آشنایی با سیال تراکم پذیر و تراکم ناپذیر
سیالات زیرمجموعه ای از مواد هستند که شامل گازها و مایعات می شوند. گازها و مایعات به دلیل قابلیت به جریان افتادن و تواناییِ تغییر شکل در هنگام اعمال نیرو، سیال نامیده می شوند. به عبارت دیگر آن‌ها شکل ظرفی را که اشغال می کنند، به خود می‌گیرند. به طور کلی به گازها سیال تراکم پذیر (Compressible fluid) گفته می شود. در شرایط دما و فشار معمولی، حجم یا چگالی سیال تغییر نمی کند. اما گازها در حضور تغییرات هرچند کوچک در دما یا فشار، تغییر در حجم (و در نتیجه چگالی) نشان می‌دهند. مایعات را سیال تراکم ناپذیر (Incompressible fluid) می نامند. حجم یا چگالی مایعات با اعمال فشار بر روی آن به راحتی تغییر نمی کند.
در سطح مولکولی، هنگامی که فشاری بر روی گاز وارد می‌شود، فشار در تمام جهات بر گاز تأثیر می‌گذارد و باعث می‌شود برخورد بین مولکول‌ها افزایش یابد. این برخوردها زمان بیشتری را برای برهمکنش مولکول های گاز با یکدیگر می دهد و ممکن است نیروهای جاذبه بیشتری بین مولکول ها ایجاد شود. این نیروهای جاذبه باعث کاهش حرکت مولکول های گاز می شود. این باعث تراکم پذیر بودن گاز می شود. برخلاف گازها، مولکول‌ها یا اتم‌های مایعات نزدیک‌تر هستند (البته نه در حد جامدات). بنابراین، فشار اعمال شده بر روی مایع، چگالی را تا حد قابل توجهی تغییر نمی دهد. به عبارت دیگر حجم مایع با فشار وارده بر مایع کاهش نمی یابد.
تفاوت اصلی سیال تراکم پذیر با تراکم ناپذیر
تفاوت اصلی بین سیال تراکم پذیر و تراکم ناپذیر این است که نیروی اعمال شده به سیال تراکم پذیر، چگالی سیال را تغییر می دهد؛ در حالی که در سیال تراکم ناپذیر همین نیرو چگالی را تا حد قابل توجهی تغییر نخواهد داد. به این نکته باید دقت کرد که یک سیال تراکم ناپذیر می‌تواند یک جریان تراکم پذیر داشته باشد و بالعکس. در تعریف جریان تراکم پذیر و تراکم ناپذیر داریم:
💬 جریانی تراکم پذیر (Compressible flow) است که چگالی آن تابع مختصات و زمان بوده و از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر تغییر کند. جریانی تراکم نا پذیر ( Incompressible flow) است که چگالی آن تابع مختصات و زمان نباشد.
مایعات عملا تراکم ناپذیر و گازها تراکم پذیر هستند. با این حال اگر مایع تحت فشار بالایی قرار گیرد تراکم‌پذیری باید منظور گردد و اگر تغییرات فشار ناچیز باشد، می توان گاز را تراکم ناپذیر فرض کرد.
آشنایی با عدد ماخ و معنی تراکم پذیری
در اصطلاح دینامیک سیالات پیشرفته تر برای بیان مفهوم تراکم پذیری از عدد ماخ (Much number) استفاده می‌کنند. در تعریف عدد ماخ داریم:
✅ یک عدد بی بعد است که بیان کننده نسبت سرعت جسم در سیال به سرعت صوت در همان سیال می باشد و معمولا برای نشان دادن سرعت جسمی که نزدیک به سرعت صوت یا بالاتر از آن حرکت می کند، استفاده می شود.
با توجه به دینامیک سیالات، نسبت بین سرعت جریان و سرعت صوت در محیط باید کمتر از ۰٫۳ باشد تا یک سیال جریان تراکم ناپذیر باشد. از این رو، این نسبت برای مایعات کمتر از ۰٫۳ است و آن را به یک سیال تراکم ناپذیر تبدیل می کند. اگرچه مایعات با توجه به دینامیک سیال تراکم ناپذیر در نظر گرفته می شوند، مایعات نیز در صورت داشتن ماخ بالا تراکم پذیر هستند. به همین ترتیب وقتی عدد ماخ جریان گازی کم تر از ۰٫۳ باشد سیال را تراکم ناپذیر و زمانی که بیشتر از ۰٫۳ باشد سیال را تراکم پذیر می گویند.
انواع تعریف سیال تراکم پذیر و تراکم ناپذیر
فشار
سیال تراکم پذیر: سیال تراکم پذیر ماده ای است که با اعمال فشار خارجی می توان آن را فشرده کرد.
سیال تراکم ناپذیر: سیال تراکم ناپذیر ماده ای است که با اعمال فشار خارجی نمی توان آن را فشرده کرد.
حجم
سیال تراکم پذیر: حجم سیال قابل تراکم را می توان با اعمال فشار بر سیال کاهش داد.
سیال تراکم ناپذیر: حجم سیال تراکم ناپذیر را نمی توان با اعمال فشار بر سیال کاهش داد.
چگالی
سیال تراکم پذیر: چگالی سیال تراکم پذیر را می توان با اعمال فشار بر سیال تغییر داد.
سیال تراکم ناپذیر: چگالی سیال تراکم ناپذیر را نمی توان با اعمال فشار بر سیال تغییر داد.
عدد ماخ
سیال تراکم پذیر: مقدار ماخ باید بیشتر از ۰٫۳ برای سیال تراکم پذیر باشد.
سیال تراکم پذیر: مقدار عدد ماخ برای سیال تراکم ناپذیر باید کمتر از ۰٫۳ باشد.
نتیجه
سیال ماده ای است که می تواند به راحتی جریان یابد. سیال شکل مشخصی ندارد و به شکل ظرفی است که در آن اشغال شده است. بین مولکول های سیال نیروهای کششی بسیار ضعیف وجود دارد. فازهای گازی و مایع عمدتاً به دلیل قابلیت جریان یافتن به عنوان سیال در نظر گرفته می شوند. گازها را سیال تراکم پذیر و مایعات را سیال تراکم ناپذیر می نامند. تفاوت اصلی بین سیال تراکم پذیر و تراکم ناپذیر این است که نیروی اعمال شده به سیال تراکم پذیر چگالی سیال را تغییر می دهد در حالی که نیروی اعمال شده به سیال تراکم ناپذیر چگالی را تا حد قابل توجهی تغییر نمی دهد.
آیا یک سیال تراکم ناپذیر می تواند یک جریان تراکم ناپذیر داشته باشد؟ بله. همان طور که در متن اشاره شد اگر ماخ جریان بالای ۰٫۳ باشد.
در نرم افزار فلوئنت چطور می‌شود اثر تراکم پذیری سیال را اعمال نمود؟ شما با درنظر گرفتم معادله حالت برای چگالی در بخش مشخصات ماده می توانید اثر تراکم پذیر را در نرم افزار فلوئنت در نظر بگیرید.
تراکم ناپذیر یعنی چی؟ اگر چگالی سیال نسبت به زمان و مکان تغییر نداشته باشه، سیال تراکم ناپذیر هست.
مختصر و مفید بسیار عالی
بسیار عالی
بسیار مختصر و مفید
ممنونم