بررسی مقادیر لزجت در سیالات مختلف

مقدمه

محدوده مقادیر لزجت در سیالات مختلف بسیار وسیع است. مثلاً لزجت هوا در فشارها و درجه حرارت¬های معمول، نسبتاً کوچک است. این مقدار کوچک لزجت در بعضی شرایط، نقش مهمی در توصیف رفتار جریان ایفا می-کند. یکی از اثرات مهم لزجت سیالات در تشکیل لایه¬ مرزی  است.
جریان سیالی که بر روی یک سطح صاف و ثابت حرکت می¬کند را در نظر بگیرید. به تجربه ثابت شده است که سیال در تماس با سطح به آن می¬¬چسبد (شرط عدم لغزش ). این پدیده باعث می¬شود که حرکت سیال در یک لایه نزدیک به سطح کند شود و ناحیه¬ای به ¬نام لایه ¬¬¬مرزی بوجود می-آید. در داخل لایه مرزی سرعت سیال از مقدار صفر در سطح به مقدار کامل خود افزایش    می¬یابد، که معادل سرعت جریان در خارج از این لایه است. بعبارت دیگر، در لایه ¬مرزی سرعت افقی در امتداد عمود بر سطح تغییر می¬کند، که این تغییرات در نزدیکی سطح بسیار شدید است. یک نمونه از توزیع سرعت در لایه مرزی تشکیل شده بر روی سطح یک جسم در شکل ۱-۱ نشان داده شده است.
 
لایه ¬مرزی نزدیک یک صفحه تخت در جریان موازی با زاویه صفر نسبت به امتداد جسم،  بعلت اینکه فشار استاتیکی در کل میدان جریان ثابت باقی می¬ماند، نسبتاً ساده است. از آنجا که خارج از لایه¬ مرزی سرعت ثابت باقی می¬ماند و همچنین به خاطر اینکه در جریان بدون اصطکاک معادله برنولی معتبر است، فشار نیز ثابت باقی خواهد ماند. بنابراین فشار در امتداد لایه ¬مرزی هم اندازه با فشار در خارج از لایه ¬مرزی، ولی در فواصل مشابه است. بعلاوه در فاصله x مشخص از ابتدای صفحه، فرض می¬شود که فشار در امتداد ضخامت لایه ¬مرزی ثابت باقی می¬ماند. این اتفاق بطور مشابه برای هر جسمی با شکل دلخواه، زمانی که فشار خارج لایه ¬مرزی در امتداد طول جسم تغییر کند نیز رخ می-دهد. بعبارتی می¬توان گفت فشار خارجی بر لایه¬ مرزی اثر می¬گذارد. بنابراین برای حالتی که جریان عبوری از یک صفحه تخت داریم، فشار در سرتاسر لایه ¬مرزی ثابت باقی    می¬ماند.
دو اثر بسیار مهم در جریان سیال، اثرات اینرسی و لزجت است. رابطه بین این دو اثر با یکدیگر مشخص کننده نوع جریان است. این رابطه بصورت پارامتر بدون بعد Re یا عدد رینولدز که برابر با اندازه نسبت نیروهای اینرسی به لزجتی است، تعریف می¬شود. نسبت نیروی اینرسی به نیروی لزجت برای یک المان سیال با بعد سطح، به وسیله رابطه زیر که همان عدد رینولدز است تعریف می¬شود:
بنابراین وقتی عدد رینولدز بزرگ است، اثرات اینرسی حاکم می¬شود و زمانی که کوچک است، اثرات لزجت قوی¬تر است. شایان ذکر است که مفهوم عدد رینولدز در رابطه با مرزها که بر جریان اثر می¬گذارد، یک کمیت موضعی است، بعبارتی انتخاب¬¬های مختلف طول مشخصه L در محاسبه عدد رینولدز، منجر به مقادیر مختلفی برای این پارامتر خواهد شد. بنابراین جریان بر روی یک جسم ممکن است که محدوده وسیعی از اعداد رینولدز را شامل شود که بستگی به محلی دارد که مطالعه بر روی آن انجام می¬شود. بنابراین در بحث جریانی که از روی یک جسم عبور می¬کند، معمولاً  طول مشخصه L بگونه¬ای انتخاب می¬شود که نمایانگر یک بعد کلی از جسم باشد.

بخشی از منابع و مراجع پروژه بررسی مقادیر لزجت در سیالات مختلف

[۱] نادر نبهانی، مکانیک سیالات، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، مؤسسه انتشارات علمی، ۱۳۸۰
[۲‍] محمود یحیایی، اثر باد بر سازه ها به انضمام آیین نامه باد ASCE-1996، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، ۱۳۷۸
[۳] E. Simiu and R.H. Scanlan, Wind effect on structures, 3th edition, Wiley Interscience,
      New York, 1996
[۴] V. Strouhal, Über eine besondere Art der Tonerregung, Ann. Physik und Chemie, Neue
      Folge, vol. 5, pp.216-251, 1878.
[۵] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulaion of Unsteady Flow
      Around a Square Two-Dimensional Cylinder, In. Proc. 12th Australasian Fluid Mechanics
      Conference, R.W.Bilger (Ed.),pp.517-520, The University of Sydney, Australia,
      Dec.1995.
[۶] K. M.Kelkar and E. F. Patankar, Numerival Prediction of Vortex Shedding behind a
      Square Cylinder, Int. J. Numer. Meth. In Fluids, vol. 14, page 327, 1992.
[۷] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulaion of Unsteady Flow
      around Rectangular Cylinders at Incidence, J. of Wind Eng. Ind. Aerodyn., vol.69-71, pp.
      189-201, 1997
[۸] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Low-Reynolds-Number Flow aroud a Square
      Cylinder at Incidence:Study of Blockage,Onset of Vortex Shedding and Outlet Boundary
      Condition, Int. J. for Numer. Meth. In Fluids, vol.26, pp.39-56, 1998.
[۹] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulation of Flow past a Square
      Cylinder, 3rd ASME/JSME Joint Fluids Eng. Conference, San Francisco, California,
      USA, July 1999.
[۱۰] B.S.V. Patnaik, P.A.A. Narayana and K.N. Seetharamu, Finite Element Simulation of
        Transient Laminar Flow Past a Circular Cylinder and Two Cylinders in Tandem
        Influence of Buoyancy, Int. J. Numer. Methods for Heat and Fluid Flow, vol. 10, No. 6, pp. 560-580, 2000.
[۱۱] A.Sohankar, A Numerical Investigation of the Unsteady Wake Flow of Circular
        Cylinders, 10th Annual Int. Mech. Eng. Conference, knt uni., Tehran, Iran, 2002.
[۱۲] A. Sharma and V. Eswaran, Heat and Fluid Flow Across a Square Cylinder in the Two-Dimensional Laminar Flow Regime, Numer. Heat Transfer, Part A, vol. 45, pp. 247-269, 2004.
[۱۳] L. Zhou, M. Cheng and K.C. Hung, Suppression of Fluid Force on a Square Cylinder by Flow Control, J. of Fluids and Structures, vol. 21, pp. 151-167, 2005.
[۱۴] A. Wietrzak and D. Poulikakos, Turbulent Forsed Convective Cooling of Microelectronic Devices, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 11, No. 2, June 1990.
[۱۵] G. Bosch and W. Rodi, Simulation of Vortex Shedding past a Square Cylinder Near a Wall, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 17, pp. 267-275, 1996.