دانلود رایگان کتاب تئوری مدل‌ های هیدرولیکی یالین (M. S. Yalin Theory of Hydraulic Models )

درباره کتاب تئوری مدل‌های هیدرولیکی

کتاب تئوری مدل‌های هیدرولیکی به طراحی مدل‌های هیدرولیکی می‌پردازد و مناسب علاقه‌مندانی است که در زمینه‌های سیالات، هیدرولیک، سازه‌های هیدرولیکی، مهندسی رودخانه و … علاقه‌مند به مطالعه و تحقیق هستند.

تئوری نمی‌تواند تمام پیچیدگی‌هایی که در عمل با آن‌ها مواجه می‌شود را پوشش دهد، به طوری که تقریباً هر پروژه بزرگ در زمینه مهندسی هیدرولیک تحت یک “آزمون مدل” قرار می‌گیرد که در آن، در یک مدل با مقیاس کوچک، جریان‌ها و عواقب آن‌ها مربوط به نسخه‌های مختلف طرح را می توان مشاهده کرد و مقادیر مربوطه را می توان اندازه‌گیری کرد. در نتیجه این مشاهدات و اندازه‌گیری‌ها، موثرترین و معقول ترین طرح را می توان تعیین کرد.

مدل هیدرولیکی

یک مدل هیدرولیکی یک ابزار دقیق برای بررسی تجربی یک پدیده هیدرومکانیکی است که تنها در صورتی می‌تواند اطلاعات قابل اعتمادی را ارائه دهد که مقیاس‌های آن مطابق با قوانین معین تعیین شوند؛ یعنی اینکه درست طراحی شده‌باشد. اگر طراحی درست نباشد، در این صورت مدل در اصل اشتباه است. در این مورد، استفاده از پیچیده‌ترین ابزارها و روش‌های اندازه‌گیری تنها می‌تواند به افزایش دقت پیش‌بینی‌های اشتباه کمک کند. این نسبت‌های ثابت به عنوان مقیاس شناخته می‌شوند، در حالی که شرایط ریاضی که باید توسط مقیاس‌ها ارضا شوند، معیار شباهت نامیده می‌شوند. این نتیجه حاصل می‌شود که طراحی و تحقق یک مدل واقعی از  یک پدیده تنها در صورتی می‌تواند به دست آید که معیارهای تشابه آن پدیده شناخته شده‌باشد. این‌ها را می‌توان با روابط ریاضی (‏معمولاً معادلات دیفرانسیل حرکت) ‏که ماهیت فیزیکی پدیده تحت بررسی را توصیف می‌کنند، آشکار کرد.

با این حال، دقت و در نتیجه قابلیت اطمینان نتایج تعیین‌شده با این روش، کاملا به قابلیت اطمینان روابط ریاضی مورد استفاده بستگی دارد و اگر این پدیده به صورت ریاضی فرمول‌بندی نشده باشد، آنگاه معیارهای شباهت آن را نمی‌توان به سادگی تعیین کرد. این یک وضعیت کنایه آمیز است، زیرا یک مدل در مواردی که نمی‌توان آن را به صورت نظری فرمول‌بندی کرد، بیش‌ترین کاربرد را دارد.

آنالیز ابعادی

روش دیگر، و به طور قابل‌توجهی موثرتر از تعیین معیارهای شباهت، روش ابعادی است. در اینجا، معیارهای شباهت از مطالعه ابعادی خود ویژگی‌ها تامین می‌شوند و نه از روابط ریاضی‏. به عبارت دیگر، معیارهای شباهت توسط روش ابعادی بدون خطر تفسیر نادرست ماهیت فیزیکی پدیده (‏که ممکن است در روابط ریاضی ذاتی باشد) ‏فراهم می‌شود.

روش ابعادی موضوع بحث قابل‌توجهی بوده‌است و زمان زیادی طول کشیده‌است تا پذیرفته شود که این یک “ابزار خطرناک نیست که اغلب می‌تواند نتایج اشتباه بدهد”، اما این یک ابزار است که مانند هر ابزار ریاضی دیگر، همیشه نتایج صحیح می‌دهد اگر به درستی استفاده شود و نتایج اشتباه می‌دهد اگر به اشتباه استفاده شود. پس از ظهور آثار بریجمن، بیرخوف، لانژار، کولت، سدوف و دیگران، در سه دهه گذشته، به طور کلی پذیرفته شده‌است که نظریه ابعادی مجموعه‌ای از قوانین بدیهی با هیچ کاربرد دیگری به جز تعیین نماهای یک محصول قدرت نیست، بلکه چیزی است که می توان آن را “نظریه پژوهش تجربی” نامید.

کاربرد معیارهای شباهت به طراحی مدل‌های هیدرولیکی، در عمل، اغلب با مشکلات جدی ماهیت فیزیکی یا فنی، منع می‌شود. این واقعیت که نمونه اولیه و مدل آن بر روی یک سیاره هستند نشان می‌دهد که هر دوی آن‌ها در معرض نیروی جاذبه یکسان هستند، یا اینکه مقیاس شتاب ناشی از جاذبه g لزوما برابر با یک است. به طور مشابه، استفاده از نمونه اولیه سیال (‏آب) ‏در مدل به این معنی است که مقیاس‌های چگالی سیال و ویسکوزیته نیز برابر با یک می‌باشند. اغلب برآورده کردن معیارهای شباهت با استفاده از چنین مقادیری غیرقابل تنظیم بوده ویژگی‌های ذکر شده بسیار دشوار و گاهی غیرممکن است.

با این حال، این اشکالات به این معنا نیست که استخراج معیارهای دقیق شباهت صرفا یک تمرین آکادمیک است و بنابراین ممکن است طراحی یک مدل بدون داشتن هیچ گونه اطلاعاتی در مورد اصول تئوری مدل‌ها امکان پذیر باشد‏. هرگز نمی توان برای یک مساله شباهت خاص دانست که چگونه یک راه‌حل عملی اتخاذ شده در صورتی که دومی ناشناخته باشد، راه‌حل صحیح را تقریب می‌زند. بنابراین، چه قابل‌اجرا باشد و چه نباشد، راه‌حل دقیق باید همیشه ابتدا تعیین شود، و سپس، اگر ثابت شود غیرعملی است، به عنوان چارچوب مرجع برای قضاوت در مورد درجه درستی راه‌حل اتخاذ شده استفاده شود.

فصل‌های کتاب تئوری مدل‌های هیدرولیکی

کتاب حاضر شامل هفت فصل در مطالعات مدل‌های هیدرولیکی است :

فصل اول به اصول تئوری ابعادی پرداخته است، فصل دوم اصول تئوری شباهت را بیان می‌کند، در فضل سه به مدل های شیلدز پرداخته شده، فصل چهار مدل های تصفیه، فصل پنج مدل‌های کانال باز، فصل شش تشابه در انتقال رسوب  و فصل هفت به بررسی موج‌ها می‌پردازد.