Modern Fluid Dynamics: Basic Theory and Selected Applications in Macro- and Micro-Fluidics

این کتاب درسی اصول دینامیک سیالات سنتی و مدرن را پوشش می دهد، به عنوان مثال، اصول و کاربردهای اساسی در مکانیک سیالات و انتقال حرارت جابجایی با گشت و گذارهای کوتاه در دینامیک ذرات سیال و مکانیک جامدات. به طور خاص، این کتاب می تواند برای ارتقای پایه دانش و سطح مهارت دانشجویان مهندسی و فیزیک در مکانیک سیالات در مقیاس کلان (به فصل I-V مراجعه کنید)، و به دنبال آن یک سفر مقدماتی به دینامیک سیالات در مقیاس میکرو (به فصل VI-X مراجعه کنید) استفاده شود. . واضح است که بیشتر فصل های I-X را می توان در یک دوره به سالمندان سطح ممتاز و فارغ التحصیلان سال اول آموزش داد. یک راهنمای راه حل برای مشکلات کتاب اختصاص داده شده ارائه خواهد شد.

این کار اساساً به دلیل نیازهای صنعتی و انتظارات پس از فارغ التحصیلی تکامل یافته است، زیرا یک پایگاه دانش خوب در دینامیک سیالات مدرن مهم است، با تمرکز بر حوزه های کاربردی جدید مانند میکروسیالات، جریان های مخلوط، تعامل سیال-ساختار، دینامیک سیال زیستی، جریان های حرارتی، و انتقال ذرات سیال. با تکیه بر دروس ترمودینامیک، مکانیک سیالات و مکانیک جامدات به عنوان پیش نیازها و همچنین در زمینه ریاضی در سطح متوسطه، یک رویکرد دیفرانسیل برای آموزش اصول مکانیک سیالات، برای توضیح کاربردهای سنتی و مدرن در سطح متوسط، و برای توضیح کاربردهای سنتی و مدرن در سطح متوسط، روشن‌تر است. برای ارائه بینش فیزیکی کافی برای درک نتایج، که بعداً با نرم افزار مفید CFD تولید می شود.

عناصر آموزشی شامل یک رویکرد ثابت 50/50 فیزیک-ریاضی در هنگام معرفی مطالب جدید، نشان دادن مفاهیم، ​​نمایش تجسم جریان و حل مسائل است. قالب حل مسئله دقیقاً از الگوی طرح سیستم، مفروضات، و مفهوم/رویکرد پیروی می کند - قبل از شروع مرحله حل که شامل توسعه مدل ریاضی نمادین (پیوست A)، حل عددی، نمودارها، و نظرات در مورد "بینش فیزیکی" است. . بعد از چند مثال گویا، اکثر نمونه‌های متنی حل‌شده همان سطح دشواری را دارند که مشق‌های پیشنهادی، امتحان، تست و/یا امتحان را دارند. هدف نهایی این است که دانش‌آموز جدی‌تر بتواند مسائل پایه دینامیک سیالات را به طور مستقل حل کند، بتواند بینش فیزیکی ارائه دهد، و بتواند از طریق یک پروژه درسی، بهبود طراحی سیستم را پیشنهاد دهد.

This textbook covers the essentials of traditional and modern fluid dynamics, i.e., the fundamentals of and basic applications in fluid mechanics and convection heat transfer with brief excursions into fluid-particle dynamics and solid mechanics. Specifically, the book can be used to enhance the knowledge base and skill level of engineering and physics students in macro-scale fluid mechanics (see Chapters I-V), followed by an introductory excursion into micro-scale fluid dynamics (see Chapters VI-X). Clearly, most of Chapters I-X could be taught in one course to honours-level seniors and first-year graduates. A Solutions Manual to the assigned book problems will be provided.

This work evolved primarily out of industrial demands and post-graduate expectations, because a fine knowledge base in modern fluid dynamics is important, focusing on novel application areas such as microfluidics, mixture flows, fluid-structure interaction, biofluid dynamics, thermal flows, and fluid-particle transport. Building on courses in thermodynamics, fluid mechanics and solid mechanics as prerequisites as well as on a junior-level math background, a differential approach is most insightful to teach the fundamentals in fluid mechanics, to explain traditional and modern applications on an intermediate level, and to provide sufficient physical insight to understand results, later on generated with useful CFD software.

Pedagogical elements include a consistent 50/50 physics-mathematics approach when introducing new material, illustrating concepts, showing flow visualizations, and solving problems. The problem solution format strictly follows the pattern of system sketch, assumptions, and concept/approach—before starting the solution phase which consists of symbolic math model development (Appendix A), numerical solution, graphs, and comments on "physical insight". After some illustrative examples, most solved text examples have the same level of difficulty as suggested homework, quiz, test, and/or exam problems. The ultimate goals are that the more serious student can solve basic fluid dynamics problems independently, can provide physical insight, and can suggest, via a course project, system design improvements.