Fondamenti di meccanica dei fluidi: 9 concetti importanti

Cos'è la meccanica dei fluidi?

La meccanica dei fluidi può essere elaborata come lo studio di sistemi fluidi e fluidi per il loro comportamento fisico, leggi che governano, azioni di diverse energie e diversi schemi di flusso.

Il fluido è suddiviso in due tipologie:

1. Liquido
2. Gas

La meccanica dei fluidi è oggetto di ingegneria che sarà utile in molte discipline ingegneristiche. L'argomento della meccanica dei fluidi è importante nell'ingegneria meccanica, ingegneria civile, ingegneria chimica e ingegneria ambientale ecc.

Anche lo studio di geologia, geofisica, oceano e nanoscienza richiede anche una certa conoscenza della meccanica dei fluidi e della dinamica dei fluidi.

È interessante per te che alcune leggi fondamentali della meccanica dei fluidi siano coinvolte nell'istruzione primaria e secondaria, quindi ci si può aspettare che sia una materia familiare per te.

Quali sono i rami della meccanica dei fluidi?

Ci sono tre rami della meccanica dei fluidi basata su forze ed energia.

Idrostatico:

L'idrostatica può essere definita come la meccanica dei fluidi che studia quando il fluido o l'elemento fluido è a riposo. Significa che non c'è flusso di fluido. Non ci sono sollecitazioni di taglio.

Possiamo prendere un esempio di fluido a riposo come una diga, uno stagno, ecc.

La diga è un esempio molto noto di ramo idrostatico. Durante le vacanze potresti aver visitato qualche famosa diga vicino a te.

Cinematica:

La cinematica è lo studio della meccanica dei fluidi sui moti dei fluidi come traslazione, rotazione o deformazione. Ricorda-> In questo studio non vengono prese in considerazione le forze e l'energia che agiscono sul fluido (fluido in movimento).

Qui, il fluido scorre quindi possiamo prendere esempio del fluido che scorre nel fiume, nel canale ecc.

Dinamica:

La fluidodinamica è uno studio completo del fluido che scorre. Studia la velocità, l'accelerazione, le forze e le energie che agiscono sul fluido in movimento.

Qui, lo studio del fluido che scorre (Fluido in movimento) viene effettuato considerando le forze e l'energia agisce su di esso. Gli esempi di fluidodinamica sono il flusso del carburante all'interno dell'iniettore di carburante diesel, il flusso del liquido all'interno della pompa, il flusso del fluido all'interno della turbina, ecc.

Flusso del fluido | Cos'è il flusso del fluido?

Quando un gas o un liquido viaggia o sposta un fluido da un punto (destinazione) a un altro punto, possiamo chiamarlo flusso di fluido.

Comprendiamo in un'altra parola, l'andamento della deformazione continua del fluido è noto come fluidità. L'azione di questa deformazione continua è nota come flusso del fluido.

Ad esempio flusso del vento, flusso nel fiume, onde nel mare, flusso di liquidi nelle condutture ecc.

Classificazione del fluido

In termini comuni, ci sono due tipi di fluido come indicato di seguito,

1. Fluido ideale
2. Vero fluido

Qual è il fluido ideale?

In primo luogo, tienilo a mente "non c'è esistenza di fluido ideale in natura ed è fluido immaginario". In pratica, stiamo considerando l'acqua e l'aria come un fluido ideale per molti studi a causa della sua minore viscosità.

L'acqua è incomprimibile, quindi è più vicina a un fluido ideale rispetto all'aria.

Il fluido ideale possiede le seguenti caratteristiche,

• Incomprimibile
• Non viscoso (inviscido)
• Nessun attrito (senza attrito)
• Non tensione superficiale

Il fluido ideale non possiede viscosità. Significa che l'attrito non esiste nel fluido. Il fluido ideale è la nostra immaginazione di fluido standard con caratteristiche superiori. In natura, c'è sempre resistenza all'attrito ogni volta che esiste un movimento.

Cos'è il vero fluido?

Il tutto fluido in natura può essere considerato reale. Vediamo perchè?

Possiede la maggior parte delle caratteristiche pratiche,

• Viscoso
• Comprimibile
• Attrito
• Tensione superficiale

Principi di fluidodinamica

Alcuni dei principi di base di fluidodinamica sono arruolati di seguito per tua informazione. Lo studio di ogni principio in dettaglio con i nostri prossimi articoli vi porterà in profondità nella fluidodinamica.

• Conservazione di massa, slancio ed energia
• Legge della viscosità di Newton
• Principi di continuità
• Equazione ed energia del momento
• Equazione di Eulero
• Teorema di Bernoulli
• Il principio di Archimede
• Legge di Pascal
• Leggi di similarità e modello
• Metodo di Rayleigh e teorema pi di Buckingham
• Equazione azionaria di Navier
• Equazione di Reynold e Darcy

Questi principi sono utili poiché molti degli approcci e delle tecniche di analisi utilizzati nei problemi di meccanica dei fluidi. Sarà ben compreso quando si incontreranno problemi reali sulla meccanica dei fluidi.

Applicazioni fluidodinamiche

Il tema della fluidodinamica circonda numerose applicazioni sia in ambito domestico che industriale. Alcune delle applicazioni sono elencate di seguito,

• La rete di canali di distribuzione dell'acqua e le condutture in ambito domestico e industriale.
• Le macchine idrauliche e le strutture idrauliche sono progettate sulla base della meccanica dei fluidi. Macchine idrauliche: turbine, pompe, valvole, giunti idraulici, attuatori ecc.

Strutture idrauliche: canale, dighe, sbarramenti, serbatoi aerei ecc.

• I fondamentali della fluidodinamica possono essere utilizzati per progettare aerei supersonici, missili, turbine a gas, motori a razzo, siluri, sottomarini ecc.
• Le centrali elettriche come l'energia idroelettrica, l'energia termica (vapore), l'energia delle turbine a gas utilizzano la meccanica dei fluidi.

• La meccanica dei fluidi ha vaste applicazioni nei dispositivi di misura di pressione, velocità e misura del flusso strumenti.

Misura della pressione: manometro a molla Bourdon, vacuometro, manometro ecc.

Strumenti di misura della velocità e del flusso: tubo di Pitot, misuratore di corrente, venturimetro, orifizio, rotametro ecc.

• Alcune delle materie scientifiche come l'oceanografia, la meteorologia, la geologia, ecc. Richiedono anche la dinamica dei fluidi.
• La pneumatica e idraulica vari dispositivi di controllo del fluido
• Anche se consideriamo che il sangue che scorre all'interno della vena umana possiede una dinamica dei fluidi

In natura, ci sono così tanti processi governati dalla meccanica dei fluidi e dalle leggi della dinamica dei fluidi. Esempio: aumento delle acque sotterranee in cima all'albero, ciclo dell'acqua piovana, flusso del vento e onde, onde dell'oceano, condizioni meteorologiche ecc.

Comprendiamo alcune applicazioni pratiche della dinamica dei fluidi, che diventeranno molto familiari con te.

Potresti avere la tua automobile, la bicicletta o l'auto. Sai che l'aria viene infiltrata all'interno dei pneumatici del veicolo con la pressione, quindi possiede leggi sulla pressione.

In secondo luogo, l'ammortizzatore è riempito di olio che assorbe scosse o urti. L'olio verrà pressurizzato e fornirà ammortizzazione al tuo veicolo. Esistono numerose applicazioni quotidiane nella tua vita che sono totalmente o parzialmente governate dalla meccanica o dalla dinamica dei fluidi.

Unità e dimensioni

Poiché il nostro argomento è la meccanica dei fluidi, studieremo una varietà di caratteristiche dei fluidi; è un requisito per seguire un sistema per indicare questi attributi, sia qualitativamente che quantitativamente.

L'aspetto qualitativo descrive per trovare la natura, o il tipo, delle caratteristiche come lunghezza, tempo, stress, temperatura, velocità e pressione sul lato successivo l'aspetto quantitativo indica una misura di valore degli attributi.

Una dimensione può essere definita come una descrizione di quantità o attributi misurabili di un oggetto come massa, lunghezza, temperatura, pressione, tempo ecc.

La comprensione dell'unità può essere considerata come lo standard per misurare la dimensione o la qualità.

Per capire la differenza tra unità e dimensioni, facciamo un esempio della distanza tra Mumbai e Goa.

Il termine lunghezza viene utilizzato per descrivere il concetto qualitativo di quantità fisica.

Il termine unità indica l'entità della distanza tra Mumbai e Goa nel nostro esempio. Questa distanza può essere espressa in metri, chilometri o miglia.

Ci sono quattro dimensioni fondamentali utilizzate nel sistema di dimensionamento fisico. Nel sistema SI (standard internazionale), le dimensioni sono massa, lunghezza, tempo e temperatura. Capiamo come funziona?

Sistema internazionale (SI). In 1960, 11^th La Conferenza Generale organizzata su Pesi e Misure, l'organizzazione internazionale responsabile della gestione di standard di misura precisi e sistematici, ha correttamente accettato il Sistema internazionale di unità come standard internazionale. Questo sistema, generalmente denominato SI, è stato ampiamente accettato in tutto il mondo ed è ampiamente utilizzato.

Queste sono le unità fondamentali del sistema SI. Altre tutte le unità di qualsiasi proprietà fisica possono essere derivate in base a queste quattro unità. Facciamo qualche esempio per capirlo meglio.

Lavora

 Hai sentito parlare di lavoro. L'unità di lavoro è Joule. Ora espandiamo la sua unità.

In altre parole, è un trasferimento di energia di qualsiasi oggetto quando si sposta da un luogo a un altro. La forza può essere positiva o negativa.

Lavoro = Forza * Distanza

Il newton (N) è un'unità di forza e l'unità metro è un'unità di distanza. Quindi l'unità di lavoro,

Unità di lavoro = Newton * metro = N * m = Joule (J)

Densità

La formula della densità è data come di seguito.

Densità = massa per unità di volume

Qui, l'unità di massa è kg, l'unità di volume è m^3.

L'unità di densità è kg / m³

La densità dell'acqua è considerata 1000 o 997 kg / m³. La densità dell'aria è di 1.225 kg / m³

Significa che l'acqua è considerata densa standard ed è più pesante di molti altri liquidi. L'aria è notevolmente più leggera ed è un fluido altamente comprimibile.

Potenza

La definizione di potere è data come la capacità di svolgere un lavoro nell'unità di tempo. Oppure possiamo dire lavoro svolto per unità di tempo.

Potenza = lavoro svolto per unità di tempo.

L'unità di lavoro è Joule (J) e l'unità di tempo è il secondo (i).

L'unità di potenza è derivata come J / s (Joule / secondo). L'unità Joule / secondo è generalmente nota come watt (w).

Domande e risposte

Quali sono i tipi di fluido in base allo stato?

Secondo lo stato, ci sono due tipi di fluido.

1. Liquido
2. Gas

Dai il nome ai rami della meccanica dei fluidi.

1. Idrostatica
2. Cinematica dei fluidi
3. Dinamica fluida

Cos'è il vero fluido?

Possiede la maggior parte delle caratteristiche pratiche,

1. Viscoso
2. Comprimibile
3. Attrito
4. Tensione superficiale

Definisci: dimensione e unità

Una dimensione può essere definita come una descrizione di quantità o attributi misurabili di un oggetto come massa, lunghezza, temperatura, pressione, tempo ecc.

La comprensione dell'unità può essere considerata come lo standard per misurare la dimensione o la qualità.

Fornisci quattro dimensioni fondamentali di SI (Standard International).

Cos'è il sistema SI (Standard International)?

Sistema internazionale (SI). Nel 1960 l'11^th La Conferenza Generale organizzata su Pesi e Misure, l'organizzazione internazionale responsabile della gestione di standard di misurazione precisi e sistematici, ha correttamente accettato il Sistema internazionale di unità come standard internazionale.

Ottieni tre applicazioni di meccanica dei fluidi.

• Progetta aerei supersonici
• La rete dei canali di distribuzione dell'acqua
• La pneumatica e idraulica vari dispositivi di controllo del fluido

Quali sono gli strumenti di misura della pressione?

• Manometro a molla tubolare
• Vacuometro
• manometro

Assegna tre nomi qualsiasi di principi della meccanica dei fluidi.

• Teorema di Bernoulli
• Metodo di Rayleigh e teorema pi di Buckingham
• Il principio di Archimede

MCQ sugli articoli

Scegli il ramo della meccanica dei fluidi; lo studio include forza ed energia agisce sul fluido in movimento?

(a) Idro statica (b) Cinematica dei fluidi         (c) Fluidodinamica            (d) Nessuno

In quale delle seguenti branche della meccanica dei fluidi non c'è stress da taglio o movimento del fluido?

(a) Idro statica               (b) Cinematica dei fluidi (c) Dinamica dei fluidi (d) Nessuna

Un fluido ideale è noto come il fluido che è________

(A) Incomprimibile          (b) Comprimibile (c) Viscoso (d) Nessuno

Un vero fluido è quello che possiede ________

(a) Incomprimibile          (b) viscoso             (c) Inviscid (d) Frictionless

Quale dei seguenti è il principio di base della dinamica dei fluidi?

(a) Legge del raffreddamento di Newton         (b) Legge della viscosità di Newton

(c) Legge degli ingranaggi (d) Stefan-Boltzmann

Quale delle seguenti è la macchina idraulica?

(a) Ingranaggio a spirale (b) Albero motore  (c) Turbina          (d) perforazione

Scegli il nome della struttura idraulica tra le seguenti scelte.

(a) trave della casa (b) Struttura della macchina     (c) Diga (d) Nessuno

Quale dei seguenti è un dispositivo di misurazione del flusso?

(a) Rotametro   (b) Manometro a tubo Bourdon (c) Manometro               (d) Nessuno

Qual è l'unità di potenza?

(a) J / s    (b) J (c) Nm (d) K

Qual è l'unità di densità?

(a) kg (b) m / s (c) kg / m³ (d) m²

Conclusione

Questo articolo è utile per acquisire le conoscenze di base sulla meccanica dei fluidi fondamentale. L'articolo include una comprensione di alcuni termini di base come idrostatica, cinematica dei fluidi e dinamica dei fluidi. Viene fornito l'elenco dei vari principi e applicazioni della meccanica dei fluidi per avere un'idea dell'argomento e degli argomenti di apprendimento futuri. Infine, vengono fornite le definizioni di dimensione e unità con esempi dettagliati.

Questo articolo ti insegna a visualizzare e ricordare le applicazioni della meccanica dei fluidi nella tua vita quotidiana. Devi collaborare con applicazioni con i principi della meccanica dei fluidi.

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Dottor Deepakkumar Jani

Sono Deepak Kumar Jani, sto perseguendo il dottorato in energia meccanica e rinnovabile. Ho cinque anni di insegnamento e due anni di esperienza di ricerca. La mia area tematica di interesse è l'ingegneria termica, l'ingegneria automobilistica, la misurazione meccanica, il disegno tecnico, la meccanica dei fluidi ecc. Ho depositato un brevetto su "Ibridazione di energia verde per la produzione di energia". Ho pubblicato 17 articoli di ricerca e due libri.
Sono felice di far parte di Lambdageeks e vorrei presentare ai lettori parte della mia esperienza in modo semplicistico.
A parte gli studi accademici e la ricerca, mi piace vagare nella natura, catturarla e creare consapevolezza sulla natura tra le persone.
Consulta anche il mio canale You-tube riguardante “Invito dalla Natura”