مبانی مکانیک سیالات پیشرفته

این کتاب اصول مکانیک سیالات را به عنوان رفتار آنها در سطوح ابتدایی و سطوح پیشرفته پوشش می‌دهد. کتاب‌های بسیاری خوبی وجود دارد که رفتار ناحیه خاصی از مکانیک سیالات مانند جریان ایده‌آل یا تئوری لایه مرزی را بررسی می‌کند. اگر چه کتاب‌های کمی در این سطح وجود دارد که مطالعه عمیق یکی از این نواحی خاص مکانیک سیالات را برای خلاصه رفتار یک شکل از اصول مکانیک سیالات قربانی کند. این وضعیت علیرغم این واقعیت است که بسیاری از موسسات آموزش عالی، پیش از ارائه دوره‌های تخصصی پیشرفته‌تر به کسانی که متخصص مکانیک سیالات هستند، یک دوره گسترده و اساسی را برای طیف وسیعی از دانشجویان خود ارائه می‌دهند. این کتاب در راستای اصلاح این وضعیت است.

این کتاب به پنج بخش تقسیم شده است. بخش اول، “معادلات حاکم”، که با مشتقات قانون‌های بقاء پایه، سینماتیک جریان و برخی از قضیه‌های اساسی مکانیک سیالات مطابقت دارد. بخش دوم تحت عنوان “جریان ایده‌آل سیالات” ‌نامگذاری شده است و شامل جریان‌های پتانسیل دو بعدی، جریان‌های پتانسیل سه‌بعدی و امواج سطحی است. بخش سوم، “جریان ویسکوز ناشی از مایع تراکم‌ناپذیر”، شامل فصل‌هایی درباره راه‌حل‌های دقیق، تقریبی عدد رینولدز کم، تئوری لایه مرزی و جریان محرک شناور است. بخش چهارم کتاب “جریان سیال لزج تراکم‌پذیر” نام دارد و این بخش شامل فصل‌هایی است که با امواج ضربه‌ای، جریان‌های یک‌بعدی و جریان‌های چندبعدی برخورد می‌شود.

در نهایت، بخش ‌پنجم، که تحت عنوان “روش‌های تحلیل ریاضی” نامیده می‌شود، خلاصه‌ای از روش‌های تحلیلی معمول استفاده شده را که در این کتاب و نیز بسیاری دیگر، ارائه می‌دهد. ضمیمه‌ها همچنین شامل بردارها، تانسورها، معادلات حاکم در سیستم مختصات مشترک، سری فوریه و ترمودینامیک را خلاصه می‌کنند.

رفتار مواد مانند تأکید بر پدیده‌های مرتبط با خواص مختلف مایعات در حالی که ارائه‌دهنده تکنیک‌های برای حل کلاس‌های خاصی از مسائل جریان سیال است، می‌باشد. این رفتار رشته خاصی محدود نمی‌شود و ممکن است توسط فیزیکدانان و شیمیدان‌ها و همچنین توسط مهندسین شاخه‌های مختلف مورد مطالعه قرار گیرد. از آنجا که این کتاب برای اهداف آموزشی در نظر گرفته شده است، عباراتی مانند “می‌توان نشان داد که” و کلیشه‌های مشابهی که باعث ساعت‌ها تلاش ‌برای دانش‌آموزان می‌شود، ‌اجتناب شده است. به منظور کمک به فرآیند تدریس، در پایان هر یک از 14 فصل، چندین مساله وجود دارد. این مسائل برای نشان دادن نکاتی که در متن ارائه شده و گسترش موارد تحت پوشش در متن می‌باشد. هر یک از مواد ذکر شده در این کتاب می‌تواند در یک ارائه تقریبا 50 ساعته پوشش داده شود. برای دوره‌های گسترده‌تر، مواد موجود در اینجا ممکن است کاملا پوشش داده شده و حتی تقویت شده باشند. بخش‌های دوم، سوم ‌و چهارم اساسا مستقل هستند، به طوری که ممکن است به یکدیگر متصل شوند یا یک یا چند مورد از آنها حذف شود. این امر درجه بالایی از انعطاف‌پذیری را در تدریس به وجود می‌آورد و اجازه می‌دهد تا مربی موارد جایگزین زیادی را که در متن پوشش داده نشده استفاده کند. چنین مواد اضافی ممکن است شامل انتقال حرارت جابجایی آزاد، طبقه‌بندی چگالی، پایداری هیدرودینامیکی و آشفتگی با برنامه‌های کاربردی برای آلودگی، هواشناسی و… باشد. این موضوعات در اینجا گنجانده نشده است، نه به این دلیل که آنها شامل اصول نیستند، بلکه به این دلیل که من یک اولویت را از آنچه که اساسا اصولی در نظر می‌گیرم تنظیم می‌کنم. در ویرایش چهارم، فصل چهاردهم، با عنوان “تعدادی روش آنالیزی مفید” اضافه شده است. مسائلی نیز در تمام فصل‌ها مورد بررسی قرار گرفته‌اند و برخی از آنها به منظور روشن شدن و یا گسترش سؤالات مطرح شده است. برخی مسائل جدید نیز گنجانده شده است، و تعداد کل را به‌140 می‌رساند. از بسیاری افراد برای کمک مستقیم یا غیرمستقیم‌ به این متن تشکر می‌کنم. من مسئول امتیاز داده به سخنرانی‌های F.E. Marble، C.B. Millikan  و P.G. Saffman بودم و برخی از سبک‌ها و روش‌های این دانشمندان برجسته احتمالا در صفحات زیر مشهود است. همچنین از بسیاری مربیان و دانشجویانی که از این کتاب به عنوان یک متن استفاده کرده‌اند و خطاهای و یا ابهامات در نسخه‌های قبلی این متن را ذکر کرده‌اند متشکریم