درس هيدروديناميك: پيشگفتار

پيشگفتار درس هيدروديناميك

 

علم هيدروديناميك زيرشاخه‌اي از مکانيک سيالات است که به مطالعه‌ي رفتار آب (هيدرو) در حال حرکت (ديناميک) مي‌پردازد. پايه‌ي اين شاخه از علم مكانك سيالات در خلال قرن هجدهم بنا شد که در آن به جنبه‌هاي تئوريکي و رياضي حرکت سيالات پرداخته مي‌شد. براي مثال، معادلات کامل جريان سيال غيرلزج (بدون اصطکاک) توسط اويلر ارايه گرديد. با وجود اين به‌دليل فرضيات موجـود، نتايـج حاصـل از اين روابـط با نتايـج حاصـل از مشاهـدات آزمايشگاهـي بسيـار متفـاوت بود. به‌همين دليل در قرن نوزدهم دانشمندان تلاش‌هايي براي ارتقاي اين شاخه از علم مکانيک سيالات كردند که در نهايت، نتيجه‌ي اين تلاش‌ها، بسط رابطه‌ي حرکت سيال لزج توسط ناوير و استوکس بود. متأسفانه به‌دليل ماهيت غيرخطي معادلات ديفرانسيلي جزيي ناوير- استوکس، يافتن راه حل تحليلي براي جريان‌هاي عمومي کار آساني نيست و تنها براي حالت‌هاي خاصي از جريان، مانند حرکت جريان آرام بين دو صفحه‌ي موازي و در لوله، حل تحليلي به‌دست آمده است.

در سال 1869 مقاله‌ي مهمي انتشار يافت که علم هيدروليک و هيدروديناميک را به‌هم متصل كرد. اين گزارشي بود که در آن فيزيک‌دان آلماني به‌نام کيرشف به‌صورت تحليلي ضريب انقباض جت خروجي در يک روزنه‌ي دو‌بعدي را برابر 611/0 به‌دست آورد که با نتايج آزمايشگاهي هم‎خواني زيادي داشت. با توجه به‎اينکه مقاديري نزديک به مقادير واقعي با استفاده از علم هيدروديناميک به‌دست آمد، اين موضوع باعث شد تا دانشمندان به اين شاخه از علم مجدداً روي آورند.

در سال 1904 نيز مقاله‌ا‌ي کلاسيک توسط پروفسور آلماني به‌نام پرندتل ارايه شد که در آن به مفهوم لايه‌ي مرزي سيال اشاره شده بود. ايده‌ي پرندتل اين بود که همواره در نزديکي مرز جامد، يک لايه‌ي نازک از سيال وجود دارد که در آن اصطکاک سيال قابل توجه است، ليکن خارج از مرز اين لايه، رفتار سيال مانند سيال بدون اصطکاک است. اين مفهوم نسبتاً ساده، انگيزه‌هاي زيادي را براي آشکار کردن موارد متناقض بين هيدروليک و هيدروديناميک ايجاد كرد. لازم به‎ذکر است که پرندتل به‌عنوان پايه‌گذار مکانيک سيالات پيشرفته معرفي شده است.

در حال حاضر با توجه به پيشرفت الکترونيک و پيدايش رايانه‌هايي با سرعت پردازش بالا، حل معادلات غيرخطي توسط روش‌هاي عددي امکان‌پذير گرديده و موانع بين علم هيدروليک و علم هيـدروديناميک کامـلاً برداشتـه شـده اسـت و احتمـالاً بايـد شاهـد يک جهـش بـزرگ در ايـن زمينه بود.

تحت نظارت وف بومی