مجموعه آموزش‌ حرارت و سیالات (Heat and Fluid)

علم سیالات به بررسی رفتار و واکنش های سیال بر اثر نیروهای وارد بر آن می پردازد. به طور کلی سیالات در دو حالت استاتیکی و دینامیکی مورد بررسی قرار می گیرند. استاتیک سیالات، به بررسی رفتار سیال و نیروهای وارد بر آن، در حالت سکون سیال می پردازد. دینامیک سیالات با استفاده از معادلات ناویر استوکس، نیروهای وارد بر سیالات را مورد بررسی قرار می دهد. با توجه به اهمیت درس مکانیک سیالات در کنکور کارشناسی ارشد رشته های مهندسی، در این فرادرس هدف اصلی تدریس فصل هایی از این درس که در کنکور کارشناسی ارشد دارای اهمیت بالایی هستند، خواهد بود. تدریس مفاهیم پایه درس و بیان نکات مهم کنکوری از جمله مزایای این فرادرس می باشد.

به طور کلی هرجایی که با کار و حرارت و تبدیل آن ها با هم سروکار دارند یا خواصی از مواد که روی کار و حرارت تاثیر می گذارند به ترمودینامیک ارتباط پیدا می کند. از لحاظ تاریخی گفته می شود علم ترمودینامیک با ساخت اولین پمپ خلا در سال ۱۶۵۰ میلادی توسط «اتو» پایه گذاری شد. مدتی بعد رابرت بویل با تعریف کردن رابطه ای بین حجم و فشار به کمک رابرت هوک اولین پمپ هوا را ایجاد کردند. فرد موثر دیگری که در پیشرفت علم ترمودینامیک نقش مهمی داشت، جمیز وات بود. جمیز وات که یک ابزارساز ساده بود، به ضرورت وجود چگالنده بخار خارجی برای افزایش بازدهی موتور بخار پی برد.

درس انتقال حرارت در زمینه های مختلفی کاربرد فراوان دارد و از دروس پایه مهندسی های مکانیک، مواد، انرژی، هسته ای، پلیمر و شیمی است. همین طور اساس مباحث انرژی است که امروزه بسیار کاربردی شده و از موضوعات مورد توجه جهان است. علاوه بر این در صنایعی نظیر نیروگاه ها، صنایع نفتی و غیره نیز نقش حیاتی انتقال حرارت را نمی توان انکار کرد.

ترمودینامیک علم بحث گرما و نسبت آن با انرژی و کار است که بخش گسترده ای از موضوعات علم و مهندسی به شمار می رود. مهندسان مکانیک برای افزایش بازده، مهندسان هسته ای برای کنترل دما و فشار بالای راکتور های هسته ای و مهندسان زیستی برای چگونه مبادله گرما بین اقیانوس و جو نیازمند ترمودینامیک هستند. هدف این فرادرس افزایش توانایی متخصصین و دانش آموختگان رشته های مهندسی برای طراحی و بهینه سازی پایلوت های صنعتی است.

در بین مباحث پدیده های انتقال، درس مکانیک سیالات از اهمیت بالایی برخوردار است، به طوری که بسیاری از عملیات مربوط به صنعت نیاز به محاسباتی دارند که در مکانیک سیالات ۲ مطرح می شوند. هدف اصلی این آموزش، ارائه اصول و روابط مربوط به محاسبات سیال های تراکم پذیر، بسترهای سیال، توربوماشین ها و...، هم از دیدگاه تئوری و هم صنعتی، مطابق با منابع معتبر دانشگاهی و صنعتی است. در این آموزش ابتدا به معرفی جریان های لایه مرزی و روابط مربوط به آن پرداخته می شود و هندسه های مختلف شامل: سطح صاف، استوانه و کره مورد بررسی قرار می گیرد، سپس به مباحث مربوط به توربوماشین ها و پدیده مهم کاویتاسیون (Cavitation) پرداخته می شود.

یکی از ابزارهای کارآمد برای بهینه سازی انرژی در ساختمان، نرم افزارهای شبیه سازی هستند که یکی از معروف ترین آنها نرم افزار DesignBuilder است. مهندسین به کمک این نرم افزار می توانند راهکارهای بهینه سازی انرژی را برای یک ساختمان در حال طراحی یا ساختمان موجود (ساخته شده) ارائه کنند که مسلماً قدم اول این مسیر مدل سازی و آنالیز انرژی ساختمان است.

در این فرادرس، مهم ترین تست های کنکور تحصیلات تکمیلی رشته مهندسی شیمی، در درس انتقال حرارت، مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. از آنجا که یکی از ارکان موفقیت برای دانشجویان شرکت کننده در آزمون های کارشناسی ارشد و دکتری، تسلط بر مجموعه تست های سال های گذشته است، این مجموعه می تواند برای دانشجویان بسیار مفید و کاربردی باشد.

بررسی جریان لزج در مسائل مکانیک سیالات، نقش اساسی در یادگیری مباحث مکانیک سیالات همچون: پدیده های سیال، انتقال حرارت، انتقال انرژی، جریان های واکنشی، لایه مرزی و توربولانس دارد. همچنین تمامی افرادی که در زمینه مکانیک سیالات با نرم افزارهای شبیه ساز کار می کنند و یا قصد انتشار مقاله را دارند، ضروری است بر مبانی جریان لزج به طور کامل مسلط شوند.

ترمودینامیک براساس چهار قانون بنا شده است، قانون صفرم که اثر دما را بررسی می کند و قانون اول که در رابطه با کار و گرما و تبدیلات آن ها است. قانون دوم جهت انجام سیکل ها را تعیین می کند و مفهوم آنتروپی توسط قانون سوم بیان می شود. به طور مثال بحث سیکل های توان و تبرید یکی از موارد کاربردی در علوم نوین است که با جزئیات در مباحث ترمودینامیکی مورد بررسی واقع شده است. در مجموع، ترمودینامیک برای انسان ها انرژی ارزان و سوخت ارزان تر فراهم کرده است. در نتیجه رشد جمعیت و امید به زندگی، بیشتر از آن چیزی که مردم ۲۰۰ سال پیش تصور می کردند، شده است. در این فرادرس، مثال ها و مسائلی در رابطه با کلیه مباحث ارائه شده در دوره های کارشناسی رشته های مهندسی شیمی تحت پوشش قرار گرفته است.

یکی از بهترین نرم افزارهای موجود برای تحلیل سیستم های انرژی، نرم افزار ترنسیس (TRNSYS) می باشد. این نرم افزار این امکان را به کاربر می دهد تا با استفاده از کامپوننت های تعریف شده در آن (کامپوننت نشان دهنده اجزای فیزیکی سیستم می باشد) سیستم مورد نظر خود را تحلیل کند. شما می توانید با تهیه این فرادرس در زمانی کوتاه با کلیات نرم افزار ترنسیس آشنا شوید.

بسیاری از مسائل مهندسی مانند: ضربه، انفجار و برخورد در مدت زمان بسیار اندکی اتفاق می افتند. این مسائل برای تحلیل بسیار پیچیده هستند. انسیس (ANSYS) با معرفی ماژول Explicit Dynamics این امر را برای شبیه سازی فراهم کرد. شبیه سازی عددی راه بسیار مناسبی برای تحلیل پدیده هایی است که به علت سختی و پیچیدگی در تحلیل آن ها نمی توانیم دید مناسبی از نحوه وقوع آن ها داشته باشیم، لذا مستلزم یادگیری نرم افزارهای شبیه سازی هستیم.

با توجه به پیشرفت سریع صنعت، باید از تجهیزات جدید و مدرن در حوزه‌ های مختلف از جمله صنعت ساختمان استفاده کنیم. استفاده و طراحی تجهیزات جدید مانند: چیلرهای توربوکر و دیگ‌ های چگالشی که از بازدهی بالایی برخوردار هستند، قابلیت اطمینان و آسایش بالا را فراهم می‌ کنند که با شناخت کامل این تجهیزات، عملکرد آن‌ ها و دانستن توجیه اقتصادی آن‌ ها امکان‌ پذیر است. با توجه به بازدهی بسیار مناسب تجهیزات معرفی شده و رواج استفاده از آن‌ ها در دنیا انتظار می رود که در سال‌ های آتی این محصولات، بازار تجهیزات تهویه مطبوع را در اختیار بگیرند، بنابراین برای تمام دانشجویان، مشاوران و مهندسان فعال در حوزه تهویه مطبوع و تاسیسات و تکنسین‌ ها آشنایی با این تجهیزات یک نیاز مهم است.

مهم ترین و کارآمدترین ابزار برای ذخیره انرژی الکتریکی، باتری است که به دلیل استفاده بسیار گسترده از آن در صنعت از اهمیت بالایی برخوردار است. امروزه با توسعه خودروهای برقی و هیبریدی (Hybrid) و همچنین گوشی های هوشمند و لپ تاپ ها استفاده از باتری هایی با حجم ذخیره انرژی بالا، مورد نیاز است. در این فرادرس، به مدل سازی باتری در نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) می پردازیم. این آموزش شامل آماده سازی هندسه در Design Modeler و مش زدن در ANSYS Meshing بوده و دو باتری با هندسه های تخت و استوانه ای مدل می شود.

سیستم Variable refrigerant flow) VRF) یکی از سیستم های جدید تهویه مطبوعی است که توانایی تامین سرمایش و گرمایش را به خوبی داشته و نسبت به رقبای خود یعنی چیلر و دیگ، بازدهی بهتری ارائه می دهد. در این فرادرس تمام نکات مهم و کاربردی VRF ازجمله، اصول طراحی، نصب و توجیه اقتصادی استفاده از آن، آموزش داده می شود.

این درس یکی از دروس اختیاری کارشناسی ارشد مکانیک گرایش تبدیل انرژی می باشد، البته برای دانشجویان کارشناسی نیز مفید می باشد. در این تدریس از مثال های مختلف و مسائل کتاب انتقال حرارت آرپاچی استفاده شده است.