دانشکده مهندسی مکانیک

1- معرفی آزمایشگاه

وظیفه‌ی اصلی آزمایشگاه مکانیک سیالات ارائه‌ی درس آزمایشگاه مکانیک سیالات است. در این درس، رفتار جریان سیال، سیستم‌های اندازه‌گیری جریان و نیروهای سیال توسط دستگاه‌های مختلف مورد تحلیل قرار می‌گیرند. این آزمایشگاه در زمینه‌های پژوهشی نیز فعال است و زمینه‌های تحقیقاتی آن شامل اندازه‌گیری جریان، تصویربرداری، کنترل، جت و گردابه‌ها، انتقال در مقیاس میکرو و دینامیک سیالات بین سطحی هستند. تعداد زیادی از دانشجویان دوره‌های تحصیلات تکمیلی پروژه‌ی خود را در این آزمایشگاه انجام داده‌اند.

2- تجهیزات

تونل‌های باد

تونل باد مادون صوت (سابسونیک) مکنده

این تونل از نوع مدارباز (Open circuit) و دارای دو فنِ هم‌مرکز خلاف‌گرد (Contra rotating fan unit) در پایین‌دست است. دو شیر پروانه‌ای بر روی خروجی فن سرعت هوا را کنترل می‌کنند. هوا با عبور از یک بخش همگرا (Effuser) وارد تونل می‌شود. دو طرف محل تست از پلاستیک شفاف (Perspex) ساخته‌شده است. در بالادست و پایین‌دستِ محل آزمایش فشار اندازه‌گیری می شود. الگوهای جریان تولید شده در این تونل دوبعدی هستند. بنابراین، این دستگاه برای مطالعه‌ی لایه‌مرزی بر روی سطوح مختلف و تغییرات فشار روی سطوح منحنی شکل، مانند ایرفویل‌ها، مفید است. این دستگاه، علاوه بر کاربردهای آموزشی، می‌تواند برای پژوهش‌های صنعتی نیز استفاده شود.

مشخصات تونل باد سابسونیک مکنده در جدول زیر نمایش داده شده است:

تونل باد مادون صوت (سابسونیک) دمنده

این تونل از نوع مدارباز است و امکان دسترسی آسان به نمونه‌ی مورد آزمایش وجود دارد. در خروجی تونل، سرعت باد با استفاده از یک لوله‌ی‌ پیتوت استاتیکی بدست می‌آید. همچنین در ورودی محل تست، امکان بدست آوردن سرعت هوا با استفاده از مانومترهای با دقت بالا فراهم است. سیستم بالانسینگ دستگاه سه‌جزئی بوده و قابلیت اندازه‌گیری نیروهای لیفت و درگ را از صفر تا 100 نیوتن داراست. از این دستگاه می‌توان برای کاربردهای آموزشی، تست‌های ایرودینامیکی با سرعت متوسط، تحقیقات آزمایشگاهی و پروژه‌های صنعتی استفاده کرد.

مشخصات تونل باد سابسونیک دمنده در جدول زیر نمایش داده شده است:

تونل باد مافوق صوت (سوپرسونیک)

پنجره‌های شیشه‌ایِ باکیفیتِ Schlieren و دستگیره‌ برای چرخاندن و تغییر زاویه‌ی مدل از مزایای این دستگاه هستند. سرعت هوای ورودی از بخش اختلاط توسط دیفیوزری از جنس ورق‌های آلومینیومی کاهش می‌یابد. سپس، هوا وارد یک مخروط انقباض از جنس فایبرگلاس شده که در آن امکان تعیین فشار سکون در تونل (مقداری بسیار نزدیک به اتمسفر) وجود دارد. در مخروط انقباض، هوا قبل از ورود به بخش کاریِ تونل شتاب می‌گیرد. برای آزمایشات مافوق صوت، یک ناحیه‌ی گلویی (Throat)، با مینیمم سطح مقطع جریان، وجود دارد که سرعت جریان در آن برابر سرعت صوت می‌شود. در پایین‌دست گلویی، دیواره‌ها‌ی کانال از هم فاصله گرفته و جریان منبسط می‌شود.

مشخصات تونل باد سوپرسونیک در جدول زیر نمایش داده شده است:

تونل دود

آشکارسازی جریان هوا با عبور دادن دود بر روی مدل مورد نظر روش خوبی برای مطالعه‌ی پدیده‌های جدایش جریان و گردابه‌های فون-کارمن است. در این روش، نفت سفید توسط یک مقاومت الکتریکی گرم می‌شود که منجر به تولید دود می‌گردد. دود تولیدی در این دستگاه غیر سمی است. سرعت جریان از صفر تا 5 متر بر ثانیه قابل تغییر است. بخش کاری تونل 18 سانتیمتر طول، 10 سانتیمتر عرض و 24 سانتیمتر ارتفاع دارد و جریان دود در آن عمودی و به‌سمت بالاست. دیواره‌ی جلویی از جنس پرسپکس (Perspex) بوده و کاملا شفاف است. 23 خط جریان از دود، هر یک به قطر 7 میلیمتر، توسط شانه‌‌ی دندانه‌ای از پایین به بالا حرکت می کنند. منبع الکتریکی تونل و دستگاه تولیدکننده‌ی دود دارای توان 500 وات است. مسخصات این تونل در زیر نشان داده شده است:

Serial No: TE.80/6835

SMOKE GENERATOR:

• Blower No: 21 .B/18/337/5J
• Resistor: Berco size kl, type RAV 66 ohms 0.67 amp

FAN CONTROL:

• Berco Regavolt 41A.

TUNNEL:

• Fan No: 2/18/336/5k
• Lamps:       100 watt

کانال آب روباز

 این دستگاه شامل یک کانال با دیواره‌های شیشه‌ای است که می‌توان در آن جریان روباز آب را مشاهده کرد. با تغییر دبی پمپ، جریان آب در پایین‌دست آن تغییر می‌کند.

چکش آبی

مدار هیدرولیکی این دستگاه از یک لوله‌ی مسی به طول 78 متر با قطر داخلی 12 میلیمتر و قطر خارجی 14 میلیمتر تشکیل شده که به دور یک مخزن استوانه‌ای پیچیده شده است. سایر اجزای این مدار عبارتند از:

• یک فشارسنج در انتهای کانال که فشار با استفاده از آن اندازه‌گیری می‌شود
• یک شیر سولونوئیدی که با 220 ولت و 50 هرتز کار می‌کند و در مدت زمان بسیار کوتاه بسته می‌شود
• یک شیر کنترل برای تغییرات دبی
• ترنسدیوسر  فشار (Pressure Transducer)
• واحد انتقال سیگنال‌های فشار خروجی از ترنسدیوسر به اسیلوسکوپ

اهداف این آزمایش عبارتند از:

• آشنایی با پدیده‌ی چکش آبی (Water Hammer)
• ثبت نوسانات فشار سیستم
• محاسبه‌ی افزایش فشار و سرعتِ انتشار امواج فشاریِ ناشی از پدیده‌ی چکش آبی
• محاسبه‌ی سرعت موج آکوستیک و زمان بحرانیِ پدیده‌ی چکش آبی

جتِ آب

با برخورد جت آبِ خروجی از یک نازل (شیپوره) به مانعی که در مقابل آن قرار گرفته است، امکان اندازه‌گیری نیروی وارد از جت آب به مانع فراهم می‌شود. موانع به‌کاررفته شکل‌های هندسی و انحناهای مختلفی دارند که هر یک جت آب را با زاویه‌ی متفاوتی منحرف می‌کنند و درنتیجه نیروی وارد بر آنها نیز متفاوت خواهد بود. در این دستگاه، قطر نازل 10 میلی‌متر و سرعت‌ جت آب خروجی از نازل نیز قابل تنظیم است. فاصله‌ی مانع تخت تا دهانه‌ی نازلmm  28 و فاصله‌ی مانع کروی تا دهانه‌ی نازل mm 5/17 است. همچنین، محفظه‌ی شیشه‌ایِ اطراف نازل امکان مشاهده‌ی نحوه‌ی برخورد جت به مانع و منحرف شدن آن را مهیا می‌سازد.

دبی‌سنجی

دستگاه به‌کاررفته در این آزمایش شامل اجزای زیر است:

• میز هیدرولیکی
• مانومتر
• وانتوری
• دیفیوزر با زاویه‌ی زیاد
• اریفیس
• روتامتر

افت فشار در لوله

در این آزمایش، افت فشار در جریان‌های آرام و آشفته اندازه‌گیری می‌شود. همچنین، افت فشار در اجزای مختلف یک سیستم لوله‌کشی، شامل شیر دروازه‌ای، شیر گلوب، انقباض ناگهانی، انبساط ناگهانی، انواع زانویی و خم‌هایی با شعاع‌های 50، 100 و 150 میلی‌متر، اندازه‌گیری می‌گردند. ضریب اصطکاک برای لوله‌ی مستقیم نیز بررسی می‌شود.

کمپرسور گریز از مرکز

هدف آزمایش انجام شده با این دسنگاه آشنایی با عملکرد کمپرسور گریز از مرکز (یا کمپرسور سانتریفیوژ) و محاسبه‌ی راندمان و اتلاف انرژی در آن است. کاربرد‌های اصلی کمپرسور گریز از مرکز عبارتند از متراکم‌کننده‌ی سوخت موتورهای دیزل، کمپرسور گاز در صنایع فرآیندی، و به عنوان جزیی در توربین­های گازی کوچک. مزایای این نوع کمپرسور عبارتند از نیاز کمتر به تعمیر، کار بدون وقفه برای مدت طولانی، جریان نسبتا یکنواخت در خروجی، وارد نکردن ضربه‌ی­ شدید به بخش تخلیه‌ی کمپرسور، و استهلاک کمتر نسبت به انواع دیگر کمپرسورها به دلیل تعداد کمتر قطعات متحرک.

این دستگاه ساخت شرکت پکستون (Paxton Product) است و مشخصات کمپرسور آن در جدول زیر آمده است:

سرپرست: دکتر فرشید چینی (ایمیل: chini@ut.ac.ir)

اطلاعات تماس:

تلفن: 61114153

نمابر: 88013029

نشانی: خیابان کارگرشمالی، بالاتر از بزرگراه جلال آل احمد، پردیس دانشکده‌های فنی دانشگاه تهران، ساختمان 1 دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، کد پستی: 1417613131