نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

---

یک مدل ریاضی برای بررسی فرایند زیست درمانی در محل، با هدف پاکسازی خاکهای آلوده به مواد آلی ارائه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. با عبور آب حاوی اکسیژن از بستر متخلخل خاک، میکروارگانیزمهای هوازی فعال شده و تجزیه بیولوژیکی آلاینده ها انجام می شود. مدل ریاضی سیستم بر اساس پدیده های انتقال جابه جایی، پراکندگی و واکنش بیولوژیکی شامل سه معادلۀ دیفرانسیل جزئی و یک معادلۀ دیفرانسیل معمولی است. بدین ترتیب دستگاه معادلات دیفرانسیل از طریق تحلیل ابعادی، ابتدا بدون بعد شده و سپس با استفاده از روش تفاضل محدود به طور عددی حل شده اند. بدین ترتیب اثرات پارامترهایی نظیر کمبود ذخیره اکسیژن، رشد توده سلولی و مقاومت در مقابل حرکت آلاینده ها در قالب اعداد بدون بعد مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی عددی، بیانگر آن است که سرعت تجزیه بیولوژیکی آلاینده ها در قالب اعداد بدون بعد مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی عددی، بیانگر آن است که سرعت تجزیه بیولوژیکی آلاینده ها در خاک نه تنها با کمبود ذخیره اکسیژن، همچنین به دلیل مقاومت در مقابل حرکت آلاینده ها در داخل شبکه متخلخل محدود می شود. واژگان کلیدی: زیست درمانی، خاک، بستر متخلخل، مدلسازی

---

در این تحقیق، پدیده تشکیل تخلخل در آلیاژهای Al-Si بهسازی شده و عوامل مؤثر بر آن مورد مرور و بررسی قرار گرفت. عملیات بهسازی آلیاژهای ,Al-Si تخلخل را در قطعات ریختگی که به طور نسبی عاری از مکهای انقباضی‌اند، افزایش می‌دهد. البته در مذابهای بهسازی شده که به طور نسبی دارای مقدار هیدروژن کمی هستند (کمتر از Al، cc/100g 1/0)، تأثیر عملیات بهسازی بر افزایش تخلخل قابل ملاحظه نیست. در واقع تخلخلهای بوجود آمده در اثر عملیات بهسازی از نوع گازی‌اند. از طرفی تحقیقات به عمل آمده بیانگر این است که عناصر بهساز تأثیری بر مقدار هیدروژن محلول در مذاب نداشته و از این رو این عناصر نمی‌توانند از طریق افزایش هیدروژن در مذاب سبب افزایش تخلخل شوند. همچنین گرچه عملیات بهسازی سبب افزایش دامنه انجماد به میزانoC 10-4 می‌شود ولی افزایش جزیی تخلخل ناشی از این افزایش دامنه انجماد در حدی نیست که بتواند افزایش قابل ملاحظه تخلخل در اثر عملیات بهسازی را توجیه کند. از طرفی آخرین بررسی‌های به عمل آمده نشان‌دهنده آن است که کاهش تنش سطحی مذاب در اثر عملیات بهسازی با 02/0 درصد وزنی استرانسیم بسیار جزئی (5%) است، از این رو عملیات بهسازی از طریق کاهش تنش سطحی مذاب نیز نمی‌تواند سبب افزایش تخلخل شود. علاوه بر این گرچه محققان زیادی معتقدند که استرانسیم با افزایش سرعت اکسایش مذاب و بنابر این با افزایش مقدار آخال اکسیدی در مذاب سبب افزایش تخلخل می‌شود، ولی مشاهدات سیستماتیک به عمل آمده بیانگر عدم مشارکت فیلمها و آخال اکسیدی استرانسیم در تشکیل تخلخل در آلیاژهای بهسازی شده است. استرانسیم و سایر عناصر بهساز دیگر که سبب افزایش تخلخل می‌شوند (سدیم و کلسیم)، تمایل زیادی به تشکیل ترکیبات بین فلزی چند گانه با آلومینیم و سیلیسیم در دامنه انجماد دارند. مطالعات سیستماتیک به عمل آمده نشان دهنده حضور و مشارکت ترکیبات بین فلزی استرانسیم (احتمالاً Al2Si2Sr)، در مجاورت بیشتر تخلخلهاست، بنابراین عملیات بهسازی با استرانسیم می‌تواند با تشکیل این ترکیبات بین فلزی در دامنه انجماد سبب افزایش تخلخل شود.

---

در این تحقیق، آزمایشهای مدل فیزیکی برای بررسی چگونگی توزیع سرعت جریان و تنشهای برشی رینولدز بر روی بند توری سنگی سرریز شونده انجام شده اند. آزمایشها برای دو حالت مختلف نفوذپذیر بودن و نفوذناپذیر بودن سطح تاج بند صورت گرفته است. با کمک ابزار ای.دی.وی1 (سرعت سنج با مکانیزم اندازه گیری استفاده از صوت) که قادر به برداشت مولفه ی سرعت لحظه ای با فرکانس تا 25 هرتز است، مقادیر مولفه های سرعت جریان و نیز تنشهای برشی در سطح تاج اندازه گیری شده اند. مقایسه نتایج به-دست آمده از این تحقیق، تاثیر نفوذپذیری سطح تاج را در توزیع سرعت و تنش برشی رینولدز نشان داده است. در حالت نفوذپذیر بودن سطح تاج، دیده می شود که تنشهای برششی رینولدز، مولفه ی افقی سرعت و قدر مطلق مولفه ی قائم مقادیر بیشتری نسبت به حالت نفوذناپذیر بودن را دارا هستند. توزیع سرعت بر روی تاج بند توری سنگی سرریز شونده توزیعی لگاریتمی اما متفاوت با توزیع لگاریتمی مرسوم است.

---

---

در این تحقیق برای اولین بار انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم با خواص ثابت و متغیر در محیط متخلخل مربعی شکل با استفاده از روش شبکه بولتزمن بررسی می‌شود. دیواره‌های افقی محفظه عایق بوده و دیواره عمودی سمت چپ گرم و دیواره عمودی سمت راست سرد است. مطالعه در اعداد رایلی 10³، 10⁴، 10⁵، 10⁶، اعداد دارسی ^2-10، ^4-10، ضرایب تخلخل 4/0، 6/0، 9/0 و کسر حجمی نانوذرات 0، 01/0، 02/0، 03/0 انجام شده است. به‌منظور درنظر گرفتن اثر محیط متخلخل از مدل دارسی- فورشیمر استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد حضور محیط متخلخل سرعت نانوسیال و در نتیجه قدرت جریان را کاهش می‌دهد. با کاهش عدد دارسی و ضریب تخلخل انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی ضعیف شده و رفتار جابه‌جایی طبیعی نانوسیال به هدایت حرارتی نزدیک می‌شود. با افزایش عدد رایلی قدرت جریان در محفظه زیاد می‌شود و باعث افزایش عدد ناسلت متوسط خواهد شد. در همه موارد مورد مطالعه افزایش کسر حجمی نانوذرات موجب بهبود در انتقال حرارت می‌شود. در مدل خواص ثابت با افزایش کسر حجمی نانوذرات مقدار عدد ناسلت متوسط بیشتر از مدل خواص متغیر افزایش پیدا می‌کند. نتایج نشان می‌دهد روش شبکه بولتزمن توانایی شبیه‌سازی جریان در محیط‌های متخلخل را دارد.

---

معادلات بیوت که اندرکنش سیال و خاک را به‌طور همزمان درنظر می‌گیرند از کاربردی‌­ترین روابط موجود در تحلیل­ روان‌گرایی محیط‌های متخلخل هستند. اما به‌دلیل افزایش ناگهانی اضافه فشار در اثر تحریک لرزه­ای و وقوع گرادیان­‌های هیدرولیکی بالا، فرض جریان دارسی به‌کار رفته در این معادلات مورد تردید قرار می‌گیرد. در بررسی حاضر در معادلات u-p جریان از نوع غیردارسی (دارسی معادل) درنظر گرفته شده، رفتار غیرخطی خاک نیز با مدل پاستور- زینکویچ- چان مدل می­شود. برای صحت­سنجی آزمایش شماره یک VELACS مدل‌سازی شده و اثر فرض غیرخطی جریان سیال روی نتایج بررسی شده است. در ضرایب نفوذپذیری کم نتایج حاصل از جریان غیر­دارسی و دارسی بر هم منطبق هستند ولی در ضرایب نفوذپذیری بالا، به‌خصوص در زمان­های ثانویه واعماق بیشتر، از هم فاصله می­‌گیرند.
 

---

به‌منظور شبیه‌سازی جریان چندفازی در حضور میدان الکتریکی با استفاده از روش شبکه بولتزمن از سه تابع توزیع استفاده می‌شود که دو تابع توزیع به‌منظور استفاده از مدل مبتنی بر میدان فاز هی- چن- ژانگ و یک تابع توزیع به‌منظور حل میدان پتانسیل است. در ابتدا با استفاده از قانون لاپلاس و آزمون رهاسازی قطره توانایی برنامه کامپیوتری در اعمال کشش سطحی سنجیده شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد که برنامه عددی حاضر، قادر است نیروی کشش سطحی تنظیمی را به‌خوبی مدل کند. سپس با استفاده از شبیه‌سازی ناپایداری رایلی- تیلور توانایی برنامه کامپیوتری در اعمال نیروهای حجمی سنجیده شده است که نشان می‌دهد نتایج برنامه عددی نوشته‌ شده با نتایج عددی موجود در مراجع همخوانی نزدیکی دارد. در این پژوهش برای اولین بار، اثر حضور میدان الکتریکی بر قطره غوطه‌ور در یک سیال دیگر و به‌علاوه حضور قطره در محیط متخلخل با استفاده از روش شبکه بولتزمن بررسی ‌شده است. بدین‌منظور ابتدا حرکت قطره در اثر اختلاف‌پتانسیل در محیط‌های متخلخل و غیرمتخلخل بررسی شده است. پس از مدل‌سازی حرکت قطره در اثر اختلاف‌پتانسیل، دو میدان الکتریکی در جهت عکس یکدیگر به قطره وارد شده است تا تغییر شکل قطره بررسی شود. سپس با اعمال تست‌های مختلف نشان داده شده است که در یک اختلاف‌پتانسیل مشخص، قطره پس از تغییر شکل زیاد، تجزیه شده و به قطرات کوچک‌تر تقسیم می‌شود. تجزیه قطرات در یک امولسیون پیش مخلوط، تکنیکی رایج در تولید قطرات مونودیسپرس است. وجود قطرات مونودیسپرس در یک امولسیون باعث بهبود خواص فیزیکی از نظر کارشناسان علم پلیمر می‌شود

---

در این مقاله کمانش استاتیکی تیرهای همگن پوشیده شده با لایه تشکیل شده از مواد مدرج تابعی متخلخل، با شرایط مرزی مختلف بر اساس تئوری تیر تیموشنکو بررسی شده است. از اصل کار مجازی برای به ­دست آوردن روابط حاکم بر مسئله استفاده شده است و سپس دو روش حل تحلیلی دقیق و حل عددی برای به­ دست آوردن نیروی کمانش و حل روابط مورد استفاده قرار گرقته­‌اند. روابط حاکم به­ صورت یک سری رابطه دیفرانسیل معمولی جفت شده هستند. در حل تحلیلی ابتدا این روابط با استفاده از یک سری عملیات ریاضی جدا می­‌شوند و سپس حل می­‌شوند. حل به­ دست آمده دارای یک سری پارامترها و ثابت­‌های مجهول است. با استفاده از روابط شرایط مرزی در دو انتهای تیر یک دستگاه رابطه همگن استخراج می­‌شود که از رویه حل نابدیهی آن، مقدار نیروی کمانش محوری تیر به­ دست می‌آید. در حل عددی از روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته برای حل روابط استاتیکی استفاده شده است. در پایان، نتایج عددی ارائه شده است و تأثیر پارامترهای مختلف از جمله نسبت ضخامت به طول تیر، ضخامت لایه متخلخل، مقدار پارامتر تخلخل بر روی میزان نیروی کمانش مطالعه شده است. مقایسه نتایج به­ دست آمده از دو روش حل تحلیلی و عددی، صحت و اعتبار هر دو روش را تایید می­‌کند.