حوزهٔ ۱۱
شبکه‌های سیال
فشار، جریان و لوله‌هایی که آب را به جایی می‌رسانند که به آن نیاز است
شبکه‌های سیال آب و مایع‌های دیگر را از راه لوله‌ها، پمپ‌ها، شیرها و مخزن‌ها جابه‌جا می‌کنند. مهندسان این شبکه‌ها را طوری طراحی می‌کنند که به هر شیر آب، مزرعه یا ماشین، جریان کافی با فشار مناسب برسد.
مناسب چه کسانی است
کودکانی که دوست دارند با لوله و شیر آب چیزی بسازند و یادگیرندگانی که به کشاورزی، خانه‌ها و آب‌رسانی علاقه دارند.
آنچه یاد می‌گیرید
- فشار چیست و چرا آب از فشار زیاد به سمت فشار کم جریان می‌یابد
- طول، پهنا و خم‌های یک لوله چگونه در برابر جریان مقاومت می‌کنند
- مخزن‌ها، پمپ‌ها و شیرها چگونه آب را ذخیره می‌کنند، می‌رانند و کنترل می‌کنند
- چگونه یک سامانهٔ سادهٔ آب‌رسانی را برای چند مصرف‌کننده برنامه‌ریزی کنیم
آزمایش‌های نمونه
-
یک مخزن آب را بالاتر ببرید و ببینید فشار در شیرهای آبِ پایین‌تر چگونه تغییر می‌کند.
-
جریان را در یک لولهٔ باریک و یک لولهٔ پهن مقایسه کنید.
-
شیرها را باز و بسته کنید تا آب را میان دو باغچه تقسیم کنید.
چیزهایی که می‌توانید بسازید
-
سامانهٔ آب‌رسانی برای یک مدرسهٔ کوچک
-
سامانهٔ آبیاری ثقلی برای یک باغچه
-
مخزنی که وقتی پر شد، آبگیری را متوقف می‌کند
این نمونه‌ها نوع کار در این حوزه را نشان می‌دهند. درس‌های منتشرشده ممکن است متفاوت باشند.
آنچه شبیه‌سازی ساده می‌کند
- جریان در شبکه‌های لوله با قاعده‌های ساده‌شده محاسبه می‌شود، نه با یک شبیه‌سازی کامل دینامیک سیالات (CFD).
- آب آرمانی فرض می‌شود: نشتی‌ها، حباب‌های هوا و فرسودگی لوله‌های واقعی در نظر گرفته نمی‌شوند.
هر شبیه‌سازی واقعیت را ساده می‌کند. دانستن اینکه چگونه این کار را می‌کند، بخشی از یادگیری مهندسی است.
پیوند با درس‌های مدرسه
فیزیک (فشار)، ریاضی (نرخ‌ها و اندازه‌گیری)، جغرافیا (آب‌رسانی)، کشاورزی
ارتباط با حوزه‌های دیگر
شبکه‌های سیال با مکانیک (فشار و نیرو)، با سامانه‌های کنترل (ثابت نگه داشتن سطح آب) و با خودکارسازی (پمپ‌هایی که روشن و خاموش می‌شوند) پیوند دارند.
خوب است بدانید
برج‌های آب را بلند می‌سازند تا تنها نیروی گرانش، فشاری پدید آورد که آب را در لوله‌های یک شهر به جریان درآورد.