برنامه درسی

حضور و انجام تکالیف: (%5)                 کوئیز: (%10)                  امتحان میان ترم: (%30)

امتحان پایان‌ترم: (%45)                    پروژه درس: (%5)              سمینار درس: (%5) 

شماره هفته

موارد مورد بحث

1

مرور مقدماتی جبر تانسوری، بیان معادلات در فرم اندیسی

2

استخراج معادلات حاکم بر حرکت سیال در حالت کلی با به کارگیری فرضیه محیط پیوسته، معرفی معادلات اساسی و معادلات حالت پرکاربرد، استخراج معادلات ناویر-استوکس به عنوان معادلات حاکم بر جریان سیالات نیوتنی

3

معرفی فرم بی بعد معادلات ناویر-استوکس

4

تشریح لایه خارجی و لایه داخلی در حل معادلات دیفرانسیل ساده دارای پارامترهای اغتشاشی و سپس تشریح نحوه ارتباط دو لایه حل تحلیلی با استفاده از انطباق دو حل (matching)

5

معرفی تقریب لایه مرزی در جریان آرام روی صفحه صاف

6

تشریح روش حل تشابهی بلازیوس در لایه مرزی روی صفحه صاف، بررسی سینماتیک جریان و انحراف خطوط جریان در لایه مرزی روی صفحه صاف، تعیین ضخامت جابجایی، مومنتوم و انرژی، بررسی لایه‏های مرزی همراه با گرادیان فشار

7

تشریح شرایط وجود حل تشابهی و فرایند دستیابی به حل تشابهی در لایه مرزی همراه با گرادیان فشار (حل تشابهی فالکنر-اسکن)، بررسی حل فالکنر-اسکن در حالت‏های خاص مانند جریان روی سطح شیبدار

8

جریان در کانال‏های همگرا و غیره، بررسی تشکیل و حل لایه مرزی در جریان‏های برشی ایجاد شده بر اثر مرز متحرک در سیال ساکن، بررسی لایه‏های برشی ایجاد شده در حین انتشار جت سیال در محیط ساکن، حل‏های تقریبی لایه مرزی و معرفی مومنتوم-انتگرال فون کارمن، بیان شرط لازم برای جدایش جریان در لایه مرزی، استفاده از حل‏های تقریبی لایه مرزی جهت پیش‏بینی جدایش جریان با استفاده از روش‏های تویتز و کارمن-پل‏هاوزن و والز، مقایسه پیش‏بینی‏های تئوری با نتایج آزمایشگاهی

9

مبانی گذرش از جریان آرام به متلاطم، بررسی گذرش در جریان داخل لوله، تعریف پارامترهای مورد استفاده در تعیین محدوده گذرش

10

بررسی شهودی گذرش از جریان آرام به متلاطم روی صفحه صاف، بررسی تغییرات ضریب شکل و ضریب درگ در حین گذرش در لایه مرزی، بررسی تاثیر گذرش در لایه مرزی جریان روی سطح خمیده مانند استوانه و کره، تشریح ارتباط بین رژیم‏های مختلف گذرش با جدایش جریان و ناحیه گردابی ایجاد شده در اثر جدایش

11

تشریح مبانی پایداری با استفاده از تئوری پایداری خطی در لایه مرزی آرام، دستیابی به معادله اور-سامرفلد و تشریح مدهای ناپایداری، تئوری اسکوایر، مقایسه شرایط و خصوصیات ناپایداری لزج و غیرلزج، بررسی اثرات هندسی مانند شیب سطوح در منحنی خنثای پایداری، مقایسه منحنی پایداری حاصل از پیش‏بینی تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی

12

بیان تفاوت‏های ماهوی لایه مرزی متلاطم با لایه مرزی آرام، معرفی فرم متوسط‏گیری شده معادلات جریان، اعمال تقریب لایه مرزی به فرم متوسط‏گیری شده معادلات و استخراج معادلات لایه مرزی متلاطم، بیان مفهوم ویسکوزیته توربولانس و طول اختلاط پرانتل

13

مروری بر مدل‏های توربولانسی مورد استفاده در حل معادلات لایه مرزی متلاطم، بررسی خصوصیات زیرلایه‏های مختلف در لایه مرزی متلاطم، بررسی انتگرالی لایه مرزی متلاطم

14

اعمال تقریب لایه مرزی برای تعیین معادله لایه مرزی حرارتی، حل تحلیلی لایه مرزی دماثابت و شار ثابت

15

بیان کاربرد اصل برهم‏نهی خطی در لایه مرزی حرارتی برای تعیین توزیع دمای لایه مرزی با شرط مرزی دمای اختیاری، مقایسه ضخامت لایه مرزی حرارتی و هیدرودینامیکی و تعیین پارامترهای موثر در نسبت ضخامت

16

معرفی اجمالی روش‏های کنترل لایه مرزی، بررسی اثرات مکش و دمش در کنترل لایه مرزی، اعمال روش‏های کنترل لایه مرزی روی ایرفویل برای کنترل واماندگی ایرفویل و بررسی تغییرات ضریب لیفت و درگ

1. Schlichting, Hermann, and Klaus Gersten. Boundary-Layer Theory. Springer (2016).
2. Schetz, Joseph A., and Rodney DW Bowersox. Boundary Layer Analysis. American Institute of Aeronautics and Astronautics (2011).
3. White, Frank M., and Joseph Majdalani. Viscous Fluid Flow, McGraw-Hill (2021).

حضور و انجام تکالیف: (%5)                 کوئیز: (%10)                  امتحان میان ترم: (%30)

امتحان پایان‌ترم: (%55)                    

نحوه ارزشیابی

شماره هفته

موارد مورد بحث

1

مفهوم پیوستگی در سیالات، تعریف فشار، تنش برشی، لزجت، جرم و وزن مخصوص، قابلیت تراکم و سرعت صوت، کشش سطحی و فشار بخار

2

قانون پاسکال و برآیند نیروی فشار، تعادل در سیال و توزیع فشار هیدرواستاتیک، اصول کار مانومتر و فشارسنجی

3

محاسبه نیروی ناشی از فشار وارد شده به صفحه تخت، محاسبه نیروی ناشی از فشار وارد شده به صفحه منحنی، قانون ارشمیدس و نیروی وارد شده به جسم شناور و غوطه‏ور

4

پایداری تعادل اجسام شناور

5

مقدمه‏ای بر دینامیک سیالات، مختصات خط جریانی، قانون دوم نیوتن در راستای خط جریان و عمود بر آن

6

معادله برنولی، فشار استاتیک، دینامیک، سکون و کل

7

سینماتیک سیالات، خطوط جریان، رگه و مسیر، لوله جریان، اصل بقای جرم، دیدگاه‏های اویلری و لاگرانژی، مشتق مادی، قضیه انتقال رینولدز

8

قانون بقای جرم و معادله پیوستگی، قانون دوم نیوتن و معادله مومنتم، ترکیب معادله‏های پیوستگی و مومنتم برای تحلیل مسایل کاربردی (نیروی وارد شده به پره توربین، جت و نازل)

9

معادله مومنتم زاویه‏ای (معادله توربوماشین اولر)، ترکیب معادله پیوستگی و مومنتم در امتداد خط جریان (معادله اولر برای خط جریان، معادله برنولی فرضیات آن و کاربردها

10

قانون اول ترمودینامیک و معادله انرژی (ساده‏سازی برای خط جریان و معادله برنولی تعمیم یافته، مفهوم هد پمپ و هد توربین و هد تلف شده)

11

تحلیل ابعادی، تفاوت کمیت‏های فیزیکی با اعداد ریاضی و مفهوم بعد، واحد و اندازه، سیستم آحاد و مفهوم ابعاد اصلی و نحوه استخراج ابعاد کمیت‏های فیزیکی، اصل همگنی ابعادی

12

قضیه پای باکینگهام، گروه‏های بی بعد و نحوه استخراج آن‏ها، تشابه (هندسی، سینماتیکی، دینامیکی)

13

کاربرد تشابه در تعمیم نتایج آزمایشگاهی و نمونه‏های موفق (ضریب پسای استوانه و کره، افت فشار در لوله و نمودار مودی)

14

جریان در لوله، جریان آرام و آشفته، مفهوم جریان توسعه یافته و در حال توسعه

15

جریان پوآزوی، افت اصطکاکی در لوله‏ها، افت‏های موضعی

16

تحلیل سیستم لوله‏های سری و موازی

1. Fundamentals of fluid mechanic: B.R. Munson, John Wiley & Sons, 2016.
2. Fluid Mechanics: F.M. White, McGraw-Hill, 2017.
3. Fluid Mechanics, Fundamentals and Applications”: Y. A., Cengel and J.M. Cimbala, McGraw-Hill, 2013.
4. Mechanics of fluids”: I. H. Shames, McGraw-Hill, 2003.

اهداف کلی درس: آشنایی دانشجویان با تعاریف و مفاهیم اولیه در مکانیک سیالات، تحلیل هیدرواستاتیکی، ارایه قوانین حاکم بر جریان سیال به فرم انتگرالی و کاربرد آن‏ها

حضور و انجام تکالیف: (%20)        پروژه درس: (%20)        سمینار درس: (%20)         امتحان پایان‌ترم: (%40)

1. F.S. Hillier and G.J. Lieberman, Introduction to Operations Research, 11^th edition, McGraw-Hill 2020.
2. Hamdy Taha, Operation research: An Introduction, 10^th edition, Pearson Prentice Hall, 2017.
3. Wayn .L. Winston, Operations Research Applications and Algorithms, Fourth Edition, 2003.

شماره هفته

موارد مورد بحث

1

مقدمه‏ای بر مدل بهینه‏سازی

2

مدل برنامه‏ریزی ریاضی خطی

3

روش گرافیکی و هندسه روش سیمپلکس

4

روش سیمپلکس و مفاهیم آن

5

برنامه ثانویه و تحلیل جواب‏ها

6

 روش سیمپلکس ثانویه (Dual Simplex)

7

روش سیمپلکس تجدیدنظر شده (Revised Simplex)

8

تحلیل حساسیت‏ها و برنامه اولیه و ثانویه

9

مسائل برنامه‏ریزی اعداد صحیح و ترکیبی (Integer Programming)

10

روش‏های حل مسائل برنامه‏ریزی اعداد صحیح (صفحات برشی و شاخه و کران)

11

برنامه‏ریزی ریاضی دینامیک

12

مبانی برنامه‏ریزی غیر خطی

13

شرایط Kuhn-Tucker

14

روش‏های حیل مدل‏های غیر خطی: Gradient Search Procedure, Quadratic Programming, Convex Programming,

15

روش‏های حل مدل‏های غیر خطی: Frank-Wolfe Algorithm, Non-Convex Programming, SUMT

16

برنامه‏ریزی ریاضی آرمانی: (Goal Programming)

1. R. Smith: Chemical Process Design and Integration, 2nd ed., John Wiley & Sons, 2016.
2. I.C. Kemp: Pinch Analysis and Process Integration, Elsevier (B/H), 2007.
3. Xian Wen Ng, Concise Guide to Heat Exchanger Network Design, A Problem-based Test Prep for Students, Springer, 2021.

شماره هفته

موارد مورد بحث

1

تبیین انتگراسیون فرایندها

2

تعیین نقاط انرژی در شبکه مبدل‏های گرمائی

3

مفهوم پینچ و بازیافت حرارت

4

طراحی نقاط انرژی، دیاگرام شبکه مبدل گرمائی

5

مسائل آستانه ای (Threshold)، پینچ‏های چندگانه

6

هزینه کل تعیین نقاط شبکه‏های مبدل گرمائی

7

طراحی با حداقل هزینه کل، مراحل طراحی شبکه

8

بهینه‏سازی شبکه، نمودارهای ترکیبی

9

ترکیب شبکه و طراحی تجهیزات

10

اهمیت لحاظ نمودن افت فشار در شبکه‏سازی

11

Retrofit  شبکه مبدل‏های گرمائی

12

مسائل Retrofit ، مشخصه‏های اطلاعاتی

13

روش طراحی Retrofit ، استفاده از افزایش انتقال حرارت در Retrofit

14

فلسفه و ابزار طراحی Retrofit

15

بهینه‏سازی ترمودینامیکی و اقتصادی، ترسیم نمودارهای جامع

16

شبیه‏سازی در نرم افزار Aspen

حضور و نگارش و ارائه گزارش کار: (%60)                امتحان پایان‌ترم: (%40)                    

1. دستور کار آزمایشگاه مکانیک سیالات، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز

شماره هفته

موارد مورد بحث

1

تعیین ویسکوزیته مایعات با روش استوکس

2

بررسی اثر دما بر ویسکوزیته مایعات با روش استوکس

3

تعیین ویسکوزیته سیالات در دماهای مختلف با روش سیبولت

4

بررسی جریان خارجی در تونل باد و تعیین نیرو و ضریب درگ اجسام مختلف

5

آزمایش جریان آب در کانال‏های رو باز و تعیین ضریب دبی سر ریزهای مختلف

6

آزمایش تعیین فشار مایعات

7

تعیین دبی و توان توربین سانتریفیوژ

8

تعیین دبی و توان توربین فرانسیس

9

تعیین دبی و فشار در پمپ محوری

10

تعیین دبی و فشار در پمپ گریز از مرکز

11

تعیین دبی و فشار در پمپ پیستونی (رفت و برگشتی)

12

تعیین دبی و توان توربین کاپلان

13

تعیین دبی و توان در پمپ-توربین جزر و مدی

14

تعیین افت فشار در لوله‏ها

15

بررسی پدیده کاویتاسیون

16

تحلیل سیستم پمپ‏های سری و موازی