جریان تراکم‌ پذیر مدرن

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:264
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

چکیده: 1

شناخت جريان تراكم پذير و تحليل علمي آن از ديرباز مدنظر دانشمندان و مخترعين در عرصه‌هاي مختلف بوده است. در مقاطع مختلف زماني نيازهاي بشري جهت بكارگيري وسائل و تجهيزات و هم‌چنين فرايندهايي كه ارتباط مستقيم با جريان‌هاي تراكم پذير داشته موجب شد كه دانشمندان تئوري‌ها و نظريه‌هاي مختلفي را در اين رابطه ارائه دهند، كه با پيشرفت روزافزون تكنولوژي ساخت تجهيزات و طراحي فرايندهاي پيچيده صنعتي اين نظريه‌ها، گام‌هاي تكاملي را طي نموده و يقيناً دستاورد اين دو نگرش يعني گام‌هاي پيشرونده تكنولوژي ساخت و ذهن‌هاي خلاق نظريه پردازان در بستر جريان‌هاي تراكم‌پذير منجر به اختراعات و اكتشافات آتي خواهد شد كه شايد دور از ذهن انسان معاصر باشد.

امروزه زمينه‌هاي علمي جريان تراكم‌پذير به قدري وسعت يافته كه منجر به ايجاد شاخه‌هاي مختلفي از جمله آئروديناميك، پنوماتيك و ديناميك گاز شده است و ساخت تجهيزاتي مثل ماشين‌هاي پرنده، وسائل كاربردي هوافضا، موتورهاي احتراق داخلي و خارجي و ديگ‌هاي بخار و مبدل‌ها همگي در گرو شناخت و بكارگيري جريان‌هاي تراكم‌پذير مي‌باشد.

تحليل جريان تراكم‌پذير بصورت مقدماتي و كلاسيك در كتاب‌هاي سيالات و ترموديناميك در سطح كارشناسي مطرح شده كه عمدتاً مطالب ارائه شده بصورت موضعي و منقطع مي‌باشد كه به هيچ عنوان پاسخگوي نيازهاي آموزش‌هاي مهندسي نمي‌باشد.

اين نياز را از سال 1367 كه همزمان با تدريس در دانشگاه در پروژه‌هاي مختلف از جمله تدوين استاندارد تجهيزات پالايشگاهي، طراحي و ساخت انواع ديگ‌هاي بخار و مبدل‌ها و مطالعه فرايندهاي توليد گاز طبيعي، انتقال و توزيع آن شركت داشتم بيشتر احساس نمودم.

پس از تأليف كتاب‌هاي سيالات 1 و 2 و هم‌چنين تدريس درس ديناميك گاز در سال‌هاي اخير به كمبود كتاب‌هاي ترجمه و يا تأليف شده در تحليل جريان‌هاي تراكم‌پذير پي بردم و تصميم گرفتم كتاب مناسبي را ترجمه كنم پس از كاوش فراوان نهايتاً كتاب جريان تراكم‌پذير پيشرفته همراه با نگرش تاريخي تأليف جان اندرسون را برگزيدم. از خصوصيات مهم اين كتاب كه ناشي از تجربيات چندين ساله مؤلف مي‌باشد عبارتند از: ارائه مسير راهنما در ابتداي هر فصل، ارتباط از طريق زبان محاوره‌اي ساده و شيرين با خواننده، سادگي و رواني نوشتار، ارتباط مدل‌هاي تئوري با نتايج تجربي و كاربردي، نگرش تاريخي و ارائه سير تكاملي نظريه‌هاي مرتبط با موضوع.

بنابر دلايل فوق اين كتاب در حال حاضر در دانشگاه‌هاي معتبر ايالات متحده آمريكا و بسياري از كشورهاي ديگر به عنوان كتاب درسي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين كتاب در 17 فصل ارائه شده و مؤلف با نگرش روانشناختي آموزشي، فصل‌هاي اوليه را با قلمي ساده و روان آغاز كرده و خواننده را با آهنگ زيباي سير تكاملي تاريخي غرق در اقيانوس بيكران ذهن نظريه پردازان نموده و بطور شگفت انگيزي تئوري‌هاي پيچيده را در فصل‌هاي آخر ارائه نموده است.

از اين‌رو مطالب اين كتاب در مقاطع كارشناسي و كارشناسي ارشد كاملاً مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بدين‌صورت كه 9 فصل اول كه تحت عنوان جلد 1 ترجمه شده است را مي‌توان در مقطع كارشناسي و 8 فصل بعدي را كه در جلد 2 در حال ترجمه است را در مقطع كارشناسي ارشد بكار گرفت.

اميدوارم كه با ترجمه اين كتاب توانسته باشم از يك سو روش آموزش پيشرفته را كه توسط مؤلف ارائه شده در اختيار مؤلفين جوان كشور قرار دهم و از طرف ديگر ذهن دانشجويان عزيز در مقاطع كارشناسي و كارشناسي ارشد را به چالش كشانده و هم‌چنين بر تجربيات مهندسان عزيز كه در پروژه‌هاي عظيم كشور مشغولند بيافزايي از خوانندگان پويا و تلاشگر تقاضامندم كه نظرات خود را در مورد ترجمه اين كتاب به اين جانب منتقل نمايند.

مقدمه: 3

جان د. اندرسون، جي آر در اول اكتبر سال 1937 در لنكاستر پنسيلوانيا چشم به جهان گشود و در سال 1959 از دانشگاه فلوريدا در رشته مهندسي هوانوردي با رتبه عالي فارغ‌التحصيل شد. از سال 1959 تا 1962 با درجه ستوان وظيفه در آزمايشگاه تحقيقاتي هوا فضايي پايگاه هوايي رايت پترسون به عنوان پژوهشگر مشغول به كار شد. از سال 1962 تا 1966 با حمايت مالي مؤسسه ملي علوم و سازمان ناسا در رشته مهندسي هوانوردي و فضانوردي موفق به دريافت درجه دكترا از دانشگاه ايالتي اوهايو شد و سپس به عنوان رئيس گروه ابر صوتي آزمايشگاه مهمات نيرويي دريايي ايالات متحده مشغول به كار شد در سال 1973 به رياست دانشكده مهندسي هوافضاي دانشگاه مريلند گمارده شده و از سال 1980 به مقام استادي مهندسي هوافضا در دانشگاه مريلند دست يافت. در سال 1982 به عنوان پژوهشگر و استاد برجسته دانشگاه برگزيده شد. در سال‌هاي 1987-1986 در دوران فرصت مطالعاتي دانشگاه او موفق به دريافت رتبه چارلزليندربرگ در موزه ملي هوافضاي مؤسسه اسميتسون شد و بصورت يك روز در هفته همكاري خود را با عنوان مشاور مخصوص در زمينه آئروديناميك در موزه ملي هوافضا ادامه داد و فعاليت‌هاي پژوهشي و نوشتاري خود را به انجام رساند. در سال 1993 به موازات حفظ كرسي استادي مهندسي هوافضا به عضويت دائمي كميته تاريخ و فلسفه علوم و هم‌چنين در سال 1996 به عضويت گروه تاريخ در دانشگاه مريلند درآمد. او در سال 1996 استاد برجسته گلن مارتين در رابطه با آموزش در مهندسي هوافضا شد. در سال 1999 با عنوان استاد برجسته از دانشگاه بازنشسته شد. او در حال حاضر متصدي آئروديناميك در موزه ملي هوافضاي مؤسسه اسميتسون مي‌باشد.

دكتر اندرسون 8 كتاب منتشر كرده است: ليزرهاي ديناميك گازي، يك مقدمه، انتشارات آكادميك (1976). و توسط مك گروهيل، آشنايي با پرواز (1978، 1985، 1989)، جريان تراكم پذير پيشرفته (1982، 1990)، مباني آئروديناميك (1984، 1990)، ديناميك گازي ابر صوتي و دما زياد (1989) ديناميك سيالات محاسباتي: اصول و كاربردها (1995)، عملكرد و طراحي هواپيما (1999) تاريخچه آئروديناميك و ارتباط آن با ماشين‌هاي پرنده، انتشارات دانشگاه كمبريج (1997، 1998).

اندرسون بيش از 120 مقاله در زمينه ديناميك گاز تشعشعي، آئورديناميك بازگشتي، ليزرهاي ديناميك گازي و شيميايي، ديناميك سيالات محاسباتي، آئروديناميك كاربردي، جريان ابر صوتي و تاريخچه هوانوردي نگاشته است. نام دكتر اندرسون در عناوين «او چه كسي است در آمريكا؟» آمده است.

او يكي از متصديان مؤسسه آمريكايي هوانوردي و فضانوردي AIAA مي‌باشد. او هم‌چنين يكي از متصديان انجمن هوانوردي سلطنتي لندن است. او عضو تاو ـ بتا ـ پاي، سيگماتاو، في ـ‌ كاپا ـ‌ في، في ـ اتا ـ سيگما، انجمن آمريكايي براي تحصيلات مهندسي، انجمن تاريخچه علوم و انجمن تاريخ تكنولوژي مي‌باشد. از سال 1988 او به معاونت AIAA براي تحصيلات انتخاب شد. در سال 1989 به دليل تأثير كمك‌هاي او در رابطه با تحصيلات مهندسي هوافضا به دريافت مدال جان للاند آتوود از طرف مؤسسه آمريكايي هوانوردي و فضانوردي و انجمن آمريكايي تحصيلات مهندسي مفتخر شد. در سال 1995 به پاس نوشتن كميت مرجع و متون واضح و قابل اعتماد در زمينه مهندسي هوافضا در مقاطع كارشناسي ارشد كه با استقبال بي‌نظير خوانندگان مواجه شد، مفتخر به دريافت جايزه مطبوعات هوافضاي AIAA شد. در سال 1996 او به معاونت انتشارات AIAA برگزيده شد. او به دليل ارائه 2000 سخنراني فون كارمن در بخش هوافضا توسط AIAA مورد ستايش قرار گرفته است.

از سال 1987 تاكنون دكتر اندرسون در زمينه مهندسي هوانوردي و فضانوردي مشاور ارشد انتشارات سري‌هاي مك گروهيل شده است.

فصل اول: 6

جريان تراكم‌پذير 6
تاريخچه و نظريه‌هاي مقدماتي 6

زندگي مدرن به سرعت در حال پيشروي است. اين حركت سريع از نقطه و مكاني به مكان ديگر براي ما يك مزيّت است. براي سفرهاي طولاني، پرواز سريع‌ترين راه است. امروزه در هواپيماهايي سفر مي‌كنيم كه دستاوري  رشد تصاعدي تكنولوژي در 100 سال گذشته هستند. در سال 1930 مسافران خطوط هوايي با هواپيماهائي مثل فوكر سه موتوره (شكل 1-1) كه با سرعت 100 مايل بر ساعت حركت مي‌كرد، به آهستگي  جابجا مي‌شدند. با اين هواپيما، براي پرواز از نيويورك به مقصد لوس‌آنجلس، 36 ساعت زمان لازم بود و علاوه بر اين در طول مسير 11 بار توقف انجام مي‌شد.

پيشگفتار 6
1-1- پيشرفت‌هاي بزرگ تاريخي 16
1.2- تعريف جريان تراكم‌پذير 20
3-1- رژيم‌هاي جريان 25
1-3-1- جريان مادون صوت 28
2-3-1- جريان تراصوتي 28
1.3.3- جريان مافوق صوت 29
1.3.4- جريان ماوراء صوت 30
1.4- يك مرور اجمالي از ترموديناميك 32
1.4.1- گاز كامل 33
1.4.2- انرژي داخلي و آنتالپي 38
1.4.3- قانون اول ترموديناميك 42
1.4.4- انتروپي و قانون دوم ترموديناميك 43
1.4.5- محاسبه انتروپي 44
1.4.6 روابط ايزنتروپيك 46
1.5- نيروهاي آئروديناميك روي يك جسم 50
1.6- جريان تراكم‌پذير مدرن 55
1.7- خلاصه 57
مسائل فصل اول 58

فصل دوم: 60

فرم‌هاي انتگرالي معادلات بقاء براي جريان‌هاي غيرلزج 60
پيشگفتار 60
2.1- فلسفه 62
2.2- رويكرد 62
2.2.1- روش حجم كنترل محدود 63
2.2.2 روش المان بسيار كوچك سيال 64
2.2.3- روش مولكولي 65
2.3- معادله پيوستگي 65
2.3.1 اصل فيزيكي 65
2.4- معادله مومنتوم 67
2.4.1- اصل فيزيكي 67
2.5- تفسير 70
2.6- معادله انرژي 71
2.6.1- اصل فيزيكي 71
2.7- تفسير نهائي 75
2.8- يك كاربرد معادله مومنتوم: نيروي رانش موتور جت 76
2.9- خلاصه 87
مسائل 88

فصل سوم : 89

جريان يك بعدي 89
پيشگفتار 89
3.1- مقدمه 91
3.2- معادلات جريان يك بعدي 96
3.3- سرعت صوت و عدد ماخ 100
3.4- تعدادي از پارامترهاي جريان كه براحتي تعريف مي‌شوند. 105
3.5- فرم‌هاي ديگري از معادله انرژي 106
3.5.1 – تفسيري درباره عموميت 111
3.6- روابط شوك قائم 117
3.7- معادله هوگونت 134
3.8- جريان يك بعدي همراه انتقال حرارت 140
3.9- جريان يك بعدي همراه اصطكاك 153
3.10 – يادداشت تاريخي: امواج صوتي و امواج ضربه‌اي 164
11-3- خلاصه 169
مسائل 172

فصل چهارم: 176

شوك مايل و امواج انبساطي 176
پيشگفتار 176
1-4- مقدمه 178
2-4 – منشأ امواج مايل 180
3-4 – روابط شوك مايل 184
1-3-4: رابطه : شكل ديگري از رابطه 196
4-4- جريان مافوق صوت روي گوهها و مخروطها 199
5-14- قطبي شوك 204
6-4- بازتاب معمولي از مرز جامد 209
7-4- تفسيري درباره جريان درون شوكهاي ضربدري 214
8-4- نمودارهاي زاويه انحراف – فشار 215
9-4 برخورد شوکهاي غيرهمخانواده 218
10-4 برخورد شوک‌هاي همخانواده 220
11-4 – انعکاس ماخ 223
12-4 – موج ضربهاي غيرمتصل جلوي يک جسم دما غير پهن 225
13-4 – امواج ضربهاي سه بُعدي 227
14-4 – امواج انبساطي پرانتل – ماير 229
15-4 – تئوري شوک – انبساط 237
16-4. يادداشت هاي تاريخي تحقيقات اوليه پرانتل روي جريان‌هاي مافوق صوت و اساس تئوري پرانتل 249

ماير شهر گوتينگن آلمان بر روي رودخانه لين جاي گرفته است که از درون ييلاقات حاصلخيز امپراطوري بزرگ ساکسون‌ها عبور مي‌کند. گوتينگن در سال 1211 تاسيس شد و به سرعت به يک مرکز مهم اقتصادي در قرن 14 تبديل شد. ديواره‌هاي دور شهر خيابان‌هاي باريک سنگ فرش شده، خانه‌هاي نيمه چوبي قرون وسطائي از گذشته گوتينگن تاکنون هنوز باقي مانده اند. ولي اين ظاهر آراسته اين واقعيت را که گوتينگن خانه يکي از مشهورترين دانشگاه‌هاي اروپا را در خود جاي داده است را نشان نمي دهد – دانشگاه آگوست جورجيا که در سال 1737 توسط جورج دوم پادشاه انگلستان (خانواده هانوفر که در قرن هجدهم بر انگلستان حکم مي‌راندند داراي اصليت آلماني بودند.) بنيان گذاشته شد. اين دانشگاه که در تمام دنيا با نام گوتينگن شناخته مي‌شود پذيراي بسياري از غول‌هاي دانش و رياضيات بوده است مثل گاوس، وبر، ريمان، پلانک، هيلبرت، بورن، لورنتز، رانگ، نرنت، و هايزنبرگ و ديگران.

مردي که از نظر مقام با آناني که در بالا نامشان آورده شد برابري مي‌کند لودويگ پرانتل است، متولد فرايزينگ، آلمان، 4 فوريه سال 1875. پرانتل در سال 1904 در گوتينگن پروفسور مکانيک کاربردي شد. در همان سال در کنگره رياضيدانان در هايدلبرگ، پرانتل تئوريش در مورد لايه مرزي را ارائه کرد – روشي که مکانيک سيالات تئوريک را در قرن بيستم منقلب کرد. کمي بعد در خلال سال‌هاي 1912 تا 1919، او يک شيوه تئوريک براي محاسبه ليفت و درگ روي بال محدود استنتاج کرد – تئوري‌هاي صفحه اي و خطي ليفتينگ پرانتل. اين کارها پرانتل را به يک متخصص برجسته ديناميک سيالات دوران مدرن تبديل کرد و به اين دليل از او به عنوان پدر آئروديناميک ياد مي‌شود. هر چند که هيچ جايزه نوبلي به متخصصين ديناميک سيالات داده نشده است، ولي پرانتل احتمالاً به دريافت چنين افتخاري نزديک شد. (بخش 10-9 را براي بيوگرافي کامل تر پرانتل مطالعه کنيد).

بسياري از دانشجويان نمي دانند که پرانتل سهم بزرگي در درک و تئوري جريان تراکم پذير داشت. در سال 1905 او يک نازل مافوق صوت با ماخ 1.5 را به منظور مطالعه جريان‌هاي توربين ‌هاي بخار و حرکات ذرات خاک اره در کارخانه‌هاي چوب بري ساخت. در سه سال بعدي او در مورد الگوهاي جريان مرتبط با چنين نازل‌هاي مافوق صوتي کنجکاو شد، شکل 41-4 بعضي از اين عکس‌هاي گيج کننده را که در آزمايشگاه پرانتل به دست آمدند نشان مي‌دهد. در اين عکس‌ها امواج ضربه اي مايل و انبساطي که در خروجي نازل مافوق صوت ايجاد شده اند به وضوح نشان داده شده است. (با استفاده از نامگذاري فصل 5، پيشروي جريان را از نازل «مادون انبساطي» در بالاي شکل 41-4 و به نازل «مافوق انبساطي» در پائين شکل مي‌بينيم. در بالاي شکل، امواج انبساطي و در پائين تصوير امواج ضربه اي که با امواج انبساطي دنبال مي‌شوند را مي‌بينم.) با استفاده از جنبه نمايشي اين عکس‌ها بود که پرانتل در مورد جريان مافوق صوت در زماني که برادران رايت هواپيماي موتوري خود را معرفي کردند (با سرعت حداکثر 40 مايل بر ساعت!) مطالعه مي‌کرد.

مشاهده اين امواج ضربه اي و انبساطي، پرانتل را واداشت تا در مورد مشخصه‌هاي تئوريک اين امواج به جستجو بپردازد. در نتيجه تئودور ماير، يکي از دانشجويان پرانتل در گوتينگن، رساله دکتراي خود را در سال 1908 با عنوان «درباره فرايندهاي جريان دو بعدي يک گاز که با سرعت‌هاي مافوق صوت جريان دارد» ارائه داد. در اين رساله، ماير اولين روابط تئوريک و عملي مربوط به امواج ضربه اي و انبساطي را ارائه کرد – همان تئورئي که در اين فصل ارائه شد.

او کارش را با تعريف موج ماخ و زاويه ماخ که در معادله 1-4 نشان داده شد، آغاز کرد. سپس با استفاده از هندسه مشابه شکل 32-4، تابع پرانتل – ماير را استنتاج (معادله 44-4) و آن را نه به صورت تابعي از عدد ماخ بلکه به صورت تابعي از ◦p/p، جدول بندي کرد. (جالب توجه آنکه عبارت «عدد ماخ» تا آن موقع هنوز ابداع نشده بود، اين عبارت 20 سال بعد توسط ژاکوب آکرت به افتخار ارنست ماخ، دانشمند و فيلسوف اتريشي که براي يک دوره کوتاه در دهه 1870 روي جريان‌هاي پر سرعت مطالعه کرد، معرفي شد. به اين ترتيب امروزه عدد ماخ مورد استفاده است.) در يک رساله مشابه، ماير اين نتايج بنيادين را همراه با مطالعه شوک‌هاي مايل دنبال کرد و روابطي مشابه آنچه در اين فصل ارائه شد را به دست آورد و جداول موج ضربه اي محدود را برحسب زاويه موج، زاويه انحراف و نسبت فشار به دست آورد. تقريباً بدون هيچ گونه هياهوئي، ماير مقاله اش را با يک عکس ديدني از جريان دروني يک نازل مافوق صوت به پايان رساند که در اينجا در شکل 42-4 باز هم اين عکس آورده شده است. به منظور قابل مشاهده کردن امواج ضعيف – لزوماً امواج ماخ – در تصوير شليرني، ديواره‌هاي نازل به شدت زبر شده بود.

خواننده احتمالاً بايد از گرفته شدن چنين تصويري شگفت زده شود زيرا گرفتن چنين تصاويري نيازمند آزمايشگاههاي مدرن مافوق صوت امروزي در دهه 2000 دارد.

کارهاي پرانتل و ماير بر روي امواج انبساطي و ضربه اي مايل با مطالعات رايلي و تيلور بر روي شوک‌هاي قائم در سال 1910 همزمان بود (بخش 10-3 را مطالعه کنيد). باز هم يادآوري مي‌کنيم که ارزش تحقيقات پايه اي روي مسائل در آن زمان کاملاً آکادميک محسوب مي‌شد. ارزش عملي واقعي رساله ماير تا پيشرفت‌هاي پرواز مافوق صوت در دهه 1940 آشکار نشد.

در خلال دهه‌هاي بعدي، پرانتل علاقه اش را به جريان تراکم پذير پر سرعت حفظ کرد، براي مثال کار او روي تصحيحات تراکم پذيري براي جريان مادون صوت در دهه 1920 در بخش 9-9 مورد بحث قرار گرفته است. علاوه بر اين ها، بسياري از دانشجويان پرانتل در زمينه تحقيقات جريان‌هاي پر سرعت خود را برجسته و متمايز کردند که از همه قابل ذکرتر مي‌توان به تئودور فن کارمن و آدولف بوزمان اشاره کرد. که در بخش‌هاي بعدي در مورد اين دانشمندان بزرگ سخن خواهيم گفت.

17-4 خلاصه 252
مسائل 255

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت