هیدرودینامیک (مجموعه درس و سوالات تشریحی کارشناسی ارشد) گرایش آب

پیشگفتار
 
فصل 1: اصول مقدماتی 
1-1 مفهوم لزجت
1-2 دیدگاه‌‌های اویلری و لاگرانژی
1-3 حجم کنترل
1-4 رابطه‌‌های انتگرالی جریان
1-4-1 رابطه‌ی پیوستگی (بقای جرم)
1-4-2 رابطه‌ی اندازه حرکت
1-4-3 رابطه‌ی انرژی
1-5 حرکت و تغییرشکل المان
1-5-1 نرخ انتقال
1-5-2 نرخ چرخش
1-5-3 نرخ کرنش محوری
1-5-4 نرخ کرنش برشی
1-5-5 فرم ماتریسی روابط انتقال و تغییرشکل
1-5-6 ورتیسیته و دوران
1-6 مسایل
 
فصل 2: رابطه‌های جریان سیال 
2-1 رابطه‌ی پیوستگی
2-1-1 اثبات رابطه با استفاده از حجم کنترل کوچک
2-1-2 اثبات رابطه با استفاده از نظریه‌ی دایورجنس
2-2 رابطه‌ی پیوستگی در دیدگاه لاگرانژی
2-3 رابطه‌ی اندازه حرکت
2-4 رابطه‌ی ناویر- استوکس
2-5 مسایل
 
فصل 3: جریان آرام
3-1 جریان موازی پایدار
3-1-1 جریان کوئت
3-1-2 جریان در مجرای مستطیلی
3-1-3 جریان کاملاً توسعه‌یافته در لوله
3-2 جریان‌ دوبعدی پایدار
3-2-1 جریان عبوری از یک صفحه‌ی متخلخل
3-2-2 جریان در اطراف نقطه‌ی ایستایی
3-3 جریان موازی ناپایدار
3-3-1 جریان کوئت ناپایدار
3-3-2 مسأله‌ی اول استوکس
3-3-3 مسأله‌ی دوم استوکس
3-4 مسایل
 
فصل 4: جریان آشفته
4-1 پایداری جریان آرام
4-2 شروع جریان آشفته- جریان انتقالی
4-3 رابطه‌ی پیوستگی
4-4 رابطه‌‌ی رینولدز
4-5 جریان آشفته در لوله
4-5-1 اثبات رابطه
4-5-2 توزیع سرعت
4-5-3 سرعت متوسط
4-5-4 تنش برشی
4-6 جریان آشفته در کانال باز
4-6-1 اثبات رابطه
4-6-2 توزیع سرعت
4-6-3 سرعت متوسط و تنش برشی
4-7 اصلاح رابطه‌ی توزیع سرعت
4-8 مسایل
 
فصل 5: جریان سیال ایده‌آل
5-1 رابطه‌‌ی اویلر
5-1-1 رابطه‌‌ی اویلر در دیدگاه اویلری
5-1-2 رابطه‌ی اویلر در دیدگاه لاگرانژی
5-2 تابع جریان
5-3 تابع پتانسیل
5-4 رابطه‌ی برنولی
5-5 کاربرد توابع تحلیلی در مسایل جریان سیال ایده‌آل
5-5-1 تبدیلات همدیسی
5-5-2 ویژگی‌‌های توابع مختلط
5-5-3 تبدیل شوارتز-کریستوفل
5-5-4 سرعت در صفحه‌‌ی مختلط
5-6 جریان پتانسیل دوبعدی
5-6-1 جریان‌های پتانسیل ساده‌ی دوبعدی
5-6-2 جریان‌های پتانسیل مرکب دوبعدی
5-7 جریان پتانسیل سه-بعدی
5-7-1 تابع جریان استوکس
5-7-2 تابع پتانسیل سه-بعدی
5-7-3 الگوهای استاندارد جریان
5-8 مسایل
 
فصل 6: لایه‌ی مرزی آرام
6-1 مفهوم لایه‌ی مرزی
6-2 متغیرهای لایه‌ی مرزی
6-3 رابطه‌ی لایه‌ی مرزی پرنتدل برای صفحه‌ی تخت
6-4 راه‌حل بلاسیوس برای صفحه‌ی تخت
6-5 رابطه‌ی فالکنر- اسکن برای لایه‌ی مرزی آرام
6-5-1 اشتقاق رابطه
6-5-2 جریان بر روی صفحه‌ی تخت بدون گرادیان فشار (رابطه‌ی بلاسیوس)
6-5-3 جریان در اطراف گوه
6-5-4 جریان در اطراف نقطه‌ی ایستایی
6-5-5 جریان در کانال همگرا
6-6 رابطه‌ی انتگرالی اندازه حرکت ون‌کارمن
6-6-1 اشتقاق رابطه
6-6-2 روش تویت
6-6-3 رابطه‌ی انتگرالی اندازه حرکت کارمن برای صفحه‌ی تخت
6-7 جریان انتقالی، تأثیر گرادیان فشار و جدایی جریان
6-8 مسایل
 
مراجع 
واژ‌ه‌نامه‌ی انگلیسی به فارسی

پیشگفتار
علم هیدرودینامیک زیرشاخه‌ای از مکانیک سیالات است که به مطالعه‌ی رفتار آب (هیدرو) در حال حرکت (دینامیک) می‌پردازد. اگرچه محتوای این کتاب برای تدریس در دوره‌‌های کارشناسی ارشد عمران-گرایش‌های آب، سازه‌های دریایی، مهندسی سواحل و سازه‌‌های هیدرولیکی و مهندسی کشاورزی- گرایش مهندسی آب تنظیم شده است، اما مقداری از مطالب آن نیز قابل استفاده در دوره‌های دکترای مهندسی همان رشته‌ها است. علاوه براین، مطالب این کتاب می‌تواند برای رشته‌های دیگر از قبیل مهندسی شیمی، مهندسی شیمی- مخازن هیدروکربوری، مهندسی مکانیک، مهندسی معماری کشتی و مهندسی مواد استفاده شود. تلاش زیادی صورت گرفته است تا مطالب کتاب به‌صورت آسان و قابل فهم و با دقت کافی ارایه شود و از رویکردهای محض ریاضی در ارایه‌ی مطالب خودداری شده است.
کتاب شامل شش فصل است. در فصل‎ 1، مختصری از مطالب درس مکانیک سیالات دوره‌ی کارشناسی ارایه شده است. در فصل2، رابطه‌های دیفرانسیلی حرکت سیال تراکم‌ناپذیر بسط داده شده است. در این فصل، رابطه‌های بقای جرم (رابطه‌ی پیوستگی) در دو دیدگاه اویلری و لاگرانژی بیان شده است و رابطه‌ی اندازه‌ حرکت (رابطه‌ی ناویر- استوکس) به چندین روش اثبات شده است. در فصل 3 جریان آرام، در فصل 4 جریان آشفته، در فصل 5 جریان سیال ایده‌آل و در فصل 6 لایه‌ی مرزی آرام پرداخته شده است.
مطالب کتاب در دو رنگ (سیاه و خاکستری) چاپ شده است. در نگارش کتاب از آخرین مراجع روز استفاده شده است. واژه‌های مهم و اسامی دانشمندان با رنگ خاکستری درون متن مشخص گردیده‌اند و در زیرنویس کتاب، معادل انگلیسی آنها آورده شده است. بعضی از مطالب این کتاب مربوط به دستاوردهای نویسندگان کتاب است که در فصل‌ 5 به‌صورت مثال و یا مسأله ارایه شده است. سعی شده است تا مثال‌های هر فصل به‌اندازه‌ای باشند که در فهم اصول نظری کمک کند و حتی‌الامکان کاربردی باشند. در انتهای هر مبحث فصل، شماره مسایلی که در ارتباط با این فصل است در کنار آن در کادر خاکستری‌‌رنگ نگاشته شده است. جواب‎های سؤال‌های زوج مسایل در زیر صورت مسایل داده شده است. از سؤالات منتخب آزمون کارشناسی ارشد در سال‌های گذشته برای فهم بیشتر مطالب در مثال‌ها و مسایل کتاب استفاده شده است.
در اینجا لازم می‌دانیم از کلیه‌ی کسانی که ما را در نگارش این اثر یاری داده‌اند، تشکر نماییم. از دانشجویان مقاطع تحصیلات تکمیلی خانم‌ها وآقایان؛ مهندس زهره احمدی، سارا باقری، علی صیادی، مرضیه علیزاده، زهرا منعمیان، نیلوفر مهین‌پرور و الهام نصیری به‌خاطر ویراستاری و بازبینی دقیق متن، از خانم مهندس فاطمه فرشی به‌خاطر تهیه‌ی قسمتی از مطالب فصل 5 و از پرسنل محترم نشر ارکان دانشبه ویژه آقای مهندس محمد ترابیان به خاطر چاپ و انتشار کتاب و سرکار خانم مختاری که تنظیمات نهایی جلد را به عهده گرفتند صمیمانه تشکر می‌شود.
در این سال‌‌ها، همیشه کار با دانشجویان لذت‌بخش بوده و اصولاً انگیزه‌ی نگارش این کتاب از همان کلاس‌های درس شروع شده است. همه‌ی ما خاطرات خوبی از معلمان خود داشته‌ایم و خواهیم داشت. همیشه اعتقاد داریم که در حال یادگیری هستیم و این موضوع به‌خوبی روشن است که تدریس در کلاس درس، سهم به‌سزایی در این زمینه دارد. در خاتمه، دو بیت زیر از شاعر معروف سعدی که نشان‌دهنده‌ی غایت هرکاری است، آورده شده است.
 
غرض نقشی است کزما بازمـاند     که هـستی را نمـی‌بینم بقایی
مگر صاحبدلی روزی ز رحمت     کند در حق درویشان 
 
محمدرضا چمنی
عبدالرضا کبیری
سید محمدجواد اعرابی
1392