यह समझना कि द्रव गतिकी क्या है

द्रव गतिकी द्रवों की गति का अध्ययन है, जिसमें दो परस्पर द्रव्य एक दूसरे के संपर्क में आने के साथ-साथ उनकी अंतःक्रियाएँ भी सम्मिलित हैं। इस संदर्भ में, "द्रव" शब्द या तो संदर्भित करता है तरल या गैसें. यह तरल पदार्थ को देखने के लिए बड़े पैमाने पर इन इंटरैक्शन का विश्लेषण करने के लिए एक मैक्रोस्कोपिक, सांख्यिकीय दृष्टिकोण है पदार्थ की एक निरंतरता के रूप में और आम तौर पर इस तथ्य की अनदेखी करते हुए कि तरल या गैस व्यक्ति से बना है परमाणुओं।

द्रव की गतिशीलता दो मुख्य शाखाओं में से एक है तरल यांत्रिकी, दूसरी शाखा होने के साथ द्रव स्टेटिक्स, बाकी पर तरल पदार्थों का अध्ययन। (शायद आश्चर्य की बात नहीं है, द्रव स्टेटिक्स की तुलना में द्रव स्टेटिक्स को थोड़ा कम रोमांचक माना जा सकता है।)

प्रत्येक अनुशासन में ऐसी अवधारणाएँ शामिल होती हैं जो यह समझना महत्वपूर्ण हैं कि यह कैसे संचालित होती है। यहाँ कुछ मुख्य हैं जिन्हें आप तरल गतिकी को समझने की कोशिश के दौरान करेंगे।

द्रव स्टैटिक्स में लागू होने वाली द्रव अवधारणाएं भी गति में होने वाले द्रव का अध्ययन करते समय खेल में आती हैं। द्रव यांत्रिकी में बहुत जल्द से जल्द अवधारणा है

जैसे-जैसे तरल पदार्थ बहता है, वैसे-वैसे घनत्व तथा दबाव तरल पदार्थ यह समझने के लिए भी महत्वपूर्ण हैं कि वे कैसे बातचीत करेंगे। श्यानता निर्धारित करता है कि तरल को बदलने के लिए प्रतिरोधी है, इसलिए तरल के आंदोलन का अध्ययन करने में भी आवश्यक है। इन विश्लेषणों में कुछ चर यहां दिए गए हैं:

• थोक चिपचिपाहट: μ
• घनत्व: ρ
• कीनेमेटीक्स चिपचिपापन: ν = μ / ρ

चूंकि द्रव की गतिशीलता में द्रव की गति का अध्ययन शामिल है, पहली अवधारणाओं में से एक जिसे समझना चाहिए कि भौतिक विज्ञानी उस आंदोलन को कैसे निर्धारित करते हैं। भौतिकविदों ने तरल के संचलन के भौतिक गुणों का वर्णन करने के लिए जिस शब्द का उपयोग किया है बहे. फ्लो तरल पदार्थ की आवाजाही की एक विस्तृत श्रृंखला का वर्णन करता है, जैसे हवा में उड़ना, एक पाइप के माध्यम से बहना, या सतह के साथ चलना। द्रव के प्रवाह को प्रवाह के विभिन्न गुणों के आधार पर विभिन्न तरीकों से वर्गीकृत किया जाता है।

यदि समय के साथ द्रव की गति नहीं बदलती है, तो इसे माना जाता है निरंतर प्रवाह. यह एक ऐसी स्थिति से निर्धारित होता है जहां प्रवाह के सभी गुण समय के संबंध में स्थिर रहते हैं या वैकल्पिक रूप से यह कहकर बात की जा सकती है कि प्रवाह क्षेत्र का समय-व्युत्पन्न गायब हो जाता है। (डेरिवेटिव समझने के बारे में अधिक जानकारी के लिए कैलकुलस देखें।)

ए स्थिर-प्रवाह यह भी कम समय पर निर्भर है क्योंकि द्रव के सभी गुण (न केवल प्रवाह गुण) द्रव के भीतर हर बिंदु पर स्थिर रहते हैं। इसलिए यदि आपके पास एक स्थिर प्रवाह था, लेकिन तरल पदार्थ के गुणों में कुछ बिंदु पर परिवर्तन हुआ (संभवतः इसकी वजह से एक अवरोध जिसके कारण द्रव के कुछ हिस्सों में समय-निर्भर तरंगें होती हैं), तो आपके पास एक स्थिर प्रवाह होगा नहीं एक स्थिर-राज्य प्रवाह।

सभी स्थिर-राज्य प्रवाह स्थिर प्रवाह के उदाहरण हैं, हालांकि। एक सीधी पाइप के माध्यम से एक स्थिर दर पर बहने वाला एक प्रवाह स्थिर-राज्य प्रवाह (और एक स्थिर प्रवाह) का एक उदाहरण होगा।

यदि प्रवाह में ही गुण हैं जो समय के साथ बदलते हैं, तो इसे ए कहा जाता है अस्थिर प्रवाह या ए क्षणिक प्रवाह. तूफान के दौरान एक नाली में बहने वाली बारिश अस्थिर प्रवाह का एक उदाहरण है।

एक सामान्य नियम के रूप में, स्थिर प्रवाह अस्थिर समस्याओं की तुलना में आसान समस्याओं से निपटने के लिए बनाता है, जो कि उम्मीद की जाती है कि प्रवाह पर समय-निर्भर परिवर्तन को ध्यान में नहीं रखना है, और समय के साथ बदलने वाली चीजें आम तौर पर चीजों को और अधिक बनाने जा रही हैं उलझा हुआ।

तरल के एक सहज प्रवाह के लिए कहा जाता है पटलीय प्रवाह. प्रवाह जिसमें अव्यवस्थित रूप से अव्यवस्थित होता है, गैर-रेखीय गति होती है अशांत प्रवाह. परिभाषा के अनुसार, अशांत प्रवाह एक प्रकार का अस्थिर प्रवाह है।

दोनों प्रकार के प्रवाह में eddies, vortices और विभिन्न प्रकार के पुनरावर्तन शामिल हो सकते हैं, हालांकि इस तरह के व्यवहार के अधिक होने की संभावना है कि प्रवाह को अशांत के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

एक प्रवाह लामिना या अशांत के बीच का अंतर आमतौर पर किससे संबंधित होता है रेनॉल्ड्स संख्या (फिर से). रेनॉल्ड्स संख्या की गणना सबसे पहले 1951 में भौतिकशास्त्री जॉर्ज गेब्रियल स्टोक्स ने की थी, लेकिन इसका नाम 19 वीं शताब्दी के वैज्ञानिक ओसबोर्न रेनॉल्ड्स के नाम पर रखा गया है।

रेनॉल्ड्स संख्या न केवल द्रव की बारीकियों पर निर्भर करती है, बल्कि इसके प्रवाह की स्थितियों पर भी निर्भर करती है, जो निम्न प्रकार से चिपचिपाहट बलों के लिए जड़त्वीय बलों के अनुपात के रूप में प्राप्त होती है:

फिर से = जड़त्वीय बल / विस्कोस बल

फिर से = (ρवीdV/dx) / (μ घ²वी / dx²)

DV / dx शब्द वेग का ढाल है (या वेग का पहला व्युत्पन्न), जो वेग के अनुपात में है (वी) द्वारा विभाजित एललंबाई के पैमाने का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप dV / dx = V / L होता है। दूसरा व्युत्पन्न ऐसा है जो डी²वी / dx² = वी / एल². पहले और दूसरे व्युत्पन्न परिणामों के लिए इन्हें प्रतिस्थापित करना:

फिर से = (ओएल वी वी/एल) / (μ वी/एल²)

रे = (V एल वी एल) / μ

तुम भी लंबाई एल के माध्यम से विभाजित कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ए रेनॉल्ड्स संख्या प्रति फुट, के रूप में नामित संदर्भ = वी / ν.

एक कम रेनॉल्ड्स संख्या चिकनी, लामिना के प्रवाह को इंगित करती है। एक उच्च रेनॉल्ड्स संख्या एक प्रवाह को इंगित करता है जो एडी और vortices को प्रदर्शित करने वाला है और आमतौर पर अधिक अशांत होगा।

पाइप का प्रवाह एक प्रवाह का प्रतिनिधित्व करता है जो सभी तरफ कठोर सीमाओं के संपर्क में है, जैसे कि पानी एक पाइप के माध्यम से आगे बढ़ रहा है (इसलिए "पाइप प्रवाह" नाम) या वायु वाहिनी के माध्यम से चलती है।

ओपन-चैनल प्रवाह अन्य स्थितियों में प्रवाह का वर्णन करता है जहां कम से कम एक मुक्त सतह होती है जो एक कठोर सीमा के संपर्क में नहीं होती है। (तकनीकी शब्दों में, मुक्त सतह में 0 समानांतर सरासर तनाव है।) ओपन-चैनल प्रवाह के मामलों में शामिल हैं एक नदी, बाढ़, बारिश के दौरान बहने वाले पानी, ज्वार की धाराओं और सिंचाई नहरों के माध्यम से पानी का प्रवाह। इन मामलों में, बहने वाले पानी की सतह, जहां पानी हवा के संपर्क में है, प्रवाह की "मुक्त सतह" का प्रतिनिधित्व करता है।

एक पाइप में प्रवाह या तो दबाव या गुरुत्वाकर्षण द्वारा संचालित होता है, लेकिन ओपन-चैनल स्थितियों में प्रवाह केवल गुरुत्वाकर्षण द्वारा संचालित होता है। शहर की जल प्रणालियाँ इसका लाभ उठाने के लिए अक्सर पानी के टावरों का उपयोग करती हैं, ताकि टॉवर (a) में पानी के ऊँचाई में अंतर हो हाइड्रोडायनामिक सिर) एक दबाव अंतर बनाता है, जिसे तब यांत्रिक पंपों के साथ समायोजित किया जाता है ताकि सिस्टम में उन स्थानों पर पानी मिल सके जहां उनकी आवश्यकता होती है।

गैसों को आम तौर पर संपीड़ित तरल पदार्थ के रूप में माना जाता है क्योंकि उनमें मौजूद मात्रा को कम किया जा सकता है। एक वायु वाहिनी को आधे आकार से कम किया जा सकता है और अभी भी उसी दर पर समान गैस ले जा सकता है। यहां तक ​​कि चूंकि गैस वायु वाहिनी से बहती है, कुछ क्षेत्रों में अन्य क्षेत्रों की तुलना में उच्च घनत्व होगा।

एक सामान्य नियम के रूप में, असंगत होने का मतलब है कि द्रव के किसी भी क्षेत्र का घनत्व समय के कार्य के रूप में परिवर्तित नहीं होता है क्योंकि यह प्रवाह से गुजरता है। तरल पदार्थ भी, निश्चित रूप से संपीड़ित हो सकते हैं, लेकिन संपीड़न की मात्रा पर एक सीमा अधिक है जिसे बनाया जा सकता है। इस कारण से, तरल पदार्थों को आमतौर पर मॉडल किया जाता है जैसे कि वे असंगत थे।

बर्नौली का सिद्धांत डैनियल बर्नौली की 1738 पुस्तक में प्रकाशित द्रव गतिकी का एक अन्य प्रमुख तत्व है Hydrodynamica. सीधे शब्दों में कहें, यह तरल में गति की वृद्धि को दबाव या संभावित ऊर्जा में कमी से संबंधित करता है। असंगत तरल पदार्थों के लिए, इसे उस चीज़ का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है जिसे इस रूप में जाना जाता है बर्नोली का समीकरण:

(v²/2) + GZ + पी/ρ = स्थिर

कहाँ पे जी गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है, ρ पूरे तरल में दबाव है, v किसी दिए गए बिंदु पर द्रव का प्रवाह गति है, z उस बिंदु पर ऊंचाई है, और पी उस बिंदु पर दबाव है। क्योंकि यह एक तरल पदार्थ के भीतर स्थिर है, इसका मतलब है कि ये समीकरण निम्नलिखित समीकरण के साथ किसी भी दो बिंदुओं, 1 और 2 से संबंधित हो सकते हैं:

(v₁²/2) + GZ₁ + पी₁/ρ = (v₂²/2) + GZ₂ + पी₂/ρ

ऊंचाई के आधार पर एक तरल के दबाव और संभावित ऊर्जा के बीच संबंध पास्कल के नियम के माध्यम से भी संबंधित है।

पृथ्वी की सतह का दो-तिहाई हिस्सा पानी है और ग्रह वायुमंडल की परतों से घिरा हुआ है, इसलिए हम सचमुच हर समय तरल पदार्थ से घिरे रहते हैं... लगभग हमेशा गति में।

इसके बारे में थोड़ा सोचकर, इससे यह स्पष्ट हो जाता है कि वैज्ञानिक रूप से अध्ययन करने और समझने के लिए हमारे लिए तरल पदार्थों को स्थानांतरित करने की बहुत अधिक बातचीत होगी। यहीं पर फ्लूड डायनामिक्स आता है, लिहाजा ऐसे क्षेत्रों की कमी नहीं है जो फ्लूड डायनेमिक्स से अवधारणाएं लागू करते हैं।

यह सूची पूरी तरह से समाप्त नहीं हुई है, लेकिन कई तरीकों से एक अच्छा अवलोकन प्रदान करती है, जिसमें विशिष्टताओं की श्रेणी में भौतिकी के अध्ययन में द्रव की गतिशीलता दिखाई देती है:

• समुद्र विज्ञान, मौसम विज्ञान और जलवायु विज्ञान - चूंकि वायुमंडल को तरल पदार्थ के रूप में तैयार किया जाता है, इसलिए वायुमंडलीय विज्ञान का अध्ययन और समुद्री धाराएँमौसम के पैटर्न और जलवायु प्रवृत्तियों को समझने और भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण है, तरल पदार्थ की गतिशीलता पर बहुत अधिक निर्भर करता है।
• एयरोनॉटिक्स - द्रव गतिकी के भौतिकी में ड्रैग और लिफ्ट बनाने के लिए हवा के प्रवाह का अध्ययन करना शामिल है, जो बदले में उन बलों को उत्पन्न करता है जो भारी-से-हवा की उड़ान की अनुमति देते हैं।
• भूविज्ञान और भूभौतिकी - प्लेट टेक्टोनिक्स पृथ्वी के तरल कोर के भीतर गर्म पदार्थ की गति का अध्ययन करना शामिल है।
• रक्तविज्ञान और hemodynamics -रक्त के जैविक अध्ययन में रक्त वाहिकाओं के माध्यम से इसके संचलन का अध्ययन शामिल है, और द्रव गतिशीलता के तरीकों का उपयोग करके रक्त परिसंचरण को मॉडलिंग किया जा सकता है।
• प्लाज्मा भौतिकी - हालांकि न तो एक तरल और न ही एक गैस, प्लाज्मा अक्सर उन तरीकों से व्यवहार करता है जो तरल पदार्थ के समान होते हैं, इसलिए तरल गतिकी का उपयोग करके भी मॉडलिंग की जा सकती है।
• खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान - तारकीय विकास की प्रक्रिया में समय के साथ तारों का परिवर्तन शामिल होता है, जिसे अध्ययन करके समझा जा सकता है कि तारों को प्रवाहित करने वाला प्लाज्मा किस तरह से प्रवाहित होता है और समय के साथ-साथ तारे के भीतर परस्पर क्रिया करता है।
• ट्रैफ़िक विश्लेषण - शायद तरल पदार्थ की गतिशीलता के सबसे आश्चर्यजनक अनुप्रयोगों में से एक यातायात, दोनों वाहनों और पैदल यात्रियों के आवागमन को समझने में है। उन क्षेत्रों में जहां यातायात पर्याप्त रूप से घना है, यातायात के पूरे शरीर को एक एकल इकाई के रूप में माना जा सकता है जो उन तरीकों से व्यवहार करता है जो लगभग एक तरल पदार्थ के प्रवाह के समान पर्याप्त हैं।

द्रव गतिकी को भी कभी-कभी कहा जाता है जल-गत्यात्मकता, हालांकि यह एक ऐतिहासिक शब्द है। बीसवीं शताब्दी के दौरान, "द्रव गतिकी" वाक्यांश बहुत अधिक उपयोग किया जाता है।

तकनीकी रूप से, यह कहना अधिक उपयुक्त होगा कि हाइड्रोडायनामिक्स तब होता है जब द्रव गतिकी को गति में तरल पदार्थ पर लागू किया जाता है और वायुगतिकी जब द्रव गतिकी को गति में गैसों पर लागू किया जाता है।

हालांकि, व्यवहार में, विशेष विषय जैसे कि हाइड्रोडायनामिक स्थिरता और मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक्स "हाइड्रो-" उपसर्ग का उपयोग करते हैं, तब भी जब वे गैसों की गति के लिए उन अवधारणाओं को लागू कर रहे हैं।