت جریان تغییر کند، مومنتوم سیال نیز با توجه به مقدار و/یا جهت تغییر می‌کند. این پدیده منجر به ایجاد نیروهایی می‌شود که مثلا یک توربین جت آزاد را به حرکت درآورد.
این نیروها را می‌توان به سادگی هنگامی که جت به دیواره برخورد کرده و منحرف می‌شود، اندازه‌گیری و نمایان کرد.
تشکیل گردابه
گرداب‌ها هنگامی که درون یک سیال، بخشی نسبت به بخش دیگر سیال خیلی سریع‌تر حرکت می‌کند، اتفاق می‌افتد. این امر گرادیان سرعتی را درون سیال سبب می‌شود. انرژی در گرداب‌ها از بین می‌رود.
به عنوان مثال، حین خروج سیال از مخزن گردابه‌ی آزاد تشکیل می‌شود. در گردابه آزاد همه ذرات سیال روی مسیرهای دایره‌ای هم‌مرکز، بدون چرخیدن حول مرکز خودشان، حرکت می‌کنند. گردابه آزاد به تنهایی و به وسیله‌ی نیروهای هیدرودینامیکی به وجود می‌آیند.
گردابه‌های اجباری یا واداشته، به وسیله‌ی نیروهای خارجی مانند یک همزن به وجود می‌آیند.
