انواع فشارسنج

● ابزارهای فشارسنجی ▪ فشار سنج جیوه ای ▪ فشار سنج فلزی ▪ فشار نگار ▪ فشار سنج جیوه ای( Mercury Barometer) این فشار سنج اساساً از یک لوله خالی از هوا درست شده است که یک طرف آن مسدود و طرف دیگر آن که باز است در ظرف پر از جیوه فرو برده شده است. فشار هوای بیرون، جیوه را از منبع به سمت داخل لوله می راند. جیوه تا حدی که وزن آن در داخل لوله، دقیقاً معادل نیروی ناشی از فشار هوا گردد در لوله فشار سنج بالا می رود و سپس در حالت تبادل و سکون باقی می ماند. با تغییر فشار هوا، سطح جیوه در داخل لوله نیز بالا و پایین خواهد رفت. در شرایط نرمال جیوه به اندازه ۹۲/۲۹ ایچ یا ۷۶۰ میلی متر در لوله بالا می آید که فشاری معادل ۱۵/۱۰۱۳ میلی بار است. جیوه در داخل لوله فشارسنج به دلیل خاصیت کشش سطحی دارای یک سطح محدب است که هنگام تعیین فشار، باید بالاترین سطح محدب قرائت شود. ● فشار سنج فلزی (Aneroid) فشار سنج فلزی وسیله ای است مکانیکی که از یک محفظه قوطی شکل استوانه ای بدون هوا تشکیل شده است؛ با تغییر فشار هوا این محفظه منقبظ یا منبسط می شود. با یک سیستم نسبتاً پیچیده که مرکب از تعدادی اهرم و قرقره است این تغییرات بزرگ شده و به یک عقربه که بر روی صفحه مدرجی حرکت می کند، منتقل می شود. یک شاخص متحرک که می تواند در یک نقطه ثابت شود بر روی فشار سنج تعبیه شده است تا بتوان تغییرات فشار را نسبت به آخرین قرائت اندازه گیری کرد. ● فشار نگار (Barograph) فشار نگار مشابه فشار سنج فلزی است با این تفاوت که اثر تغییرات فشار در محفظه بدون هوا، به یک قلم انتقال داده شده و قلم بر روی کاغذی که دور یک استوانه چرخان پیچیده شده است خط پیوسته ای را رسم می کند. محور عمودی این صفحه بر حسب واحد فشار و محور افقی آن بر حسب زمان مدرج شده است که معمولاً برای هر دو ساعت یک خط وجود دارد. فشار نگارهای دقیقی هم ساخته شده است که قادرند تغییرات فشار را تا یک دهم میلی بار اندازه گیری نمایند این دستگاهها میکروباروگراف نامیده شده اند.

اصل برنولی

نگاه اجالی

اصل برنولی می‌گوید در جریان لایه‌ای نامتلاطم ، فشار با کاهش سرعت افزایش می‌یابد، برعکس ناحیه‌هایی که در آن سرعت بیشتر است فشار کمتری دارند. چنین وضعیتی را برای جریان متلاطم که در آن حرکت شاره در هم و بر هم یا نامنظم و نامرکب است نمی‌توان تعمیم داد. اصل برنولی برای جریان لایه‌ای یعنی هنگامی که هر لایه شاره در کنار لایه‌های مجاور به آرامی در حرکت باشد قابل استفاده است.

تئوری اصل برنولی

اصل برنولی در شکل 1 نشان داده شده است. جریان لایه‌ای هوا در محل 1 ، که در سطح لوله در آنجا برابر است وارد لوله می‌شود. مساحت سطح مقطع لوله در آن محل 2 به مقدار در ناحیه‌ای از سرعت در ناحیه 1 بیشتر است و فشار در محل 2 از فشار در محل 1 کمتر است. یعنی چون است.

داریم __ این ارتباط میان و را می‌توان با فشار سنجی که در دو سر آن به محلهای 2 و 1 متصل شده است تأیید کرد. اختلاف فشارهایی که در اصل برنولی با آنها سر و کار داریم، تنها از تغییرات سرعت ناشی می‌شوند. این بدان معنی است که ارتفاعهای دو نقطه مورد نظر از سطح زمین آنقدر به هم نزدیک است که اختلاف فشارهای ایستایی ناشی از گرانی در این دو نقطه قابل چشم پوشی است.

فشارسنجی

اطلاعات اولیه

فشار عبارت است از نیرو بر واحد سطح. یعنی مثلا فشار گاز برابر است با نیرویی که گاز بر واحد سطح جداره ظرف خود ، وارد می‌نماید:

سطح / نیرو = فشار

واحد فشار در SI ، "پاسکال" است. (با علامت اختصاری Pa ) و برحسب تعریف ، فشاری است معادل با نیروی یک نیوتن (1N=1kgm/s²) بر یک مترمربع.

1Pa=1N/1m²=1(kg.m/s²)/1m²=1kg/m.s²

به هر حال فیزیکدانان معمولا فشار گاز را در ارتباط با فشار جو اندازه‌گیری می‌کنند.

تاریخچه

برای اندازه‌گیری فشار جو از هواسنج استفاده می‌شود. این دستگاه در قرن هفدهم توسط ایوان گلیستا توریچلی (Evangelista Toricelli) ، شاگرد گالیله (Galileo) ، طراحی شد. طرح کلی آن به صورت لوله‌ای پر از جیوه است که وقتی در تشتک جیوه برگردانده می‌شود، همه جیوه آن خالی نمی‌گردد. در این حالت ارتفاع ستون جیوه در لوله نمادی از فشار خواهد بود.

تغییر فشار با ارتفاع در یک سیال استاتیک تراکم‌پذیر

فواصل عمومی‌ گازها در مسائل فشارسنجی کوچک هستند و در نتیجه برای این گازها از تغییر فشار با ارتفاع چشم پوشی می‌کنیم، ولی در محاسباتی که با فاصله‌های عمومی ‌بزرگ سروکار دارند، مانند مسائل مربوط به جو سیارات ، اغلب باید تغییر فشار گاز با ارتفاع را در نظر بگیریم. با مراجعه به معادله دیفرانسیل dP/dz = -γ که فشار ، وزن مخصوص و ارتفاع را به هم ارتباط می‌دهد، اکنون فرض می‌کنیم، γ یک متغیر است و به این ترتیب تاثیرهای تراکم‌پذیری را امکان‌پذیر می‌کند. خودمان را به گاز کامل محدود می‌کنیم که این فرض برای هوا و اکثر عناصر آن در گسترده نسبتا وسیعی از فشار و دما صحت دارد. (g/V=γ)

حالت اول

اگر گاز کامل تکدما باشد، در این حالت ، معادله حالت گاز نشان می‌دهد که حاصلضرب PV ثابت است. بدین ترتیب ، در هر مکان داخل سیال با استفاده از اندیس 1 که داده‌های معلوم را نشان می‌دهد، می‌توان نوشت:

PV=P₁V₁=Cte

(P=P₁exp(-γ₁(z-z₁)/P₁

حالت دوم

اگر دما با ارتفاع بطور خطی تغییر ‌کند، تغییر دما برای این حالت به صورت زیر است:

T=T₁+kz

که در آن T₁ عبارت است از دما در داده (z=0) که آن را اغلب آهنگ افت می‌نامند و ثابت است. در مسائل زمینی k منفی خواهد بود. برای اینکه بتوانیم متغییرهای معادله dP/dz=-γ را جدا کنیم، باید γ را از معادله حالت بدست آوریم و در نهایت خواهیم داشت:

P=P₁(T₁/(T₁+kz))^g/kR

دینامیک سیالات

دید کلی

دینامیک سیالات شاخه‌ای از مکانیک سیالات است که ماهیت حرکت یک سیال را مشخص می‌کند. از آنجا که قوانین بیان کننده حرکت کامل یک سیال را نمی‌توان به آسانی محاسبه کرد و به صورت مجموعه‌ای از روابط بیان کرد، لازم است که از آزمایشات نیز کمک گرفته شود. با استفاده از تحلیلهای مکانیکی ، ترمودینامیکی و آزمایشات دقیق می‌توان سازه‌های هیدرولیکی بزرگ و روابط سودمند دینامیک سیالات را بدست آورد.

 

 

 

 

 

 

 

 

مشخصه‌های جریان

جریان یک سیال را می‌توان به صورتهای گوناگون درهم ، آرام ، حقیقی ، ایده آل ، بازگشتی ، بازگشت ناپذیر ، پایدار ، ناپایدار ، یکنواخت ، غیر یکنواخت ، چرخشی ، غیر چرخشی طبقه بندی کرد.