مدل سازی توزیع حباب ها در سیستم بستر شناور گاز- مایع به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
فصل اول
کلیـات
فصل اول : کلیات
مقدمه
هر چند که در اوایل توسعه علم، ریاضی‌دانان به جای پیشگویی به دنبال یافتن روابط حاکم بر عملکرد سیستم‌های موجود بودند اما امروزه با پیشرفت‌های انجام شده، نسبت به دانشمندان علوم تجربی پیش‌قدم هستند. دانشمندان علوم تجربی گرچه با حل ریاضی پدیده‌ها آشنا هستند ولی برای آزمایش‌های خود با مشکلات زیادی مواجه می باشند. مهم‌ترین مسأله مربوط به دینامیک سیالات از نظر ریاضی مدت هاست حل نشده و آن‌هایی که حل شده‌اند نیز با مشکلات زمان زیاد برای انجام عملیات ریاضی مواجه هستند. با توسعه رایانه ها روز به روز این مشکل آسان و آسان تر می شود. و اینک پیچیده‌ترین این مسائل که بحث‌های مهم انتقال حرارت و سیالات می باشند از طریق رایانه قابل حل است. امروز علم دینامیک سیالات محاسباتی به صورت یک ابزار پرقدرت و توانا برای تحلیل رفتار جریان سیال و انتقال حرارت در سیستم‌های با هندسه پیچیده و معادلات حاکم پیچیده برای محققین و مهندسین درآمده است. پیچیدگی معادلات حاکم بر مسأله، تأثیر متقابل پدیده‌های فیزیکی مختلف، گذرا بودن اغلب مسائل مهندسی، بالا بودن هزینه های مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از دستگاه‌های اندازه‌گیری در بسیاری از مسائل علمی‌، از جمله دلایلی می باشد که استفاده از روش‌های تحلیلی و آزمایشگاهی را در مقایسه با روش‌های عددی محدود می‌کند. اگرچه مدل‌سازی راکتور تعیین پارامترهای هیدرودینامیکی آن امری ضروری به نظر می‌رسد. هیدرودینامیک این راکتورها به شدت متأثر از مقیاس عملکرد آن‌ها می باشد. (به دلیل کاربردهای وسیع این راکتورها در صنعت، تلاشهای زیادی جهت ارائه یک روش قابل اطمینان برای افزایش مقیاس صورت گرفته است.) در گذشته محققین جهت دستیابی به هیدرودینامیک این راکتورها به تجارب آزمایشگاهی می‌پرداختند. نتایج حاصل از این آزمایش‌ها لزوماً در مقیاس‌های بزرگ صحت نداشتند و لذا به عنوان قوانین افزایش مقیاس قابل کاربرد نبودند. به طور مثال تأثیرات دیواره‌ای یک راکتور کوچک بر حرکت، تشکیل و شکستن حباب‌ها مشخص است. همچنین واضح است که این تأثیر در راکتورهای بزرگ‌تر متفاوت می باشد. لکن میزان و چگونگی این تفاوت‌ها معلوم نیست و لذا بهترین راه دست‌یابی به هیدرودینامیک قطرهای بزرگ انجام آزمایش در راکتورهایی با همان قطر است که البته بسیار هزینه ‌بر می‌باشد که به کمک CFD^[1] می‌توان راکتور را در اندازه واقعی شبیه‌سازی کرد و با توجه به نتایج حاصل به configuration و شرایط مناسب راکتور پیش بینی کرد .

( 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. )

تحلیل رفتار سیالات
برای تحلیل رفتار سیالات می‌توان مطالعات آزمایشگاهی و تجربی را به کار برد. از سال‌ها و قرن‌های گذاشته دانشمندان زیادی از جمله اولر^[۲]، لیبینیز^[۳]، نیوتن^[۴]، رینولدز^[۵]، پرانتل^[۶]، استوکس^[۷]، ناویر^[۸] و … تلاش‌های فراوانی جهت مطالعه، بررسی و شناخت رفتار جریان‌های سیالات و در طول دوران‌های مختلف انجام دادند.
این تلاشها منجر به پیدایش مکانیک سیالات^[۹] گردید. به عبارت دیگر مکانیک سیالات شالوده نتایج و یافته های مطالعه شده می‌باشد که به صورت آزمایشگاهی و در اثر سعی و تکرارهای گسترده به دست آمده است.
با بهره گرفتن از نتایج حاصل شده از آزمایشهای مختلف و استفاده گسترده معادلات دیفرانسیل و روابط ریاضی معادلات حاکم تئوری ـ کاربردی و امروزی به دست آمدند. بسیاری از دانشمندان به جمع‌ آوری و تعمیم معادلات مکانیک سیالات پرداختند. پس به طور کلی برای تحلیل رفتار سیالات دو روش موجود می‌باشد:
روش آزمایشگاهی و تجربی
روش تئوری ( استفاده از معادلات حاکمه )
همانطور که اشاره گردید روش‌های تئوری از مطالعات آزمایشگاهی و واقعی پدیده‌های علمی به دست می‌آیند. با بهره گرفتن از روش‌های ریاضی می توان به حل معادلات تئوری دست یافت. جواب‌های تحلیلی معادلات ریاضی، جواب‌های بسیار دقیقی هستند به شرط آنکه معادله مورد نظر با توجه به هندسه مسئله توسط روش تحلیلی قابل حل باشد. شرایط مسئله مانند دو بعدی و یا سه بعدی بودن هندسه، شرایط مرزی، دو فازی بودن مسئله، بزرگی ابعاد هندسی مسئله و … باعث استفاده از روش‌های عددی جهت حل معادلات گردید.
روش‌های عددی به صورت المان محدود ، با تقریب مناسب به حل مسأله پرداخته و جواب‌های ایده‌آل و قابل قبولی را به ما می‌دهند.
پیش زمینه پیدایش CFD
توسعه و پیشرفت علوم کامپیوتر و استفاده گسترده از زبان‌های برنامه‌نویسی منشأ پیدایش دینامیک سیالات محاسباتی، جهت حل عددی معادلات مکانیک سیالات در قرن حاضر گردید. به بیان روش عددی CFD، یک روش جدید، سریع و کاربردی در دنیای امروز است که به حل معادلات مکانیک سیالات می پردازد.
اگر روشCFD را به عنوان سومین روش تحلیل جریان سیالات قلمداد نماییم، می‌توانیم به یک مقایسه خلاصه و مختصر بین روش‌های مطرح شده بپردازیم.
مقایسه روش های حل معادلات مکانیک سیالات
جدول شماره ۱-۱ : مقایسه روش‌های حل معادلات مکانیک سیالات

نام روش
محاسن
معایب

روش آزمایشگاهی و تجربی

بیان نتایج واقعی و کاملاً معتبر – دقت بسیار بالا

محدودیت محیط آزمایشگاه
محدودیت ابزار سنجش
بالا بودن هزینه ساخت مدل واقعی
بالابودن هزینه ها به علت صرف زمان بالای آزمایش
خطر آزمایش برخی از سیالات شیمیایی

روش تئوری

استفاده از معادله تعریف شده ریاضی

محدودیت معادل بندی
در هندسه‌های پیچیده کاربرد ندارد
خطای پایین نسبت به نتایج واقعی

روش CFD

کاهش زمان دستیابی به نتایج

۲-۶- بازاریابی محصولات با تکنولوژی سطح بالا
۲-۶-۱-تعریف محصولات با تکنولوژی سطح بالا
علیرغم استفاده وسیعی که از واژه “تکنولوژی سطح بالا” شده است تعریف قابل تعمیمی از تکنولوژی سطح بالا در ادبیات فنی و مدیریتی وجود ندارد. بخصوص، تعریف مناسبی که استراتژی بازاریابی محصولات با تکنولوژی سطح بالا را هدایت کند وجود ندارد. رکسرد تکنولوژی سطح بالا را اینگونه تعریف می کند:
“بخشی از تکنولوژی که به لبه یا آخرین پیشرفتهای یک حوزه نزدیک تر است. اینگونه است که این تکنولوژی از آزمایشگاه به کاربرد عملی به صورت ذاتی ظهور پیدا می کند(Rexroad, 1983).”
به صورت مشابه گراننوالد و ورنن محصولات و خدمات با تکنولوژی سطح بالا را اینگونه تعریف می کنند:
“آن وسایل، رویه ها، فرایندها، تکنیک ها یا علومی که توسط توسعه آخرین پیشرفت^[۱۲] مشخص می شوند و معمولاً طول عمر کوتاهی دارند(Grunenwald and Vernon, 1988).”
از یک منظر دیگر، موریاتی و کسنیک پیشنهاد می کنند که:
….بازاریابی تکنولوژی سطح بالا در برگیرنده سطوح بالایی از عدم اطمینان بازار و تکنولوژیکی می‌باشد(Moriarty and Kosnik, 1989).
سامیلی و ویلس پیشنهاد می کنند که تکنولوژی سطح بالا گروهی از صنایع هستند که مافوق کامپیوترهای الکترونیکی همچون صنایع تحقیقاتی متنوعی چون نانوفناوری، بیوتکنولوژی، دارویی، شیمیایی و فضایی گسترش می یابند(Samili and Wills, 1986).
به طرق مشابهی، ریگز بر ویژگیهای منحصر به فرد شرکتهای با تکنولوژی سطح بالا متمرکز می شود و پیشنهاد می کند که این شرکت ها:

• • چرخه عمر آنها کوتاه است.

• • پر از مهندسین می باشند.

• • یکی از مشخصه های آنها ریسکی بودن است.

• • نسبت به شرکت‌های با تکنولوژی سطح پایین با رشد سریع و یا افول سریع روبرو می‌شوند(Riggs, 1983).

کلیه تعریف های ارائه شده قبلی، از نظر وسعت محدود بوده و قابل تعمیم نیستند و راهنمایی کلی برای مطالعه و طراحی استراتژی بازاریابی ارائه می دهند. اما تعریف گاردنر از تعامل تکنولوژی با ادراک نوآوریها از منظر مشتری نشأت می گیرد:
(( 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. ))

“… محصولاتی که نتیجه تکنولوژی متلاطم هستند نیازمند تحولات اساسی در رفتار حداقل یک عضو از کانال استفاده محصول می باشند(Gardner, 1990). “
با توجه به تعریف فوق می توان گفت که محصولات با تکنولوژی سنتی و یا سطح پایین، آنهایی هستند که تکنولوژی آشنا و پذیرفته شدهای را به کار می گیرند و پذیرش و استفاده آنها به صورت کلی، درک شده است. در حالی که محصولات با تکنولوژی سطح بالا آنهایی هستند که تکنولوژی متلاطم را در استفاده، تولید و توزیع خود به کار گرفته و نیازمند تغییرات فراوان در الگوهای مصرفی می باشند. اینها محصولاتی هستند که در آنها “یک یا چند جایگزین تکنولوژی پایه در طول عمر چرخه عمر تقاضا رخ داده است.” با این همه باید به خاطر داشت که تمایز بین محصولات با تکنولوژی سطح بالا و پایین از نوع گونه نیست بلکه از نوع درجه است. یعنی یک ” طیف تکنولوژی”^[۱۳] وجود دارد. برخی از محصولات در سطح بالا و برخی در سطح پایین طیف قرار می گیرند.
گاردنر یک ماتریس۳*۳ را به عنوان مبنایی برای تعریف محصولات با تکنولوژی سطح بالا و همچنین راهنمایی برای استراتژی بازاریابی ارائه می دهند. همانطور که در شکل جدول ۲-۲ نشان داده شده است محصولاتی که در خانه ۹ قرار دارند به عنوان “بیشترین محصولات با تکنولوژی سطح بالا ” می باشند و همچنین محصولاتی که در خانه های ۶ و ۸ قرار دارند کمتر سطح بالا محسوب می شوند. محصولات خانه ۷ ممکن است تکنولوژی سطح بالا قلمداد شوند اما محصولات در خانه ۳ تنها بخشی از خصوصیات محصولات با تکنولوژی سطح بالا را دارا می باشند(Gardner, 1990).
جدول ۲-۲: تقسیم بندی سطح محصول مبتنی بر تکنولوژی / کاربر و مثال های آن
بعد تکنولوژی
با ثبات
تکاملی

(۳)
تحول اصلی در نرم افزار

(۲)
پیتزای یخ زده

(۱)
غذای سبک “جدید”

(۶)
ارتباط اینترنتی

(۵)
فکس، چاپ رومیزی

(۴)
نرم افزار یارانه ارتقا یافته

(۹)
بانکداری بدون کاغذ

(۸)
تلویزیون های با وضوح تصویر بالا (HD)

(۷)
دانه های ذرتی که به صورت ژنتیکی مهندسی شده اند.

در حد ریز محله و کوی

فرسودگی نسبی

کالبد

نوسازی

احیا

میان مدت (۱۵-۰) سال

طراحی

تأکید بر کاربری، تغییر در شکل

در حد محله و برزن

فرسودگی کامل

فعالیت و کالبد

بازسازی

تخریب

بلند مدت (۲۵-۰) سال

برنامه ریزی

تنظیم کاربری، تعریف شکل

در حد شهر یا بخشی از شهر

مأخذ: حبیبی، مقصودی ۱۳۸۴: ۱۷
به طور کلی، فرسودگی شهری را می توان تنزل شرایط اجتماعی، اقتصادی، کالبدی و کارکرد بافت شهری دانست که سبب کاهش یا فقدان شرایط زیست پذیری و ایمنی، نابسامانی کالبدی، مشکلات اجتماعی، اقتصادی و تأسیساتی در بافت می شود.برای جلوگیری از فرسایش باید میزان پایداری را با انجام عمل مرمت در فضای شهری بالا برد.

( 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. )

۲-۲-۲ مرمت شهری
مرمت شهری دخالت آگاهانه در فضای شهری برای جلوگیری از فرسایش و معاصر سازی آن (Regeneration) می باشد. معاصر سازی فرآیندی است که به خلق فضای شهری جدید با حفظ ویژگی های اصلی فضایی (کالبدی و فعالیتی) منجر می گردد. مرمت شهر را می توان به سه طریق عمده بهسازی، نوسازی و بازسازی به انجام رساند.
الف ) بهسازی
بهسازی شامل سلسله اقداماتی است که به منظور بهبود کالبد که در نتیجه فرسایش فعالیت تحقق یافته است، در کوتاه مدت صورت می پذیرد. بهسازی می تواند اقدامات زیر را در بر گیرد: (گلشن و حبیبی، ۱۳۷۸)
الف: بازیافت (Recupration): با حداقل هزینه و مداخلات به ایجاد شرایط زیست بهینه در فضای شهری منجر می گردد و شرط دوام فضای شهری را در محیط پیرامونش بیشتر می کند. به سخن دیگر بازیافت به معنای بازگرداندن حیات مجدد به فضای شهری در کوتاه مدت، با بهره گرفتن از نیروی حیاتی موجود در فضای شهری می باشد.
ب: مراقبت (Preservation): نگهداری و جلوگیری از آسیب هایی است که به کالبد یا عملکرد اثر وارد می شود و در نهایت به اتخاذ تدابیر مناسب برای جلوگیری از خطرات احتمالی می انجامد. در این امر، بازبینی منظم، نگهداری و شناخت آسیب های ناشی از فرسودگی فضا عوامل مهمی است که مد نظر می باشد.
ج: حمایت (Protection): ایجاد شرایط مناسب به منظور نگهداری مداوم فضای شهری است که میتواند در بر گیرنده مجموعه اقداماتی نظیر تهیه قوانین، جلب حمایت های دولتی و تعیین حوزه های حفاظتی بوده و اقدامات مرمتی و تعمیر را نیز شامل شود.
د: استحکام بخشی (Consolidation): مجموعه اقداماتی که توسط آن بتوان شاهد افزایش امنیت و استحکام فضا بود. هدف اساسی این عمل، بالا بردن میزان دوام و یکپارچگی در ساختار سازمان فضایی است.
ه: توانبخشی (Rehabilitation): تجدید حیات و حیثیت یک بافت کهن است که از طریق تزریق فعالیت جدید در فضا سبب تجدید حیات بافت کهن و ارتقای هویت شهر می گردد.
و: بهبود و سازماندهی (Improvement): مجموعه اقداماتی که باعث تقویت جنبه های مثبت و تضعیف جنبه های منفی فضا شود و با بهره گرفتن از امکانات بالقوه و بالفعل موجود در فضا، سعی در کاهش محدودیت ها دارد. این اقدام می تواند مسائل اجتماعی، اقتصادی، مالی- فنی، اداری- اجرایی و کالبدی- فضایی را در بر گیرد.
با توجه به نکات یاد شده بهسازی فرآیندی است که طی آن میتوان به بهبود وضعیت فضای نه چندان مطلوب موجود پرداخت و با تغییر عملکرد و معاصر سازی، سازمان فضایی مطلوبی ایجاد کرد.
ب ) نوسازی
زمانی انجام می شودکه فضای شهری از کارکردی مناسب و معاصر برخوردار بوده ولی فرسودگی نسبی کالبدی فضایی سبب کاهش بازدهی آن شده باشد. نوسازی در عین حفاظت فضای شهری کهن، سازمان فضایی مربوط را معاصرسازی نموده و امکان بازدهی بهینه آن را فراهم می آورد و ۷ دسته اقدامات زیر را شامل می شود. (گلشن، حبیبی، ۱۳۷۸)
الف: تجدید حیات (Revitalization): مجموعه اقدامات متنوع برای بازگردانیدن حیات مجدد به فضای شهری که می تواند در سازمان کالبدی، فضایی با حذف یا اضافه نمودن صورت پذیرد، بی آنکه به هیئت کلی آن خدشه ای وارد شده باشد. معاصرسازی مورد نظر در این اقدامات تمام عرصه های اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و کالبدی را شامل می شود.
ب: انطباق، به روز کردن (Adaption): سلسله اقداماتی که با ایجاد شرایط مناسب در سازمان فضایی کالبدی سازش میان کالبد با نیازهای امروزین را سبب می گردد.
ج: تبدیل، دگرگونی (Conversion): مجموعه اقداماتی که بتواند به تغییرات از پیش گفته شده به نحوی پاسخ گوید که اخلال حادث شده از این تغییرات را از میان بردارد. در مرمت شهری این واژه در زمینه تبدیل فضاهای کهن شهری به کار گرفته می شود که نیاز به معاصرسازی دارند.
د: حفاظت (Conservation): حفاظت اثر در شکل طبیعی خود به گونه ای که بتواند به نیازهای امروزین پاسخ گوید و یا آنکه با تغییراتی چند در شکل طبیعی به حیات خود ادامه دهد. حفاظت معمولاٌ برای جلوگیری از فرسایش طبیعی یا انسان ساخت صورت می گیرد.
ه: نوشدن (Renewal): شکل دادن و با ارزش کردن مجدد یک فضای شهری است که از طریق مداخله های کالبدی، فضایی صورت می پذیرد.
و: احیاء (Restoration): یگانگی بخشیدن به همه بخش های از میان رفته سازمان فضایی است، به گونه ای که بتوان کلیت خدشه دار شده را از نو ایجاد کرد. احیاء سبب بازگرداندن حالت فضای شهری می گردد و خصوصاً برای بافت های تاریخی کهن و باارزش کاربرد دارد.
ز: تعمیر (Repair): در بر گیرنده مداخله های مداوم است که باعث افزایش عمر فضای شهری می گردد.
بنابراین نوسازی فرآیندی است که طی آن می توان شاهد ایجاد وضعیتی مناسب در کالبد و فضای فرسوده اثر بود.
ج ) بازسازی
به معنای از نوساختن است و زمانی صورت می گیرد که در فضای شهری، فرسودگی به صورت کامل ایجاد شده باشد. این امر معمولاٌ برای ایجاد حیات جدید در سازمان فضایی فرسوده به کار می رود. بازسازی ایجاد فضای شهری معاصر یا سازمان فضایی جدید است که بتواند گفت و گوی خلاق بین گذشته و آینده را نشان دهد و معمولاٌ با اقدامات زیر تعریف می شود. (گلشن، حبیبی، ۱۳۷۸)
الف: تخریب (Demolition): مجموعه اقداماتی که قبل از هرگونه عمل بازسازی برای مهیا کردن زمین مخروبه انجام می گیرد و با آماده سازی زمین، امکان پیاده کردن طرح های بازسازی را فراهم می آورد. تخریب گاه برای یکپارچه سازی زمین و گاه در لابه لای سازمان فضایی موجود صورت می پذیرد.
ب: پاکسازی، آواربرداری (Clearance): مجموعه عملیاتی برای مهیا کردن زمین مخروبه در سازمان فضایی موجود که می تواند برای روشن کردن خطوط سازمان فضایی کهن یا در پی ایجاد سازمان فضایی جدید انجام شود.

(۴-۴)

در این معادله جمله سمت چپ تغییرات فشار سیستم با تغییر مکان را نشان می­دهد. جمله اول و دوم سمت راست نشان دهنده تغییرات انرژی جنبشی فاز مایع و گاز در سیستم هستند. جمله سوم انرژی جنبشی است که از طرف گاز تزریقی به سیال وارد می­ شود. این جمله فقط برای بلوکی که گاز در آن تزریق می­ شود در نظر گرفته می­ شود. جمله چهارم تغییرات فشار سیستم بر اثر وزن ستون سیال را نشان می­دهد و جمله آخر بیانگر افت فشار ناشی از اصطکاک در لوله است.

( 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. )

معادله به دست آمده برای موازنه مومنتم در سیستم، شکل ساده و کلی معادلاتی است که تا کنون برای محاسبه تغییرات فشار سیستم توسعه داده شده اند. در فصل دوم توضیحات کاملی در مورد این معادلات و مدل ها داده شد. در این تحقیق از سه مدل ارائه شده در مقالات برای محاسبه فشار استفاده شد. مدل اول، معادله تجربی پوتمن و کارپنتر (Poettman and Carpenter 1952) است. این معادله یکی از اولین معادلات ارائه شده برای محاسبه تغییرات فشار در خطوط لوله جریان های دو فازی است. معادله دوم، معادله تجربی هاگدورن و براون (Hagedorn and Brown 1965) است که دقیق ترین معادله تجربی و یکی از دقیق ترین معادلات محاسبه افت فشاری است که تا کنون ارائه شده اند. اخیرا مدل های جدیدی برای محاسبه افت فشار در سیستم های چند فازی ارائه شده اند که اساس آنها مکانیزم های حاکم بر این جریان هاست. به همین دلیل این مدل ها نسبت به مدل های تجربی در محدوده گسترده تری از شرایط سیستم جواب های قابل قبول دارند. در این تحقیق از مدل مکانیکی خازانوف و همکاران (Khasanov et al. 2009)که یک مدل جریان رانده است نیز به عنوان معادله محاسبه افت فشار در سیستم استفاده شده است. به این ترتیب با بهره گرفتن از مدل ارائه شده این امکان وجود دارد تا با معادلات محاسبه فشار مختلف توزیع فشار در سیستم را محاسبه کرد و با مقایسه نتایج از تأثیر نوع معادله فشار بر نتایج نهایی اطلاع یافت.

۴-۳-۳- موازنه انرژی

موازنه انرزی نیز مشابه موازنه جرم و موازنه مومنتم از روند ذکر شده به صورت زیر برای سیستم به دست می ­آید.

(۴-۵)

در معادله موازنه انرژی جمله اول در سمت راست نشان دهنده میزان اتلاف انرژی از سیستم به محیط است. جمله دوم تغییرات آنتالپی، انرژی جنبشی و انرژی گرانشی سیال را نشان میدهد. جمله سوم معادله فقط برای بلوکی که گاز در آن تزریق می­ شود در نظر گرفته می­ شود و برای محاسبه میزان آنتالپی، انرژی جنبشی و انرژی گرانشی است که گاز ورودی به سیستم دارد. همچنین جمله چهارم میزان تغییر آنتالپی ناشی از تغییرات فاز است.
در جمله دوم، فقط تغییرات آنتالپی ناشی از تغییرات دما در نظر گرفته می­ شود. به این ترتیب تغییرات آنتالپی در این حالت از رابطه زیر محاسبه می­ شود.
(۴-۶)
از آن جا که در جریان­های چند فازی بخشی از تغییر آنتالپی به دلیل تغییر فاز است، علاوه بر جمله دوم در معادله (۴-۵) که نشانگر تغییرات آنتالپی ناشی از تغییرات دما است، جمله آخر نیز برای در نظر گرفتن تغییرات آنتالپی ناشی از تغییرات فاز به موازنه انرژی اضافه شده است. آنتالپی ناشی از تغییرات فاز در این جمله به صورت زیر محاسبه می­ شود.
(۴-۷)
در معادله (۴-۷) نشان دهنده تغییرات ضریب تراکم­پذیری جزء سیال با تغییر فاز است. نیز فشار اشباع جزء را نشان می­دهد.

۴-۴- شرایط مرزی

به منظور حل معادلات حاکم بر سیستم لازم است مقدارهای مرزی فشار، دما، دبی نفت و ترکیب سیال ورودی از مخزن مشخص باشند. در این مدل فشار و دمای مرزی، فشار و دمای ته چاه هستند. ترکیب و دبی نفت ورودی از مخزن به چاه نیز یک مقدار معلوم در نظر گرفته شده است.

۴-۵- روند حل

جریان چند فازی سیالات درون چاه، سیستم بسیار پیچیده ای را به وجود می ­آورد. این سیستم شامل تعداد بسیار زیادی از پارامترهای مجهول است. وابستگی این پارامترها به یکدیگر باعث می­ شود امکان حل مستقل معادلات حاکم بر سیستم وجود نداشته باشد. بنابر این برای حل همچین مسأله پیچیده ای لازم است تمامی معادلات حاکم بر سیستم به صورت هم زمان و با روش تکراری^[۴۰] حل شوند. فلوچارت شکل صفحه بعد روند کلی حل مسأله را نشان می­دهد.
خیر
بله
خیر
خواص سیالات مانند گرانروی و چگالی هر فاز و تنش بین سطحی را محاسبه کن
با بهره گرفتن از معادله موازنه جرم سرعت سیالات را محاسبه کن
رژیم جریان را مشخص کن و ماندگی مایع را به دست بیاور
فشار جدید را با بهره گرفتن از معادله فشار محاسبه کن
دمای جدید را با بهره گرفتن از معادله موازنه انرژی محاسبه کن
محاسبات تبخیر آنی را انجام بده و ترکیب و ضریب تراکم پذیری هر فاز را به دست بیاور
دما و فشار اولیه را به صورت یک پروفایل خطی در نظر بگیر
فشار، دما، دبی و ترکیب سیال ته چاه را بگیر
نتایج را نمایش بده
بله
شکل ۴- : فلوچارت مدلسازی جریان چند فازی در چاه

۴-۶- اعتبار سنجی مدل

اولین گام پس از ارائه یک مدل، اعتبار سنجی^[۴۱] آن است. به منظور استفاده از یک مدل ابتدا لازم است از دقت نتایج محاسبه شده با بهره گرفتن از مدل اطمینان حاصل شود. به این منظور نتایج به دست آمده از مدل با نتایج حاصل از دو نرم افزار معتبر تجاری مقایسه شد. مقایسه نشان میدهد نتایج مدل و نرم افزارهای تجاری با دقت بسیار خوبی بر هم منطبق هستند. تفاوت کم بین نتایج به دست آمده از مدل و نرم افزارهای تجاری به دلیل تفاوت در نوع مدلسازی جریان و معادلات به کار گرفته شده است. در نرم افزار تجاری VFPi سیالات با بهره گرفتن از مدل نفت سیاه^[۴۲] مدلسازی شده اند، اما در مدل ارائه شده از روش ترکیبی برای مدلسازی آن ها استفاده شده است. خواص سیالات بر اساس پارامترهایی نظیر جرم ویژه مایع و گاز، نسبت گاز به مایع و گرانروی فازها در شرایط استاندارد به یک مدل نفت سیاه وارد می­شوند در حالی که در یک مدل ترکیبی فقط ترکیب ورودی مشخص می­ شود و این پارامتر ها با بهره گرفتن از معادله­های مناسب، بر اساس ترکیب سیال ورودی به دست می­آیند. نرم افزار تجاری OLGA قابلیت مدلسازی جریان به صورت ترکیبی را دارد. معادلات استفاده شده در این نرم افزار با معادلات استفاده شده در مدل حاضر متفاوت است. (Bendiksen et al. 1991) ترکیب نفت استفاده شده در این مقایسه در جدول زیر قابل مشاهده است.
جدول۴- : درصد مولی نفت استفاده شده (نفت سیاه)

CO2

۱-۴-۴- فواید منطق فازی

منطق فازی با بهره گرفتن از استنتاج تقریبی مسایل پیچیده را به مسایل ساده­تر تبدیل می­ کند. سیستم بر اساس قوانین فازی و توابع عضویت و با بهره گرفتن از متغیرهای زبانی تفسیر می­گردد. بنابراین بهترین شیوه جهت فرموله کردن دانش بشری است. منطق فازی به طور کاملاً مؤثری رفتار غیرخطی سیستم و عدم قطعیت موجود را مدل می­ کند. کاربرد منطق فازی چه به صورت نرم افزاری و چه به صورت سخت افزاری آسان 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. ))

۱-۴-۵- معایب منطق فازی

با افزایش پیچیدگی سیستم، تعیین دقیق تعداد قوانین و تعداد توابع عضویت جهت تفسیر سیستم بسیار مشکل می­ شود، بهینه­سازی توابع عضویت و قوانین فازی جهت حصول نتایج مناسب بسیار وقت­گیر خواهد بود. برای سیستم­های پیچیده قوانین بیشتری مورد نیاز است و در نتیجه مرتبط ساختن این قوانین به یکدیگر نیز بسیار دشوار خواهد بود. با افزایش تعداد قوانین به بیشتر از ۱۵ عدد، عملاً ظرفیت ارتباط آنها به یکدیگر از بین میرود. استفاده از توابع عضویت با شکل هندسی ثابت موجب محدودیت بیشتر سیستم در پایگاه قوانین نسبت به پایگاه توابع عضویت می­ شود که این عامل حافظه بیشتر و زمان پردازش بیشتر را می­طلبد. منطق فازی از الگوریتم­های هیوریستیک جهت فازی سازی، تحلیل قوانین و پردازش نتایج استفاده می­ کند. از آنجایی که هیوریستیک حل رضایت بخش مسایل را در تمام شرایط تضمین نمی­کند اما باعث بروز مسایلی می­ شود. منطق فازی جامعیت موجود در شبکه ­های عصبی را ندارد. جامعیت یک مدل برای تحلیل شرایط جدید که مدل با آنها آموزش ندیده است بسیار مهم است. منطق فازی معمولی قانون تولید نمی­کند بنابراین دقت مدل تنها توسط حدس و خطا بهبود می­یابد. منطق فازی معمولی اطلاعات حالت های قبلی را در پایگاه قوانین دخالت نمی­دهد. ( این قابلیت به خصوص در تشخیص صدا بسیار مهم است.)

۱-۴-۶- توانایی های سیستم­های عصبی- فازی

ترکیب منطق­ فازی و شبکه ­های عصبی باعث رفع کمبودهای موجود در رابطه با هر یک از این تکنولوژی ها می شود. تکنولوژی شبکه ­های عصبی می ­تواند جهت یادگیری رفتار سیستم بر اساس داده ­های ورودی – خروجی مورد استفاده قرار گیرد و این دانش کسب شده می ­تواند جهت تولید قوانین فازی و توابع عضویت و نتیجتاً کاهش زمان توسعه به کار رود. این ترکیب همچنین به حل معضل جعبه سیاه شبکه ­های عصبی که پیش­تر بیان شد کمک می­ کند. سیستم­های عصبی – فازی می­توانند قوانین فازی و توابع عضویت سیستم­های پیچیده را که تکنولوژی منطق فازی در مورد آنها به تنهایی با مشکلاتی مواجه است را تولید کنند. استفاده از الگوریتم­های غیر هیوریستیکی در سیستم­های عصبی– فازی باعث افزایش دقت، بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان این سیستم­ها شده و عموماً هزینه­ها را کاهش می­دهد. توانایی بهینه­سازی سیستم­های عصبی– فازی از دیگر قابلیت های کلیدی آنها به شمار می­رود. قوانین و توابع عضویت یک سیستم عصبی – فازی می ­تواند با بکارگیری الگوریتم­های شبکه عصبی بهینه شود. این سیستم­ها می­توانند از قوانین فازی جهت تخمین اولیه وزن های شبکه ­های عصبی استفاده کنند.

۱-۴-۷- مدلسازی عصبی- فازی

ساختمان اصلی روش فازی که قبلاً اشاره شد، مدلی بود که مشخصات ورودی را به توابع عضویت ورودی، توابع عضویت ورودی را به قوانین، قوانین را به مجموعه ­ای از مشخصات خروجی، مشخصات خروجی را به تابع عضویت خروجی و تابع عضویت خروجی را به یک خروجی تک مقداره یا تصمیمی مرتبط با خروجی می­نگاشت.
پارامترهایی که به صورت خطی با خروجی مرتبطند را می­توان توسط روش های حداقل مربعات به خوبی تخمین زد. به منظور بهینه کردن پارامترهایی که به صورت غیر­خطی با خروجی در ارتباطند می­توان از الگوریتم­های یادگیری نظیر آنچه در شبکه ­های عصبی موجود است استفاده کرد. از این جهت است که مدل های فازی را می توان با ساختار لایه­ای (شبکه­ ای) نظیر شبکه ­های عصبی مصنوعی در نظر گرفت]۱۰[.

۱-۴-۸- مجموعه­های فازی

منطق فازی بر مبنای مفاهیم مجموعه­های فازی شکل گرفته است. یک مجموعه فازی، یک مجموعه با مرزهای نامشخص می­باشد. در واقع اعضای آن می­توانند به صورت جزئی و بر اساس درجه­ عضویت در آن عضویت داشته باشد. برای فهم دقیق مجموعه­ فازی ابتدا به تعریف مجموعه­های کلاسیک می­پردازیم. یک مجموعه کلاسیک دارای مرزهای مشخصی است، به این معنی که یک سری اعضاء را به طور کامل شامل می­ شود یا نمی­ شود. به عنوان مثال مجموعه روزهای هفته شامل شنبه، یکشنبه و … جمعه می­باشد. در عین حال این مجموعه فاقد اعضایی نظیر روغن، کفش، آزادی و غیره است (شکل ۱-۲).

شکل(۱-۲). یک مجموعه کلاسیک
از این نوع مجموعه تحت عنوان یک مجموعه کلاسیک یاد می­ شود، زیرا دارای پیشینه­ای طولانی مدت است. ارسطو اولین کسی بود که قانون نفی حد وسط را مطرح ساخت. طبق این قانون Xیا متعلق به مجموعه A است یا متعلق به مجموعه­ not-A. در واقع در این قانون دو مجموعه A و not-Aکل جهان را در بر می­گیرد و هر چیزی یا در A و یا در not-Aعضویت دارد. طبق این قانون، نمی­ توان یک شئ را یافت که در عین اینکه متعلق به مجموعه­ خاصی است متعلق به آن نباشد. حال مجموعه ­ای را در نظر گرفته که حاوی روزهای پایان هفته باشد. نمودار (شکل۱-۳) دسته بندی روزهای پایان هفته را دارد.

شکل( ۱-۳). دسته بندی روزهای پایان هفته
شاید اکثر افراد با عضویت روزهای جمعه و پنجشنبه در این مجموعه توافق داشته باشند، اما در مورد چهارشنبه چه می‌توان گفت؟ می­توان چهارشنبه را بخشی از روزهای پایانی هفته در نظر گرفت، اما به هر ترتیب از لحاظ ساختاری، چهارشنبه خارج از این مجموعه می­باشد. بنابراین همانند آنچه در (شکل۱-۲)می­بینید، می­توان چهارشنبه را روی مرز در نظر گرفت. مجموعه­های کلاسیک و معمول، توان انجام چنین طبقه بندی را ندارند، اما به هر حال دنیای واقعی پر از مسائلی این چنینی است که با مجموعه­های کلاسیک قابل توصیف نیستند]۱۱[. جهت تعریف روزهای پایانی هفته استدلال فازی به کمک بشر می ­آید زیرا منطق فازی بر اصل زیر استوار می­باشد: «در منطق فازی، هر حکمی دارای درجه­ای از درستی است.»

۱-۴-۹- توابع عضویت

تابع عضویت (mf) منحنی­ای می­باشد که نحوه نگاشت هر نقطه از فضای ورودی را به یک مقدار عضویت (درجه عضویت) بین ۰ و ۱ تعریف می­ کند. یکی از مثال­های پرکاربرد در زمینه­ مجموعه­های فازی، مجموعه افراد بلند قد است. در این مورد مجموعه ما حاوی همه اندازه قدهای ممکن از ۳ فوت تا ۹ فوت می­باشد. همچنین کلمه بلند قد متناظر با معنی­ای است که درجه­ بلند قدی هر فرد رامشخص می­ کند. در صورتیکه بخواهیم یک مجموعه کلاسیک برای انجام این طبقه بندی تعریف کنیم، می­توانیم بگوییم که همه افراد بلندتر از ۶ فوت بلند قد هستند. اما این نوع طبقه بندی تا حد زیادی ناکارآمد می­باشد، زیرا به عنوان مثال در دنیای واقعی نمی­ توان یک فرد ۶ فوتی را بلند قد و دیگری را کوتاه قد نامید، در حالی که دومی فقط به اندازه­ چند میلی­متر از اولی کوتاه­تر می­باشد(شکل۱-۴).

شکل(۱-۴). مجموعه فازی افراد بلند قد
با توجه به ناکارآمدی طبقه بندی یاد شده می­توان با بهره گرفتن از (شکل۱-۵) راهی برای حل این مساله در نظر گرفت. نمودار شکل زیر یک منحنی را که به نرمی از افراد کوتاه قد به افراد بلند قد رسم شده نشان می­دهد. خروجی این تابع، یک عدد بین ۰ و ۱ به عنوان درجه عضویت می­باشد. این منحنی تحت عنوان تابع عضویت شناخته شده و اغلب آن را با نمایش می­ دهند. به این ترتیب به هر فرد درجه­ای از بلند قدی تخصیص داده می­ شود]۲۴[ .

شکل(۱-۵). تابع عضویت در مساله قد

۱-۴-۱۰- انواع توابع عضویت

شرط لازم برای اینکه یک تابع عضویت ایجاد کند آن است که خروجی بین ۰ و ۱ باشد. این تابع می ­تواند هر منحنی با شکل دلخواه که از ویژگی­های سادگی, سرعت و کارآیی برخوردار باشد را در بر­گیرد. یک مجموعه کلاسیک را می‌توان به صورت زیر تعریف کرد:
A={x| x>6}
یک مجموعه فازی در واقع یک مجموعه کلاسیک تعمیم یافته است. اگر X را به عنوان مجموعه مادر در نظر گرفته شود و اعضای آن را با x نشان دهیم، آنگاه مجموعه­ فازیA به صورت زوج­های مرتب در مجموعه مادر X تعریف می‌شوند:
A={x ,_A (x) | x
که_A (x) تابع عضویت (MF) x در A می­باشد. تابع عضویت، هر عضو از x را به یک مقدار عضویت بین ۰ و ۱ نگاشت می­ کند.
در سیستم استنتاج عصبی- فازی ۹ نوع تابع عضویت وجود دارد. این ۹ نوع تابع از چند تابع اساسی ساخته شده ­اند که عبارتند از:
-توابع خطی قطعه­ای
-توابع توزیع گوسی
-منحنی­های سیگموئید
-منحنی­های چند جمله­ای درجه ۲ و ۳٫
ساده­ترین تابع عضویت از خطوط مستقیم تشکیل شده است. این تابع, از سه نقطه که یک مثلث را شکل می­ دهند تشکیل شده است که به آن تابع عضویت مثلثی می­گویند(Trimf).
تابع عضویت ذوزنقه­ای Trapmf نام دارد که در واقع یک تابع مثلثی برش خورده از بالا می­باشد, این دو تابع عضویت از مزیت سادگی برخوردار می­باشند.
همچنین دو تابع عضویت بر مبنای توزیع گوسی شامل منحنی ساده گوسی و ترکیب دو منحنی گوسی مختلف وجود دارند. دو تابع مربوط Gaussmf و Gauss2mf نام دارند.
تابع عضویت ناقوس تعمیم یافته, توسط سه پارامتر تعیین می­ شود. نام تابع مربوط به این تابع عضویت, Gbellmf می‌باشد. تابع عضویت ناقوسی دارای یک پارامتر بیشتر نسبت به تابع عضویت گاوسی می­باشد. به دلیل نرمی و اختصار توابع عضویت گاوسی و ناقوسی, این توابع از محبوبیت بالایی در ارتباط با مجموعه­های فازی برخوردار هستند. هر دوی این توابع دارای مزیت­های نرمی و مقدار غیرصفر در کلیه نقاط می­باشند.
اگر چه توابع عضویت گاوسی و ناقوسی از نرمی مناسبی بر­خوردار هستند, اما در مورد توابع نامتقارن که اهمیت کاربردی بالایی دارند از کارایی مناسبی برخوردار نیستند. برای رفع این نقیصه می­توان از توابع عضویت حلقوی استفاده نمود. این توابع از چپ یا راست باز هستند. توابع عضویت نامتقارن و بسته را می­توان به کمک دو تابع حلقوی تعریف نمود. تابع عضویت حلقوی پایه Sigmf نام دارد. همچنین تفاضل بین دو تابع حلقوی در قالب تابع Dsigmf و ضرب آنها در قالب Psigmf در دسترس می­باشند. تابع چند جمله­ای Pimf در دو انتها صفر و در مرکز دارای مقدار بیشتر از صفر می­باشد]۱۱[.
در ادامه شکل این نوع توابع نشان داده شده است:

شکل(۱-۶). توابع عضویت مثلثی و ذوزنقه­ای