مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات
پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه مکانیک
مکانیک سیالات شاخه‌ای از مهندسی مکانیک است که به مطالعه خواص سیالات، نیروهای وارد بر سیالات و یا نیروهای وارده از طرف سیالات بر اجسام جامد می‌پردازد . شاخه مکانیک سیالات را می‌توان به دو دسته کلی استاتیک سیالات و دینامیک سیالات تقسیم نمود . استاتیک سیالات به مطالعه سیال ساکن می‌پردازد . مهندسان مکانیک ، قوانین استاتیک سیالات را برای محاسبه فشار و نیروهای شناوری وارد بر یک جسم ساکن مانند سدها و تانک‌های ذخیره‌سازی استفاده می‌نمایند . در مقابل ، دینامیک سیالات به مطالعه رفتار مایعات و گازهای در حال حرکت و یا به مطالعه نیروهای وارد بر یک جسم متحرک در سیال ساکن می‌پردازد . از آنجا که حرکت سیالات اغلب با فعل و انفعالات حرارتی همراه است ، مطالعه مکانیزم‌های انتقال حرارت یعنی رسانایی ، جابجایی و تشعشع به همراه مباحث مکانیک سیالات در یک شاخه قرار می‌گیرد که به عنوان گرایش حرارت وسیالات شناخته می‌شود . به عنوان مثال گرمایش اتاق با استفاده از رادیاتور نمونه ملموس و ساد‌ه‌ای از به هم‌پیوستگی میان مکانیک سیالات و انتقال حرارت است ؛ به طوری که هوای پیرامون رادیاتور پس از گرم شدن به دلیل کاهش چگالی و به واسطه مکانیزم جابجایی به سمت بالا حرکت کرده و هوای سرد جای آن را می‌گیرد. از لحاظ تئوری نیز ، معادلات و روابط توصیف کننده حرکت سیالات و انتقال حرارت ، یعنی معادلات ناویر-استوکس و معادله انرژی شباهت بسیار زیادی به هم دارند ، به طوری که درک معادلات مربوط به حرکت سیالات لازمه درک معادلات انتقال حرارت محسوب می‌شود .
کاربرد گرایش حرارت و سیالات:
می‌توان گفت در هر جایی که سیال باشد ،گرایش سیالات و حرارت می‌تواند کارآیی داشته باشد . بنابراین ، کاربردهای این گرایش می‌تواند از صدها و یا حتی هزاران مورد نیز تجاوز کند . در زمینه نیروگاهی تمام ادوات مرتبط با تولید قدرت و انرژی، یعنی پمپ ، بویلر ، توربین ، کندانسور ، کمپرسور ، برج خنک‌کن ، دی اریتور ، خطوط انتقال آب و ... به طور مستقیم از قوانین سیالات و انتقال حرارت پیروی می‌کنند و بدیهی است که طراحی نادرست هر یک از آنها چه صدمه جبران‌ناپذیری را موجب می‌شود.
در زمینه نظامی طراحی کشتی‌ها ، زیردریایی‌ها ، شناورها ، هاورکرافت‌ها ، هواپیماها، هلی‌کوپترها، موشک‌ها، تانک‌ها و ... همگی نیازمند طراحی و تحلیل توسط مهندسان مکانیک گرایش حرارت و سیالات می‌باشند . در کلان‌شهری مانند تهران ، بدسوزی وسایل نقلیه موتوری و به تبع آن تولید آلاینده‌ها و ذرات معلق سلامتی افراد جامعه را تهدید می‌کند . از آنجا که تئوری احتراق نیز به طور مستقیم با قوانین سیالات و انتقال حرارت گره خورده است ، مهندسانحرارت و سیالاتمی‌توانند با طراحی صحیح و اصولی موتور‌ها به کاهش آلودگی هوا کمک کنند . یکی دیگر از کاربردهای گرایش حرارت و سیالات در کیفیت زندگی افراد و آسایش آنها است . در حوزه تأسیسات و تهویه مطبوع شاهد آن هستیم که گاه طراحی نادرست و غیر اصولی تجهیزاتی مانند بویلر ، پمپ ، چیلر و مواردی از این دست ، علاوه بر تأمین نکردن شرایط آسایش هزینه‌های زیادی را نیز متوجه کاربران ساخته است.
در زمینه الکترونیک ، تمام تجهیزات از کوچترین پردازنده‌های رایانه‌ای گرفته تا بزرگترین پایگاه‌های ذخیره داده نیازمند خنک‌سازی هستند . با افزایش ظرفیت خنک‌کاری این تجهیزات ، روش‌های نوین خنک‌سازی نیز مورد نیاز می‌باشند . به نحوی که امروزه استفاده از یک فن در بسیاری از موارد نیاز پردازنده‌ها به خنک‌کاری را تأمین نمی‌کند و بر این اساس توجه پژوهشگران به تکامل ابزار‌های سرمایشی که با استفاده از سیالاتی مانند آب عمل می‌کنند معطوف شده است . این امر نیازمند داشتن درک درستی از مفاهیم انتقال حرارت و سیالات است . علاوه بر تمام این موارد، گرایش حرارت وسیالات در حیطه پزشکی نیز کارآیی دارد . به عنوان مثال طراحی سیالاتی دستگاه تصفیه‌کننده خون (دیالیز) را می‌توان به عنوان یک نمونه کوچک از کاربردمکانیک سیالات در حوزه پزشکی به حساب آورد .
تفاوت گرایش حرارت و سیالات با دیگر گرایش‌های رشته مکانیک:
رشته مکانیک به سه گرایش حرارت و سیالات ، طراحی جامدات و ساخت و تولید تقسیم‌بندی می‌شود . گرایش ساخت و تولید به طراحی ، مدلسازی و ساخت ماشین‌آلات و ابزارآلات می‌پردازد . دانشجویان گرایش ساخت و تولید نسبت به دو گرایش طراحی جامدات و حرارت و سیالات واحد‌های عملی بیشتری را می‌گذرانند . این گرایش مهندسی مکانیک ارتباط تنگاتنگی با رشته‌هایی مانند مهندسی مواد ، ابزار دقیق و کنترل دارد . مهندسان ساخت و تولید باید درک مناسبی از شیوه‌های ساخت ماشین‌الات ، مواد اولیه مناسب جهت ساخت آنها و نیاز صنایع را همزمان داشته باشند تا قادر باشند همگام با توسعه تکنولوژی و پدید آمدن شیوه‌های جدید جوشکاری ، ریخته‌گری ، شکل‌دهی ، ریخته‌گری و ... در رفع نیاز‌های صنایع مختلف همچون خودروسازی ، ذوب‌آهن ، ریخته‌گری و ... قدم بردارند .
گرایش‌های طراحی جامدات و حرارت و سیالات از جهات بسیاری با هم تشابه دارند . از لحاظ تئوری هر دو گرایش ، از اصول نیروشناسی و دینامیک برای توصیف عملکرد سیستم استفاده می‌نمایند ؛ با این تفاوت که جامدات بر خلاف سیالات قادر به تحمل فشار (تنش برشی) هستند ؛ در حالی که سیالات بر اثر تنش برشی جاری می‌شوند و مقاومت ناچیزی را در برابر تنش از خود نشان می‌دهند . همین امر نقطه سرآغازی برای ظهور معادلات و قوانین منحصر به فرد همچون معادلات ناویر-استوکس ، معادله اویلر ، معادله انرژي و ... جهت توصیف رفتار سیالات است .
