السبت، 22 مايو 2010


الموائع كجمع لكلمة مائع (بالإنجليزية: fluids‏) تشكل مجموعة من أطوار المادة، وهي أي مادة قابلة للانسياب تحت تأثير إجهاد القص وتأخذ شكل الإناء الحاوي لها. تتضمن الموائع كلً من السوائل، الغازات، البلاسما وأحيانا الأصلاب اللدنة plastic सोलिड्सموائع قابلة للانضغاط وهي الموائع التي تتغير كثافتها بتغير الضغط الواقع عليها مثل الغازات। موائع غير قابلة للانضغاط وهي الموائع التي لا تتغير كثافتها بتغير الوضع الواقع عليها مثل السوائل



يستخدم نموذج المائع المثالي لتفسير بعض الظواهر الخاصة بسلوك المائع المتحرك والمائع المثالي غير موجود في الطبيعة فهو نموذج نظري يستعان به لوصف سلوك المائع الحقيقي المائع المثالي له عدة خصائص:1- غير قابل للانضغاط:فهو لا يتغير حجمه بتغير الضغط عليه وبالتالي تبقى كثافته ثابتة وتبقى ثابتة أيضاً أثناء جريانه، وكل السوائل غير قابلة للانضغاط أما الغازات فهي على العكس.عديم اللزوجة:لزوجة المائع هي التغيير عن القوى المحاسيه الناتجة عن الاحتكاك الحاصل بين طبقات المائع التي يفترض أنها مكتوبة للمائع، وعندما تكون هذه القوى صغيره تهمل يعتبر غير لزج.3- له جريان منتظم:أي أن حركة نقطه معينة من المائع تتم على خط ثابت لا يتغير مع الجريان، وهذا الخط يسمى خط الانسياب وتكون سرعة المائع عند نقطة معينة سرعة ثابتة مع تغير الزمن على الرغم من إخلاف السرعة بين نقطة وأخرى.4- جريانه غير دوراني:أي أن أجزائه ليس لها عزم دوراني حول النقطة التي تمر فيها
تستخدم ظاهرة اللزوجة في التعرف على بعض الأمراض عافانا الله وإياكم منها ويمكن أن نقسم هذه الأمراض إلى حالتين :1- أمراض تسبب تلاصق كرات الدم الحمراء مثل روماتزم القلب والحمى الروماتزمية والنقرص .2- أمراض تسبب تكسر كرات الدم الحمراء مثل الأنيميا واليرقان .في الحالة الأولى حين تتلاصق كرات الدم الحمراء فإن حجمها يكبر وبالتالي تترسب ببطء عند وضع عينة من دم شخص مصاب في أنبوب اختبار .وفي الحالة الثانية حين تتكسر كرات الدم الحمراء فإن حجمها يصغر وبالتالي تترسب بسرعة عند وضع عينة من دم شخص مصاب في أنبوب اختبار .قياس سرعة ترسب الدمتستخدم مواد خاصة للتشحيم وهي تلك المواد التي تتصف بدرجة عالية من اللزوجة لكي تلتصق بالأجزاء المتحركة ويستفاد من هذه المواد في أمرين :1- لحماية أجزاء الآلة من التآكل .2- لخفض كمية الحرارة المتولدة أثناء الاحتكاك
في الفيزياء ، وديناميات السوائل هو دون انضباط ميكانيكا السوائل التي تتعامل مع العلم وتدفق السوائل الطبيعية من السوائل (السوائل والغازات) في الحركة। له عدة subdisciplines نفسها ، بما في ذلك الديناميكا الهوائية (دراسة الهواء والغازات الأخرى في الحركة) والهيدروناميكا (دراسة السوائل في الحركة)। ديناميات الموائع ومجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك حساب القوات والطائرات في لحظات ، وتحديد معدل التدفق الجماعي للنفط عبر خطوط الأنابيب ، وتوقع أنماط الطقس ، فهم السدم في الفضاء ما بين النجوم وورد أسلحة الانشطار تفجير النمذجة। وتستخدم حتى بعض مبادئها في هندسة المرور ، حيث يتم التعامل المرور كسائل المستمر.ديناميات الموائع يقدم هيكل المنهجي الذي يكمن وراء هذه التخصصات العملية ، التي تشمل القوانين التجريبية وشبه التجريبية المستمدة من قياس التدفق واستخدامها في حل المشاكل العملية. الحل لمشكلة ديناميات السوائل عادة ما ينطوي على حساب خصائص مختلفة من السوائل ، مثل السرعة والضغط والكثافة ، ودرجة الحرارة ، وظائف المكان والزمان.تاريخيا ، الهيدروناميكا يعني شيئا مختلفا عما كانت عليه اليوم. قبل القرن العشرين ، كان الهيدروناميكا مرادفا للديناميات السوائل. وينعكس هذا لا يزال في أسماء بعض المواضيع ديناميات السوائل ، مثل magnetohydrodynamics الهيدروديناميكية والاستقرار على حد سواء ، ينطبق أيضا على ، وكذلك تطبيقها على والغازات



تصنف القوى التي تؤثر في المائع إلى: أ ـ قوى خارجية وتنتج عن مؤثرات خارجية عن المائع.ب ـ قوى داخلية وتنتج عن التأثير المتبادل بين جزيئات المائع. وإذا نُظر إلى مقدار معين من مائع يشغل حجماً معيناً (ح) محاطاً بسطح مغلق (سط)، فإن المائع المحيط بـ (ح) يؤثر في (ح) نفسه بقوى يمكن عدّها، بسبب صغر أبعاد حقل التأثير، مؤثرة في السطح (سط). ولهذا السبب فإنها تسمى قوى سطحية تمييزاً لها من القوى الخارجية التي تسمى قوى حجمية أو قوى كتلة. وإذا كانت ن نقطة من (سط)، وإذا رُمز لمحصلة القوى السطحية المؤثرة في واحدة سطح تقع عليه ن بـ ، وإذا فَرِّقت إلى مركبتين إحداهما ناظمية وتسمى الضغط (الناظمي) والثانية مماسية وتسمى التوتر المماسي. وإذا ما كانت المركبة المماسية معدومة في كل نقطة ن من المائع، ومهما كان اتجاه الناظم على أي سطح في المائع تقع عليه ن، فإنه يقال عن المائع إنه مثالي ideal أو كامل، ويقال عنه فيما سوى ذلك إنه لزج viscous.ويمكن تبين لزوجة مائع بوضع صفيحة مستوية رقيقة جداً داخله، وتحريك هذه الصفيحة في مستويها. إن المائع اللزج يعيق حركة الصفيحة بسبب القوى المماسية، في حين يمكن لهذه الصفيحة أن تتحرك دون أي مقاومة من المائع عندما يكون مثالياً. وإذا ما تحرك مائع على حاجز صلب، فإن سرعة الجزيئات المائعية تكون معدومة على الحاجز، وتزداد كلما ابتعدت الجزيئات عن الحاجز (الشكل -1).وفي الواقع إن جميع الموائع لزجة، غير أن لزوجة بعضها كالماء والهواء خفيفة جداً ويمكن عدّها مثالية إلى حد بعيد. وحسب الفرضية التي كان أول من جاء بها نيوتن، تتعلق القوة المماسية بطبيعة المائع المفروض وبطبيعة جريانه. ففي حالة الجريان الصفحي (الطبقي) laminar، وهذا ما سيكون الحديث عنه بعد قليل، يكون التوتر المماسي تو متناسباً مع تغير السرعة في الاتجاه ع العمودي على الجريان، بمعامل تناسب يسمى معامل اللزوجة للمائع.ويتناقص هذا المعامل في السوائل مع ازدياد درجة الحرارة ويتزايد قليلاً مع ازدياد الضغط. وأما في الغازات فإن اللزوجة تزداد مع ازدياد درجة الحرارة في حين لا تتأثر عملياً مع الضغط. إن سلوك الموائع الحقيقية (اللزجة) ظل مدة طويلة لغزاً حيَّر التجريبيين كما حيَّر في هذه الأيام أيضاً الباحثين الذين يحاولون الوصول إلى نظرية عامة تصلح لجميع أنواع الجريانات. وعندما كان الطبيب والفيزيولوجي الفرنسي بوازوي Poiseuille المهتم بدراسة دوران الدم يجري تجارب جريان الماء داخل أنابيب شعرية، كان المهندس الألماني هاگن Hagen يقوم بتجاربه بأنابيب ضخمة متوصلاً إلى نتائج تناقض النتائج التي توصل إليها بوازوي. وبقي الأمر كذلك إلى أن قدم العالم الإنكليزي رينولدز Reynolds تبريراً لهذا التناقض الظاهري.فإذا ما نُظر إلى جريان الموائع في أنابيب مختلفة الأقطار، فإنه يلاحظ أن كل جزيئة من جزيئات المائع ترسم خطاً موازياً إلى محور الأنبوب حين تكون السرعة الوسطى سر لجزيئات المائع صغيرة، أو حين يكون قطر الأنبوب ق صغيراً أو حين تكون لزوجة المائع كبيرة، وباختصار إذا كان العدد، (بفرض أن كـ الكتلة الحجمية للمائع)، والمسمى عدد رينولدز، صغيراً. يقال عن الجريان في مثل هذه الحالة إنه جريان صفحي. وبالفعل فلقد بيّن رينولدز وجود عدد حرج، يسمى عدد رينولدز الحرج، يقترب من 200، يفصل بين شكلين مميزين تماماً للجريانات .أ ـ إذا كان فإن الجريان صفحي تنزلق فيه طبقات المائع بعضها على البعض الآخر في الاتجاه العام للجريان.ب ـ إذا كان فإن الجريان يضطرب وتتغير سرعة كل نقطة في كل لحظة قياساً ومنحى. ويقال عن الجريان في هذه الحالة إنه اضطرابي turbulent.يلاحظ هذان الشكلان من الجريان في دخان لفافة تبغ (سيجارة) في جو هادئ ، فالجريان يكون صفحياً إذا كان عدد رينولدز صغيراً ويتحول إلى اضطرابي حين يزداد عدد رينولدز وتكون الحسابات سهلة المنال في حالة الجريان الصفحي، ولكنها تصير صعبة حين يكون الجريان اضطرابياً وتتطلب استخدام النظريات الإحصائية. إن أهمية الجريان الاضطرابي تنبع من كونه هو السائد عملياً في الموصلات الصناعية وفي الآلات العنفية.وقد تبين أنه حتى ولو كانت لزوجة المائع ضعيفة حتى يمكن فيها عدّه مثالياً، فإنه لا يمكن إهمال اللزوجة بالقرب من الحواجز. وهذا ما دعا الألماني پرانتل Prandtl في بداية القرن العشرين أن يضع نظريته للطبقة الحدية التي تفترض وجود طبقة من المائع بثخانة ضعيفة جداً في جوار الحاجز حيث تكون قوى اللزوجة راجحة ولا يمكن إهمالها في حين يمكن إهمال اللزوجة بعد هذه الطبقة.طبيعة المسائل الدراسية في تحريك الموائععلى الرغم من تنوع تطبيقات تحريك الموائع، فإنه من الممكن تصنيف مسائله في صنفين اثنين حسب طبيعة الاهتمامات. أ ـ تحديد الصفات الفيزيائية للمائع (الضغط ض والكتلة الحجمية كـ ودرجة الحرارة د والسرعة سر في نقطة معينة ن للجريان). ب ـ تعيين رد فعل المائع في حاجز صلب على تماس مع المائع. إن المسألة الأولى عامة وتظهر على نحو خاص حين يكون المطلوب معرفة سرعة انصباب الماء الناتج عن ضخ عنفة مائية أو معرفة الصفات الفيزيائية لمائع في عصافة هوائية فوق صوتية. ولما كانت المسألة تتعامل مع أربعة مجاهيل فإنه ينبغي الحصول على أربع معادلات:1. معادلة حفظ الكتلة وتعتمد على المبدأ الذي ينص على أن الكتلة لأي جزء من المائع تبقى ثابتة أثناء حركته.2. معادلة حفظ كمية الحركة التي تعبر عن المبدأ العام للتحريك. وإذا ما عُرفت جميع القوى التي تؤثر في المائع فإن المبدأ العام للتحريك يعطي معادلة حركة المائع. هذه المعادلة هي معادلة نافير ـ ستوكس Navier-Stokes في حالة مائع لزج غير ضغوط. أما إذا كان المائع غير لزج فإنه بمكاملة معادلة الحركة على مسارٍ، تظهر للعيان مبرهنة الطاقة الحركية (وهي معادلة برنولي Bernoulli لمائع مثالي أو معادلة باري دو سان ڤنان Barré de Saint Venant لمائع ضغوط غير لزج).3. معادلة حفظ الطاقة التي تنتج من المبدأ الأول للترموديناميكا.4. معادلة حالة المائع التي تربط بين الضغط والكتلة الحجمية والحرارة. إن هذه المعادلة في حالة غاز كامل على سبيل المثال هي: . وأما المسألة الثانية التي يتعرض لها تحريك الموائع فتنصرف إلى تعيين محصلة القوى التي يؤثر فيها المائع في حاجز، كقوة سحب مروحة سفينة أو طائرة أو قوة دفع نفاث، أو المزدوجة التي يؤثر بها المائع في دولاب مضخة أو عنفة. إن كل هذه الأمثلة تبين الأهمية العلمية للمسائل التي تشارك في حلها مبرهنة اويلر Euler التي تمثل شكلاً خاصاً للمبدأ العام للتحريك. معادلة حفظ الكتلة: أو معادلة الاستمرار continuity equation تسمى المعادلة التي تنشأ عن مبدأ حفظ الكتلة معادلة الاستمرار، التي تأخذ شكلاً بسيطاً عندما يجري المائع في قناة. فإذا كان الجريان مستقراً steady (أي إن الصفات الفيزيائية للحركة تتبع الموضع وهي مستقلة عن الزمن) ووحيد البعد (أي إن الصفات الفيزيائية تبقى كما هي في كل موضع من مواضع المقطع العمودي)، فإن معادلة الاستمرار تأخذ الشكل:بفرض أن سط مساحة المقطع العمودي للقناة. وتصح هذه الصيغة أيضاً في حالة المائع داخل أنبوب التيار stream tube. وللتعرف على أنبوب التيار يلاحظ أن خط التيار stream line هو كل منحن في المائع بحيث يكون متجه السرعة عند كل نقطة من نقاطه محمولاً على المماس لهذا المنحني عند تلك النقطة، وأن أنبوب التيار هو السطح الذي ينشأ بأخذ منحني مغلق في المائع ورسم خطوط التيار المارة بجميع نقاط هذا المنحني المغلق.أساسيات الانتقال الحرارى وسريان الموائعالمعادلات الأساسيةنظام المعادلات الاتية للانتقال الحرارى وسريان الموائع تتكون أساسا من معادلة الاتصال (معادلة حفظ الكتلة) ومعادلة حفظ كمية الحركة ومعادلة حفظ كمية الطاقة. سوف لا نعتبر الظواهر المعقدة التى ليست وثيقة الصلة بمناقشتنا، وسوف نتقيد بالظواهر الفيزيائية تحت الشروط الأتية:1. الموائع تكون غير قابلة للانضغاط وتكون نيوتونية (Newtonian). وسوف لا نأخذ فى الاعتبار عدم تغير الكثافة إلا فى حالة توليد قوى الطفو. وتكون خصائص الاستقرار وعدم الاستقرار مرتبطة معا.2. الخصائص الفيزيائية للموائع تكون ثابتة.3. في الصيغ المختلفة للطاقة سوف نعتبر فقط الطاقة الحرارية. وسوف نهمل الإخماد الذي هو تحويلة عكسية من طاقة الحركة إلى الطاقة حرارية إلا فى حالة السريانات المضطربة.