قابل ذکر است که روش طبقه‌بندی مذبور کاملا دلخواه است و بیشتر مواد واقعی در شرایط مناسب اغلب ترکیبی از دو یا حتی هر سه نوع رفتار بالا را نشان می‌دهند. برای مثال، برای یک مذاب پلیمری غیر معمول نیست که رفتار مستقل زمانی (نازک برشی) و ویسکو الاستیک را به‌طور همزمان از خود نشان دهد و همچنین برای یک سوسپانسیون خاک رس چینی ترکیبی از رفتارهای مستقل زمانی (نازک برشی یا ضخیم برشی) و رفتار وابسته زمانی (تیکسوتروپیک) را در غلظت‌های یکسان یا در نرخ‌های برش مناسب از خود نشان دهد.در ادامه تمام انواع رفتار سیالات غیرنیوتنی با ارائه جزئیات شرح داده می‌شوند.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه 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. )

۴-۲ رفتار مستقل زمانی سیال
این نوع از سیالات، با این واقعیت شناخته می‌شوند که مقدار جاری نرخ برش در یک نقطه سیال فقط بوسیله مقدار جاری تنش برشی و در جهت عکس عمل می‌کند. بطور معکوس، می‌توان گفت که این سیالات هیچ حافظه‌ای برای پیشینه‌شان ندارند. بنابراین، رفتار برشی پایدار آنها توسط روابط زیر تعریف می‌شود:

(۴-۱)

یا، در فرم برعکس:

(۴-۲)

بر پایه فرم معادلات بالا، سه احتمال وجود دارد:
رفتار نازک برشی یا شبه‌پلاستیک^[۲۰]
رفتار ویسکوپلاستیک با یا فاقد رفتار نازک برشی^[۲۱]
رفتار ضخیم برشی یا رفتار دیلاتانت^[۲۲]
شکل ۴-۱ بصورت کیفی منحنی‌های جریان را در مختصات خطی برای سه دسته سیال بالا نشان می‌دهد.

شکل ۴-۱ منحنی‌های جریان کیفی برای انواع مختلف سیالات غیرنیوتنی

رفتار نازک برشی
این مدل احتمالاً پرکاربردترین نوع از رفتار سیالات غیرنیوتنی در کاربردهای مهندسی است. این مدل با یک ویسکوزیته ظاهری ( ) شناخته می‌شود که عموماً با افزایش نرخ برش کاهش می‌یابد. در سیستم‌های پلیمری (مذاب‌ها و محلول‌ها)، در نرخ‌های برش پایین، ویسکوزیته ظاهری یک شرایط نیوتنی را نشان می‌دهد که ویسکوزیته مستقل از نرخ برش است (ویسکوزیته برشی صفر، ).

(۴-۳)

بعلاوه، محلول‌های پلیمری نیز رفتار مشابهی در نرخ‌های برش بسیار بالا از خود نشان می‌دهند (ویسکوزیته برشی بی‌نهایت، )، یعنی:

(۴-۴)

۴-۴ محاسبه ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی و عدد ناسلت سیال غیرنیوتنی پایه
با داشتن دمای دیواره در هر نقطه از طول لوله و محاسبه دمای توده سیال در آن نقطه، ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی موضعی سیال به دست می‌آید. در شکل ۴-۴ منحنی‌های مربوط به این مقادیر برای سیال غیرنیوتنی پایه که در این تحقیق محلول ۵_/۰ درصد وزنی کربوکسی متیل سلولز در آب است برای سه عدد رینولدز ۳۰۰۰، ۴۵۰۰ و ۶۰۰۰ ترسیم شده است. این منحنی­ها از ورودی لوله و ناحیه توسعه یافته و انتهای لوله امتداد می­یابند. همان‌طور که مشاهده می‌شود با افزایش عدد رینولدز ضریب انتقال حرارت سیال افزایش یافته است.

( 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 ۴-۴ تغییرات ضریب انتقال حرارت موضعی سیال غیرنیوتنی پایه در طول لوله و اثر عدد رینولدز
شکل ۴-۵ تغییرات عدد ناسلت را در سه عدد رینولدز متفاوت برای سیال غیرنیوتنی پایه نشان می‌دهد. همان‌طور که ملاحظه می‌شود مطابق انتظار عدد ناسلت با افزایش رینولدز افزایش یافته است.

شکل ۴-۵ تغییرات عدد ناسلت موضعی سیال غیرنیوتنی پایه در سه رینولدز مختلف
۴-۵ تأثیر غلظت نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی و عدد ناسلت
در جدول ۴-۴ تا ۴-۶ و همچنین شکل ۴-۶ تا شکل ۴-۸ ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین محاسبه شده برای نانوسیال غیرنیوتنی حاوی ذرات ۳۰، ۶۰ و ۹۰ نانومتری اکسید مس با غلظت­های حجمی ۱، ۳ و ۴ درصد، در رینولدزهای ۳۰۰۰، ۴۵۰۰ و ۶۰۰۰ گزارش و ترسیم شده است.
جدول ۴-۴ و شکل ۴-۶ مقادیر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نانوسیالات حاوی ذرات اکسید مس به اندازه ۳۰ نانومتر را در رینولدزهای مختلف و همچنین غلظت‌های متفاوت نشان می­دهد.
جدول ۴-۴ مقایسه مقادیر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نانوسیالات حاوی ذرات اکسید مس به اندازه ۳۰ نانومتر

نوع سیال

Re=3000

Re=4500

Re=6000

سیال غیرنیوتنی با ۱ درصد اکسید مس

۴۵۸۵_/۳۱۴۶۶

۸۹۷۵_/۴۱۹۶۳

۹۶۸۶_/۵۱۲۵۵

سیال غیرنیوتنی با ۳ درصد اکسید مس

۵۸۹۳_/۳۶۷۱۰

۷۵۸۴_/۴۹۰۹۱

۵۸۷۵_/۶۰۰۹۶

سیال غیرنیوتنی با ۴ درصد اکسید مس

۶۴۶۸_/۳۸۹۸۶

۶۳۲۳_/۵۲۲۱۹

۲۱_/۶۳۹۳۸

شکل ۴-۶ اثر غلظت ذرات و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین برای ذرات با اندازه ۳۰ نانومتر
با افزایش غلظت نانوذرات با اندازه ذره ۳۰ نانومتر، از ۱ درصد به ۳ درصد در رینولدز ۳۰۰۰، ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین حدود افزایش می­یابد. به طور مشابه برای رینولدز ۴۵۰۰و ۶۰۰۰ ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین افزایش می­یابد. در غلظت ثابت ۱ درصد، با افزایش عدد رینولدز از ۳۰۰۰ به ۴۵۰۰ ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین افزایش و با افزایش عدد رینولدز از ۴۵۰۰ به ۶۰۰۰ نیز ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین افزایش می­یابد.
جدول ۴-۵ و شکل ۴-۷ مقادیر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نانوسیالات حاوی ذرات اکسید مس به اندازه ۶۰ نانومتر را در رینولدزهای مختلف و همچنین غلظت‌های متفاوت نشان می­دهد.
جدول ۴-۵ مقایسه مقادیر ضریب انتقال حرارت جا به ­جایی میانگین نانوسیالات حاوی ذرات اکسید مس به اندازه ۶۰ نانومتر

شکل۱-۴ مکانیزم تولید بار در سلولهای آلی.]۵[

۱-۴ انواع معماری سلول‌های فتوولتایی آلی

روش ساخت سلولهای آلی بسیار ساده است.اساس ساخت لایه نشانی در مقیاس نانو است.از جمله روش های مهم
Spray-Spin Coating-Printing-Sol gel است . می توان مراحل مختلف ساخت را با ابزارهای محاسباتی شبیه سازی کرد و شرایط مختلف ساخت را بررسی کرد . یکی از مشکلات اصلی سلولها مشکل طول عمر و چسبندگی مواد و لایه های مختلف است.اساس لایه نشانی میزان چسبندگی لایه ها به هم است.هر چه این چسبندگی بیشتر باشد عمر سلول و بازده آن افزایش می یابد . این چسبندگی به دما بسیار حساس است پس یافتن اثرات دما بر ساختار سلول بسیار مهم است. سلول‌های فتوولتایی آلی را از لحاظ معماری می‌توان به چهار گروه تقسیم نمود:

۱-۴-۱ معماری تک‌لایه

ساده‌ترین و پرکاربردترین قطعه‌ی نیمه‌رسانای آلی یک دیود تونلی فلز-عایق-فلز (MIM)است.در این نوع از سلول، الکترودهای فلزی دارای تابع کار متفاوت هستند. (شکل‏۱-۵).

شکل‏۱-۵ سلول آلی با معماری تک لایه.]۶[
این معماری ساده ترن نوع است. این سلول از آند و کاتد به همراه یک پلیمر مزدوج به عنوان محیط فعال ساخته شده.در اثر جذب فوتون توسط پلیمر ، اگزیتون تولید می شود .این اگزیتون هنگام رسیدن به آند و کاتد تجزیه شده و حاملهای بار جدا می شوند.این معماری بسیار ساده است ولی بازده بسیار پایینی دارد.چون طول پخش اگزیتون کم است ،قبل از رسیدن به آند و کاتد از بین می رود.

۱-۴-۲ معماری دولایه‌ی

در این نوع دو لایه از دونوع ماده آلی متفاوت در مجاورت یکدیگر قرار دارند. به همین دلیل این نوع معماری را دولایه‌ی می‌نامند. در۱-۶ شکل طرح شماتیکی از سلول ارائه شده است که در آن نحوه قرار گرفتن لایه‌ها و مولکول‌های مواد دهنده‌ی الکترون و پذیرنده‌ی الکترون نشان داده شده است.]۷[

شکل ۱-۶ طرح شماتیک سلول فتوولتایی تخت دولایه.]۷[
تفاوت این معماری با تک لایه در این است که بعد از تولید اگزیتون در ماده دهنده ،این اگزیتون به مرز جدایی زودتر رسیده و قبل از نابودی ،تجزیه می شود .ولی باز بازده کم است ،چون به اندازه کافی اگزیتون به مرز جدایی نمی رسد.

۱-۴-۳ معماری ناهمگون حجمی

در این نوع معماری دو ماده‌ی آلی در یکدیگر نفوذ می‌نمایند و در بخشی از ساختار به جای دو لایه‌ی تخت مجزا یک مخلوط از دو ماده داریم. به این ترتیب سطوح مشترک دو ماده افزایش یافته و در صورت تشکیل مناسب فازها در مخلوط، هر اگزیتون تشکیل شده در ماده‌ی جاذب نور امکان رسیدن به مرز مشترک دهنده/پذیرنده را پیش از نابودی خواهد داشت. شکل ۱-۷ طرحی از یک قطعه با این معماری و نمودار نوار انرژی آن را نشان می‌دهد.

شکل ۱-۷ طرح شماتیکی از سلول فتوولتایی ناهمگون حجمی]۸[.

۱-۴-۴ معماری چندپشته

رویکردی دیگری که به افزایش کارآیی سلول‌های فتوولتایی آلی منجر می‌گردد استفاده از معماری چندپشته (Tandem) است. از قطعاتی که با این معماری ساخته می‌شوند تحت عنوان سلول‌های فتوولتایی چنداتصالی نیز یاد می‌شود. در این ساختارهای چندلایه‌ای هر نیمه‌رسانا (کانی یا آلی یا ترکیبی از هردو) یک گاف نوار انرژی مشخص خواهد داشت که در اطراف یک طول موج خاص بیشترین میزان جذب را دارا است. نیمه‌رساناها باید طوری انتخاب شوند که تقریباً تمام طیف خورشید را جذب نمایند. ترتیب لایه‌ها به شکلی است که لایه‌ی دارای بزرگترین گاف نوار در بالا قرار می‌گیرد. نخستین اتصال تمام طیف را دریافت می کند. فوتون‌هایی که دارای انرژی بیشتر از گاف نوار اتصال اول هستند در لایه‌ی نخست جذب می‌شوند. فوتون‌های با انرژی کمتر از گاف نوار لایه‌ی نخست به لایه‌های پایین‌تر میروند تا در آنها جذب شوند.در شکل۱-۸ نمونه ای از این سلولها نشان داده شده.
شکل ۱-۸ ساختاری از معماری چند پشته برای سلولهای آلی.]۸[
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۱-۵ کاربرد نانو مواد در سلولهای آلی

امروزه استفاده از مواد کربنی نانویی به عنوان مواد گیرنده در محیط فعال سلولهای آلی بسیار متداول شده.]۹[-]۱۰[-]۱۱[
مواد نانویی داری خواص جالبی هستند. یکی از مشکلات مهم سلولها طول عمر و چسبندگی لایه ها به هم است.تحقیقات امروزی نشان می دهد که با افزایش نانو لوله های کربنی عملکرد سلول از جنبه بازده و پایداری افزایش یافته . ولی کدام نوع از نانو لولهای کربنی برای یک سلول آلی مناسب است ؟ در ادامه برخی از خواص مهم نانو لوله های کربنی را ذکر می کنیم.
نانو لوله های کربن CNTs ساختار یک بعدی کربن هستند. یک نانو لوله تک دیواره کربن SWNT یک ورق کربن به ضخامت یک اتم است که به صورت یک استوانه یکپارچه که قطر آن از مرتبه نانو متر است، در آمده است. در نتیجه نانو لوله های کربن ساختار های بسیار ریزی ( در ابعاد نانو متر ) هستند که نسبت طول آنها به قطرشان به ۱۰۰۰۰ میرسد. چنین مولکولهای استوانه ای کربن دارای خواص بدیعی هستند که کاربرد وسیع آنها را در فن آوری نانو ، الکترونیک، اپتیک و دیگر زمینه های علم مواد ممکن می سازد. نانو لوله های کربن دارای استحکام فوق العاده بالا بوده و خواص الکترونیکی بی همتایی دارند و رسانای خوب گرما هستند.نانو لوله های کربن از ترکیبات با ساختار فلورن هستند که شامل باکی بال ها نیز می شود با این تفاوت که نانو لوله ها استوانه ای شکل هستند که حداقل یک سر آنها با نیم کره ای با ساختار باکی بال بسته شده است. در حالیکه باکی بال ها همان گونه که از نام آنها بر می آید، کروی شکل اند.نام نانو لوله های کربن از اندازه آنها گرفته شده است، چرا که قطر یک نانو لوله از مرتبه چند نانو متر است ( نزدیک به ۵۰۰۰۰ بار کوچکتر از تار موی انسان) در حالیکه طول آن می تواند به چند میلی متر برسد. به طور کلی نانو لوله های کربن به دو گروه تقسیم می شوند: نانو لوله های تک دیواره(SWNTs) و نانو لوله های چند دیواره(MWNTs).
ماهیت پیوند های شیمیایی یک نانو لوله با بهره گرفتن از شیمی کوانتومی و به طور مشخص با بهره گرفتن از هیبریداسیون اوربیتال ها توصیف می شود. پیوند های شیمیایی نانو لوله ها از پیوند های sp² تشکیل شده است که شبیه به ساختار پیوندی در گرافیت می باشد. نانو لوله های کربن می توانند با بهره گرفتن از نیرو های وان در والس به صورت رشته ( ریسمان ) در بیایند.نانو لوله های کربن تحت فشار زیاد می توانند برخی از پیوند های sp² را به پیوند های sp³ تبدیل کرده و امکان تشکیل نانو لوله هایی با طول نامحدود را فراهم سازند. با چرخش یک لایه گرافین می توان نانو لوله تولید کرد.بر اساس نوع چرخش انواع متنوعی از نانو لوله ها تولید می شود.در شکل۱-۹ نحوه تولید دیده می شود.

شکل ۱-۹ تولید نانو لوله کربنی از پیچش گرافین.
نانو لولها دارای خواص فیزیکی جالبی هستند از جمله:
استحکام:نانو لوله های کربن با توجه به مقاومت ( استحکام ) کششی و مدول الاستیک آنها یکی از مستحکم ترین و سخت ترین مواد شناخته شده هستند. این استحکام نتیجه ای از پیوندهای کووالانسی sp² که بین اتم های کربن تشکیل شده اند می باشد. استحکام کششی نانو لوله های چند دیواره ۶۳ GPa گزارش شده است. در حالیکه فولاد (carbon-steel) دارای استحکام کششی نزدیک به ۱٫۲ GPaاست . نانو لوله های کربن دارای مدول الاستیک بسیار بالا از مرتبه ۱ TPa هستند این در حالی است که نانو لوله های کربن دارای چگالی ۱٫۳-۱٫۴ g/cm3 هستند که برای یک جامد مقدار کمی است.
رسانش :به طور نظری نشان داده شده است که نانو لوله های کربنی که دارای خواص فلزی باشند می توانندجریان های الکتریکی حمل کنندکه چگالی آنها ۱۰۰۰ برابر بزرگتر از آنچه فلزات نقره و مس حمل می کنند، است.
گرمایی: انتظار می رود که همه انواع نانو لوله های کربن رساناهای بسیار خوب گرما باشند.پیش بینی شده است که نانو لوله های کربن می توانند تا ۶۰۰۰ W/mK گرما را در دمای اتاق عبور دهند در حالیکه مس میتواند تنها ۳۸۵ W/mK گرما را در شرایط مشابه عبور دهد.
ترابرد تک بعد:در نانو لوله های کربن به دلیل دارا بودن ابعاد نانو، ترابرد الکترون تنها از طریق اثرات کوانتومی امکان پذیر است و تنها در راستای محور تیوب انجام می شود.که این ویژگی مشابه همان چیزی است که در سیم های کوانتومی (quantum wires) رخ می دهد. به دلیل وجود همین ویژگی است که نانو لوله های کربن را می توان سیستم های تک بعدی در نظر گرفت.
ویژگی های الکترونیکی نانو لوله های کربنی:نانو لوله های کربنی دارای دو نوع اوربیتال هستند. اوربیتال های پیوند سیگما (σ) که در واقع پیوند اتمی است که اتمهای کربن را در ساختار لانه زنبوری دیواره نانولوله به هم می پیوندد واوربیتال پای (π) که عمود بر سه اوربیتال سیگما قرار دارد و تک الکترون موجود در آن تقریباٌ آزادانه حرکت می کند. این الکترون های پای موجب جاذبه واندروالس ضعیف بین نانو لوله های مختلف می شوند. اوربیتال های سیگما به دلیل فاصله زیادی که از سطح فرمی دارنددر واقع نمی توانند نقش مهمی در خواص ترابردی و جذب اپتیکی (در محدوده انرژی مرئی) نانولوله ها ایفا کنند .

دینامیک مولکولی

اهداف فصل:آشنایی با انواع مختلف ابزارهای محاسباتی از جمله MD -DFT است.
یکی از روش های متداول بررسی پدیدهای فیزیکی در مقیاس ماکروسکوپیک ، استفاده از معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی است (PDE) . از جمله این معادلات ، معادلات سیالات ، مقاومت مصالح ، الکترومغناطیس ، امواج ،پیزو الکتریک و … است . روش های زیادی برای حل PDE وجود دارد از جمله جداسازی متغیر ها، ماندهای وزنی،تفاضل محدودFDM))‍ ،المان محدود (FEM) و حجم محدود.در تمام این معادلات ، ثابتهای وجود دارد. این ثابتها را می توان از تجربه یا محاسبات بدست آورد. هدف این پایان نامه فقط روش های محاسباتی است .برای محاسبه این ثابتها ، باید به دنیای اتمها و مولکولها رفت و از مکانیک کلاسیک برای این دنیا استفاده کرد. این روش همان دینامیک مولکولی است (MD) . ولی برای استفاده از مکانیک کلاسیک، باید نیروهای بین اتمی مشخص باشد .برای محاسبه این نیروها باید به دنیای الکترونها رفت و معادلات کوانتوم را بکار برد.این شاخه از فیزیک تحت عنوان فیزیک سیستمهای چند ذره ای معروف است.برای نوشتن معادلات کوانتوم به ثابت های دیگری نیازمندیم.برای محاسبه این ثابتها به سراغ الکترودینامیک کوانتومی رفته (QED).این روش حالت خاصی از مدل استاندارد ذرات بنیادی است.مدل استاندارد دارای مشکلاتی بوده ،از جمله اتحاد نیروها و ۲۶ ثابت تجربی ، از این رو به سراغ مدل ریسمان رفته.در مدل ریسمان فقط طول ریسمان ثابت معادلات است و تمام خواص فیزیکی از این طول بدست می آید .به این روش متداول محاسبه خواص و پدیدهای فیزیکی روش شبیه سازی چند مقیاسی (Multi Scaling Simulation) گفته می شود.در این پایان نامه روش های MD,DFT بیان می شود.

۲- ۱شبیه سازی مولکولی

شبیه‌سازی مولکولی یک مفهوم کلی است که شامل مونت کارلو (MC) و دینامیک مولکولی (MD) است. علاقه‌مندی اولیه برای شبیه‌سازی مولکولی به دلیل ایجاد نتایج دقیق برای مسائل مکانیک آماری دارای برتری و رجحان نسبت به روش های حل تقریبی است. ویژگی که باعث تمایز شبیه‌سازی مولکولی از روش های محاسباتی دیگر می‌شود این است که مختصات مولکولی سیستم مطابق با محاسباتی از نیروها و انرژیهای درون مولکولی بیرون می‌آید. شبیه‌سازی مولکولی را می‌توان به عنوان مکانیک آماری محاسباتی توصیف کرد. این محاسبات به ما توانایی تعیین خواص ماکروسکوپی را دقیقاً با بهره گرفتن از یک مدل تئوری حاصل از یک برنامه کامپیوتری را می‌دهد.نتایجی که از شبیه‌سازی مولکولی بدست می‌آید به ماهیت مدلی که استفاده می‌شود بستگی دارد. مقایسه نتایج شبیه‌سازی با داده‌های آزمایشگاهی یک آزمایش تعیین‌‌کننده دقت مدل است. اختلاف بین این دو می‌تواند به معنی عدم پذیرش مدل توصیف‌کننده رفتار مولکولی باشد.
مزیتهای شبیه‌سازی مولکولی بسیار زیاد است. در بسیاری از موارد انجام آزمایشی در آزمایشگاهها با سختیهای زیاد در طراحی و مواد انتخابی همراه است. از طرفی شبیه‌سازی مولکولی انعطاف‌پذیری بالایی برای محدوده گسترده‌ای از شرایط دمایی و فشار و … دارد. پارامترهای مورد استفاده را می‌توان به آسانی در یک الگوریتم و برنامه مورد استفاده تغییر دارد در حالی که در آزمایشگاه این کار به آسانی صورت نمی‌گیرد]۱۲[
یکی دیگر از روش های شبیه سازی مولکولی ،روش مونت کارلو است. این روش یک استراتژی اتفاقی بر پایه احتمال است به منظور شبیه‌سازی سیالات، انتقال بین دو حالت یا پیکربندی مختلف با بهره گرفتن از

سیال محرک اجکتور که می ­تواند آب، بخار و یا هوا باشد، وارد نازل اجکتور می­ شود. در بخش همگرای نازل، با کاهش سطح مقطع، سرعت سیال افزایش می­یابد. نازل می ­تواند از نوع همگرا یا همگرا-واگرا باشد. قطر قسمت انتهایی نازل همگرا بگونه­ای طراحی می­ شود که با توجه به میزان فشار ورودی سیال و فشار پایین دست آن، سرعت خروجی سیال به بیشترین مقدار ممکن برسد. چنانچه نازل از نوع همگرا-واگرا باشد، سیال پس از گلوگاه وارد قسمت واگرای نازل می­ شود و چنانچه قبلاً گفته شد، اگر سرعت سیال به سرعت صوت برسد، با افزایش سطح مقطع، سرعت سیال افزایش می­یابد. این امر باعث می­ شود فشار در بخش خروجی نازل به حداقل خود رسیده و ایجاد خلأ نسبی و در نتیجه ایجاد مکش کند.
در بخش محفظه اجکتور، بلافاصله پس از نازل، بخش مکش قرار دارد. سیالی که مورد مکش قرار می­گیرد از بخش مکش به سمت اجکتور کشیده شده و با سیال محرک پر سرعت مخلوط می­ شود. پس از اختلاط سیال محرک با سیال مکش، سرعت سیال مخلوط همچنان بالا می­باشد و اگر سیال با همین سرعت بالا از اجکتور خارج گردد، موجب صدمه و آسیب به تجهیزی که بعد از اجکتور قرار گرفته است، می­ شود. بنابراین به نوعی باید این انرژی سرعتی بالا را به انرژی فشاری تبدیل نمود. این عمل در بخش دیفیوزر اجکتورها انجام می­ شود.

(( 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. ))

دیفیوزر اجکتورها به دو صورت طراحی می­شوند :
در نوع اول، دیفیوزر تنها دارای یک بخش واگرا می­باشد. این نوع دیفیوزرها هنگامی بکار می­روند که سرعت سیال اختلاط مادون صوت باشد. بدین ترتیب، سرعت سیال اختلاط هنگام عبور از بخش واگرای دیفیوزر، با افزایش سطح مقطع، کاهش یافته و فشار افزایش می­یابد. در خروجی دیفیوزر بیشتر انرژی مخلوط سیال محرک و مکش یافته، بصورت انرژی فشاری می­باشد.
در نوع دوم، دیفیوزر دارای سه بخش همگرا، گلوگاه یا بخش سطح مقطع ثابت و واگرا می­باشد. این نوع دیفیوزرها هنگامی بکار می­روند که سرعت سیال اختلاط (سیال مکش و سیال محرک) ماورای صوت باشد. بدین ترتیب، بدلیل خاصیت سیال ماورای صوت، سرعت سیال اختلاط، هنگام عبور از بخش همگرای دیفیوزر، با کاهش سطح مقطع، کاهش می­یابد و انرژی سرعت آن به انرژی فشار تبدیل می­گردد. بخش سطح مقطع ثابت دیفیوزر همواره به گونه ­ای طراحی می­ شود تا با ایجاد امواج شوک سرعت سیال را کاهش داده و فشار آن بطور ناگهانی افزایش یابد. در نتیجه سیال از حالت ماورای صوت، به مادون صوت می­رسد. بدین ترتیب در قسمت واگرای دیفیوزر، با افزایش سطح مقطع، سرعت سیال کاهش یافته و فشار افزایش می­یابد. در خروجی دیفیوزر بیشتر انرژی مخلوط سیال محرک و مکش یافته، بصورت انرژی فشاری بوده و در نتیجه از اجکتور خارج و وارد تجهیز بعدی می­شوند. مقدار فشار سیال خروجی­­، بین فشار سیال محرک و فشار سیال مکش یافته می­باشد.
شکل ۲-۲ تغییرات سرعت و فشار استاتیک را در طول اجکتور نشان می دهد. سیال اولیه با فشار زیاد (P_p) وارد نازل اولیه که یک نازل همگرا واگرا است می شود، و سپس در این نازل شتاب می گیرد تا در خروجی نازل، جریان به سرعت ما فوق صوت برسد. سیال اولیه در نازل اجکتور، تا فشار (P₂)به صورت ایزنتروپیک منبسط می شود و با سیال ثانویه در فشار ثابت و در محفظه اختلاط، مخلوط می گردد. اختلاط تا قبل از ورود به ناحیه قطر ثابت کامل می شود و سیال مخلوط شده با همان فشار (P₃ = P₂) با سرعت مافوق صوت به ناحیه قطر ثابت وارد می گردد. در این ناحیه بواسطه حضور یک شوک قائم، که اثر تراکمی قوی بر سیال دارد، فشار تا (P₅) افزایش می یابد و سیال با سرعت مادون صوت به دیفیوزر وارد شده، تا (P_c) متراکم می گردد.

شکل ۲-۲ نمودار تغییرات سرعت و فشار در طول اجکتور [۲]
۲-۳ ساختار اجکتور
چنا­نچه قبلاً ذکر شده، اجکتور­ها بخش متحرکی نداشته و شامل دو قسمت مهم نازل و دیفیوزر می­باشند. جهت طراحی اجکتور می­بایست سایز نازل سیال محرک، طول دیفیوزر و قطر گلوگاه آن محاسبه گردد. تعیین دقیق این پارامترها با توجه به فشارهای ورودی سیال محرک و سیال مکش یافته، فشار خروجی سیال مخلوط و دبی جرمی سیال­ها انجام می­پذیرد. بطور مثال چنانچه طول دیفیوزر کمتر از مقدار صحیح آن محاسبه شود، در قسمت واگرای دیفیوزر و در نزدیک دیواره، پدیده جدایش ایجاد می­ شود. وجود پدیده جدایش که جدا شدن سیال از بدنه اجکتور می­باشد، سبب می­ شود، مقدار کمتری از سیال مکش یافته، مکش شود و در نتیجه اجکتور، ظرفیتی کمتر از حالت عادی خود خواهد داشت.
از آنجا که عملکرد یک اجکتور به فاکتور­هایی چون سطح مقطع نازل سیال محرک و گلوگاه ونتوری، فشار سیال محرک، فشار مکش، فشار خروجی، نسبت گرماهای ویژه، وزن­های مولکولی و دمای سیال مکش یافته و سیال محرک بستگی دارد، لذا برای تعیین سایز اجکتور از نمودار­ها و شکل­هایی استفاده می­ شود که با توجه به فشار مکش یا در واقع خلأ مورد­ نیاز، فشار خروجی و فشار سیال محرک، مقدار بهینه نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل را جهت طراحی اولیه می­دهد. یک نمونه از این نمودار­ها در شکل ۲-۳ مشاهده می­ شود.

شکل ۲-۳ منحنی­های طراحی برای اجکتورهای تک­مرحله­ ای [۳]
۲-۳-۱ تعیین نسبت سطح مقطع گلوگاه دیفیوزر به گلوگاه نازل
شکل ۲-۳، برای تعیین نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل اجکتور، تا نسبت­های تراکم ۱۰ و تا نسبت سطوح ۱۰۰ بکار می­رود. برای مثال فرض می­کنیم می­خواهیم هوایی با فشار ۹۴/۲ را با بخاری که دارای فشار ۱۰۰ است، بوسیله یک اجکتور تخلیه کنیم طوریکه در نهایت فشار خروجی به ۷/۱۴ برسد. بدین ترتیب۵/۰P_o3/P_ob= (نسبت فشار سیال خروجی به فشار مکش یا همان نسبت تراکم) و۰۲۹۴/۰P_ob/P_oz= (نسبت فشار سیال مکش یافته به فشار سیال محرک) می­باشد. از تقاطع این دو نقطه بر روی نمودار، مقدار بهینه نسبت سطح­ها، بین منحنی­های ۱۰ و ۱۵ بدست می ­آید که می­توان مقدار تقریبی ۱۲ را برای آن ذکر کرد. بصورت افقی حرکت کرده تا به منحنی ۱۲ در سمت چپ شکل برسیم. با تقاطع این نقطه و محور افقی، مقدار بصورت تقریبی ۱۵/۰ بدست می ­آید. بدین معنا که هر بخار قادر است ، ۱۵/۰ هوای مکش یافته را مکش نماید.
(Entrainment Ratio) یکی از پارامتر­های مهم اجکتور بوده و بصورت نسبت دبی سیال مکش شده به دبی سیال محرک تعریف می­ شود. در واقع بهترین اجکتور، اجکتوریست که با توجه به نوع سیال­های مورد استفاده و شرایط ترمو­دینامیکی آنها ، بیشترین مقدار ر ایجاد کند و هدف اصلی در طراحی بهینه اجکتور، ماکزیمم کردن این مقدار به ازای ثابت ماندن سایر شرایط است.
البته عدد حاصل با فرض اینکه نسبت وزن مولکولی سیال محرک و مکش یافته برابر یک بوده و دمای این دو سیال نیز برابر باشد، بدست آمده است. لذا با بهره گرفتن از فرمول زیر، عدد بدست آمده را می­بایست تصحیح نمود.

۲-۳

که در اینجا:
: وزن مولکولی سیال مکش یافته
: وزن مولکولی سیال محرک
: دمای سیال مکش یافته
: دمای سیال محرک
: دبی جرمی سیال مکش یافته
: دبی جرمی سیال محرک
۲-۴ انواع اجکتور­ها
۲-۴-۱ انواع اجکتور­ها از نظر سیال محرک
اجکتور­ها بر اساس اینکه در آنها از چه سیالی بعنوان سیال محرک، استفاده می­ شود، به سه دسته تقسیم می­شوند:
۱- اجکتور­های بخار ۲- اجکتور­های آب یا سایر مایعات فرایندی ۳- اجکتور­های هوا
عموماً برای کاربرد­هایی که نیاز به خلأهای بالا می­باشد و یا میزان بار ورودی به اجکتور زیاد است، از اجکتور­های بخار استفاده می­ شود. ترموکمپرسور، هیتر، دی سوپر­هیتر و سیفونها از جمله اجکتور­های بخار می­باشند. در کاربرد­هایی که مواد خورنده وجود ندارند جنس این اجکتور­ها از فولاد ضد زنگ، فولاد ­کربن و یا چدن است. اما در مواردی که نیاز است اجکتور در مقابل مواد خورنده مقاوم باشد، از آلیاژهای مونل، هسنلوی،PVDF ،PTFE ، گرافیت و غیره در ساختار اجکتور استفاده می­ شود.
اجکتور­های هوا برای ایجاد خلأهای پایین مورد استفاده قرار می­گیرند و از آنجا که سیال محرک مورد استفاده در آنها هوا می­باشد، لذا بیشتر در مواردی کاربرد دارند که نیاز به تهویه و یا تزریق هوا یا اکسیژن به یک محیط بسته مورد­نظر است.
برای ایجاد خلأهای پایین و در کاربرد­هایی که نیاز است، ذرات آلودگی موجود در بخارات و یا گاز­ها قبل از ورود به اتمسفر، حذف شوند، از اجکتور­های آب و مایعات فرایندی استفاده می­ شود. اجکتور کندانسور، گاس اسکرابر و ادکتور از جمله این نوع اجکتور­ها می­باشند. این نوع اجکتور­ها معمولاً در ترکیب با یک پمپ جهت سیرکولاسیون آب با یا مایع فرایندی اجکتور به کار می­روند.
۲-۴-۲ انواع اجکتور از نظر کاربرد
۲-۴-۲-۱ ایجاد خلأ
فرایند­هایی چون تقطیر و تبخیر که می­توانند تحت خلأ انجام شوند دارای کاربرد­های زیادی در صنعت می­باشند. زمانیکه سیال فرایندی حاوی هیدرکربن­های سنگین باشد، نقطه جوش ترکیب نسبتاً بالا می­رود و لذا انرژی بیشتری برای تقطیر آن مورد نیاز می­ شود. از طرف دیگر، مقاومت مواد هیدروکربنی در مقابل حرارت­های زیاد، کم بوده و مورد تجزیه شدن قرار می­گیرند. برای رفع این مشکل فرایند تقطیر، در فشار خلأ نسبی انجام می­ شود. در این صورت مواد در دمایی پایین­تر از نقطه جوش معمولی خود به جوش آمده و علاوه بر اینکه به انرژی و دمای کمتر نیاز است، مولکولها نیز تجزیه نمی­شوند. تبخیر تحت خلأ نیز دقیقاً مزایای تقطیر خلأ را دارد. بدین ترتیب که برای تغلیظ خوراکهایی که مواد موجود در آنها نسبت به دمای بالا حساس هستند، عمل تبخیر در خلأ انجام می­گیرد، تا مواد در دمایی پایین­تر از نقطه جوش معمولی، به جوش آیند.
از جمله مهمترین کاربرد­های اجکتور برای ایجاد خلأ می­توان به ایجاد خلأ در برج خلأ واحد تقطیر پالایشگاه نفت اشاره نمود.

در این روش وزنه­ای از ارتفاع مشخص سقوط آزاد نموده و در اثر برخورد به زمین انرژی خود را به زمین منتقل کرده و باعث متراکم شدن خاک می­ شود. این عمل با تکرار کوبیدن زمین توسط وزنه انجام می­ شود. عکس­العمل خاکها در طی تراکم دینامیکی با توجه به نوع خاک و انرژی وارده متفاوت است. درک وسیع و گسترده از رفتار خاک همراه با روش های مختلف تراکم برای مفید واقع شدن بهسازی زمین اساسی است. با وجود کاربرد گسترده این روش اساس طراحی آن هنوز تجربی یا نیمه تجربی است و فرآیندهای درگیر در مسئله به طور کامل مشخص نشده است. از آنجا که این روش هزینه­ های پی سازی ساختمانهای واقع در زمینهای سست را به شدت کاهش می­دهد لذا از دیدگاه اقتصاد کلان مملکتی تحقیق در زمینه شناسایی و جنبه های فنی و اجرایی این روش ضرورت دارد.

( 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. )

۱-۳- اهداف و روش تحقیق
تراکم دینامیکی یک روش تجربی بوده و برای هر محل بر اساس مشخصات زمین آن محل و امکانات در دسترس، مؤثرترین و اقتصادی ترین الگو انتخاب می­ شود. در این تحقیق جهت بررسی و تعیین الگوی بهینه عملیات تراکم دینامیکی، پروژه انجام گرفته در بندر بوشهر بصورت عددی شبیه سازی شده است.
بدین منظور برای آَشنایی بیشتر با روش تراکم دینامیکی این تحقیق در پنج فصل انجام شده است. در فصل اول مقدمه­ای درباره ضرورت بهسازی خاک و روش­های مختلف آن بیان شده است. در فصل دوم در مورد روش تراکم دینامیکی، مبانی تئوری آن و مسائل مختلف اجرایی مرتبط با آن به اجمال سخن گفته شده است. فصل سوم به چگونگی مدلسازی با روش تفاضل محدود اختصاص یافته است. در فصل چهارم نتایج محاسبه شده در مدلسازی عددی با نتایج اندازه گیری شده در پروژه مجتمع کشتی سازی شهید محلاتی بندر بوشهر مقایسه شده است و تطابق خوبی بین این دو نتایج مشاهده شد. همچنین پارامترهای مختلف ژئومکانیکی مؤثر بر تراکم دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل پنجم خلاصه نتایج حاصل از مدلسازی عددی و همچنین پیشنهاداتی جهت مطالعات بعدی ذکر شده است.
فصل ۲
مروری بر منابع
۲-۱ مقدمه
یکی از روش­های بهسازی عمیق خاک تراکم دینامیکی است. این عمل با تکرار کوبیدن زمین به وسیله وزنه­ای که از ارتفاع مشخص سقوط آزاد می­ کند انجام می­ شود. عکس العمل خاکها در طی تراکم دینامیکی با توجه به نوع خاک و انرژی وارده متفاوت است. درک وسیع و گسترده از رفتار خاک همراه با روش­های مختلف تراکم برای مفید واقع شدن بهسازی زمین اساسی است.
۲-۲ تاریخچه
متراکم کردن ماسه­های سست بوسیله سقوط آزاد وزنه قدمت زیادی دارد. از این روش ابتدا چینی­ها و سپس رومی­ها استفاده کردند [۴]. اما اولین منبع انتشار یافته در این زمینه پروژه­ای در آلمان بود. بکارگیری وزنه­های سنگین از سال ۱۹۷۰ در فرانسه توسط منارد آغاز شد. در طی دو دهه گذشته تراکم دینامیکی (که به آن متراکم کردن به وسیله­ ضربه (کوبش سنگین و تحکیم دینامیکی گفته می­ شود) بعنوان یک روش قابل قبول جهت بهسازی زمین در محل شناخته شده است [۵].
این روش بعنوان یک روش اقتصادی تر جهت آماده کردن زمین برای استفاده از پی های کم عمق می­باشد چراکه استفاده از پی­های عمیق، گودبرداری، جابجایی خاک و پیش بارگذاری و یا اضافه کردن موادی به زمین متحمل هزینه­ های بیشتر می­ شود. از این روش در پروژه­ های مختلف مهندسی نظیر ساختمان سازی، احداث بزرگراه و فرودگاه، احداث سازه در مناطق ساحلی نظیر تعمیرگاه و کارخانه کشتی سازی، کاهش پتانسیل روانگرایی در خاکهای ماسه­ای، استفاده می­ شود.
۲-۳ مبانی تئوری تراکم دینامیکی
۲-۳-۱ تئوری تراکم دینامیکی در خاکهای دانه­ای
برای بررسی رفتار ماسه حالت ساده­ای که شامل تعداد ذرات ماسه کروی و یکنواخت است در نظر گرفته می­ شود. ذرات در سست­ترین حالت آرایش مکعبی و در متراکم ترین حالت آرایش لوزی شکل دارند [۵].
با توجه به اینکه نهشته های طبیعی یکنواخت نیستند اما بررسی­ها نشان داده است که حداقل و حداکثر نسبت پوکی آنها اختلاف زیادی با آرایش یکنواخت ندارند، بنابراین امکان مشابه سازی روشی با دانه­ های یکنواخت جهت رسیدن از یک حالت سست به یک حالت متراکم وجود دارد [۵].
فرض کنید تنش تراکمی یکنواختی مشابه تنش همه جانبه به جسمی که در آن فرو رفته است به ذرات با آرایش مکعبی وارد شود. در این حالت هیچگونه تغییری در آرایش ذرات صورت نگرفته و نسبت پوکی ثابت می­ماند. اما با اعمال نیروی برشی یکنواخت ذرات به حداقل تخلخل می­رسند (شکل ۲-۱)[۵].
شکل (۲-۱) تنش برشی عامل تراکم در خاکهای دانه­ای
با توجه به اینکه ارتعاش باعث القاء تنش برشی و در نتیجه تغییر شکل برشی می­گردد لذا عکس­العمل ذرات به ارتعاش مشابه زمانی است که نیروی برشی یکنواختی به آنها وارد شود که باعث می­ شود ذرات به حداقل پوکی برسند. برای روشن شدن موضوع نحوه انتشار امواج در اثر بارگذاری در سطح توضیح داده می­ شود.
هنگامی که بار دینامیکی ناشی از ضربه به طور ناگهانی به جسم وارد می­ شود تمام جسم در یک لحظه متأثر نخواهد شد. قسمتی از جسم که به منبع تولید بار نزدیکتر است ابتدا متأثر شده و تغییر شکل­های ایجاد شده به علت بهم خوردگی و اغتشاش جسم به شکل امواج تنش در سایر نقاط جسم منتشر می­ شود.
در زمین همگن، ایزوتروپ و الاستیک اگر ناگهان در نقطه­ای نزدیک سطح بار دینامیکی وارد شود، سه موج الاستیک با سرعت­های متفاوت از محل ضربه به خارج انتشار می­یابد. دو موج به عنوان امواج پیکره­ای هستند که به صورت جبهه­های کروی انتشار یافته و خیلی کم تحت تأثیر سطح آزاد زمین قرار می­گیرند. سومین موج سطحی است و دامنه آن به سرعت با عمق کاهش می­یابد. دو موج پیکره­ای با هم متفاوت هستند. موجی که سریعتر حرکت می­ کند موج اولیه (P)، طولی یا فشاری نامیده می­ شود. این موج سبب حرکت ذرات در راستای انتشار می­ شود ولی موج کندتر یا موج برشی یا ثانویه (S) باعث حرکت ذرات در جهت عمود بر راستای انتشار می­گردد. این موج به دلیل طبیعت برشی در سیالات انتشار نمی­یابد.
هر سه موج همچنانکه به سمت خارج حرکت می­ کنند حجم بیشتری از مصالح را متأثر می­ کنند. بنابراین شدت انرژی هر موج با فاصله گرفتن از منبع انتشار آن کاهش می­یابد. دامنه ارتعاشات امواج پیکره­ای به نسبت (r فاصله از منبع تولید موج است) کاهش می­یابد این در حالی است که کاهش دامنه ارتعاشات در سطح به نسبت است. کاهش دامنه امواج سطحی (امواج رایلی) به نسبت است [۵].
(شکل ۲-۲) نحوه انتشار امواج در یک محیط پیوسته، همگن و ایزوتروپ در اثر بارگذاری دینامیکی ناشی از ضربه [۵]
در خاک­های اشباع موج P که تراکمی است از فاز سیال عبور می­ کند و باعث افزایش فشار آب منفذی شده و به دلیل حرکت کششی-فشاری^[۶] باعث تغییر در اسکلت خاک می­­شود. موج S که موج برشی است از دانه­ای به دانه دیگر به کندی عبور کرده و باعث قرار گیری ذرات در وضعیت متراکم­تر می­گردد و موج رایلی که زیر سطح و به موازات آن حرکت می­ کند نقشی مشابه موج برشی دارد [۵]. بنابراین در اثر بارگذاری دینامیکی موجی جهت القاء تنش برشی به ذرات وجود دارد. نتیجه این بارگذاری، تنش برشی همراه با تنش قائم ناشی از سربار، چرخش و انتقال دانه­ها از یک وضعیت سست مشابه آرایش مکعبی به یک وضعیت متراکم مشابه آرایش لوزی شکل می­باشد. در تراکم دینامیکی (شکل ۲-۳) بخش A دارای تغییر شکل پلاستیک بوده ولی هر نقطه روی جبهه B که در حاشیه بخش A قرار دارد به عنوان منبع تولید موج P و S است [۵].
(شکل ۲-۳) امواج برشی، تراکمی و سطحی ایجاد شده در اثر تراکم دینامیکی
۲-۳-۲ تراکم دینامیکی در خاک­های ریزدانه
تا سال ۱۹۷۰ تکنیکی که در آغاز با نام کوبش سنگین شناخته شده بود در مصالح شنی و ماسه­ای کابرد داشت. اما بعد از آن امکاناتی فراهم شد که این روش در خاک­های رسی اشباع نیز استفاده شود. از آن زمان به بعد این روش تحت عنوان تحکیم دینامیکی نامیده شد [۶].
قبل از اعمال ضربه های سنگین به رس­های اشباع، چنین تصور می­شد که امکان تحکیم این خاکها به نحو رضایت بخش جود ندارد. سپس مشخص شد که در این مصالح وجود حباب­های ریز گاز منجر به تراکم پذیری خاک تحت اثر نیروهای دینامیکی شدید می­ شود. علاوه بر آن ایجاد ترک­های شعاعی در اطراف محل ضربه نقش اساسی در تسریع از بین رفتن فشار آبهای منفذی دارند و حتی گاهی منجر به ظهور آبفشان­ها^[۷] در سطح می­گردند. به منظور درک مکانیزم تحکیم دینامیکی بایستی به ۴ نکته توجه داشت [۶]:
قابلیت تراکم پذیری خاک­های ریزدانه اشباع ناشی از وجود حباب­های ریز گاز است.
در اثر ضربه­های مکرر روانگرایی تدریجی در خاک اتفاق می­افتد.
در اثر ایجاد ترک­های شعاعی، زایل شدن فشار اب منفذی تسریع می­ شود.
بندش بازیافتی خاک باعث افزایش مقاومت خاک بعد از کوبش می­گردد.
۲-۳-۲-۱ قابلیت تراکم
خاک­های ریزدانه اشباع را به طور معمول به عنوان خاک­های تراکم ناپذیر طبقه بندی می­نمایند زیرا وقتی این خاک­ها در معرض بارگذاریهای سریع قرار می­گیرند، نفوذپذیری کم آنها مانع زهکشی سریع آبهای منفذی موجود در این خاک­ها می­ شود؛ این تخلیه و خرج آب شرط لازم و کافی برای نشست می­باشد. (تئوری تحکیم که توسط ترزاقی بسط و گسترش یافت).
به هر صورت مشاهدات اولیه به طور شگفت­انگیزی نشان داد که هر قدر هم طبیعت خاک قابل اصلاح شدن باشد، همیشه عملیات تراکم منجر به نشست سریع قابل ملاحظه­ای می­گردد. این نتیجه که برای خاک­های دانه­ای قابل قبول بود نمی­توانست به وسیله تئوری­های مرسوم برای خاک­های غیر قابل نفوذ تشریح گردد. تحقیقات بعدی نشان داد که بیشتر خاک­های کواترنری دارای گاز به شکل حباب­های ریز هستند و مقدار این گاز بین یک درصد برای نامطلوبترین حالت­ها تا ۴ درصد برای حالت­های مطلوب متغییر است. ضربه­ها یا ارتعاشات مکانیکی حالت­های تعادل این حباب­های ریز را به شکل کم و بیش غیر قابل برگشت تغییر می­دهد [۶].
۲-۳-۲-۲ روانگرایی
هنگامی که انرژی به شکل ضربه­های مکرر به خاک وارد می­ شود، گاز موجود در خاک به تدریج متراکم می­ شود. وقتی درصد حجمی گاز موجود در خاک به صفر می­رسد، خاک به شکل یک ماده تراکم ناپذیر عمل می­ کند و در این مرحله روانگرایی خاک اتفاق می­افتد. مقدار انرژی لازم برای رسیدن به این مرحله انرژی اشباع نامیده می­ شود [۶].
روانگرایی در نهشته­های طبیعی غالباً به تدریج رخ می­دهد. بیشتر نهشته­های طبیعی بطور لایه لایه بر روی هم قرار گرفته و رسوبات لایی یا ماسه ای قبل از رسوبات رسی روان می­شوند. این مطلب دارای اهمیت است که اگر روانگرایی در این لایه ­ها یا قسمت­ هایی از آن اتفاق بیفتد ولی از روانگرایی توده رس جلوگیری به عمل آید، از شکل گیری مجدد توده خاک ممانعت می­ شود [۶].
شناخت انرژی دقیق مربوط به این حالت مرزی الزامی است زیرا در این حالت فشار آب منفذی به مقدار حداکثر رسیده است. لازم به تذکر است هنگامی که انرژی اشباع حاصل شد، استعمال انرژی بیشتر صرف نطر از زیان­آور بودن، به طور کامل هدر می­رود [۶].
۲-۳-۲-۳ نفوذ پذیری
از بین رفتن خیلی سریع فشار آب منفذی اولیه با بهره گرفتن از ضریب نفوذ پذیری که قبل از تراکم اندازه گیری شده قابل توضیح نیست. بلکه خصوصیت ویژه­ای است که در محل­های تراکم دینامیکی مشاهده می­ شود.
افزایش فشار آب منفذی باعث گسستن بافت­های جامد خاک (ایجاد ترک) شده و در نتیجه جریان آب در این ترک­های جدید متمرکز می­ شود. تمایل به تشکیل ترک در خاک­های طبیعی محسوس است به خصوص اگر ساختمان خاک لایه­ای باشد، این مسئله برای خاک­هایی که دست نخورده­اند یا به طور مصنوعی یکنواخت شده ­اند کمتر دیده می­ شود [۶].
با متمرکز بودن انرژی تراکم در محل­های مشخص شبکه پیش ­بینی شده، ترک­های قائم ایجاد می­شوند و به طور منظم در اطراف نقطه ضربه پخش می­شوند؛ این مناطق زهکشی ترجیحی عموماً عمود بر امتداد کمترین تنش هستند. چشمه­های آب تحت شرایط زمین شناسی مشخص، چند ساعت پس از تراکم در نزدیکی گودی­ها ظاهر می­شوند که به وسیله این شبکه جریان آغاز و تغذیه می­گردند [۶].
در موارد خاص ملاحظه شده است که تراکم نا منظم و بی قاعده، جریان دائمی این کانال­های طبیعی را منقطع می­سازد و جایگزینی مجدد به منظور طراحی بعدی و بهتر مراحل تراکم را مشکل­تر می­نماید [۶].
همچنین در آزمایشگاه مشاهده شده وقتی تنش­های بین دانه­ای کاهش می­یابد، ضریب نفوذ پذیری افزایش می­یابد و هنگامی که خاک روان می­ شود، این ضریب به بیشترین مقدار خود خواهد رسید. در این حالت، فشار آب منفذی برابر فشار کل رو بار است. این مسئله نیز دلیلی است که در حین عملیات تحکیم دینامیکی در شرایط محلی عموماً منجر به روانگرایی می­ شود، نفوذپذیری زیادی می­ شود. این نفوذپذیری در آغاز همراه با فشار خیلی زیاد آب منفذی است. امواج ضربه، آبی را که جذب سطحی شده است، به آب آزاد تبدیل می­ کنند و در نتیجه منجر به افزایش مقاطع عرضی کانال­های مویی می­گردد. حالت عکس وقتی اتفاق می­افتد که خاک در اثر پدیده بندش دوباره سازی شود. لازم به ذکر است که این اطلاعات به علت آنکه اندازه گیری تغییرات ضخامت لایه­ های آب جذب سطحی عملی نیست، فقط می ­تواند به عنوان یک حدس مطرح شود [۶].
۲-۳-۲-۴ بندش بازیافتی خاک
در حین عملیات تراکم، ابتدا افت قابل ملاحظه­ای در مقاومت برشی مشاهده می­ شود که میزان حداقل آن وقتی است که خاک روان شده یا به حالت روانی می­گراید، در آن زمان مجموعه خاک به­ طور کامل گسیخته شده و قسمتی از آب جذب سطحی که نقش مهمی را در سختی ساختمان خاک ایفا می­ کند به آب آزاد تبدیل می­ شود؛ هنگامی که فشار آب منفذی از بین می­رود افزایش قابل توجهی در مقاومت برشی و مدول تغییر شکل ملاحظه می­ شود. این به علت تماس نزدیکتر ذرات و همچنین تثبیت لایه­ های جدید آب جذب سطحی است. این مرحله ممکن است چند ماه زمان صرف کند. خاصیت بندش که در رس­های حساس به خوبی شناخته شده است در حقیقت در همه خاک­های ریز دانه قابل تشخیص است [۶].
۲-۳-۲-۵ نمایش ترسیمی
شکل (۲-۴) دو سیستم تحکیم را نشان می­دهد. شکل (۲-۴ الف) تئوری تحکیم دینامیکی (منارد) را نشان داده و شکل (۲-۴ ب) تئوری تحکیم کلاسیک (ترزاقی) را نشان می­دهد [۶].
این دو سیستم از نظر چهار خصوصیت اصلی به شرح زیر با هم تفاوت دارند: