هیدرولیک نرم (Soft Hydraulics)

هیدرولیک نرم (به انگلیسی: Soft Hydraulics) شاخه‌ای نوظهور در مکانیک سیالات است که به بررسی برهم‌کنش میان جریان سیال و دیواره‌های قابل‌تغییرشکل کانال‌ها می‌پردازد. این پدیده، به‌ویژه در ریزسیال‌ها و سامانه‌های زیستی، دارای اهمیت ویژه‌ای است. برخلاف کانال‌های صلب، دیواره‌های نرم می‌توانند تحت تأثیر فشار و جریان سیال، تغییر شکل دهند که این خود موجب بروز پدیده‌های نوین و غیرخطی در سامانه می‌شود.

 اصول فیزیکی 
در هیدرولیک نرم، رفتار جریان نه تنها به ویژگی‌های ذاتی سیال (مانند ویسکوزیته) بلکه به پاسخ مکانیکی ساختارهای نرم نیز وابسته است. ویژگی‌های کلیدی این سیستم‌ها عبارتند از:

 تغییر شکل دیواره‌های کانال در پاسخ به فشار هیدرودینامیکی
 بروز اثرات غیرخطی ناشی از کوپل سیال-سازه
 وابستگی شدید الگوی جریان به هندسه و جنس دیواره‌ها
 نقش ویژگی‌های الاستیک در تنظیم نرخ جریان

برای توصیف ریاضی این سیستم‌ها، از مدل‌های الاستوهیدرودینامیک و روش‌های عددی پیشرفته مانند حل هم‌زمان معادلات ناویر-استوکس و روابط مکانیکی دیواره استفاده می‌شود.

 کاربردها 
هیدرولیک نرم در طراحی و تحلیل سیستم‌های زیر نقش مهمی دارد:

 ریزآزمایشگاه روی تراشه (Lab-on-a-chip) با کانال‌های انعطاف‌پذیر
 سامانه‌های میکروپمپ بدون اجزای متحرک
 میکسرهای سیال با تحریک غیرفعال از طریق تغییر شکل دیواره‌ها
 جداسازی ذرات زیستی با استفاده از خاصیت انعطاف‌پذیری ساختار

 چالش‌ها 
با وجود پیشرفت‌ها، مدل‌سازی دقیق و طراحی بهینهٔ این سیستم‌ها همچنان چالش‌برانگیز است. از جمله چالش‌های موجود:

 مدل‌سازی کوپل سیال-سازه با دقت بالا
 پیش‌بینی رفتارهای گذرا در جریان‌های پیچیده
 طراحی مواد نرم با ویژگی‌های مکانیکی دقیقاً قابل کنترل

 منابع 

 Christov, I. C. (2021). "Soft hydraulics: from Newtonian to complex fluid flows through compliant conduits." Journal of Physics: Condensed Matter, 34(6), 063001. DOI:10.1088/1361-648X/ac327d
 Boyko, E., Stone, H. A., & Christov, I. C. (2022). "Flow rate–pressure drop relation for deformable channels via fluidic and elastic reciprocal theorems." arXiv preprint arXiv:2203.14112. arXiv:2203.14112

رده:مکانیک سیالات
رده:مهندسی مکانیک