توزيع فشار در كانال ها و در جریان های یکنواخت (موازی)

توزیع فشار در جریان های متغیر تدریجی

با توجه به ویژگی هایی که از جریان متغیر تدریجی ذکر گردید ، توزیع فشار در این حالت نیز از قانون تغییرات هیدرواستاتیکی فشار تبعیت خواهد کرد. و روابط 1-7 و 1-8 در این حالت نیز صادق می باشند.  فرض  بر قرار بودن قانون تغییرات هیدرواستاتیکی فشار در جریان های متغیر تدریجی یکی از فرضیات اساسی در به دست آوردن معادله حاکم بر این گونه جریان ها می باشد که در فصل پنجم توضیح داده خواهد شد.

توزیع فشار در جریان های با انحناء در صفحه قائم

در مطالعات چگونگی تغییرات فشار در قسمت تاج سر ریزها و یا در انحناء پای سر ریزها با توجه به انحناء شدیدی که جریان در این مواضع به خود می گیرد دیگر نمی توان از رابطه      1-7   استفاده نمود بلکه باید تصحیحاتی که در برگیرنده تاثیر انحنای جریان باشد اعمال گردد. بدین منظور نخست جریانی با تقعر به سمت بالا را در نظر گرفته (شکل 1-10) و تغییرات فشار را در مقطعی که کاملاً در صفحه قائم قرار داد مورد بررسی قرار می دهیم . از آنجایی که هندسه دقیق جریان و نیز نحوه تغییرات سرعت در این موضع روشن نمی باشد بررسی چگونگی تغییرات فشار نیاز به فرضیاتی دارد.

بررسی معادلات اساسی حاکم بر حرکت سیالات

در توضیح قوانین حاکم بر حرکت سیالات و به کار بردن این قوانین در کانال‌ها، نکات زیر لازم به توضیح می‌باشند:

الف- در به دست آوردن معادلات اساسی، علی‌رغم توزیع غیر یکنواخت سرعت در مقطع، تغییرات عرضی سرعت در نظر گرفته نمی‌شود و در نتیجه محاسبات بر مبنای سرعت متوسط در مقطع صورت می‌گیرد که این به معنی تحلیل یک بعدی از جریان می‌باشد. سپس با در نظر گرفتن توزیع سرعت واقعی در مقطع تصحیح مربوط به یک بعدی فرض نمودن جریان در معادلات وارد می‌گردد. در تحلیل یک بعدی از جریان، در هر مقطع از جریان یک سرعت ثابت و فشار ثابت در نظر گرفته می‌شود.

ب- با توجه به این که در مکانیک سیالات با جریان پیوسته‌ای از سیال در یک حوزه‌ی وسیع روبه‌رو هستیم لذا تحلیل مسائل سیالات و بررسی مشخصات جریان در محدوده‌ی خاصی از حوزه‌ی جریان و با استفاده از حجم ثابتی در فضا صورت می‌گیرد که موقعیت و شکل این حجم در فضا ثابت در نظر گرفته می‌شود و عبور پیوسته جرم سیال به داخل این حجم وجود دارد. چنین حجمی کنترل (Control Volume) نامیده می‌شود.

حجم کنترل شبیه ترسیمه‌ی آزاد در مکانیک جامدات می‌باشد که در انتخاب مناسب آن باید دقت نمود. مرزهای حجم کنترل سطوح کنترل (Control Surface) نامیده می‌شوند. این سطوح در نقاط تماس با مرز جامد منطبق بر مرز جامد و در نقاط تماس با جریان سیال، عمود بر جهت عمومی جریان سیال، عمود بر جهت عمومی جریان سیال انتخاب می‌شوند. شکل 1-13 یک حجم کنترل انتخابی در حوزه‌ی جریان سیال را نشان می‌دهد.

با انتخاب مناسب حجم کنترل می‌توان در هر لحظه اثر جرم سیال قرار گرفته در درون حجم کنترل را بر روی حجم کنترل و یا اثر متقابل حجم کنترل بر روی جرم سیال را پیدا نمود. این اثرات خواصی از جریان هستند که در تحلیل‌های مکانیکی مدنظر قرار می‌گیرند.

در تحلیل جریان با استفاده از حجم کنترل این مطلب وجود دارد که معادلات اساسی و یا معادلات بقاء به جرم خاص و معینی از سیال اطلاق می‌شوند و یا به عبارت دیگر معادلات بقاء در هر لحظه برای سیستم، که می‌تواند جرم قرار گرفته درون حجم کنترل باشد، قابل بیان هستند، ولی روابط بیان شده برای سیستم را می‌توان توسط قضیه‌ای موسوم به قضیه‌ی انتقال رینولدز به حجم کنترل انتقال داد و در هر لحظه و در محدوده‌ی خاصی از جریان سیال نتیجه‌ی لازمه را در پیدا کردن مشخصات مکانیکی جریان که در تحلیل‌های مهندسی لازم می‌آید به دست آورد.