دانلود فایل ورد مقاله مكانيك مايعات، هيدروليك و تحت فشارهوا

    —         —    

ارتباط با ما     —     لیست پایان‌نامه‌ها

... دانلود ...

بخشی از متن دانلود فایل ورد مقاله مكانيك مايعات، هيدروليك و تحت فشارهوا :

مكانیك مایعات، هیدرولیك و تحت فشارهوا

معرفی / انگیزه
مكانیك مایع مطالعه گازها و مایعات و عملكرد فیزیكی آنها و نقش آنها درسیستم مهندسی است. مایعات هرماه اززندگی مارافرامیگیرند.
هوایی كه ما تنفس میكنیم مهمترین سیال است. مطالعه مایعات سعی و تلاش مضاعف است و هدف از این سعی و كوشش تفاوت بین همه انواع سیالات است كه كمك كننده میباشد. دركل دو نوع سیال وجود دارد. اولین نوع مربوط به هیدرولیك است. هیدرولیك سیالات بعنوان مایعات شناخته شده است واین بدان معناست كه زمانی كه سیال هیدرولیكی نسبت به فشارموردهدف است هیچ تغییری رخ نمیدهد. برعكس هیدرولیك فشارهوا است. سیالات تحت فشارهوا گازهایی هستندكه تراكم هستند.

بعنوان مثال تغییر درفشارناشی از تغییر نسبی است. دراین مابین سیالات تحت فشارهوا و هیدرولیك تمركز میشویم. از نظر هیدرولیك روی انرژی سیال متمركز هستند.hydrostatigs مارا در مفهوم نیروی شناوری هدایت میكنندو اینكه چراو چطور درمایعات شناورند. برای آنها یی كه تحت فشار هوا هستند روی وسایل فیزیكی متمركز است و ما از كنترل انرژی صحبت میكنیم.
اینچنین ابزاری شامل پمپ ها و دریچه ها هستند.
1- پیش زمینه:

مكانیك سیال شاید قدیمی ترین مفهوم فیزیك و مهندسی باشد. تمدن های قدیم با كارهای مشكلی چون مهاركردن و كنترل آب برای كشاورزی مواجه شدند. رشد كشاورزی مربوط به راههای زیرزمینی، سد، بند، پمپ ها و سیستم های پاشیدنی است درحالیكه آب معرفی انسان مربوط به مزیت هایی درچشمه ها، منابع و سیستم های ذخیره آب است و آب مسافرین مربوط به كشتی ها و سفرهای دریایی آبرودینامیك و روش هایی برای تهیه آب است. عملكرد كلی سیالات برای بهبود و ترفیع كیفیت زندگی حتی برای زنده ماندن بشر هم

مهم است. ریشه و منشأ مكانیم 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 مكانیك سیالات هستند. مهندسی مكانیك برای سوختن و احتراق و روغن كاری و سیستم های انرژی به سیالات نیاز دارد. مهندسی هوانوردی هم به بررسی جریان گاز برای تولید انرژی می پردازد و روی ساختارهای پرواز متمركز است، حتی مهندسی الكتریكی هم از سیالات برای خنك كردن وسایل الكترونیك با جریان هوا استفاده می كند.

2- 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 كردن سرنگ نشان می دهند آنها همچنین دریچه ها به عنوان مكانیسم هایی برای كنترل جریان آب و هوا در سیستم مورد بحث قرار می دهند و این بطور خلاصه بیان شده است و شامل ایجاد یك وسیله ای است كه جابجا می شود و ناشی از نیروی تحت فشار هوا است. شكل 1-4 ساختار و ساختمان درجه 2 را نشان می دهد باید توجه كرد كه سیستم های سیال در نزدیك سطح ماده C هستند و طرح black-box (جعبه سیاه)، ساختار و سیستم و مكانیسم قبل از سیال است. این مفاهیم در ایجاد مسائل و بوجود آوردن سیستم هایی كه تركیبی از سیال و دیگر مؤلغه های مكانیكی هستند استفاده می شوند.

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

مایع: یك سیالی كه ساختار مولكولی آن فضای بین ملكول بطور اساسی سازگار و هماهنگ است. این نشان دهنده ان است كه توده داده شده از مایع حجم معینی از فضا را اشغال می كند یك مایع شكل یك ظرف است.
گاز: سیالی كه بین مولكول ها است و هماهگ نیست. اما بیشتر از مایع است یك گاز بطور كامل به یك ظرف بسته را پر می كند.
وزن معین: نماد : به عنوان نیروی جاذبه در هر واحد حجم سیال تعریف شده است (وزن هر واحد حجم). مثال: آب دارای وزن خالص 979 است گرچه هوا دارای وزن خالص در حدود 119 در دمای یكسان و فشار جو و اتمسفر است.

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

Bydiostatic: نیروهای سیال و واكنش ها برای سیال است.
4- اصول ریاضی.
1-4 جبر
مثال: تعادل فشار هدرولیكی:
اگر F2,A2,A1 داده شوند آنگاه داریم: F1 = A1
فشار به عنوان نیرویی تعریف می شود كه توسط آن بخش مستقیم می شود در این مورد ما برای یكی از نیروهای داده شده حل می كنیم.
2-4 آمار:

مثال: میانگین پاسخهای اندازه گیری از چندین آزمایش برای خطای تضاد محاسبه می شود.
3-4 روشهای نموداری (گرافیكی):
شكل 2-4: ارتباط خطی نیرو در برابر حجم در یك مایع

5: اصول علمی:
اصول علمی در این بخش نشان داده شده اند كه شامل هیدرولیك، تحت فشار سیستم های bydiostatic، انرژی سیال، پمپ، دریچه هستند.
1-5: سیستم های هیدرولیكی:

در تعداد زیادی از سیستم های سیال كه 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 كه bydiostatic هستند. این بدان معناست كه عملكرد مهم سیال زمانی است كه 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 هیدرولیكی در جكهای ماشین و اتومبیل ها است و همه پمپهای مایع شكل می گیرند. برای بررسی این سیتم ما نیاز داریم كه مفاهیم اصلی زیر را متوجه شویم. فشار، معادله bydiostatic چگالی مایع و باید در اینجا تأكید كرد كه ما باید مایعات دا در این بخش مورد مطالعه قرار دهیم مایعات از گاز متفاوت هستند. این بدان معناست كه آنها نمی توانند متراكم شوند و آنها فضا اشغال می كنند.

2-5 فشار و قانون پاسكال:
فشار همان طوری كه در بالا هم تعریف شد كمیت نیرو در هر بخش است. برای سیالات نیرو در حقیقت نسبت به آن بخش حالت عمودی و قائم دارد.
شكل 3-4 نشان دهنده مفهوم فشار سیال است. سیلندر در شكل نشان داده شده است كه 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 كه فشار مرجع است و صفر است در نظر می گیریم در فاصله 1007 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 كند. در این مورد بخش عرض یك دایره ای است كه بصورت زیر تعریف می شود. R2 A =
كه r شعاع دایره است با استفاده از این نتایج فشار روی سیال در عمق 1007 متر است كه بصورت زیر است: p =
بطور تناوبی، ما می توانیم یك تانك مستطیل شكلی را در نظر بگیریم كه با سیال (مایع) پر می شود و در شكل 4-4 نشان داده شده است تانك 3 متر طول و 2 متر عرض و 2 متر عمق دارد. و با آب تازه پر می شود. فشار آبی كه به انتهای تانك وارد می شود چیست ؟ از این ارتباطی كه ما از بالا گرفتیم فشار پایین تانك بصورت زیر است: p =
P =
P =

این مثال ها یك نوع فشاری را در سیالات هیدرولیكی نشان می دهند. فشار ناشی از نیروی جاذبه است كه عمیق تر است و وقتی كه ما به سیال نیم گیریم می بینیم كه فشار آن بیشتر است.
یك قانون فیزیكی وجود دارد كه بطور خلاصه روشی را كه فشار در سیالات عمل می كند را بیان می كند. فشاری كه به سیال وارد می شود برابربا مغناطیسی روی اشیاء در همه جهات است. تغییر در فشار در بخشی از یك حجم بسته است كه در سرتاسر سیستم انتقال یافته است. برای سیلندر سیال در شكل 3-4 فشار در عمق 1007 متر به سیالات انتقال می یابد و برای اجسام زیر 1007 متر هم است.

3-5: bydiostatic:
ما ممكن است از علم و آگاهی مربوط به فشار و تغییرات آن به عنوان تابعی از عمق سیال استفاده كنیم كه سیستم ها را توصیف كنیم كه در آنها مایعات نیرو را انتقال می دهند. در كل رابطه بین فشار و ارتفاع در سیستم bydiostatic بصورت زیر است.

این معادله بیان می كند كه فشار سیال p توسط وزن خاص سیال +g ارتفاع سیال تقسیم می شود. اگر ما 2 ارتفاع را در سیلندرسیال شكل 3-4 در نظر بگیریم معادله بصورت زیر است:
این معادله نشان می دهد كه تغیییر فشار در سیال هیدرولیكی بطور مستقیم متناسب با تغییر در ارتفاع است.
مثال: به سیلندر سیال در شكل 3-4 دقت كنید. سیال در ظرف را فرض كنید كه آب است آنگاه تغییر فشار در عمق 1007 متر در مقایسه با فشار در سطح سیال چیست ؟ وزن خاص آب 90800 است كه نشان دهنده این است كه متر مكعب وزن آب kn908 است و معادله زیر بدست می آید.

4-5 انتقال فشار:
فشار سیال ممكن است كه سبب جابجایی اجسام شود این مفهوم از قانون پاسگال نشأت می گیرد كه در آن تغییر فشار ممكن است از طریق یك سیال انتقال یابد. جك در یك كارگاه (فروشگاه) سیار نمونه خاصی است. شكل 5-4 نشان دهنده مفاهیم اصلی است. فشار هوا در برابر سیال هیدرولیكی عمل می كند مخزن روغن دارای قطر بیشتری از یك سیلندر است و این بدان معناست كه جایگزین در مخزن روغن انجام شده است و ناشی از تغییر زیاد ارتفاع در ماشین است
تغییر دیگری از بالابر (جرثقیل) در شكل 5-4 با جك نشان داده شده است كه ماشینها را در هنگام پنچرگیری حمل می كند. شكل 6-4 نشان دهنده جك خاص از ماشینهای هیدرولیكی است كه دارای مخزن مایع و پیستون است.

اول برای درك اینكه چطور یك فرد می تواند یك ماشین را جابجا كند و پنچرگیری آن را عوض كند باید جك را بطور كامل بشناسیم. فرض كنید فردی تا N100 نیرو به انتهای آن وارد كند كه در نقطه B است طول اهرم (30سانتی متر) است كه 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 كه توسط سیلندر در بخش عرضی تقسیم شده است.

فشار P1 مستقیماً به پیستون خروجی انتقال می یابد. ونشان دهنده این است كه P1=P2. فرض كنید كه ارتفاع سیال هیدرولیكی مهم نباشد.
نیروی تشخیص داده شده در پیستون خروجی سبب افزایش ماشین (F2) می شود كه 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 كردن ماشین N12222 است كه نیروی ورودی N100 است. اهرم بكار رفته و بخش مختلفی از پیستون ها دارای ترتیب مكانیكی هستند.
5-5 نیروی شناوری:

مفهوم دیگر نیروی شناوری است این توانایی یك جسم برای شناور شدن در سیال (مایع) است. خاصیت شناوری ممكن است به عنوان نیرویی ارزیابی شود كه برای خنثی كردن وزن یك جسم لازم است. تفاوت در نیروها روی پایین و بالای سطوح جسم نیروی شناور برابر با وزن سیال و عملكرد آن بطور عمودی و بطرف بالا است. در معادله نیروی شناور بصورت زیر است
FB = rv = pgv
كه FB kdv نیروی شناور، ل وزن خاص سیال و V حجم سیال است.
مثال: یك قایق باری را در نظر بگیرید كه با سنگ پر شده است 7 متر عرض. 17 متر طول و 205 متر عمق دارد. اگر وزن قایق باری و وزن سنگ 200 mn باشد آنگاه عمق غوطه ور شدن آن در آب باید تعیین شود.
وزن خاص آب 90800 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 كردن عمق آب در آب ما داریم:
W قایق = r آب iwd = (908 ) (17m) (7m) d
یا

با جانشینی وزن قایق باری داریم:

مثال: بشكه نفت A50/9m3 با هوا پر شده است و به غواص در بلند كردن تكیه گاه كشتی قدیمی از پایین اقیانوس كمك می كند. اگر تكیه گاه دارای وزنی برابر با N1790 در آب دریا باشد و اگر وزن بشكه نفت خالی N225 در هوا باشد آنگه چه مقدار وزن غواص برای بلند كردن لازم دارد واین زمانی است كه غوطه وردرآب است و به تكیه گاه چسبیده است، نیروی مورد نیاز برای غواص بین وزن كل و وزن بشكه و تكیه گاه و نیروی شناور روی بشكه متفاوت است.
FD = (WD+WA) -FB
روش دیگربرای بررسی این نیروی غواص و نیروی شناور بشكه است كه باید متعادل با وزن بشكه و تكیه گاه باشد. FD + FB = WD + WA
ما وزن بشكه و تكیه گاه را به نیوتن داریم ما نیاز داریم تا نیروی شناور را روی بشكه تعیین كنیم و این زمانی است كه غوطه ور در آب دریا است.
وزن خاص آب دریا بصورت زیر است: = 10070 n/m 3آب دریاr
از معادله نیروی شناور داریم:

019m3) = 19/3 N)( = (10070شبكهv آب دریا fFB = rv =r
با جانشینی نیروی شناور وزن بشكه و لنگرگاه داریم:
FD = (1790N+225N) – 19/3 N FD = 102N

در نتیجه بشكه نفت به میزان زیادی به غواض در بلند كردن لنگرگاه كمك می كند. فقط N120 نیرو و در مقایسه با وزن واقعی لنگرگاه در آب دریا لازم است.
6- سیستم های هیدرولیكی سیالات در حركت:
سیالات هیدرولیكی (مایعات) كه دارای چسبندگی، ارتفاع و تغییرات فشار هستند ممكن است با استفاده از معادله بزولی نشان داده شوند. به خاطر بسپارید كه معادله bydiostatic فشار و ارتفاع سیال را نشان می دهد و معادله بزولی چسبندگی را هم به نیروهای سیال و ارتفاع سیال اضافه می كند كه به حركت آنها هم می انجامد. معادله آن بصورت زیر است:

كه V1 و V2 چسبندگی های سیال در 2 نقطه در سیستم سیال و g مقدار ثابت جاذبه هستند.
می توان با استفاده از معادله بزولی آنها را نشان داد حال كاربرد آن در پیستون سیلندر یك تپانچه آب در نظر بگیریم. شكل 8-4 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.

لینک کمکی