جدول ۶-۲- نیروهای وارد بر دم عمودی ۸۳
جدول۶-۳: مقایسه ماکزیمم جابجایی عمودی و تنش در المان­های جامد و پوسته­ای ۸۵
جدول۶-۴ همگرایی تعداد المان­ها ۸۵
جدول۶-۵- مشخصات آلیاژهای به­کار رفته ۸۶
جدول۶-۶- مقادیر ماکزیمم و مینیمم تنش و تغییر مکان عمودی برای مواد مختلف ۸۶

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

جدول ۶-۷- مقادیر تنش و تغیییر مکان عمودی برای ضریب بارهای مختلف ۸۹
جدول۶-۸- مقادیر تغییر مکان ماکزیمم برای زاویه نصب­های مختلف ۹۳
جدول۶-۹- مشخصات بال AGARD445.6 95
جدول ۶-۱۰- مشخصات فیزیکی آلیاژ بال مورد آزمایش ۹۶
جدول۶-۱۱- مقایسه نتایج نرم افزار با داده ­های آزمایشگاهی ۹۶
جدول ۶-۱۲- مشخصات سازه­ای دم افقی ۹۷
جدول ۶-۱۳ مشخصات فیزیکی آلیاژ ۹۸
جدول۶-۱۴- نتایج نرم افزار ۹۸
جدول۶-۱۵- نتایج نرم افزار ۱۰۰
جدول ۶-۱۶-مشخصات سازه­ای دم عمودی ۱۰۱
جدول۶-۱۷- نتایج نرم افزار ۱۰۱
جدول۶-۱۸- نتایج نرم افزار ۱۰۳
جدول۶-۱۹ نتایج نرم افزار ۱۰۴
جدول۶-۲۰- مقایسه سرعت و فرکانس فلاتر برای بال گلند ۱۱۲
جدول۶-۲۱- سرعت و فرکانس فلاتر برای مودهای مختلف ۱۱۲
جدول۶-۲۲- مقادیر سرعت و فرکانس فلاتر برای زاویه­ های عقبگرد مختلف ۱۱۴
جدول ۶-۲۳- مقادیر سرعت فلاتر برای ارتفاع­های مختلف پروازی ۱۱۶
فصل اول- مقدمه
۱-۱- پیشگفتار
مدلسازی و تحلیل سازه­های مختلف هواپیماهای امروزی، از مهمترین مسائل صنعت هواپیمایی می­باشد. مجموعه­ دم هواپیما، نقش تعیین کننده ­ای در عملکرد هواپیما دارد. این مجموعه سه وظیفه­ی تامین پایداری استاتیکی و دینامیکی هواپیما، ایجاد توانایی کنترل هواپیما و همچنین تامین حالت تعادل در هر شرایط پروازی را بر عهده دارد. تعادل، پایداری و کنترل طولی به عهده دم افقی و تعادل، پایداری و کنترل جانبی به عهده دم عمودی است. با توجه به اینکه سازه دم افقی و عمودی تحت مانورهای مختلف پروازی در معرض بارهای مختلف قرار می­گیرند، در اجزای مختلف این سازه تنش­های مختلفی ایجاد می­ شود. برای این تحلیل، نرم افزارهای مختلفی که عملکرد آن­ها بر مبنای روش اجزاء محدود است، موجود می­باشد.
روش اجزاء محدود، روشی عددی است که از آن می­توان برای حل معادله­های دیفرانسیل استفاده کرد. این روش پرکاربردترین روش آنالیز مهندسی بر پایه کامپیوتر است. ایده روش اجزاء محدودی که به صورت شناخته شده امروزی است، در سال ۱۹۵۶ به وسیله Clough، Turner، Topp و Martin در مقاله مشهور خود ارائه شده است، این مقاله کاربرد اجزاء محدود ساده (میله های مفصل شده و ورق مثلثی) برای تحلیل سازه هواپیما را نشان می دهد و به عنوان یکی از پیشرفت های کلیدی در توسعه روش عناصر محدود در نظر گرفته می شود. همراه با توسعه کامپیوترهای دیجیتالی با سرعت های بالا، کاربرد روش اجزاء محدود با نرخ فزاینده­ای پیشرفت نمود]۱[.
تداخل اثرات نیروهای آیرودینامیکی، اینرسی و الاستیک در سازه‌های هوافضایی با نام آیروالاستیسیته مورد پژوهش قرار می‌گیرد. چنانچه در مدلسازی، اثرات بارگذاری حرارت آیرودینامیکی اعمال شود عملا با مسئله آیروترموالاستیسیته مواجه خواهیم بود. همچنین اگر در مدلسازی مسئله، سیستم های کنترلی و تداخلشان با پارامترهای آئروالاستیک مورد بررسی قرار گیرد، با مسئله آیروسروالاستیسیته روبرو خواهیم شد. پدیده ­های ناپایداری استاتیکی و دینامیکی، واگرائی و فلاتر، می توانند باعث از هم گسیختگی سازه های هوایی شوند، بطوریکه این مشکل از زمان پرواز هواپیمای ساموئل لانگلی رقیب برادران رایت تاکنون که در ساخت وسایل پرنده و موشک ها از سازه ها و مواد پیشرفته استفاده می­گردد، فراروی طراحان می­باشد. بر اساس آنالیز پایداری خطی، نوسانات بالای آنچه که سرعت فلاتر نامیده می­ شود، میرا نمی­شوند و دامنه آنها به صورت نامحدود افزایش می یابد و به فروپاشی دم یا بال منتهی می شود.
در این فصل پس از مرور تاریخچه­ای در زمینه اجزاء محدود و تحلیل تنش سازه دم هواپیما، آیروالاستیسیته و پژوهش های انجام گرفته در زمینه های ذکر شده، هدف این پژوهش ارائه گردیده است.
۱-۲- تاریخچه
ایده روش المان محدود، برای اولین بار توسط Clough در مقاله­ای که در سال ۱۹۶۰ منتشر شد، مطرح گردید. اما ریشه ­های تئوری این روش، به شیوه Ritz در تحلیل عددی، که نخستین بار در سال ۱۹۰۹ عرضه شد، باز می­گردد. در سال ۱۹۴۳، Courant، با بهره گرفتن از حساب دیفرانسیل متغیر، روش Ritz را بکار برد تا به جواب تقریبی قطعه­ای مسئله تعادل و ارتعاش دست یابد. در دهه­های ۴۰ و ۵۰ توسعه بیشتری در این زمینه انجام گرفت و در سال ۱۹۵۴ مهندسین شروع به استفاده از کامپیوتر برای حل مسائل سازه­ها نمودند]۱[.
مقاله­ای که در سال ۱۹۵۶ توسط Turner، Clough، Martin و Toppمنتشر شد را می­توان نقطه عطفی در توسعه روش المان محدود دانست. این مقاله اختصاص به سفتی و تغییر شکل در سازه­های پیچیده داشت و موجب افزایش علاقه به روش المان محدود گردید]۲[.
تحقیقات زیادی در زمینه طراحی و تحلیل مجموعه دم هواپیما انجام شده است. با اینکه دم هواپیما یکی از تولید کنندگان نیروی برآ می­باشد، اما اگر هواپیما در شرایطی قرار گیرد که دم، ماکزیمم برآی بالقوه خود را تولید کند (یا به واماندگی نزدیک شود) شرایط خطرناکی پدید خواهد آمد. دمها برای تریم، کنترل و ایجاد پایداری در اجسام پرنده استفاده می­شوند. دمهای افقی، گشتاورهای ناشی از بال را متوازن می­ کنند و اگر در عقب هواپیما نصب شوند عموما دارای زاویه نصب منفی (حدودا ۲ تا ۳ درجه) هستند تا گشتاورهای پیچشی^[۱] ناشی از بال را خنثی کنند. هنگامی­که گشتاور پیچشی بال در شرایط پروازی مختلف تغییر می­ کند، زاویه بالابر نیز تغییر می­نماید تا آن گشتاور جدید را خنثی کند. دمهای عمودی معمولا نیازی به تولید نیروی تریم ندارند، زیرا هواپیماها عموما متقارن هستند و در شرایط عادی گشتاور گردشی^[۲] ایجاد نمی­کنند، البته در هواپیماهای چند موتوره، دم معمولی باید توانایی تولید نیروی تریم کافی را حتی در شرایط از کار افتادن موتور داشته باشد] ۳[.
از آنجایی که سطوح دم، وزن سازه و سطح خیس شده کل هواپیما را افزایش می­ دهند، غالبا به نحوی طراحی می­شوند که تا حد ممکن کوچک باشند، هر چند در برخی حالات این مطلب بهینه نیست اما غالبا اندازه دم بر اساس توان کنترلی مورد نیاز تعیین می­ شود]۴[.
همچنین مجموعه دم، یک المان کلیدی در ایجاد پایداری هواپیما است. هر چند امکان طراحی یک هواپیمای پایدار بدون استفاده از دم نیز وجود دارد، اما چنین طراحی معمولا موجب تغییراتی در پارامترهای دیگر از قبیل افزایش سطح پسگرایی^[۳] بال و کوچکتر شدن محدوده مرکز ثقل می­ شود. با توجه به موقعیت قرارگیری سطوح دم، کارکرد آنها تحت تاثیر بال و عملکرد موتورها قرار می­گیرد (مخصوصا در مورد هواپیماهای ملخی) به ­طوریکه در این موارد امکان استفاده از دمهای معمولی وجود ندارد]۵[. در چنین حالتی دم هفتی شکل برای اجتناب از قرار گرفتن پایدار کننده_­ی عمودی در معرض جریان خروجی موتور استفاده می­ شود، زیرا قرار گرفتن پایدار کننده عمودی در جریان خروجی موتور باعث از هم­گسیختگی جریان خروجی و کاهش نیروی رانش موتور می­ شود و از سوی دیگر با گذشت زمان پایدارکننده عمودی آسیب خواهد دید]۶[.
تحقیقات زیادی در زمینه تحلیل­های نیرویی و تنشی و محاسبات مربوط به تغییر شکل سازه­های هوایی صورت گرفته است. در آغاز دهه ۹۰ تحقیق بر روی اثرات بارگذاری­های دینامیکی مختلف بر روی دم و بال هواپیما به صورت گسترده­تری پیگیری شد. در سال ۱۹۶۸ تحلیل تنش سازه­های هوایی تحت نیروهای ضربه­ای بررسی شد و تاثیر این نیروها بر روی تغییر شکل سازه مشخص گردید]۷ .[ هورمن و همکارانش تاثیر بار ضربه­ای روی دم افقی ساخته شده از کامپوزیت و بررسی شکست در اثر این بار را مشاهده کردند. در این تحقیق ضربه های حاصل اثر برخورد پرنده به گوشه­های دم افقی دیده شده اند] ۸ .[
اوزوز^[۴] وهمکارانش، طراحی و آنالیز تنش با معیار فون میزز برای بال و دم ساخته شده از مواد مرکب خاص را انجام داده و نتایج برای چند ماده از قبیل کربن، اپوکسی و فایبرگلاس را ارائه دادند. در این کار با بدست آمدن تنش های ماکزیمم، و مقایسه این مقادیر با تنش نهایی مواد سازنده سازه، ضریب اطمینان بدست آمده است] ۹ .[
تاثیر نیروی لیفت استاتیکی حاصل از پایدار کننده افقی بر روی چرخش هواپیما حول محور عمودی، همچنین تاثیر تغییر شکل این پایدارکننده روی فلاتر دمT شکل به روش عددی با نرم افزار NASTRAN توسط سوکیو مورد بررسی قرار گرفت] ۱۰ .[ نحوه­ توزیع تنش بر روی بال دلتا^[۵] و رابطه بین زاویه عقبگرد^[۶] و تنش در لبه­های بال با روش فتوالاستیک توسط سوزوکی^[۷] به انجام رسید] ۱۱ .[ موچاندی^[۸] و همکارانش تیرک طولی مربوط به دم عمودی هواپیمای مسافربری را مورد تحلیل قرار دادند. در این تحلیل با در نظر گرفتن آلیاژ آلومینیوم به عنوان جنس سازنده ، تاثیر شکل مقطع تیرک طولی در حالت های دایره ای، مربع و مستطیلی شکل روی تنش های ایجاد شده بررسی شدند] ۱۲ .[ تحلیل استاتیکی مجموعه سازه داخلی بال کامپوزیتی با هدف پیدا کردن مقدار و محل تنش ماکزیمم توسط احمد علی و همکارانش انجام شد. بررسی تاثیر جهت قرارگیری فایبر و انتخاب تعداد لایه ­ها روی تنش و تغییر مکان عمودی در این کار انجام گردید] ۱۳ .[چیت^[۹] و همکارانش تحلیل استاتیکی و دینامیکی بال بدون شکستگی دارای تیرک­های طولی و تیغه­های عرضی را با نرم افزار المان محدود را انجام دادند. در این کار، المان پوسته جهت پوسته بال و المان تیر برای تیرک­های طولی و سفت کننده­ها در نظر گرفته شده ­اند. با تغییر در ضخامت پوسته و همچنین تغیر در سطح مقطع تیرک­های طولی، تغییرات تنش و تغییر مکان را در طول بال مشاهده کردند ] ۱۴ .[هرکر^[۱۰] و همکارش با قرار دادن بارهای مختلف روی بال معمولی، با بهره گرفتن از تئوری المان محدود تحلیل کمانشی و تنشی را انجام دادند. با بدست آوردن فاکتور کمانش کمتر از ۱ در پوسته بالایی نشان دادند که در این بال کمانش اتفاق نمی­افتد] ۱۵ .[کانتجورو^[۱۱] و همکارانش تحلیل تنش یک بال معمولی را انجام دادند. مقایسه نتایج آن­ها با سه روش تئوری، المان محدود معمولی و المان محدود سوپرالمان انجام گردید ] ۱۶ .[
در زمینه ناپایداری دینامیکی یا فلاتر یا مسائل آیروالاستیسیته سازه­های هوایی نیز تحقیقات زیادی انجام شده است. با مراجعه به مبدا پرواز در سال ۱۹۰۳ توسط برادران رایت مشاهده می‌شود که از همان ابتدا، مسائل آیروالاستیسیته خود را نمایان ساخته بودند. در روز ۸ دسامبر ۱۹۰۳ فقط ۹ روز قبل از پرواز موفق برادران رایت، هواپیمای لانگلی و همکارانش به دلیل مشکلات ناشی از پدیده‌های آئروالاستیک دچار سانحه گردید و موفق به پرواز نشدند. اولین مطالعات بر روی مسئله فلاتر در سال ۱۹۱۶ توسط لانکستر و همکارانش در جریان جنگ جهانی اول در ارتباط با مسائل فلاتر بمب افکن هندی پاگ انجام گردیده است[۱۷] . فلاتر سازه‌های هوایی مسئله‌ای بسیار قدیمی است و کتاب‌ها و مقاله‌های بسیاری در این مورد چاپ شده است[۱۷-۲۱].
در سال ۱۹۲۷ ژان و بیر بررسی های خود را بر روی فلاتر دم عمودی هواپیمای MO-1 در ایالات متحده معطوف نمودند. این دم یک سیستم با دو تیرک طولی بود که باعث جفت شدن مودهای پیچش و خمش می­شد. به عنوان یک راه حل، افزایش سختی پیچشی و جلوبردن مرکز جرم پیشنهاد شد. بعلاوه نوئل، یانگر و گرین مطالعاتی را بر روی پدیده فلاتر انجام داده و مقالات خود را در مورد فلاتر در سال ۱۹۲۷ و ۱۹۲۸ چاپ نمودند. در سال ۱۹۴۲ روش V-g جهت آنالیز فلاتر سازه‌ای توسط واسرمن به منظور لحاظ نمودن اثرات استهلاک سازه‌ای ارائه گردید. مقالات مروری، تحقیقات جامعی در رابطه با روند تکامل موارد فوق ارائه نموده‌اند. عملکرد وسائل پرنده تا حد زیادی به طراحی اجزای سازه‌ای آن نظیر دم و بال بستگی دارد. تحلیل رفتار دینامیکی سازه­های دم و بال الاستیک هواپیما تحت اثر نیروهای آئروالاستیک وارد بر آنها، یکی از موضوعات جالب در علم آئروالاستیسیته می‌باشد که تحقیقات گسترده‌ای بر روی آن انجام شده است. گولند^[۱۲] در سال ۱۹۴۵ فلاتر یک بال یک سرگیردار و ساده^[۱۳] را برای پارامترهای مختلف بدست آورد[۲۲]. پس از آن نیز در سال ۱۹۴۸ گولند با همکاری لاک^[۱۴] این مسئله را برای یک بال بدون قید که در ابتدا و انتهای آن جرم متمرکز وجود داشت را تحلیل و فلاتر بال را محاسبه کردند[۲۳]. حدادپور و فیروزآبادی ناپایداری فلاتر بال هواپیما بدون اثر زاویه عقب‌گرد را در یک جریان مادون صوت تحت اثر نیروهای ناپایا و شبه پایا بررسی کرده اند[۲۴].
ماتئوس^[۱۵] و همکارانش بررسی فلاتر دم T شکل را با روش DLM انجام دادند و با مقایسه نتایج آزمایشگاهی با این نتایج، تاثیر بار تریم بر روی سرعت فلاتر را به صورت دقیق محاسبه کردند[۲۵]. داول و همکارانش تحلیل آیروالاستیک تجربی و عددی دم افقی کاملا متحرک با ریشه قابل چرخش برای چندین زاویه چرخش جزئی را مورد بحث قرار دادند. این مدل شامل بارگذاری وزنی در جریان مادون صوت تحت آزمایش قرار گرفته است[۲۶]. بنانی در سال ۲۰۰۵ فلاتر بال اف ۱۶ را با در نظر گرفتن مخزن با نرم افزار نسترن بررسی کرد و با نتایج عددی از روش مقایسه نمود. وی حاشیه اطمینان مناسب برای سیستم مقاوم برای مرز فلاتر را محاسبه کرد[۲۷]. السن^[۱۶] در سال ۱۹۹۹ مکانیک پرواز و آئروالاستیسیته را برای تحلیل حرکت­های شتاب‌دار هواپیماهای الاستیک بررسی کرد[۲۸]. فاضل زاده، مزیدی و رحمتی در سال ۲۰۰۷ معادلات خطی دینامیکی برای بال انعطاف­پذیر تحت مانور صعود با زاویه عقب‌گرد با اثر تغییر فرم برشی بال را استخراج کرده‌اند[۲۹]. پنگ^[۱۷] و همکارش در سال ۲۰۱۲ با درنظر گرفتن بالچه در انتهای بال هواپیمای مسافربری، تاثیر این بالچه بر روی سرعت و فرکانس فلاتر را مورد مطالعه قرار داده­اند[۳۰]. بیبین^[۱۸] و همکارانش در سال ۲۰۱۲ با مدل­سازی بال بدون شکستگی متشکل از تیرک­های طولی و تیغه های عرضی، تحلیل تنش و فلاتر را برای این نوع بال در نرم افزار المان محدود انجام دادند[۳۱].
۱-۳- هدف تحقیق
در این تحقیق پس از مدلسازی مجموعه دم افقی، دم عمودی یک هواپیمای مسافربری و مونتاژ کردن آن­ها در نرم افزار طراحی، ابتدا تحت بارگذاری ذکر شده، تحلیل تنش را انجام می­دهیم. این تحلیل شامل تغییر پارامترهایی مانند جهت قرارگیری دندانه­های عرضی، ضخامت پوسته و تیرک­های طولی، ضریب بارهای مختلف و مواد متفاوت می­باشد. با تغییر این پارامترهای طراحی، تاثیر آن­ها روی تنش و تغییر مکان ماکزیمم مشاهده شده است. سپس فرکانس­های طبیعی مجموعه دم با هم و همچنین فرکانس­های طبیعی دم افقی و عمودی به صورت جداگانه را محاسبه می­کنیم. در پایان، تحلیل پدیده ناپایداری فلاتر برای دم افقی صورت می­گیرد. و همچنین تاثیر پارامترهایی مانند زاویه عقبگرد و چگالی جریان هوا روی سرعت و فرکانس فلاتر دم افقی مورد بحث قرار می­گیرد. پایان نامه حاضر در ۶ فصل تدوین شده است.
فصل دوم- ساختمان دم و مواد سازنده
۲-۱- مقدمه
مجموعه­ دم، نقش تعیین کننده ­ای در عملکرد هواپیما دارد. این مجموعه سه وظیفه­ی تامین پایداری استاتیکی و دینامیکی هواپیما، ایجاد توانایی کنترل هواپیما و همچنین تامین حالت تعادل در هر شرایط پروازی را بر عهده دارد. تعادل، پایداری و کنترل طولی بر عهده دم افقی و تعادل، پایداری و کنترل جانبی بر عهده دم عمودی است. دم­ها در واقع بال­های کوچکی هستند که اصلی ترین تفاوت میان آنها و بال این است که بال برای تولید سهم اصلی برآ^[۱۹] طراحی می­ شود، در حالی­که دم به گونه ­ای طراحی می­گردد که فقط قسمتی از برآی خود را جهت تریم^[۲۰] (تریم به تولید نیروی برآیی گفته می­ شود که سایر گشتاور های تولید شده توسط هواپیما را با عمل­کردن از طریق قسمتی از بازوی گشتاور دم حول مرکز جرمی خنثی می­ کند.) هواپیما ایجاد می نماید. همچنین قابل ذکر است که چندین مشخصه مشترک در طراحی دم و بال هواپیما وجود دارد. طراحی دم به ماموریت یا الزامات نوع هواپیما بستگی دارد. از این رو نمی­ توان یک شرایط عمومی را برای طراحی دم هواپیماها در نظر گرفت و باید با توجه به ماموریت هواپیما و امکانات در دسترس، بهترین گزینه­ ها را در طراحی یک دم به کار برد. مجموعه دم هواپیما شامل دم افقی، دم عمودی، بالابر و سکان عمودی متحرک می­باشد. در این فصل به معرفی اجزای تشکیل دهنده مجموعه دم معمول هواپیما و تشریح آن­ها پرداخته می­ شود. پارامترهای هندسی نظیر زاویه عقبگرد و دایهدرال نیز در این فصل مورد مطالعه قرار می­گیرد. با توجه به اهمیت مواد سازنده این سازه ها و تحمل بارهای مختلف، مواد سازنده این سازه ها در پایان این فصل توضیح داده می­ شود.
۲-۲- معرفی دم هواپیما
مجموعه دم هواپیما شامل سطوح ثابت آیرودینامیکی، سطوح متحرک آیرودینامیکی و مخروطی می باشد. هرکدام از اجزای یاد شده وظیفه مهمی در حین پرواز ایفا می­ کنند. سطوح ثابت که شامل دو قسمت افقی^[۲۱] و عمودی^[۲۲] می باشد در پایدارکردن، و سطوح متحرک که شامل رادر و الویتور می باشد در هدایت کردن هواپیما در حین پرواز کمک می کند. محل قرارگیری اجزای دم در شکل ۲-۱ نشان داده شده است.
شکل۲-۱- اجزای بیرونی مجموعه دم هواپیما ]۳۲[
۲-۳- وظایف اصلی دم افقی و عمودی
نقش اصلی دم افقی، تعادل می­باشد. تعادل یعنی تولید یک گشتاور برای خنثی­سازی گشتاوری که توسط هواپیما تولید شده است. معمولا زاویه نصب دم بین ۳+ و ۱۰- درجه است، یعنی اغلب نیروی برآی منفی تولید کرده و از این نظر نقطه عیب می­باشد. چون گشتاور بال در طول پرواز بدلیل تغییر محل مرکز ثقل تغییر می­ کند، لذا نیروی برآی دم باید تغییر کند. این تغییر معمولا توسط بالابر ایجاد می­ شود. برای دم عمودی چنین نقشی تقریبا وجود ندارد. چون معمولا هواپیما دارای تقارن طولی می­باشد. ولی در هواپیماهای چند موتوره در صورت خاموش شدن یکی از موتورها، دم عمودی باید بتواند گشتاور کافی برای تعادل با گشتاور بوجود آمده توسط موتور یا موتورهای روشن باقیمانده ایجاد کند. در هواپیماهای تک موتوره ملخی، دم هواپیما خود نامتعادل کننده است.
۲-۴- اجزای تشکیل دهنده دم
ساختار پایدار کننده ها از نظر اجزای داخلی شباهت بسیاری با بال هواپیما دارند. تیرک های طولی^[۲۳]، دندانه­های عرضی^[۲۴]، اجزای طولی تقویت کننده^[۲۵] و پوسته^[۲۶] اجزای اصلی تشکیل دهنده دم افقی و عمودی می­باشند. این المان­ها نقش انتقال تنش حاصل از بار­های آیرودینامیکی در حین پرواز را از عضوی به عضو دیگر ایفا کرده و مانع ایجاد تمرکز تنش می­شوند. به عبارتی تا جایی که تحمل تنش ایجاد شده را داشته باشند در خود نگه داشته و بیشتر از آن را به اجزای دیگر منتقل می­ کنند. انتقال نیروهای اضافی از طریق تیرک­های طولی به بدنه^[۲۷] صورت می­گیرد. در شکل ۲-۲ محل قرارگیری این اجزا در مجموعه دم هواپیمای مسافربری نمونه نشان داده شده است.

در هر سه حالت بالا موانع دارای شکل جعبه های مربعی می باشند که به صورت تصادفی در محیط شبیه سازی قرار گرفته اند. گره های سیار نیاز دارند که یک مسیر مناسب برای حرکت خود بدون برخورد به موانع انتخاب کنند. زمانی که امواج رادیویی به یک مانع برخورد می کنند فرض بر این می باشد کل این سیگنال جذب مانع می شود. زمانی که یک مانع بین دو گره که بین آنها ارتباط رادیویی می باشد قرار می گیرد لینک مابین دو گره قطع می شود تا زمانی که گره ها از مانع عبور کنند]۲۷[ و ]۳۲[.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل ۳-۲۰: نمونه ای از مسیرها و موانع]۳۲[
۳-۷-۲) مدل­حرکت­کوچک^[۴۰] و مدل­حرکت بزرگ^[۴۱]:
مدل حرکت بزرگ: این مدل به بررسی حرکات ماکروسکوپی می پردازد همانند حرکت در جاده ی خیابانی، تقاطع خیابانی و چراغ قرمز و چگالی ترافیک حرکت و توزیع وسایل نقلیه.
ویژگی­ های ­مدل حرکت ­بزرگ: ­مدل حرکت بزرگ داری ابعاد ماکروسکوپی همانند توپولوژی جاده و محدودیت حرکت مشترکین. ویژگی های جاده­ای عبارت اند از محدودیت سرعت تعداد کوچه­ها و سبقت و قوانین ایمنی هر خیابان که در توپولوژی ما می­باشد.
مدل حرکت کوچک: به بررسی حرکت مدل میکروسکوپیک می ­پردازد مانند اینکه رفتار راننده ای حین رانندگی تحت تاثیر رانندگان دیگر باشد.
ویژگی های مدل حرکت کوچک: مفهوم مدل کوچک در رفتار وسیله نقلیه می­باشد همانند شتاب سرعت و رفتار خود راننده و رانندگان دیگر می باشد. مدل حرکت کوچک بسیار با اهمیت می­باشد که برای مثال مدل منهتن در این جبهه فعالیت می­ کند]۳۳[.
۳-۸) نتیجه گیری فصل سوم:
در این فصل مباحثی که به صورت مستقیم و غیر مستقیم با پوشش شبکه حسگر بی سیم مرتبط هستند، بررسی شد. از جمله می توان به انرژی گره های حسگر و نحوه ی چینش گره های حسگر اشاره کرد. همچنین دیاگرام های وارونی و مثلث دلانی را برای بررسی مبحث پوشش معرفی کردیم. در ضمن پوشش K تایی و الگوریتم Wake up برای بدست آوردن حداقل گره های حسگر که منطقه ی مورد نظر را پوشش می دهند، به صورت اجمالی بررسی شدند. نحوه ی استقرار حسگرها اعم از تصادفی و الگوریتم استقرار بهینه حسگرها به صورت مختصر بحث شد و به این نتیجه رسیدیم که پوشش دینامیکی نسبت به پوشش استاتیکی مزیت هایی دارد. یک نمونه از این مزیت ها این است که با تحرک حسگرها می توانیم نواحی پوشش داده نشده را پوشش دهیم.
برای شبکه های موبایل اقتضایی و شبکه های بین خودرویی اقتضایی، نحوه ی حرکت گره ها و شناسایی مدل حرکت شبکه اهمیت بسزایی دارد زیرا با نحوه ی مدلینگ چگونگی حرکت گره ها می توان مدل پوشش مناسب برای این شبکه ها ارائه داد یا پوشش های ارائه شده برای این شبکه ها را اصلاح کرد و بهبود بخشید. تاکنون مقاله ها و کارهای انجام شده در زمینه ی پوشش شبکه های بین خودرویی اقتضایی نسبت به شبکه های موبایل اقتضایی بسیار کمتر بوده است و جای کار بیشتر برای ارائه ی مقاله برای پوشش مناسب در شبکه های خودرویی نسبت به موبایل وجود دارد. همچنین در انتهای این فصل با مفاهیم کلی حرکت شبکه های اقتضایی آشنا شدیم و با بهره گرفتن از این مفاهیم می توانیم به مبحث پوشش دینامیکی وارد شویم.
فصل چهارم: پوشش دینامیکی
در این فصل به مبحث پوشش دینامیکی می پردازیم و از منظرهای مختلف، آن را بررسی می کنیم. سعی بر این است که با اتمام این فصل چرایی وارد شدن به مبحث پوشش دینامیک را درک کرده و ذهن خواننده را برای ورود به مبحث اصلی که در فصل بعد به آن پرداخته می شود آماده کنیم.
۴-۱) پوشش Sweep:
در پوشش Sweep (رفت و برگشت)، نظارت بر یکسری نقاط مورد علاقه (PoI) ^[۴۲]، هدف اصلی تعریف این مدل پوشش دینامیکی است. در همین مدل، تعیین حداقل تعداد حسگرهایی که نقاط مورد علاقه را پوشش می دهند، ضروری است. PoI ها باید در هر دوره ی پوشش، حداقل یک بار پوشش داده شوند. نوع تحرک حسگرها برای پوشش Sweep امری مهم می باشد. پوشش جاروبی با پوشش سنتی متفاوت می باشد، به این معنی که تنها نیاز است که PoI ها حداقل یک بار در دوره ی پوشش، پوشش داده شوند و نیازی به پوشش دائمی آنها نیست. یکی از مواردی که در پوشش رفت و برگشت مورد بررسی قرار می گیرد، اندازه گیری قابلیت نفوذ در شبکه و چگونگی تشخیص مهاجم است. تجربه نشان داده است که تحرک حسگرها می تواند به طور موثری زمان تشخیص یک مهاجم به شبکه را هنگامی که تعداد حسگرها محدود است، کاهش دهد. سرعت حسگرها باید منطقی انتخاب شوند تا در هر دوره ی پوشش احتمال کشف گره ی مهاجم بالا رود و گره ی مهاجم بدون شناسایی توسط گره های متحرک شبکه، از منطقه ی مورد نظر عبور نکند ]۳۴[.
شکل ۴-۱: نحوه ی پوشش Sweep ]34[
شکل ۴-۲: تشخیص گره ی مهاجم در پوشش Sweep ]35[
برای تشخیص گره ی مهاجم، باید الگوریتم جامع و کاملی پیاده سازی کرد که این الگوریتم توسط تئوری بازی انجام می شود و شامل مراحل زیر است:
ابتدا باید نحوه ی سنجش تعیین شود (مثلا دیسک همگن) سپس باید محل و مدل حرکت مناسب انتخاب گردند. بعد از انتخاب این موارد باید اندازه گیری های پوشش انجام شود به این معنی که مناطقی که باید پوشش داده شوند تعیین گردند، در مرحله ی بعد پوشش منطقه در هر زمان سفر حسگر تعیین شود و در آخر زمان تشخیص گره ی مهاجم تخمین زده شود ]۳۴[ و ]۳۵[.
مشکل پوشش رفت و برگشت در اشکال مختلفی ظاهر می گردند که یکی از این موارد چگونگی انتخاب مدل مناسب برای پوشش دادن PoI ها است. برای حل این مشکل می توان منطقه را به نوارهای عمودی یا افقی تقسیم کرد و مدل حرکت حسگرها را به صورت مسیر مستقیم تعیین کرد و زمانبندی حرکت گره را به نحوی تعیین کرد که اگر گره ی مهاجم و یا حتی یک هدف متحرک در حال عبور از منطقه داشتیم را در هر دوره ی زمانی پوشش دهیم. حسگرها می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و مواضع خود را به یکدیگر اطلاع دهند. البته چگونگی هدایت حسگرها به سمت هدف مورد نظر بدون یک کنترل کننده ی مرکزی، هدف اصلی در مدل پوشش Sweep است ]۳۶[.
استفاده از مدل های گراف و معادله لاپلاس مرتبه ی بالا به بررسی پوشش رفت و برگشت کمک قابل توجهی می کنند استفاده از گراف کمک شایانی به انتخاب بهترین مسیر برای حرکت گره های شبکه می کند تا PoI های مورد نظر را پوشش دهیم ]۳۷[.
یکی دیگر از مزایای پوشش رفت و برگشت، افزایش طول عمر شبکه است که افزایش طول عمر شبکه برای گره های موبایل، امری حیاتی در پایداری شبکه می باشد. همچنین می توان توسط الگوریتم های بهینه سازی مانند الگوریتم ژنتیک و کنترل چگالی حسگرها در منطقه و جلوگیری از تراکم بیش از حد گره ها در یک منطقه، تعداد بهینه حسگرها را تخمین زد. با این توضیحات باید بررسی کرد که آیا کاستن از تعداد حسگرها کارایی روش پوشش رفت و برگشت را در قبال پوشش سنتی افزایش می دهد و یا خیر. جواب به این سوال مثبت است اما به شرطی که تمام شرایطی را که در مورد پوشش رفت و برگشت ذکر کردیم را رعایت کنیم]۳۸[، ]۳۹[ و ]۴۰[.
در مواقعی ما دارای یک شبکه استاتیک هستیم که پوشش این شبکه استاتیک دارای برخی حفره های پوششی است. یکی از راه حل های پوشش دادن حفره های پوششی، استفاده از روش پوشش رفت و برگشت است ]۴۱[. در حالت کلی برای پوشش Sweep، باید بین پوشش شبکه و تعداد گره ها مصالحه برقرار کنیم ]۴۲[.
شکل ۴-۳: نمونه ای از استفاده ی مدل های گراف برای پوشش Sweep ]37[
۴-۲) MOBEYES:
MOBEYES درباره نظارت و جمع آوری داده های شهری توسط خودروها می باشد. خودروها می توانند با همکاری یکدیگر اطلاعات مورد نیاز را از سطح جاده ها و یا از خودروهای کناری جمع آوری نمایند. گره های حسگر خودرویی نیاز به جمع آوری، ذخیره سازی و بازیابی حجم انبوهی از اطلاعات حس شده را دارند. اطلاعات حس شده و ذخیره شده ی خودروها توسط خودرویی دیگر می تواند جمع آوری شود و اطلاعات به صورت یک جا پردازش گردد. این امر مستلزم این است که خودروها با یکدیگر تبادل اطلاعاتی داشته باشند. پروتکل اصلی گره های MOBEYES برای بهره برداری خلاصه ی انتشار و یا برداشت از وسایل نقلیه ی متحرک و ارتباط تک پرشه میان گره هاست.
کارهای مرتبط:
حسگر مبتنی بر نظارت شهری:
گره های حسگر می توانند اطلاعات شهری مانند تخلفات رانندگی، آلودگی های زیست محیطی و عواملی از این دست را شناسایی و اطلاعات این رخدادها را حس، ذخیره و پردازش کنند.
شبکه های اقتضایی خودرویی:
بسیاری از تولید کنندگان خودروها در حال نصب تجهیزات بی سیم بر روی خودروها هستند برای ارتباط با ایستگاه های پایه و همچنین خودروهای دیگر برای اهداف ایمنی، کمک های امدادی رانندگی و سرگرمی.
شبکه های حسگر خودرویی:
شبکه های حسگر خودرویی زیر مجموعه ی شبکه های اقتضایی خودرویی هستند که کارشان سنجش عوامل و رویدادهای شهری و جاده ای می باشد که می توان سنجش ترافیکی را برای نمونه مثال زد. برای این گونه خدمات جمع آوری داده های حس شده توسط خودروها امری مهم و حیاتی می باشد. جمع آوری داده های اطلاعاتی در حین پخش شدن مناسب خودروها در سطح جاده و سپس ذخیره سازی و برداشت اطلاعات ذخیره شده توسط خودروها برای پردازش مناسب، ارکان اصلی این پروتکل می باشد.
شکل ۴-۴: شبکه های حسگر خودرویی ]۴۳[
انتشار فرصت طلبانه ی داده ها:
داده های ذخیره شده در گره ها به صورت فرصت طلبانه منتشر می شوند و این داده ها توسط گره های خودرویی برای پردازش بهتر جمع آوری می شوند. با توجه به معماری MOBEYES و نحوه ی انتشار و برداشت اطلاعات که در ادامه به آن می پردازیم، می توان برای داشتن تصویری بهتر از این نوع عملکرد به شکل زیر توجه کرد که به صورت شماتیک، به خوبی این نحوه ی انتشار و برداشت را نشان می دهد. همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید، برای انتشار و برداشت اطلاعات، پروتکل ARQ به طور کامل برای ارسال اطلاعات استفاده می شود.
شکل ۴-۵: نحوه ی انتشار و برداشت اطلاعات ]۴۳[
شبکه های حسگر خودرویی در مقیاس بزرگ برای نظارت بر محیط زیست و توزیع این نظارت کاربرد دارند. MOBEYES توسعه یافته به طور کامل به مقوله ی توزیع برداشت های محیطی می پردازد. خودرو ها اطلاعات محیطی را بعد از سنجش و پوشش، ذخیره کرده و آن ها را مورد پردازش قرار می دهند و همچنین به صورت مشارکتی در اختیار همدیگر قرار می دهند]۴۳[.
۴-۲-۱) بررسی اجمالی معماری MOBEYES:
نظارت مناطق بحرانی، ردیابی مظنون و بازسازی از مناطق جرم به صورت فوری و فوتی در داده های شهری از خصوصیات اصلی MOBEYES می باشد. البته مشکل جست و جوی اطلاعات حس شده ی پراکنده ی ذخیره شده از طریق یک شاخص توزیع شده با همکاری خودروهای غیر متمرکز مشکل اصلی MOBEYES می باشد.
ماژول کلیدی MSI ^[۴۳] پشتیبانی از نرم افزار و دسترسی شفاف به سنجش ناهمگن دستگاه را بر عهده دارد. MDHP ^[۴۴] پیاده سازی های پروتکل های انتشار و دریافت را پشتیبانی می کند. MDP ^[۴۵] به صورت دوره ای داده های حس شده ی MSI را از طریق فیلترهای نرم افزاری پردازش می کند و در نهایت MDP داده های خام را ذخیره سازی می کند و یا به پایگاه داده ها منتقل می کند. در شکل زیر شمای کلی از معماری MOBEYES را که شرحش را در این قسمت ذکر کردیم ملاحظه می کنید.
شکل ۴-۶: معماری MOBEYES ]44[
۴-۲-۲) واسط حسگر MOBEYES (MSI):
MSI دسترسی به دستگاه های حسگر ناهمگن را تسهیل می بخشد. همچنین تضمین شفافیت دسترسی و سازگاری بالا با تغییرات دستگاه های موجود در محیط استقرار را دارا می باشد. سناریوهای استقرار MOBEYES برای حمایت از تعدادی از دستگاه های با قابلیت سنجش بسته به نوع داده هایی که از نوع گشت زنی بدست می آید، تعریف می شوند، مانند داده های صوتی و تصویری و درجه حرارت و داده های آب و هوایی و همچنین شرایط جاده ها. کلاس دوم (طبقه دوم) شامل نظارت بر اطلاعات زیست محیطی کلاس اول (طبقه اول) است. برای MOBEYES، MSI پیاده سازی موقت ماژول برای تجزیه ی داده های سریال را بر عهده دارد.
۴-۲-۳) استاندارد واسط با حسگرهای صوتی / تصویری:
بخش سمت چپ شکل معماری های مدولار از MOBEYES MSI نشان دهنده ی زیر سیستم واسط حسگرهای صوتی / تصویری می باشد. که شامل چهار بخش حمایت از دسترسی به داده های صوتی، تصویری، هماهنگ صوتی / تصویری و تصویر داده است.

شکل ‏۱‑۶ : ساختار II 16
شکل ‏۱‑۷ : ساختار H 16
شکل ‏۱‑۸ : ساختارهای مختلف هیدرات گازی ۱۷
شکل ‏۱‑۹ : مقایسه اندازه مولکول‌های مهمان، نوع هیدرات و حفره‌های اشغال شده ۱۸
شکل ‏۱‑۱۰: دستگاه‌های تولید هیدرات گاز طبیعی ۲۲
شکل ‏۱‑۱۱: دستگاه‌های تجزیه هیدرات ۲۲
شکل ‏۱‑۱۲ : منحنی وابستگی هیدرات به دما و فشار ۲۴
شکل ‏۱‑۱۳ : انواع افزودنی‌های هیدرات ۲۷
شکل ‏۱‑۱۴ : مکانسیم بازدارندگی از تشکیل هیدرات ۳۰
شکل ‏۱‑۱۵ : ساختار هیدرات به وجود آمده با تترا هیدرو فوران ۳۰
شکل ‏۲‑۱ : هزینه انتقال گاز در فواصل مختلف با روش‌های مختلف ۴۱
شکل ‏۲‑۲: نمودار فازی برای برخی از هیدروکربن گاز طبیعی ساده که هیدرات تشکیل می دهند ۴۴

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل ‏۲‑۳ : نمودار هیدرات برای سه مخلوط مورد بررسی ویلکاکس و همکاران ۴۶
شکل ‏۳‑۱ : فرایند ساده شده یک واحد نم‌زدایی از طریق گلایکول ۵۷
شکل ‏۳‑۲ : فرایند ساده شده یک واحد خشک کن جامد به همراه دو برج ۵۸
شکل ‏۳‑۳ : فرایند جریان ساده شده برای یک واحد تبرید به همراه تزریق گلایکول ۶۰
شکل ‏۳‑۴ : شمای کلی تغییرات دما در فاز مایع و کریستال هیدرات ۶۱
شکل ‏۳‑۵ : پروفایل غلظت در مسیر نفوذ گاز تا رسیدن به سطح هیدرات ۶۲
شکل ‏۳‑۶ : شماتیک مدل ارائه شده در حال تشکیل هیدرات ۶۶
شکل ‏۳‑۷ : شماتیک مکانیزم پیشنهادی تشکیل هیدرات از یک قطره آب ۶۶
شکل ‏۳‑۸ : شماتیکی از مدل لوله به همراه شرایط مرزی ۷۸
شکل ‏۳‑۹ : شماتیکی از مش بندی شبکه لوله ۸۲
شکل ‏۳‑۱۰ : همگرایی شبیه سازی توسط حل کننده خطی ۸۳
شکل ‏۳‑۱۱ : همگرایی شبیه سازی توسط حل کننده غیر خطی ۸۳
شکل ‏۳‑۱۲ : گرافیک جریان‌های عبوری و ته نشین شدن ذرات هیدرات ۸۳
شکل ‏۳‑۱۳ : شماتیک فرایند انتقال گاز در یک شبکه گاز ۸۴
شکل ‏۳‑۱۴ : نتایج اجرای شبیه سازی شبکه گاز با بهره گرفتن از نرم افزار PipePhase 87
شکل ‏۴‑۱ : فرایند هم فشار و هم دما برای تشکیل هیدرات ۹۷
شکل ‏۴‑۲ : پروفایل غلظت پیشنهادی مولکول‌های گاز در فرایند تشکیل هیدرات ۹۸
شکل ‏۴‑۳ : گرافیک و الگوی جریان ته نشین شدن ذرات جامد (هیدرات) در کف لوله ۱۰۴
شکل ‏۴‑۴ : گرافیک و مقادیری از کسر حجمی فاز جامد دیسپرس شده ۱۰۵
شکل ‏۴‑۵ : گرافیک پروفایل سرعت و جهت آن درون لوله ۱۰۵
شکل ‏۴‑۶ : گرافیک پروفایل فشار و میزان آن در نقاطی از لوله ۱۰۶
شکل ‏۴‑۷ : گرافیک پروفایل فشار در کل مخلوط و میزان آن در نقاطی از لوله ۱۰۶
شکل ‏۴‑۸ : گرافیک پروفایل دما درون لوله ۱۰۶
شکل ‏۴‑۹ : گرافیک پروفایل غلظت فاز پراکنده درون لوله ۱۰۷
شکل ‏۴‑۱۰ : گرافیک پروفایل سرعت لغزش مخلوط درون لوله ۱۰۷
شکل ‏۴‑۱۱ : مقاطع انتخاب شده برای بررسی پارامترهای مختلف ۱۰۸
چکیده :
امروزه یکی از معضلات در خطوط انتقال گاز، پدیده هیدرات گازی است که ترکیبی از گازهای سبک مثل متان، اتان یا دی اکسید کربن با مولکول‌های آب تحت شرایط خاص دمایی و فشاری ماده‌ای شبیه به یخ را تشکیل می‌دهد که حجم زیادی از گاز را در خود جای داده است. هیدارت های گازی عموماً ته نشین شده و در نهایت توان عملیاتی خط را کاهش داده یا حتی به انسداد کلی خط لوله منجر می شود. بررسی پارامترها، متغییرها و عوامل تأثیر گذار تشکیل و حذف پدیده بسیار حائز اهمیت می باشد که در این پژوهش ابتدا مورد تجزیه‌ و تحلیل قرار‌ گرفته و سپسس سه وضعیت قبل، بعد و حین تشکیل هیدرات بررسی شده است.‌ در ‌قبل، نگاهی به روش‌ها، فرایند‌ها، مزایا و معایب واحدهای نم‌زدایی گاز شده است. مقاومت‌های انتقال جرم و حرارت در حین پیدایش نیز بررسی کامل شد و نشان داد که نرخ تشکیل هیدرات توسط مکانیسم انتقال جرم کنترل شده و هر‌چه انتقال حرارت سریعتر انجام گیرد هیدرات تشکیل شده پایدارتر است. سپس با یک مدلسازی میدان توزیع سرعت، فشار، دما، کسرحجمی برای سیال و همچنین توزیع غلظت ذرات جامد در یک جریان آرام دو فاز گاز‌- جامد در داخل یک لوله افقی، توسط بسته نرم‌افزاری کامسول(COMSOL Multiphysics) شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان میدهد که کاهش سرعت متوسط منجر به کاهش نیروهای پراکنده کننده شده و نهایتاً غلظت بیشتر ذرات جامد در کف لوله را سبب می‌شود.
واژه‌های کلیدی: هیدرات گازی، نم‌زدایی گاز، مدلسازی و شبیه سازی هیدرات
پیشگفتار
گاز طبیعی منبع انرژی تقریباً پاکیزه، فراوان و ارزان قیمتی است که هم اکنون نیز به مقیاس وسیع برای مصارف صنعتی و خانگی به کار رفته و در طی دهه‌ های آینده بهره‌برداری از آن گسترش خواهد یافت. در توسعه اقتصادی جهان، مناطق و کشورهای مختلف، به دلیل منابع و ذخایر عظیم در دسترس و توسعه تکنولوژی‌های خلاق، باعث کاهش هزینه‌ها و زمان اجرای پروژه‌ها و در نتیجه بهبود اقتصاد پروژه‌های توسعه و انتقال گاز شده است. همچنین تلاش جهانی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای و گاز CO₂ مزیت استفاده از گاز طبیعی در مقایسه با سایر سوخت‌ها را نشان می‌دهد.
امروزه در خطوط انتقال گاز پدیده هیدرات گازی که ترکیبی از گازهای سبک مثل متان، اتان یا دی‌اکسیدکربن است که تحت یک شرایط خاص دمایی و فشاری با مولکول‌های آب ترکیب شده و ماده‌ای شبیه به یخ را تشکیل می‌دهد، که حجم زیادی از گاز را در خود جای داده است. هیدرات های گازی ته نشین شده در نهایت توان عملیاتی ممکن را کاهش داده یا حتی به انسداد کلی خط لوله منجر می شود. بررسی پارامترها، متغییرها و عوامل تأثیر گذار تشکیل و حذف پدیده بسیار حائز اهمیت می باشید. این پژوهش در سه بخش قبل، هنگام تشکیل و بعد از تشکیل هیدرات تقسیم شده است تا بتواند همه پارامترها را بررسی کند. هنگام پیدایش به دو بخش: مقاومت های حین شروع پدیده و پیدایش مستمر پدیده نگاهی جامع داشته است. بررسی مقاومت های انتقال حرارت و جرم حین شروع، مدلسازی قطاعی از لوله درحال تشکیل هیدرات و شبیه سازی یک شبکه گازرسانی توانست نتایجی کاملی از پدیده هنگام تشکیل به ما ارائه کند. انتخاب بازدارنده مناسب با ساختارهای نمک و گلایکولی نیز بررسی گردیده است.
فصل اول
هیدرات گازی و عوامل مؤثر در آن‌
هیدرات
هیدرات‌های گازی ترکیبات جامد کریستالی هستند که جزء خانواده اندرون گیر‌ها یا کلاترات^[۱] به حساب می‌آیند. اندرون گیر یک ترکیب ساده است که یک مولکول از ماده‌ای (مولکول مهمان^[۲]) در شبکه ساخته شده از مولکول ماده‌ای دیگر (مولکول میزبان^[۳]) به دام می‌افتد. اندرون گیر مربوط به آب، هیدرات نامیده می‌شود. در ساختمان آنها مولکول‌های آب به علت داشتن پیوند هیدروژنی با به وجود آوردن حفره‌هایی تشکیل ساختار شبه شبکه‌ای می‌دهند. این شبکه که ناپایدار است به عنوان شبکه خالی هیدرات شناخته می‌شود که در دما و فشار خاص (در دمای پایین و فشار بالا) با حضور اجزاء گازی مختلف با اندازه و شکل مناسب، می‌تواند به یک ساختار پایدار تبدیل شود. در این نوع از کریستال‌ها، هیچ نوع پیوند شیمیایی بین مولکول‌های آب و مولکول‌های گاز محبوس شده تشکیل نمی‌شود و تنها عامل پایداری کریستال‌ها به وجود آمدن پیوند هیدروژنی بین مولکول‌های میزبان (مولکول‌های آب) و نیروی واندروالسی است که بین مولکول‌های میزبان و مولکول‌های مهمان (مولکول‌های گاز) به وجود می‌آید]۱-۳[.

n > N
بله
قرار دهید k = k+1 و دما را بهنگام سازی کنید
خیر
خیر
عدد y را به تصادف در بازه(۰,۱) انتخاب کنید
k >KیاT_k<T_f
بله
خیر
توقف کن
بله

حلقه تصمیم گیری متروپلیس
خیر

۶-۳ : جمع­بندی

در این فصل به تعریف و تشریح سیستم­ها و سلول­های تولید انعطاف­پذیر پرداخته و دلایل پیدایش، جایگاه آن در بین سیستم­های تولیدی و مزایای این­گونه سیستم­ها را بررسی نمودیم. در ادامه، الگوریتم فراابتکاری ژنتیک و شبیه­سازی تبرید که یک مکانیزم آماری جهت حل مسائل NP-Complete می­باشد را به همراه اجزا و پارامترهای آن به تفصیل تشریح کردیم.

فصل چهارم

ارائه مدل ریاضی

۱-۴: مقدمه

در این فصل یک مدل CMS یک­پارچه مرکب از مساله تولید سلولی کلاسیک و تعیین قیمت بر اساس تقاضای کالا ارائه شده است. مساله شکل­دهی سلولی کلاسیک به تخصیص گروهی از ماشین­ها به سلول­ها، دسته­بندی قطعات به خانواده قطعات و تخصیص خانواده قطعات به سلول­ها برای شکل­دهی سلول­های مستقل می ­پردازد. در یک محیط تولیدی ماشین­های مختلفی با توان عملیاتی مختلف و ظرفیت­های تولیدی متفاوت و با امکان وجود چندین نسخه از هر ماشین وجود دارد. به عبارت دیگر انواع مختلفی از قطعات با توالی و حجم عملیاتی مشخص برای تکمیل شدن تولید وجود دارد. در این محیط تولیدی مهمترین مساله افزایش سود و افزایش سطح رضایت مشتریان بطور توامان می­باشد در مسائلی که تا کنون در زمینه تولید سلولی مطرح گردیده است همیشه هدف شکل­دهی سلول بر اساس کاهش هزینه­ های ناشی از تولید بوده است. مدل ارائه شده در این تحقیق با تکیه بر دو هدف اصلی افزایش سود و افزایش سطح رضایت مشتری در محیط تولید سلولی دنبال شده است که تا کنون مورد بررسی قرار نگرفته بود.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۲-۴: ویژگی­های کلی مدل­ ارائه شده:

از بارزترین ویژگی­های این مدل­ می­توان به موارد زیر اشاره کرد:
محاسبه سود: در این تحقیق هدف بیشینه کردن درآمد حاصل از فروش کالا ها در کلیه دوره­ها با توجه به قیمت تعیین شده توسط مدل می­باشد، که این رویکرد به نوبه­ی خود در مسائل CMS وDCMS رویکردی جدید قلمداد می­ شود. در صورتی­که همان طور که در فصل ۲ بدان اشاره شد در ادبیات موضوع CMS همواره سعی بر کمینه کردن هزینه­ها بدون در نظر گرفتن میزان سود بوده است.
مشتری مداری: در دنیای واقعی و بخصوص در صنایع تولیدی با این مشکل روبرو هستیم که مشتری در بعضی از موارد، در بعض از کالا های خاص به صورت الزام خواستار تولید حداقلمیزانی از تقاضای ارائه شده از جانب خود می­باشد و در این صورت تولید کننده/ ارائه دهنده خدمت، موظف به برآورده کردن خواسته­ های مشتری به جهت کسب رضایت مشتری و مشتری مداری می­باشد . که در تحقیق پیش رو این مسئله مورد توجه قرار گرفته است.
تعیین قیمت مناسب کالا جهت عرضه به بازار فروش:همان طور که در بالا بیان شد هدف در این مدل بیشینه کردن میزان سود حاصل از فروش کالا در کلیه دوره­ها می­باشد و با توجه به تابع تقاضای ارائه شده بر اساس قیمت، لازمه­ی آن تعیین قیمت مناسب برای هر کالا در هر دوره می­باشد . که در این قیمت،باتوجه به تقاضای کالا در آن قیمت و هزینه های در نظر گرفته شده در مدل به هدف مورد نظر که همان بیشینه کردن سود می­باشد نائل خواهیم شد. بنابراین تعیین قیمت برایهر کالا در هر دوره یکی از ماموریت­های این مدل می­باشد که به نوبه­ی خود در ادبیات CMSو DCMSنوآوری محسوب می شود.
تعیین نقطه مناسب جهت میزان تولید و پاسخگویی به تقاضا: در این تحقیق مدل تعیین می­ کند که چه میزانی از تقاضاهای داده شده از هر کالا در هر دوره پاسخ داده شود ، به بیان دیگر با توجه به تابع تقاضای داده­ شده که تابعی نزولی از قیمت است، می­توان تعیین نمود که چه میزان از هر کالا در هر دوره با توجه به قیمت تعیین شده برای آن کالا در آن دوره تولید شود و حتی این امکان داده شده است که کالایی اصلا تولید نشود بدلیل اینکه تولید آن کالا اصلا مقرون به صرفه نیست که این موضوع در ادبیات پیشین CMS و DCMS کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
مشخص شدن کالاهای سود­ده یا ضررده: مدل ارائه شده در تحقیق پیش رو قادر به تعیین و تشخیص سودده یا زیانده بودن کالاها دردوره­های مختلف بوده و با توجه به تابع هدف ارائه شده سعی بر تولید کالاهای با سود بیشتر و عدم تولید کالاهایی که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی­باشند دارد.
تشخیص گسترش یا حذف برخی از واحدهای تولید: با توجه به تحلیل­های قابل انجام بر روی مدل ارائه شده و مشخص شدن بصرفه بودن تولید، می­توان در مورد گسترش و یا حذف واحد­های تولیدی تصمیم گیری نمود.

۲-۳-۴: فرضیات مدل:

هر نوع قطعه دارای تعداد مشخصی عملیات می­باشد که باید بر اساس توالی مربوطه انجام گیرد.
زمان انجام برای همه عملیات­های یک قطعه روی ماشین­های مختلفی که توانایی انجام آن عملیات را دارا می­باشند، مشخص می­باشد.
حداکثر میزان تقاضا برای هر نوع قطعه مشخص می­باشد.
تقاضا در هر دوره تابعی نزولی از قیمت کالا در آن دوره در نظر گرفته می­ شود.
ظرفیت هر نوع ماشین مشخص می­باشد.
حرکت قطعات بصورت دسته­ای (Batch) می­باشد و هزینه جابجایی بین سلولی به­ازای هر دسته(Batch)مشخص و ثابت می­باشد.
هزینه­ های ثابت مربوط به هر ماشین مشخص می­باشد. این هزینه­ها شامل هزینه نگهداری ماشین­ها می­باشد.
تعداد ماشین­های موجود از هر نوع ماشین مشخص می­باشد.
هزینه متغیر تولید برای انجام عملیات روی هر ماشین به میزان قطعه­ای که به آن ماشین تخصیص می­یابد بستگی دارد.
در این مدل در ابتدای هر دوره ماشین خریداری می­ شود و در شروع دوره ی بعدی در صورتی که ظرفیت ماشین ها برای قطعات آن دوره کافی نباشد تعدادی ماشین خریداری می شود.
در هر دوره که ماشین مازاد ظرفیت داشته باشند می توان ماشین ها را از فضای سلول ها خارج کرد تا هزینه نگهداری ماشین ها کاهش یابد و در زمانی که به ظرفیت بیشتری نیاز باشد می­توان این ماشین ها را به سلول ها اضافه کرد.
هزینه جابجایی هر نوع ماشین بین دو دوره مشخص است. این هزینه شامل هزینه جابجایی ماشین هایی که به سلول اضافه یا از سلول کم می­شوند نیز می شود.
جابجایی ماشین­ها از یک سلول به سلول دیگر در زمان بین دوره­ها انجام می­گیرد و زمان مورد نیاز برای این کار صفر در نظر گرفته شده است.
هزینه جابجایی ماشین­آلات از هر نوع مشخص و مستقل از مکان قرارگیری می­باشد.
هزینه جابجایی بین سلولی برای تمام جابجایی­ها ثابت در نظر گرفته شده است.
قیمت فروش در دوره­ های مختلف متفاوت و در طول یک دوره ثابت است.
حرکت قطعات فقط بین سلولی در نظر گرفته شده است.
مشتری ها نزدیک بین می­باشند.
تقاضا مستقل از زمان در نظر گرفته شده است.
تعداد سلول­هایی که باید شکل گیرد از قبل مشخص است.
ماکسیمم و مینیمم سایز سلول مشخص می­باشد.

تشکیل هیدرات گازی در فرآیندهای صنعتی و نانوفناوری
بازدارندگی و پیش برندگی در تشکیل هیدرات
تولید، ذخیره سازی و انتقال گاز به صورت هیدرات گازی
خواص فیزیکی و ساختار مولکولی هیدرات‌های گازی
محیط زیست، ایمنی و مدیریت منابع هیدرات گازی (نانو فناوری)
تشکیل هیدرات‌های گازی در فرایند‌های صنعتی
وجه تمایز پژوهش با سایر پژوهش‌ها
در این تحقیق بررسی شرایط فیزیکی هیدرات گازی در لوله‌های انتقال گاز با بهره گرفتن از نرم افزار کامسول مالتی فیزیک^[۲۲] برای اولین بار مورد بررسی قرار می­گیرد. مهم‌ترین ویژگی مثبت نرم افزار کامسول در مقایسه با بسته‌های مشابه، قابل اعتماد بودن، پیشرفته بودن و جدید بودن بسته نرم افزاری می‌باشد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

این پژوهش برخلاف کار قبلی انجام شده از فرض­های ساده کننده با خطای بالا مانند فرض همدما بودن یا مدلسازی یک بعدی استفاده نکرده و از فرض وجود توزیع دما در داخل خط لوله استفاده می­نماید و بنابراین دقت پیش بینی آن‌ بسیار بالاتر است. همچنین در حل معادلات از نرم افزار کامسول استفاده شده که قابلیت اطمینان به مدلسازی و همچنین امکان استفاده صنعتی از این مدلسازی را افزایش می­دهد. در این پژوهش برخلاف کارهای قبلی بصورت همزمان سه معادله بقا حل می‌شوند در حالی که در کارهای قبلی مدل­ها از یک معادله بقا و معادلات حالت برای محاسبات استفاده کرده ­اند.
اهداف پژوهش
یکی از مهمترین اهداف تحقیق حل همزمان معادلات بقای جرم، انرژی و مومنتوم و مقایسه با شرایط ترمودینامیکی لازم برای تشکیل هیدرات و پیش بینی تشکیل آن‌ در خطوط لوله انجام می‌گیرد تا به کمک آن‌ طرز تشکیل هیدرات جلوگیری گردد. مقایسه روش­های موجود و انتخاب روش بهینه برای جلوگیری از تشکیل هیدرات در خطوط لوله انتقال گاز انجام می‌گیرد که در صنایع مرتبط کاربرد داشته و از ایجاد مشکلات عملیاتی و فرآیندی در خطوط لوله جلوگیری می‌شود لذا بررسی آن‌ ضروری است. محاسبه توزیع پارامترهای ترمودینامیکی در داخل خطوط لوله انتقال به چه صورت خواهد بود. و افت فشار در طول لوله به چه میزان می‌تواند بر تشکیل هیدرات تأثیر بگذارد. نقش دانسیته، ویسکوزیته، آنتالپی و… به چه صورت است و با تزریق بازدارنده‌ها تا چه میزان می‌توان مانع از تشکیل هیدرات شد.
سؤالات پژوهش
در این پژوهش سعی می­ شود تا به پرسش­های زیر پاسخ داده شود:
آیا دما و فشار پارامترهای اصلی تشکیل هیدرات هستند؟ وابستگی تشکیل هیدرات به پارامترهای دما و فشار به چه میزان خواهد بود؟
اتلاف دما در یک خط لوله مدفون تحت تأثیر کدام متغییرها می‌باشد؟
مقایسه روش­های جلوگیری از تشکیل هیدرات در انتخاب روش بهینه برای کاهش هرچه بیشتر احتمال تشکیل هیدرات.
آیا واحد‌های نم‌زدایی‌گاز برای عدم تشکیل‌هیدرات مؤثر هستند و کدام روش نم‌زدایی بهتر می‌باشد؟
مقاومت‌های تشکیل هیدرات و پارامترهای مؤثر جرمی و حرارتی کدامند؟
آیا می­توان با بهره گرفتن از مدلسازی با خطای کم شرایط تشکیل هیدرات در خطوط انتقال گاز را بررسی و پیش بینی نمود؟
در صورت پیش بینی تشکیل هیدرات آیا با تغییر شرایط اولیه و استفاده از روش­های موجود می­توان کاهش احتمال تشکیل هیدرات را محاسبه نمود؟
توزیع غلظت ذرات جامد در یک جریان آرام دو فاز گاز‌- جامد چگونه می باشد؟
تغییرات دما، فشار، سرعت، آنتالپی، ویسکوزیته، دانسیته با تشکیل هیدرات رابطه‌ای دارد؟
آیا با تزریق بازدارنده می‌توان مانع از تشکیل هیدرات شد؟
بررسی تزریق مواد بازدارنده ترمودینامیکی در نحوه از بین بردن هیدرات به چه صورت خواهد بود.
بررسی تزریق مواد بازدارنده نمکی در نحوه از بین بردن هیدرات به چه صورت خواهد بود.
فرضیه‌های پژوهش
در انجام این پژوهش تمام معادلات بقای جرم، بقای انرژی، بقای مومنتوم حل می­شوند و بنابراین از فرض­های ساده کننده با خطای بالا نظیر فرض همدما بودن فرایند استفاده نشده است هرچند که اگر در طول مدلسازی نیاز به پارامترهای خاصی باشد با ذکر دلیل از معادلات جریان ایده آل استفاده می­ شود. انتخاب بعد مناسب (۲D)(3D)، فیزیک صحیح که شامل بقا، جرم و حرارت به خاطر داشتن دوفاز در لوله با الهام گرفتن از قوانین دوفازی سبب شده تا در محاسبه پارامترهای ویسکوزیته، لغزش، سرعت ظاهری و واقعی، چگالی و… به خاطر مدل سیال ترکیبی که داریم از قوانین و معادلات مربوطه استفاده کنیم. مثلاً در محاسبه ویسکوزیته روش‌های مختلفی ارائه شده که در این پژوهش از روشی استفاده شده است که درصد خطای کمتری برخوردار است.
انواع و ساختار هیدرات
هیدرات­ها بر­اساس آرایش مولکول­های آب در کریستال و به­عبارت دیگر بر­اساس ساختار کریستال طبقه ­بندی می­شوند. در صنعت نفت و گاز به­ طور معمول دو نوع هیدرات مشاهده می­ شود: نوع I و نوع II و گاهی نیز به نام ساختار I و II شناخته می­شوند. نوع سومی از هیدرات نیز به نام هیدرات نوع H (یا ساختار H) وجود دارد، امّا بسیار کم دیده می­ شود]۱۳-۱۷[.
ساختار هیدرات به طور متوسط شامل ۸۵ درصد آب می‌باشد و بسیاری از خواص مکانیکی آن‌ شبیه به یخ است. بنابراین، ابتدا لازم است راجع به مولکول آب و ساختار آن‌ کمی توضیح داده شود. متداول ترین فرم آب به صورت جامد، یخ I است که ساختمان مولکولی آن‌ به صورت نمایش داده شده در شکل ‏۱‑۲ می‌باشد.
شکل ‏۱‑۲ : ساختار کریستال پایه برای یخ ۴I
یک مولکول آب در حالت گازی، شامل یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن است. اتم اکسیژن دارای چهار الکترون در مدار آخر است که دو الکترون را به اشتراک با دو اتم گذاشته است. این سه اتم در یک ساختمان، با شکل هرمی (با قاعده مثلثی) قرار می‌گیرند و اتم اکسیژن کمی از مرکز هرم به گوشه سمت راست کشیده شده است. مولکول آب در حالت مایع این جفت الکترون آزاد را به طور نسبی در اختیار سایر هیدروژن‌های مولکول دیگر آب قرار می‌دهد و باعث تشکیل پیوند هیدروژنی می‌شود(شکل ‏۱‑۳). با تشکیل این پیوند، یک شبکه پلیمری در آب به صورت فاز مایع تشکیل می‌شود. در شکل ‏۱‑۴، پیوند هیدروژنی به صورت میله‌های هاشور زده شده نمایش داده شده است.
شکل ‏۱‑۳ : پیوند هیدروژنی میان پنج مولکول آب و تشکیل یک حلقه ۵ مولکولی
شکل ‏۱‑۴ : تشکیل پیوند هیدروژنی میان دو مولکول آب
حلقه‌های تشکیل شده از مولکول‌های آب، ناشی از پیوند هیدروژنی، بسیار پایدار‌تر از زنجیر‌های باز با همان تعداد مولکول هستند. اگر این حلقه‌ها شامل پنج مولکول آب باشند دوازده عدد از این حلقه‌ها یک دوازده وجهی منتظم را تشکیل می‌دهند که به صورت ۵^۱۲ نمایش داده می‌شود.
مطالعه ساختمان هیدرات اولین بار توسط مولر^[۲۳] صورت گرفته است. بر اساس نظریات وی تا آن‌ موقع دو نوع شبکه کریستالی برای هیدرات شناسایی شده بود. هر دو ساختار مکعبی بوده و تحت عنوان ساختار‌های I و II شناخته می‌شدند. تا قبل از کشف ساختاری دیگر به نام H، تصور بر این بود که مولکول‌های بزرگ تر از نرمال بوتان به علت بزرگی اندازه شان نمی‌توانند در فضای ایجاد شده شبکه کریستالی هیدرات قرار بگیرند و به همراه آب شبکه کریستالی هیدرات را تشکیل دهند. ریپمیستر^[۲۴] با کشف هیدرات نوع H، نشان داده است که مولکول‌هایی نظیر متیل سیکلوهگزان با همراهی مولکول‌های گازی کوچک نظیر متان یا سولفید هیدروژن که گاز کمکی نامیده می‌شود نیز می‌توانند کریستال هیدرات H تولید کنند.
ساختار هیدرات نوع I
ساختار I معمولاً با مولکول‌های کوچک تر مانند متان، دی اکسید کربن، اتان و … تشکیل می‌شود. در این ساختار دو حفره ۵^۱۲ (حفره کوچک) و شش حفره ۵^۱۲۶^۲ (حفره بزرگ) با اشتراک گذاشتن ضلع‌ها در اثر تکرار در فضا با هم شبکه‌ی این فضا را تشکیل می‌دهند. بنابراین، هر واحد سلولی این ساختار شامل ۴۶ مولکول آب می‌باشد و دارای هشت حفره برای مولکول‌های گاز است که از میان این حفرات دو حفره کوچک و شش حفره بزرگ است و ساختار به صورت مکعب است. بنابراین، در این ساختار ۴۶ مولکول آب به ازای هشت مولکول گاز وجود دارد. ساختار I چهار درصد از حالت کروی انحراف دارد.

شکل ‏۱‑۵ : ساختار I
ساختار هیدرات نوع II
مولکول‌هایی با قطر بین ۵ تا ۷/۶ آنگستروم که نمی‌توانند در ساختار I قرار بگیرند، فقط می‌توانند ساختار II را اشغال کنند. بنابراین، این ساختار به وسیله مولکول‌های بزرگ تر مانند پروپان و ایزو بوتان تشکیل می‌شود. این ساختار با اشتراک گذاشتن سطح‌ها از ترکیب شانزده حفره ۵^۱۲ (حفره کوچک) و هشت حفره ۵^۱۲۶^۴ (حفره بزرگ) تشکیل شده است. بنابراین، هر واحد سلولی این ساختار شامل ۱۳۶ مولکول آب است و دارای ۲۴ حفره برای مولکول‌های گاز است که از میان این حفرات، هشت حفره کوچک و شانزده حفره بزرگ است. بنابراین، در این ساختار ۱۳۶ مولکول آب به ازای ۲۴ مولکول گاز وجود دارد. ساختار II ده درصد از حالت کروی انحراف دارد. بنابراین، کروی ترین ساختار را در میان ساختار‌های هیدرات دارا می‌باشد. این ساختار برای شیرین سازی آب مناسب است.