به گفته دکتر محمدرضا میگون پوری ، دانش آموخته دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ، بررسی عوامل موثر بر حرکت اجسام در محیط سیال کاربردهای زیادی در زمینه های مختلف صنعتی دارد.
در صنایع مربوط به هوافضا و خودروسازی آنچه برای کاربر و سرنشینان حائز اهمیت است ، افزایش سرعت و ایجاد آرامش روانی بهتر در انتقال از یک مسیر به مسیر دیگر است. روشهای متعددی برای افزایش سرعت خودروها و وسایل نقلیه هوایی وجود دارد. آنچه در مهندسی مکانیک مورد توجه قرار می گیرد. کاهش Drag یا نیروی مقاوم سیال در برابر حرکت جسم است. در جریان داخل کانال ها و لوله ها نیز اصطکاک سیال سبب افت زیاد انرژی و به تبع آن افزایش هزینه انتقال خواهد شد ؛ بنابراین لازم است راههایی را برای کاهش این نیروی مقاوم جستجو کرد. از روشهای نوین در این زمینه می توان به پوشش دهی سطح با مواد ضدآب (هیدروفوبیک) اشاره کرد.
از میان برداشتن این موانع در علوم مطابق با فناوری های نوین روز به روز در حال گسترش است و طراحی سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) و ماشین های اندازه گیری بسیار دقیق در علوم و صنایع مربوط به علم مکانیک اهمیت زیادی پیدا کرده است.
با افزایش سرعت تحقیقات در سیستم های اندازه گیری MEMS ، تحقیقات زیادی در حوزه های غیرمتعارف فیزیک و تولید اجزا و ابزارهای مینیاتوری و بسیار ریز انجام شده است.
به گفته میگون پوری ، در سالهای اخیر این فناوری در ساخت تجهیزات فضایی و شرایط خلاء مورد استفاده قرار گرفته است و در صنایع نظامی مانند ساخت هواپیماهای بسیار کوچک تجسسی در حوزه های نظامی و همچنین کاهش دما در میکروپردازشگرها و سخت افزارهای رایانه ، بررسی نیروی مقاوم در برابر حرکت بسیار حائز اهمیت است.
آزمایش های موفقیت آمیز استفاده از نانو بمب های کروی در جراحی سرطان و گرفتگی عروق در حیوانات ، دورنمای وسیع استفاده از این ذرات در ابعاد زندگی انسان ها را به مراتب افزایش داده است. با اصلاح نانوذرات بر حسب نوع ملکول هدف می توان از این ذرات به عنوان یک ماده هوشمند برای دارورسانی و تصویربرداری از تومورها استفاده کرد.
بر این اساس استفاده از ویژگی های شگفت انگیز مواد در ابعاد نانو در مهندسی مکانیک و بررسی نیروهای موثر در حرکت اجسام در محیط سیال نیز مورد توجه محققان قرار گرفته است.
ذرات و جریان ها
به گفته میگون پوری ، حرکت جریان در اطراف ذرات کروی در بررسی میزان دقت و صحت نظریه های مطرح شده به وسیله دانشمندان از اهمیت خاصی برخوردار است و بررسی جریان های سه بعدی در سیالات حالت ساده تری است که در بسیاری از کاربردهای مهندسی دیده می شود با وجود شکل متقارن ذرات کروی ، جریان پیرامون این ذرات از مسائل پیچیده مکانیک سیالات است.
|
استفاده ازویژگی های شگفت انگیز مواد در ابعاد نانو ، در بررسی نیروهای موثر در حرکت در محیط سیال ، موردتوجه محققان است |
نتایج به دست آمده می تواند بسیاری از حوزه های مختلف علمی و صنعتی مانند صنایع غذایی و دارویی ، هوافضا ، سوخت موشک ، محفظه احتراق ، صنایع نظامی و اصول و مهارت های ورزشی را تحت تاثیر قرار دهد.
اگر چه چنین جریانی بیشتر برای ما محسوس نخواهد بود ، اما جالب است بدانید این جریانات در بسیاری از پدیده های روزمره مانند پخش رسوبات معلق در هوا و محیط اطراف ، حضور دائمی و همیشگی دارند.
هنگام خروج موشک از جو ، در حین حرکت موشک یا ناوبرهای هوایی در ارتفاعات ، به علت رقیق شدن گازها در فضا متوسط فاصله آزاد نسبت طول به مشخصه ناوبر با موشک کاهش می یابد که در نتیجه نیروی مقاوم سیال در برابر حرکت را نیز تغییر می دهد. از این رو استفاده از ذرات کروی در ابعاد نانو برای بررسی شرایط بهینه حرکت ها در مکانیک مطالعه شده است.
اجتناب از اثر جریان حول ذرات کروی در بسیاری از پدیده ها مانند حرکت قطرات سوخت در محفظه احتراق ، پدیده های اسمزی ، انتقال ذرات آبهای زیرزمینی ، صنایع غذایی و صنایع شیمیایی غیرممکن است.
همان طور که می دانیم با توجه به کمبود منابع طبیعی انرژی سوخت ، بهینه سازی مصرف انرژی بسیار حائز اهمیت است. افزایش انرژی به دست آمده از یک قطره سوخت با توجه به ویژگی ها و شرایط محیطی محفظه احتراق موضوعی است که از 18 سال پیش مورد توجه محققان بوده است. نتایج ارائه شده از سوی این محقق می تواند بسیاری از مسائل و مشکلات موجود در این زمینه را از میان بردارد. بر این اساس با مدل سازی قطره سوخت در داخل محفظه احتراق ، انرژی قطره سوخت به صورت سه بعدی شبیه سازی شده و معادلات جریان سیال و انتقال حرارت روی آن تحلیل می شود که بر این اساس می توانیم شرایط بهینه برای استفاده از حداکثر انرژی یک قطره سوخت را شناسایی کنیم. به طور کلی نتایج تحقیقات میگون پوری حاکی از آن است که چرخش نانوذرات در محیط سیال بر نیروی بالابر آن تاثیری ندارد و همچنین دوران یک نانوذره کروی نیز تاثیرناچیزی برنیروی مقاومت ایجاد خواهد کرد ؛ بنابراین تاثیر دورانی نانو ذرات در سرعتهای پایین بر نیروی بالابر و مقاومت قابل چشم پوشی است و با حرکت سیالات در نانو لوله های کربنی می توان سرعت حرکت را نسبت به روشهای موجود به میزان قابل توجهی افزایش داد و از افت انرژی در حین انتقال جلوگیری کرد.