انجام پایان نامه دکتری مکانیک کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک تبدیل انرژی طراحی

انجام پایان نامه دکتری مکانیک دفتر نمایندگی الزویر در کشور در سال 1380 به درخواست دانشگاه صنعتی شریف در تهران تأسیس شد و به تشکیل جلسات آموزشی در مورد نحوه نگارش مقالات ISI اشتغال داشت. در سال 1387 به درخواست دانشجویان دانشگاه شریف و دیگر دانشگاه های معتبر سراسر کشور کار خود را گسترش داد و به ارائه آموزش نحوه انجام پایان نامه، مدل سازی، نگارش و استخراج مقاله از پایان نامه پرداخت. در سال 1389 با مجوز نمایندگی الزویر و دریافت مجوز فعالیت از وزارت علوم، تحقیقات و فناوری و با کمک اعضای هیأت علمی دانشگاه شریف، شهید بهشتی و امیرکبیر، موسسه پژوهشی الزویر تأسیس شد و دپارتمان های کامپیوتر و برق شکل گرفت. در سال 1391 با پیشنهاد اعضای هیأت علمی دانشگاه علامه طباطبایی و تهران دپارتمان های مدیریت و حقوق شکل گرفت. در سال 1392 دپارتمان های عمران، معماری، مکانیک و صنایع، مواد و هوافضا تشکیل و تحت مجموعه دپارتمان های فنی مهندسی قرار گرفت. در سال 1393 دپارتمان های روانشناسی، زبان و ادبیات انگلیسی، زبان و ادبیات فارسی، فلسفه، هنر و گرافیک نیز تشکیل و تحت مجموعه دپارتمان های علوم انسانی قرار گرفت. موسسه پژوهشی الزویر با 11 سال سابقه موفق در زمینه آموزش انجام پایان نامه، مقاله و پروژه های دانشجویی در خدمت دانشجویان عزیز داخل و خارج از کشور برای پایان نامه، پروپوزال، سمینار، تحقیق و پروژه های دانشجویی و همچنین تهیه مقالات کلاسی، مروری، علمی پژوهشی، ISC و ISI در همه مقاطع تحصیلی کاردانی، کارشناسی، کارشناسی ارشد ، دکترا می باشد. با توجه به تأکید نماینده الزویر بر کیفیت بالا و قابل دفاع پایان نامه ها و امکان استخراج مقالات isi با ایمپکت قابل قبول از پایان نامه ها و نظارت مداوم نماینده وزارت علوم بر کیفیت انجام کارها در موسسه پژوهشی الزویر ، موسسه حساسیت زیادی بر کیفیت انجام پایان نامه ها، مقالات و پروژه های دانشجویی دارد و از همان مرحله تعیین موضوع تا دفاع نهایی توسط دانشجو کیفیت انجام کار رصد می شود.

انجام پایان نامه دکتری مکانیک پروژه های دانشجویی کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک تبدیل انرژی طراحی کاربردی ساخت و تولید ارتعاشات سیالات

انجام پایان نامه دکتری مکانیک پروژه های دانشجویی کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک تبدیل انرژی طراحی کاربردی ساخت و تولید ارتعاشات سیالات

مکانیک سیالات یا مکانیک شاره‌ها (Fluid mechanics) شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی سیالات (مایعات، گازها و پلاسما) و نیروهای آنها می‌پردازد. این رشته در طیف گسترده‌ای از رشته‌ها، از جمله مهندسی مکانیک، مهندسی عمران، مهندسی شیمی و زیست‌پزشکی، ژئوفیزیک، اقیانوس‌شناسی، هواشناسی، اخترفیزیک و زیست‌شناسی کاربرد دارد. مکانیک سیالات را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد: استاتیک سیالات که مطالعه سیالات در حال سکون است و دینامیک سیالات که مطالعه سیالات و اثر نیروها بر روی آنها در حال حرکت است. این رشته شاخه‌ای از مکانیک محیط‌های پیوسته است، که در آن ماده در سطح ماکروسکوپی مدل می‌شود و نه میکروسکوپی. مکانیک سیالات، به ویژه دینامیک سیالات، یک زمینه تحقیقاتی فعال است که به‌طور معمول از نظر ریاضی پیچیده‌است. بسیاری از مسئله‌ها تا حدی یا کاملاً حل نشده‌است و بهتر است با روش‌های عددی، معمولاً با استفاده از رایانه، حل شوند. یک رشته مدرن، به نام دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، به این روش اختصاص یافته‌است.

استاتیک سیالات یا هیدرواستاتیک، شاخه‌ای از مکانیک سیالات است که سیالات را در حالت سکون مطالعه می‌کند. این مطالعه شامل شرایطی است که مایعات ساکن در تعادل پایدار هستند؛ و با دینامیک سیالات، که مطالعه سیالاتِ در حال حرکت است، در تضاد قرار دارد. هیدرواستاتیک توضیحات فیزیکی بسیاری از پدیده‌های زندگی روزمره را ارائه می‌دهد، از جمله اینکه چرا فشار جو با افزایش ارتفاع تغییر می‌کند، چرا چوب و روغن روی آب شناور می‌شوند و چرا سطح آب با وجود شکل ظرف‌های مختلف همیشه مسطح است. علم هیدرواستاتیک برای علم هیدرولیک اساسی است. همچنین به برخی از جنبه‌های ژئوفیزیک و اخترفیزیک (به عنوان مثال، در درک زمین‌ساخت صفحه‌ای و ناهنجاری‌ها در میدان جاذبه زمین)، هواشناسی، پزشکی (در زمینه فشار خون) و بسیاری از زمینه‌های دیگر مربوط می‌شود.

دینامیک سیالات

جریان حول یک ایرفویل.

دینامیک سیالات زیرشاخه مکانیک سیالات است که با جریان سیالات سرو کار دارد، به عبارتی دانش مایعات و گازهای در حال حرکت است. دینامیک سیالات ساختار منظمی را ارائه می‌دهد – که زیربنای این رشته‌های عملی است – که قوانین تجربی و نیمه تجربی حاصل از اندازه‌گیری جریان را در بر می‌گیرد و برای حل مشکلات عملی مورد استفاده قرار می‌گیرد. راه حل مسئله‌های دینامیک سیالات معمولاً شامل محاسبه خصوصیات مختلف سیال مانند سرعت، فشار، چگالی و دما به عنوان توابعی از فضا و زمان است. این شاخه خود چندین زیرشاخه دارد، از جمله آیرودینامیک (مطالعه هوا و سایر گازهای در حال حرکت) و هیدرودینامیک (مطالعه مایعات در حال حرکت). دینامیک سیالات طیف وسیعی از کاربردها را شامل می‌شود، از جمله محاسبه نیروها و حرکات هواپیماها، تعیین نرخ دبی جرمی نفت عبوری از درون خطوط لوله، پیش‌بینی الگوهای در حال تکامل هوا، درک سحابی‌ها در فضای بین ستاره‌ای و مدل‌سازی انفجارها. برخی از اصول دینامیک سیالات در مهندسی ترافیک و دینامیک جمعیت‌ها استفاده می‌شود.

معادلات حاکم

معادله‌های اساسی حاکم بر مکانیک سیالات، معادله پایستگی جرم (پیوستگی) و معادله پایستگی تکانه (یا همان معادلات ناویر ـ استوکس) می‌باشند.

حل معادلات مکانیک سیالات

با وجود ابداع معادلات حاکم بر دینامیک سیالات که تاریخچه آن به بیش از ۱۵۰ سال می‌رسد، غیر از چند مورد خاص (همانند جریان بر روی صفحه تخت و جریان درون لوله‌ها در حالت آرام) حل تحلیلی برای این معادلات یافت نشده‌است. به جز چند حالت خاص اساسی مکانیک سیالات، بقیه حل‌ها به صورت تجربی استخراج و استفاده می‌شود.

روش دیگر برای حل معادلات استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی می‌باشد.

دینامیک سیالات محاسباتی یا سی‌اِف‌دی (به انگلیسی: Computational Fluid Dynamics) (اختصاری CFD) یکی از شاخه‌های مکانیک سیالات است که با استفاده از آنالیز عددی و الگوریتمهای عددی، مسائل مشتمل بر شاره‌های سیالاتی را تجزیه و تحلیل می‌کند. از کامپیوترها برای شبیه‌سازی برهم کنش مایعات و گازها با سطوح شرایط مرزی استفاده می‌شود. این شاخه از مکانیک سیالات، مکانیک قدیم را به علوم رایانه و توانمندی‌های نوین محاسباتی آن در نیمه دوّم قرن بیستم و در سده جدید میلادی وصل می‌کند.

سرگذشت پیدایش و گسترش دینامیک سیّالات محاسباتی را نمی‌توان جدای از تاریخ اختراع، رواج، و تکامل کامپیوترهای ارقامی نقل کرد. تا حدود انتهای جنگ جهانی دوٌم، بیشتر شیوه‌های مربوط به حلّ مسائل دینامیک سیالات از طبیعتی تحلیلی یا تجربی برخوردار بود. همچون تمامی نوآوری‌های برجسته علمی، در این مورد هم اشاره به زمان دقیق آغاز دینامیک سیّالات محاسباتی میسر نیست. در اغلب موارد، نخستین کار بااهمیت در این رشته را به ریچاردسون نسبت می‌دهند، که در سال ۱۹۱۰ (میلادی) محاسبات مربوط به نحوه پخش تنش (stress distribution) در یک سد ساخته‌شده از مصالح بنّایی را به انجام رسانید.

در این کار ریچاردسون از روشی تازه موسوم به رهاسازی (relaxation) برای حلّ معادله لاپلاس استفاده نمود. او در این شیوه حلّ عددی، داده‌های فراهم‌آمده از مرحله پیشین تکرار (iteration) را برای تازه‌سازی تمامی مقادیر مجهول در گام جدید به کار می‌گرفت. ابداع روش‌های مختلف گسسته سازی از جمله اختلاف محدود (Finite difference)، المان محدود (Finite element) و حجم محدود (Finite volume) از جمله مواردی است که به روند توسعه نرم‌افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی بسیار کمک کرد.

توضیحات

در این روش با تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره‌ای حاکم بر سیالات به معادلات جبری امکان حل عددی این معادلات فراهم می‌شود. با تقسیم ناحیه مورد نظر برای تحلیل به المان‌های کوچک‌تر و اعمال شرایط مرزی برای گره‌های مرزی با اعمال تقریب‌هایی یک دستگاه معادلات خطی بدست می‌آید که با حل این دستگاه معادلات جبری، میدان سرعت، فشار و دما در ناحیه مورد نظر بدست می‌آید. با استفاده از نتایج بدست آمده از حل معادلات می‌توان برآیند نیروهای وارد بر سطوح، ضرایب برا و پسا و ضریب انتقال حرارت را محاسبه نمود.

در دینامیک سیالات محاسباتی از روش‌ها و الگوریتمهای مختلفی جهت رسیدن به جواب بهره می‌برند، ولی در تمامی موارد، دامنه مسئله را به تعداد زیادی اجزاء کوچک تقسیم می‌کنند و برای هر یک از این اجزاء مسئله را حل می‌کنند. پس از رسم یک ۱۰۰ ضلعی منتظم مشاهده خواهیم نمود که شکل حاصل مشابه دایره است. با افزایش تعداد اضلاع این شباهت بیشتر خواهد شد. در حقیقت این پدیده در مبحث سی‌اِف‌دی نیز مفهوم خواهد داشت.

نرم‌افزارها

نرم‌افزارهای مختلفی در این حوزه توسعه یافته‌اند. بیشتر این نرم‌افزارها دارای پایه علمی یکسان برای حل مسئله دینامیک سیالات محاسباتی هستند. با این وجود برخی از آن‌ها از روش‌های حل متفاوتی برای حل یک مسئله استفاده می‌کنند. از جمله نرم‌افزارهای این حوزه می‌توان به انسیس فلوئنت، CFX، آباکوس و کامسول اشاره کرد.[۲][۳] البته نرم‌افزارهای بسیار زیادی در این حوزه توسعه یافته‌است. در اینجا تنها به نرم‌افزارهای شناخته شده تر اشاره شد.

روش‌های عددی مورد استفاده در دینامیک سیالات محاسباتی(CFD)

روش‌های گسسته‌سازی معادلات دیفرانسیل

روش اجزاء محدود

روش حجم محدود

روش تفاضل محدود

روش‌های طیفی

در میان این روش‌ها، روش حجم محدود کاربرد بیشتری به خصوص در مدل‌سازی جریان‌های تراکم ناپذیر دارد. بیشتر نرم‌افزارهای تجاری در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی نیز بر مبنای این روش بسط و توسعه یافته‌اند.

مدل‌های آشفتگی

جریان‌های فیزیکی موجود در طبیعت، به دو گروه جریان‌های آرام و آشفته تقسیم‌بندی می‌شوند. در جریان‌های آرام، سیال به صورت لایه ای و شامل لایه‌های قابل تفکیک حرکت می‌کند حال آنکه در جریان آشفته یا اغتشاشی، به دلیل اینرسی بالای سیال در مقایسه با اصطکاک بین لایه ای، لایه‌های جریان به صراحت قابل تفکیک نیست و جریان علاوه بر یک جهت اصلی، شامل گردابه‌های فراوانی و در طیف‌های اندازه ای مختلف است. تصویر زیر، جریان آشفته را در مقایسه با جریان آرام نشان می‌دهد.

شبیه‌سازی به روش میانگین‌گیری رینولدز معادلات ناویر- استوکس

شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ

شبیه‌سازی عددی مستقیم

کاربردها

اکنون روش دینامیک سیالات محاسباتی جای خود را در میان روش‌های آزمایشگاهی و تحلیلی برای تحلیل مسائل سیالات و انتقال حرارت باز کرده‌است و استفاده از این روش‌ها برای انجام تحلیل‌های مهندسی امری عادی شده‌است.

دینامیک سیالات محاسباتی به صورت گسترده در زمینه‌های مختلف صنعتی مرتبط با سیالات، انتقال حرارت و انتقال مواد به کمک سیال بکار گرفته می‌شود. از جمله این موارد می‌توان به صنایع خودروسازی، صنایع دریایی، صنایع هوافضا، توربوماشین‌ها، صنایع هسته‌ای، صنایع نظامی، صنایع نفت و گاز و انرژی و بسیاری موارد گسترده صنعتی دیگر اشاره نمود که دانش دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان گره گشای مسائل صنعتی مرتبط تبدیل شده‌است.

شبیه‌سازی CFD در مراکز نگه داری داده و تجهیزات IT

یکی از قوی‌ترین و پیچیده‌ترین ابزارهای شبیه‌سازی حرارتی و جریانی دیتاسنتر، دینامیک سیالات محاسباتی است. با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی که به انحصار با نام CFD برگرفته از Computational Fluid Dynamics نیز شناخته می‌شود، می‌توان الگوهای جریانی و حرارتی سیستم‌های الکترونیکی و سیستم‌های تهویه مطبوع را با دقت بالایی آشکارسازی نمود. علاوه بر آن امکان معرفی بارهای حرارتی متنوع ناشی از مانورهای مختلف دیتاسنتر و همچنین مانورهای مختلف بار و تنظیم دما در سیستم‌های سرمایشی نیز وجود دارد. ابزارهای مختلفی برای شبیه‌سازی CFD دیتاسنترها وجود دارد. یکی از این ابزارها که از گذشته مورد استفاده قرار می‌گرفته‌است، نرم‌افزار FLUENT و بعدها ANSYS_FLUENT است. این نرم‌افزار قدرتمند به صورت عمومی، امکان شبیه‌سازی طیف گسترده‌ای از فیزیک‌ها را دارد و با استفاده از آن، می‌توان شرایط Steady و Transient دیتاسنتر را نیز مدل‌سازی نمود. با وجود قدرت بسیار بالای FLUENT در بین نرم‌افزارهای CFD، استفاده از این نرم‌افزار و ستاپ حل، برای کاربران مبتدی CFD، قدری پیچیده خواهد بود و علاوه بر آن، نیاز به منابع و پردازشگرهای محاسباتی قدرتمند، جهت انجام محاسبات دارد.

شبیه‌سازی CFD سیستم‌های تهویه مطبوع

امروزه با پیشرفت صنایع ساختمانی و ساخت صدها پروژه تجاری، اداری و مسکونی در مساحت‌های بزرگ و فضاهای متنوع از نظر متراژ و ساختار و در کنار پیشرفت در سیستم‌های تهویه مطبوع و در نهایت ضرورت بهینه‌سازی مصرف انرژی، یکی از مسائل بسیار مهم در طراحی و بهره‌برداری از سیستم‌های تهویه مطبوع، اطمینان از یکنواختی و بهینه بودن توزیع جریان و حرارت و برودت در بخش‌های مختلف ساختمان است.

هر چند که در روش‌های طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع، روش‌ها، هندبوک‌ها و استانداردهای بسیاری وجود دارد که پاینبدی به آن‌ها موجب بهبود نتایج طراحی است، لیکن در پروژه‌ها بزرگ و دارای الگوهای جریانی پیچیده، امکان ارزیابی دقیق الگوی جریانی و دمایی ساختمان، پیش از ساخت وجود ندارد، مگر آنکه با استفاده از روش‌های شبیه‌سازی مدرن، الگوهای جریانی، سرعت، فشار، دما و خطوط جریان، نمایان شده و مورد ارزیابی قرار گیرد.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) معتبرترین و شناخته شده‌ترین روش شبیه‌سازی سیستم‌های تهویه مطبوع است که با استفاده از آن می‌توان به جزئیات فراوانی از جریان و انتقال حرارت داخل فضاهای مختلف دست یافت. در صورت استفاده صحیح از این ابزار و در اختیار داشتن منابع محاسباتی مناسب، می‌توان با ارزیابی هر طرح پیش از اجرا، از وقوع مشکلات بهره‌برداری و غیرقابل برگشت در سیستم‌های تهویه مطبوع پیشگیری نمود.

مراکز تحقیقاتی و آموزشی

علیرغم اینکه قدمت روش دینامیک سیالات محاسباتی در دنیا چندان زیاد نیست، این شاخه از علم در ایران و در سال‌های اخیر، رشد بسیار خوبی داشته‌است. جای گرفتن این مبحث در قالب چندین واحد درسی در مقاطع کارشناسی ارشد، دکتری و حتی کارشناسی به خوبی بیانگر میزان توجه و آینده روشن آن در کشور است. علاوه بر دروس آکادمیک ارائه شده در دانشگاه‌ها، مراکز زیادی نیز به صورت حرفه‌ای و نیمه حرفه‌ای در این زمینه شروع به فعالیت کرده‌اند. این مراکز به دو دسته آموزشی (آموزش مبانی CFD، کدنویسی و برنامه‌نویسی، آموزش نرم‌افزارهای مرتبط) و تحقیقاتی (انجام پروژه‌های علمی و صنعتی، توسعه روشهای عددی در دینامیک سیالات و …) تقسیم‌بندی می‌شوند. البته مراکز آموزشی مرتبط با این بخش معمولاً وابسته به دانشگاه‌ها بوده و در اشاعه این نوع تحلیل به مهندسین فارغ‌التحصیل کمک شایانی کرده و می‌کنند.