علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال:1402 | دوره:35 | شماره:3 |تعداد مقالات:8

میکروسکوپ نیروی اتمی یک ابزار قدرتمند و دقیق برای شناسایی خواص ذرات، بررسی نیروهای بین مولکولی، توپوگرافی سطح و منیپولیشن ذرات در ابعاد میکرو/ نانو است. نانومنیپولیشن ازجمله فرایندهایی است که از این ابزار به صورت مطلوب بهره برداری می شود. امروزه با پیشرفت علم و فناوری از منیپولیشن به منظور ساخت وتولید، تغییرات در خواص مواد، ساخت قطعات پزشکی باارزش افزوده بیشتر و مواد خام کمتر، بررسی ساختار سلول های بیولوژیکی و بسیار موارد دیگر در مقیاس نانو استفاده می شود. لذا در این تحقیق به منظور بررسی خواص مکانیکی بافت سرطانی سینه از میکروسکوپ نیروی اتمی در طی فرایند نانومنیپولیشن استفاده شده است. در طی این فرایند با بررسی تغییرات ناشی از نیرو- جابه جایی، نمودارهای نیرو و عمق نفوذ برحسب زمان ترسیم شده اند. همچنین با توجه به اهمیت، تماس ذرات در ابعاد نانو و با در نظر گرفتن مدل تماسی تاتارا و هندسه بافت سرطانی سینه، شبیه سازی هایی در جهت استخراج مدول یانگ انجام شده است. همچنین به منظور بررسی میزان تطابق نتایج حاصل از شبیه سازی فرایند منیپولیشن مبتنی بر میکروسکوپ نیروی اتمی، آزمایش های تجربی انجام شده و نمودار تجربی نیز ترسیم شده است. درنهایت با مقایسه های صورت گرفته در این تحقیق و با در نظر گرفتن مدل تماسی تاتارا، محدوده 2 تا 5/2 کیلو پاسکال برای مقدار بافت سرطانی سینه محاسبه شده است.

در این پژوهش بررسی عددی روش هایپرترمیا با استفاده از آنتن روزنه­ای مایکروویو در درمان سرطان بافت کبد انجام شده ­است. مدل سازی مسئله در نرم افزار کامسول به صورت متقارن محوری و دو بعدی انجام شده و معادله الکترومغناطیسی با معادله انتقال حرارت زیستی کوپل شده است. همچنین در این مطالعه توزیع دما، تخریب بافت سرطانی، میزان جذب امواج ماکرویوو در بافت کبد و نرخ جذب ویژه (SAR) به صورت عددی بررسی گردید. نتایج نشان داد که آنتن دو روزنه دارای توزیع گسترده­تری از مقدار مایکروویو جذب شده نسبت به آنتن تک روزنه است. توزیع SAR در راستای محور طولی آنتن­ها به تدریج افزایش می­یابد و به نقطه بیشینه خود که مکان قرارگیری روزنه است رسیده و سپس توزیع SAR به سرعت کاهش می­یابد و در انتهای آنتن به کمترین مقدار خود می­رسد. طبق نتایج به دست آمده همچنین تغییرات مقدار دما در بافت کبد به نوع آنتن و عمق نفوذ بستگی دارد و توزیع دما و توزیع SAR روند مشابهی دارند. همچنین آنتن تک روزنه برای تومورهای بیضوی شکل و آنتن دو روزنه برای تومورهای کروی شکل مناسب است.

کلکتورهای حرارتی خورشیدی (ST) فقط می توانند نیروی حرارتی تولید کنند، در حالی که سیستم های حرارتی فتوولتائیک (PVT) می توانند هم برق و هم انرژی حرارتی را تامین کنند. با این حال، دمای خروجی PVT معمولا به اندازه کافی برای استفاده در کاربردهای مختلف مانند گرمایش فضا بالا نیست. بنابراین سیستم جدیدی به نام ماژول PVT و کلکتور ST به صورت سری (PVT-ST) القا می شود تا با دمای خروجی بالاتر، برق و توان حرارتی تولید کند. در این مقاله برای اولین بار به منظور بررسی پتانسیل و امکان سنجی استفاده از PVT-ST در شرایط آب و هوایی نسبتاً گرم و معتدل در چهار شهر تهران، آبادان، بغداد و بصره مورد مطالعه قرار گرفته است و با دو سیستم متداول PVT و ST مقایسه می شود. برای این منظور، عملکرد سامانه از نظر قوانین اول ترمودینامیک به صورت عددی مبتنی بر کد فرترن (Fortran) ارزیابی می شود و در ادامه با استفاده از نتایج بدست آمده به بررسی تحلیل انرژی مصرفی یک واحد مسکونی در 4 شهر نام برده شده با استفاده از نرم افزار کریر(carrier) پرداخته شده است. علاوه بر این، اثرات نرخ جریان جرمی سیال عامل، در هر دو رژیم آرام و آشفته، بر عملکرد ماژول بررسی می شود. در این مطالعه تجزیه و تحلیل رژیم سیال کاری نشان می دهد که بازده حرارتی و الکتریکی بهینه را می توان در یک رژیم آشفته به دست آورد. با در نظر گرفتن دبی جرمی 0.0304 کیلوگرم بر ثانیه (رژیم آشفته) در جولای، راندمان حرارتی سیستم های ST، PVT-ST و PVT به ترتیب 85.7٪، 78٪ و 72.9٪ است، در نهایت، بررسی عملکرد سیستم در شهرهای مختلف نشان می دهد که این سامانه می تواند بالاترین توان حرارتی را در بصره تولید کند. با این حال، حداکثر تولید برق با میانگین 77 وات بر متر مربع متعلق به بغداد است. در انتها به بررسی تامین انرژی یک منزل مسکونی توسط سیستم های ترکیبی پرداخته شده است. با در نظر گرفتن 8 سیستم ترکیبی می توان بیشتر برق مصرفی یک خانه مسکونی را تامین نمود اما باید این نکته را در نظر داشت که در ساعات اوج مصرف این مقدار تولید برق پاسخگوی ظرفیت خانه نمی باشد که میتوان هم از برق ذخیره شده از باطری استفاده کرد و هم اینکه می­توان کسری از کمبود برق را از شبکه شهری تامین نمود.

در این پژوهش به بررسی انتقال حرارت جریان نانو سیال تحت شرایط جریان آرام در کانال با موانع مختلف شامل هندسه-های دایروی، مثلثی و مستطیلی پرداخته شده است. تاثیر موانع با هندسه متفاوت بر روی رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی در رژیم جریان آرام، تاثیر افزودن نانو ذرات به سیال پایه و تغییرات عدد رینولدز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می-دهد، با افزایش درصد کسر حجمی نانو ذرات، عدد ناسلت متوسط در کانال با موانع متفاوت افزایش می یابد. این افزایش عدد ناسلت در کانال با مانع مستطیلی نسبت به دیگر موانع بیشتری بوده که به دلیل افزایش سطح انتقال حرارت است، علیرغم آنکه ارتفاع این موانع در کانال یکسان می باشد. ماکزیمم عدد ناسلت در مانع مستطیلی به میزان تقریبا ٪30 بیشتر از عدد ناسلت در مانع دایروی است. استفاده از موانع با هندسه متفاوت و اضافه شدن نانو ذرات به سیال پایه، سبب افزایش شاخص عملکرد هیدرولیکی-حرارتی تا 44% می شود.

امروزه محصول­های چوبی به وفور در صنعت مبلمان، تابلوهای هنری، ظروف چوبی و غیره گسترش یافته است. روش‏های تولید سنتی و دستیِ تولیدِ این محصول­ها توان رقابت با روش­های تولید مکانیزه، خصوصاً ماشین های کنترل عددی را ندارند. از این‏رو، استفاده از این دستگاه­ها همواره در حال افزایش است. با این وجود، یکی از پارامترهایی که سرعت تولید را تحت تأثیر قرار می­دهد، زبری­سطح بوده و کارگاه­ها مجبور به صرف زمان زیاد برای سنباده­زنی و پرزگیری محصول هستند. به‏همین منظور و در تحقیق حاضر، تأثیر پارامترهای ماشین (سرعت پیشروی، سرعت دورانی و گام عرضی) و پارامترهای ابزار (قطر، تعداد لبه برشی و نوع لبه برشی) بر روی زبری سطح چوب راش مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج پژوهش نشان داد که ابزارهای با لبه برشی دو پر مارپیچ، نسبت به ابزارهای با لبه برشی مستقیم و یک پر مارپیچ، زبری سطح مطلوب­تری دارند و ابزارهای با لبه مستقیم برای چوب راش مناسب نیستند. همچنین، مشاهده شد با کاهش گام عرضی از 0.7D به 0.3D (D قطر ابزار  است)، زبری سطح کمتری ایجاد می­شود. با کاهش قطر ابزار از 6 به 4 و 3 میلی متر، کاهش سرعت پیشروی از 60 به 20 میلی متر بر دقیقه و افزایش سرعت دورانی از 15000 به 25000 دور بر دقیقه، زبری سطح محصول نهایی به‏صورت قابل توجهی کاهش پیدا نمود.

طراحی و توسعه ایرفویل­هایی با کارایی بالا برای پیشرفت صنعت هوانوردی از اهمیت اساسی برخوردار است. در زاویه­های حمله بزرگتر، نیروی برآ بیشتر و باند پرواز کوتاه­تر حاصل می­شود. اما در زاویه حمله بالا، پدیده جدایش جریان رخ می­دهد به طوری که بعد از زاویه واماندگی جریان به طور کامل از سطح بالای بال جدا شده و افت شدید برآ و افزایش پسا را به همراه دارد. در این پژوهش تلاش شده با استفاده از سطح متحرک در نسبت سرعت­های بالا بر روی ایرفویل ناکا 0012، از جدایش جریان جلوگیری و با افزایش نیروی برآ و کاهش نیروی پسا، عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل ناکا 0012 بهبود یابد. منظور از نسبت سرعت، نسبت سرعت سطح متحرک به سرعت جریان آزاد است. در این پژوهش از شبیه­سازی عددی در نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت و همچنین مدل آشفتگی k-ω-SST با الگوریتم حل سیمپل استفاده شده است و شبیه سازی به صورت دوبعدی انجام شده است. نوع گسسته سازی معادلات به صورت پیش فرض بوده و در ابتدا از حل­گر فشار مبنا استفاده شده است. استفاده از سطح متحرک به صورت یک استوانه دوار در لبه حمله ایرفویل ناکا 0012 در نسبت سرعت­های بالا علاوه بر جلوگیری از جدایش جریان و افزایش برآ، پسا را منفی کرده که نشان از ایجاد نیروی پیشرانش دارد. از بین تمامی حالات شبیه­سازی شده، نسبت سرعت 20 در زاویه حمله 24 درجه با ضریب برآ  564/3 و ضریب پسا 185/0-، مطلوب­ترین عملکرد آیرودینامیکی را داشته است.

در این مطالعه، تأثیر میدان مغناطیسی بر هیدرودینامیک و انتقال حرارت جریان آرام نانوسیال در یک میکروکانال همراه با انبساط ناگهانی یک­طرفه در عدد رینولدز پایین بررسی می­شود. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی با توسعه یک کد به زبان برنامه نویسی فرترن به روش تفاضل محدود بر روی یک شبکه جابه جا شده گسسته­سازی و حل می­شوند. نتایج  شبیه­سازی نشان می­دهد که در عدد رینولدز پایین، گردابه­ای بعد از پله تشکیل نمی­گردد. در حضور میدان مغناطیسی، ضریب اصطکاک با افزایش  کسر حجمی کاهش می­یابد. در کسرحجمی 4 درصد، این کاهش در مقایسه با آب خالص در اعداد هارتمن  20 و 40 به ترتیب 25 درصد و 18 درصد است. با اعمال میدان مغناطیسی ضریب اصطکاک افزایش می­یابد. برای نانوسیال با غلظت 4 درصد، افزایش ضریب اصطکاک متوسط در مقایسه با آب در اعداد هارتمن 20 و 40 به ترتیب 176 و 337 درصد می­باشد. در عدد رینولدز پایین، تأثیر میدان مغناطیسی بر روی عدد ناسلت ناچیز می­باشد. با افزایش  کسر حجمی عدد ناسلت کاهش می­یابد. در  کسر حجمی  4 درصد، تقریبا 12 درصد کاهش در عدد ناسلت در مقایسه با آب مشاهده می­گردد. بررسی معیار ارزیابی عملکرد نشان می­دهد که اعمال میدان مغناطیسی، منجر به بهبود عملکرد سیستم می­گردد. در عدد هارتمن 20 و  کسر حجمی 4 درصد، حدود 11 درصد افزایش در ضریب عملکرد نسبت حالت بدون میدان مشاهده می­شود.

نارسایی قلبی یکی از بیماری های قلبی-عروقی است که باعث تغییر در ساختار قلب شده و برون ده قلبی را کاهش می دهد. این بیماری می تواند به دو دسته نارسایی قلبی دیاستولیک و سیستولیک تقسیم شود. در نارسایی قلبی دیاستولیک ضخامت دیواره های بطنی افزایش یافته و مرتبط با هایپرتروفی کانسنتریک است. در این پژوهش، هایپرتروفی کانسنتریک ناشی از افزایش بیش از حد فشار در نظر گرفته شده است که در اثر آن، تعداد سارکومرها به صورت موازی بیشتر شده و در نتیجه باعث افزایش نسبی سطح عرضی کاردیومیوسیت می شود. معادلات پیوسته هایپرتروفی کانسنتریک با بکارگیری هندسه دوبطنی ایده آل شده، در نرم افزار کامسول مولتی فیزیک پیاده سازی شده است که رویکرد ارائه شده برای پیاده سازی روابط، کاملا جدید بوده و برتری های بنیادی نسبت به رویکرد پیشین دارد و نیازمند کدنویسی نبوده و به راحتی در یک نرم افزار المان محدود پیاده سازی می شود. نتایج شبیه سازی نشان داد که ضخامت دیواره های بطنی افزایش یافته و حجم محفظه های بطنی کاهش می یابند. نتایج مذکور منطبق بر مشاهدات بالینی از بیماری بوده و نشان می دهد که مدل سازی محاسباتی می تواند به عنوان ابزاری قدرتمند برای افزایش شناخت متخصصان از بیماری هایی که نرخ مرگ و میر بالایی دارند، مورد استفاده قرار گیرد.