۳-۲- سیکلوترون

سیکلوترون‌های جدیدی که در پروتون‌تراپی مورد استفاده قرار می‌گیرند، پروتون‌ها را تا انرژی MeV250-230 شتاب می‌دهند [^[۱۹۲]-^[۱۹۳]]. در مقایسه با سیکلوترون‌های اولیه، سیکلوترون‌های جدید نسبتاً کم‌حجم هستند. ارتفاع آهنربا‌ها تقریباً m 5/1 و قطر آن‌ها زمانی‌که به‌ترتیب با سیم‌پیچ‌های ابررسانا و یا سیم‌پیچ‌هایی با دمای اتاق تجهیز می‌شوند، بین m 5/3 تا m 5 می‌باشد [۴]. مهم‌ترین مزیت یک سیکلوترون، پیوستگی پرتو خروجی ( پیوستگی موج یا CW^[194] ) است؛ ضمن اینکه شدت پرتو خروجی می‌تواند خیلی سریع به میزان دلخواه، تنظیم شود. اگرچه سیکلوترون انرژی خروجی ثابتی دارد، اما این انرژی در بدن بیمار می‌تواند به‌طوردقیق به‌وسیلۀ کاهنده‌های انرژی و طراحی مناسب خط پرتو تنظیم گردد؛ به‌علاوه، سادگی در طراحی این شتاب‌دهنده و نیز اجزای نسبتاً کم آن، اغلب به‌عنوان مزیتی برای شتاب‌دهندۀ سیکلوترونی درنظر گرفته می‌شود. به‌طور کلی اجزای اصلی یک سیکلوترون کم‌حجم عبارت است از:

سیستم بسامد تابشی (RF^[195]) که میدان‌های قوی الکتریکی را تولید می‌کند و به‌وسیلۀ آن پروتون‌ها شتاب داده می‌شوند.
یک آهنربای قوی که مسیر ذره را داخل یک مدار مارپیچی محصور می‌کند تا پروتون‌ توسط ولتاز RF مجدداً شتاب داده شود.
یک چشمۀ پروتونی در مرکز سیکلوترون که پس از یونیزه شدن گاز هیدروژن، پروتون‌ها از آن خارج می‌شوند.
سیستم خروجی که پروتون‌هایی را که به بیشینه انرژی موردنظر رسیده‌اند، به خارج از سیکلوترون و داخل سیستم انتقال پرتو هدایت می‌کند.

۳-۲-۱- سیستم بسامد تابشی (RF)

سیستم RF معمولاً شامل دو یا چهار الکترود می‌باشد که بین قطب‎‌های آهنربا قرار داده می‌شوند. (به‌خاطر شکل این الکترودها در سیکلوترون‌های اولیه، اغلب دی^[۱۹۶] نامیده می‌شوند.) الکترودهای دی به مولد RF متصل می‌گردند که یک ولتاژ نوسانی بین kV30 تا kV100 با فرکانس ثابت در محدودۀ MHz100-50 ایجاد می‌کند [۴].
پارامترهای مهم در سیستم RF، ولتاژ و بسامد RF می‌باشند. کمینه مقدار برای ولتاژ RF، اولین چرخه را در شتاب‌دهنده ایجاد می‌کند که به‌وسیلۀ آن پروتون‌ها از چشمۀ یونی در مرکز سیکلوترون، خارج می‌شوند و از طریق روزنه‌ها و اتصالات بین نیمه‌های بالا و پایین الکترودها، عبور می‌کنند. ولتاژ بالای RF نیز EΔ بزرگی را ایجاد می‌کند. این امر سبب می‌شود که حساسیت پرتو نسبت به خطا در ایجاد میدان مغناطیسی کمتر باشد و بازده خروجی بالایی به دست آید. از طرف دیگر، دورۀ تناوب () برای ولتاژ RF، در هر الکترود، برای موقعیت سمتی پروتون‌ها در تمامی شعاع‌ها، باید یکسان باشد؛ براین اساس در زمان T یک پروتون با بار الکتریکی q و جرم m برای آن‌که یک چرخه را با شعاع r ایجاد کند، نیروی لورنتس Bqv طبق معادلۀ (۳‑۱)، به‌صورت نیروی مرکزگرا عمل می کند:

به‌علاوه، سرعت پروتون نیز مطابق با معادلۀ (۳‑۲) نوشته می‌شود:

بنابراین زمان مورد نیاز برای یک دور چرخش پروتون، طبق معادلۀ (۳‑) به‌دست می‌آید:

مطابق با معادلۀ (۳‑۳)، زمان T وابسته به شعاع یا سرعت ذره نیست و این یعنی تمام ذرات در زاویۀ سمتی مشابه در سیکلوترون حرکت می‌کنند. نکتۀ دیگری که در اینجا باید به آن اشاره کرد، این است که علی‌رغم پالسی بودن فرکانس RF در ولتاژ شتاب‌دهنده، شدت پرتو خروجی از سیکلوترون به‌صورت CW، در ذره‌درمانی درنظر گرفته می‌شود [۴].

۳-۲-۲- میدان مغناطیسی

مشخصات میدان مغناطیسی به‌وسیلۀ دینامیک پرتو تعیین ‌می‌شود. در ایجاد میدان مغناطیسی برای سیکلوترون باید به دو نکته توجه داشت. اول اینکه، میدان مغناطیسی باید هم‌زمان، و مطابق با معادلۀ (۳‑)، همگن باشد؛ به‌علاوه میدان باید در هر شعاع r دارای قدرت مناسب باشد تا با زمان T مورد نیاز جهت یک دور چرخش پروتون، هماهنگ گردد. قدرت میدان مغناطیسی در سیکلوترون‌های حاضر بین T 2 تا T 5/3 است [۴]. در این میان مزیت سیم‌پیچ‌های ابررسانا، توان مصرفی کم و به‌ویژه میدان مغناطیسی قوی‌تر می‌باشد که سبب می‌شود سیکلوترون‌،کوچک‌تر و سبک‌تر باشد. نکتۀ دوم، شکل خطوط میدان مغناطیسی است که باید به‌گونه‌ای باشد تا با ایجاد نیروی متمرکز کننده‌، فضایی را که پروتون‌ها در آن حرکت می‌کنند، محدود نماید.
زمانی‌که انرژی پروتون‌ها بزرگ‌تر از MeV30-20 می‌شود، سرعت آن‌ها کسری از سرعت نور می‌گردد (در انرژی MeV20، ). به‌خاطر اثرات نسبیتی، افزایشی در جرم پروتون‌ها در مقایسه با جرم سکون آن‌ها یعنی m₀، مطابق با معادلۀ (۳‑۴)، مورد انتظار است. به‌عنوان مثال برای انرژی‌های بالا مانند MeV250 ()، برابر با ۲۷/۱ خواهد بود.

اثر درصد ماده خشک شیر و ترکیبی از گیاهان دارویی بر فراسنجههای خونی پیش از شیرگیری در جدول شماره ۴-۳ و پس از شیرگیری در جدول ۴-۴ آورده شده است.
۴-۸-۱- بتا- هیدروکسی بوتیریک اسید (BHBA)
افزودن گیاهان دارویی، سطح ماده خشک شیر و اثر متقابل سطح ماده خشک شیر در افزودن گیاهان دارویی پیش و پس از شیرگیری بر میزان BHBA خون گوسالهها معنیدار نبود (۰۵/۰<p). در راستا با نتایج این پژوهش، در پژوهشی که سوآرز و همکاران (۲۰۰۶) بر روی توسعه شکمبه در گوسالههای شیرخوار انجام دادند، رابطه مستقیم افزایش مصرف جیره آغازین و افزایش سن با افزایش BHBA خون که شاخصی از توسعه شکمبه است را گزارش کردند[۱۴۸]. در پژوهش حاضر نیز پس از شیرگیری همراه با توسعه شکمبه غلظت BHBA خون افزایش یافته است. بر خلاف نتایج این پژوهش، خان و همکاران(۲۰۰۷) گوسالهها را به دو روش شیر دادند، روش گام به پایین (۲۰ درصد وزن بدن تا ۴۰ روزگی و ۱۰ درصد وزن بدن تا ۴۵ روزگی) و روش معمولی (۱۰ درصد وزن بدن تا ۴۵ روزگی) و از ۴۵ تا ۴۹ روزگی شیرگیری شدند، در این آزمایش در پیش از شیرگیری و پس از شیرگیری BHBA سرم خون گوسالههایی که به روش گام به پایین شیر خورده بودند بالاتر بود (۱۶/۰ دربرابر ۱۱/۰،۰۰۷/۰>P)[88].
۴-۸-۲- گلوکز
افزودن گیاهان دارویی در پیش از شیرگیری بر میزان گلوکز سرم خون گوسالهها تاثیر معنیداری داشت (۲/۱۱۵ و ۰۱/۱۳۶ میلیگرم در دسیلیتر،۰۰۳/۰>P) اما در پس از شیرگیری اختلاف معنیداری مشاهده نشد (۰۵/۰<P). سطح ماده خشک شیر در پیش از شیرگیری بر میزان گلوکز سرم خون گوسالهها تاثیر معنیداری داشت (۲/۱۱۵و۲۶/۱۳۲ میلیگرم در دسیلیتر،۰۵/۰>P) اما در پس از شیرگیری اختلاف معنیداری دیده نشد. اثر متقابل هم اختلاف معنیداری را نشان ندادند. غلظت گلوکز خون به عوامل گوناگونی بستگی دارد و این غلظت در هر زمان نتیجه یک تعادل میان ورود و حذف گلوکز از گردش خون است و همه عواملی که روی ورود یا خروج گلوکز اثر میگذارند در تنظیم گلوکز خون نقش دارند [۸۲]. کاهش گلوکز خون در سپتیسمیها، مراحل آخر اندوتوکسمی و بسیاری از بیماریهای متابولیک در حیوانات رخ میدهد[۱۱۹]. گرسنگی و غذا نخوردن منجر به کاهش گلوکز خون در حیوانات با سنین کم نمیشود اما حیوانات جوانی که به علت بیماری، نقص مادرزادی و یا مدیریت غلط، ذخیره انرژیشان محدود میشود، گلوکز خونشان کاهش مییابد که همراه با افسردگی و حتی کما میباشد[۱۳۹]. اگر چه تغییرات گلوکز خون در سطح گستردهای از بیماریها رخ میدهد اما سطح طبیعی گلوکز خون ناشی از به یک تعادل بسیار دقیقی در سیستم هورمونی میباشد. زمانی که یک عدم تعادل هورمونی رخ میدهد یک نسبت جدیدی از گلوکز ایجاد میشود که این نسبت به طور بالینی نشان دهنده کاهش و یا افزایش پایدار گلوکز خون بوده و این خود به تاثیرات هورمونی که بر روی متابولیسم کربوهیدراتها اثر میگذارند بستگی دارد[۸۲]. محتویات شیر شامل چربی، لاکتوز و پروتئین توسط آنزیمهای شیردان هضم میشوند (رنین، لیپاز، پپسین) و همچنین در ادامه در روده توسط لیپاز پانکراسی، تریپسین، کیموتریپسین، کربوکسیپپتیداز و الاستاز و لاکتاز هضم میشوند. این فرایندها در روده و معده سبب تولید زنجیره های کوچک از اسید چرب، گلوکز، گالاکتوز و آمینواسید میشوند که جهت نگهداری و عملکرد طبیعی بدن و رشد گوساله ضروری میباشند. در گوساله جوان گلوکز و اسید چرب منبع اصلی انرژی محسوب میشود، بنابراین مکانیسمهای گلوکواستاتیک و لیپوستاتیک نقش مهمی را در تنظیم مصرف شیر و مقدار آن حداقل تا پیش از شروع مصرف ماده خشک بر عهده دارند. ویلیام(۱۹۹۲)، گزارشکرد که پایین بودن سطح گلوکز خون باعث تحریک گرسنگی میشود، حال آنکه افزایش سطح آن سبب بروز سیگنالهای سیری میشود و به دنبال آن مصرف غذا پایین میآید[۱۶۸] جاسپر(۲۰۰۲) مشاهده کرد، گوسالههایی که شیر مصرفی آن ها برابر با ۱۰ درصد وزن بدنشان است مقدار جیره آغازین مصرفیشان نزدیک به ۲ برابر گوسالههایی است که مقادیر شیر بیش تری را در هفته های پیش از شیرگیری مصرف میکنند، کاهش مصرف ماده خشک توسط این گوسالهها تعجبآور نیست این گوسالهها به علت سیری که به واسطه مواد شیمیایی (سطح بالای گلوکز خون و انسولین) و عوامل مکانیکی(تشکیل دلمه) حاصل میشود کمتر گرسنه میشوند (خوراک کمتر مصرف میکنند)[۷۶] اسمیت(۲۰۰۲) گزارش کرد، که با افزایش مصرف غذا، رشد افزایش مییابد و این با سطحIGF-1 ، انسولین و گلوکز خون در ارتباط است[۱۴۰]. در راستا با نتایج این پژوهش، خلیف و همکاران(۲۰۱۲) آزمایشی را بر روی ۲۸ بز شیری که ۷ روز زایش کرده بودند انجام دادند، آزمایش به مدت ۹۰ روز انجام شد، گروهی که روغن زنجبیل دریافت کردند، میزان گلوکز سرم خون آن ها نسبت به گروه شاهد بالاتر بود (۰۵/۰<P) [90].

سلطان و همکاران(۲۰۰۹) ترکیبی از روغن گیاهان دارویی اکالیپتوس ، نعناع وکریستال جوهر نعناع خشک را به مدت ۸ هفته در شیر به مصرف گوسالهها رساندند که در سطح ۹۴ و ۱۸۷ میلیگرم تاثیری بر گلوکز خون گوسالهها نداشت اما در سطح ۲۸۱ میلیگرم گلوکز خون به طور معنیداری نسبت به گروه شاهد افزایش یافته بود(۵۷ در مقابل ۴۵ گرم در دسیلیتر، ۰۵/۰>p)[144]. عبداللهی و همکاران(۲۰۰۳) به منظور بررسی خواص ضد دیابتی مرزه آزمایشی را بر روی موشها طراحی کردند که نتایج کاهش معنیداری نیز در میزان سطح گلوکز و تری گلیسرید خون در موشهای دیابتی تغذیه شده با مرزه نشان داد(۲۵۸ در مقابل ۳۲۵ میلیگرم در دسیلیتر، ۰۵/۰>P)[2]. بر خلاف نتایج این پژوهش، بولوم و همکاران(۲۰۰۳) گزارش کردند استفاده از سطوح مختلف پروتئین در شیر جایگزین گوسالهها (۱۴، ۱۸، ۲۲، ۲۶ درصد) که فقط شیر خورده بودند، تاثیر معنیداری در گلوکز سرم خون آن ها مشاهده نشد (۰۵/۰<P) اما اثر زمان معنیدار شد.
هیل و همکاران (۲۰۰۹) گزارش کردند تغذیه شیر جایگزین با ۲۷ درصد پروتئین که با سطح متفاوت چربی (۱۴، ۱۷، ۲۰، ۲۳ درصد) خورانده شده بود، تاثیر معنیداری بر گلوکز سرم خون گوسالهها نداشتند(۰۵/۰<p). در مطالعهای باکیرل و همکاران(۲۰۰۸) به منظور بررسی خاصیت آنتیاکسیدانی و هموستازی گلوکز رزماری بر روی خرگوشها آزمایشی را طراحی کردند، در اولین مطالعه آن ها دوزهای ۵۰، ۱۰۰ و ۲۰۰ میلیگرم در کیلوگرم عصاره رزماری را جهت بررسی خواص هایپوگلیسمیک این گیاه بر روی خرگوشهای با سطح بالا وسطح متعادل گلوکز در خون به آن ها خورانده شد، تاثیر مناسب عصاره این گیاه بر روی دو گروه در دوز ۲۰۰ میلیگرم در کیلوگرم وزن بدن دیده شد و این تاثیر مستقل از خود انسولین بود. در مطالعه دوم دوزهای ۱۰۰ و ۲۰۰ میلیگرم در کیلوگرم وزن بدن از عصاره رزماری به خرگوشهای مبتلا به دیابت آلکسون تزریق شد، میزان انسولین به طور معنیداری افزایش یافت، افزون بر این که در هفته اول آزمایش دوز ۲۰۰ میلیگرم سبب جلوگیری از پروکسیداسیون لیپید شد و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی افزایش یافت[۱۱].
۴-۸-۳- پروتئین کل
افزودنی گیاهان دارویی بر میزان کل پروتئین سرم خون گوسالهها در پیش و پس از شیرگیری اختلاف معنیداری را نشان

۴-۲) توصیف متغیرهای جمعیت شناختی پاسخ دهندگان: ۵۶
۴-۳) توصیف متغیرهای تحقیق ۵۹
۴-۴) آزمون فرضیات تحقیق: ۶۶
۴-۴-۱) فرضیه های اصلی ۶۶
۴-۴-۲) فرضیه های فرعی ۶۷
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها
۵-۱ ) مقدمه ۷۱
۵-۲) نتایج آمار توصیفی ۷۱
۵-۳) نتایج حاصل از آزمون فرضیات پژوهش ۷۲
۵-۴) پیشنهادات مبتنی بر نتیجه آزمون فرضیات پژوهش ۷۴
۵-۵ ) پیشنهادات برای محققین آتی ۷۵

۵-۶) محدودیتهای تحقیق ۷۵
منابع و ماخذ ۷۷
ضمائم ۸۱
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول ۲-۱) نماگرهای جمعیت کشور در سال های ۸۵-۱۳۶۵ ۳۳
جدول ۲-۲) نماگرهای جوانی و سالمندی جمعیت کشور در سالهای ۸۵- ۱۳۶۵ ۳۳
جدول ۲-۳) برآورد جمعیت کشور در سالهای ۸۸- ۱۳۸۴ ۳۴
جدول ۳-۱) توزیع سوالات پرسشنامه ۵۲
جدول۳-۲) آلفای کرونباخ متغیر های تحقیق ۵۳
جدول۴-۱) توصیف جنسیت پاسخ دهندگان ۵۶
جدول۴-۲) توصیف سن پاسخ دهندگان ۵۷
جدول۴-۳) توصیف تحصیلات پاسخ دهندگان ۵۸
جدول۴-۴) توصیف متغیر درآمد پایین ۵۹
جدول۴-۵) توصیف متغیر قابل رقابت نبودن بیمه های عمر سنتی با سایر فعالیت های سرمایه گذاری ۶۰
جدول۴-۶) توصیف متغیر عوامل اقتصادی ۶۱
جدول۴-۷) توصیف متغیر عدم فرهنگ سازی در جامعه از طریق رسانه های جمعی و با حمایت دولت ۶۲
جدول۴-۸) توصیف متغیر ناآشنایی مردم با بیمه های عمر و مترادف دانستن آنها با بیمه تامین اجتماعی و درمان ۶۳
جدول۴-۹) توصیف متغیر عوامل اجتماعی ۶۴
جدول۴-۱۰) توصیف متغیر میزان تمایل برای تقاضای بیمه عمر ۶۵
جدول۴-۱۱) آزمون رگرسیون بین عوامل اجتماعی و میزان تمایل برای تقاضای بیمه عمر ۶۶
جدول۴-۱۲) آزمون رگرسیون بین عوامل اقتصادی و میزان تمایل برای تقاضای بیمه عمر ۶۶
جدول۴-۱۳) آزمون رگرسیون بین سطح پایین درآمد و میزان تمایل برای تقاضای بیمه عمر ۶۷
جدول۴-۱۴) آزمون رگرسیون بین قابل رقابت نبودن بیمه های عمر سنتی با سایر فعالیت های سرمایه گذاری و میزان تمایل برای تقاضای بیمه عمر ۶۷
جدول۴-۱۵) آزمون رگرسیون بین عدم فرهنگ سازی در جامعه و میزان تمایل برای تقاضای بیمه عمر ۶۸
جدول۴-۱۶) آزمون رگرسیون بین ناآشنایی مردم با بیمه های عمر و میزان تمایل برای تقاضای بیمه عمر ۶۹
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار۴-۱) نمودار دایره ای جنسیت پاسخ دهندگان ۵۶
نمودار۴-۲) نمودار میله ای سن پاسخ دهندگان ۵۷
نمودار۴-۳) نمودار میله ای تحصیلات پاسخ دهندگان ۵۸
نمودار۴-۴) هیستوگرام متغیر درآمد پایین ۵۹
نمودار۴-۵) هیستوگرام متغیر قابل رقابت نبودن بیمه های عمر سنتی با سایر فعالیت های سرمایه گذاری ۶۰
نمودار۴-۶) هیستوگرام متغیر عوامل اقتصادی ۶۱

پیشرفت دینامیک سیالات محاسباتی، بنیانی برای درک بیشتر دینامیک جریان­های چند فازی را فراهم کرده است. در حال حاضر دو دیدگاه اولر- لاگرانژ و اولر- اولر جهت محاسبه عددی جریان­های چند فازی وجود دارد. در دیدگاه اولر- لاگرانژ، ابتدا فاز پیوسته جریان با بهره گرفتن از معادلات اولری یعنی همان معادلات ناویر- استوکس، حل می­ شود و سپس فاز دوم مثلا ذرات رسوبی از دیدگاه لاگرانژی بررسی می­شوند. اما در دیدگاه اولر- اولر فاز دوم نیز به عنوان یک فاز پیوسته در نظر گرفته می­ شود و بسته به روش به کار برده شده یا یک معادله برای تمام فازها حل می­ شود یا این که برای هر فاز یک معادله جدا گانه از معادلات بقاء حل می­ شود.

در دیدگاه اولر- اولر، سه نوع روش وجود دارد که عبارتند از : VOF، Mixture و Eulerian . روش VOF تکنیک ردگیری سطح مشترک فازها برای مش اولری ثابت است. این مدل برای دو یا چند سیال غیرقابل امتزاج، که مکان فصل مشترک آن­ها مورد نظر است، طراحی شده است. در این روش یک سری معادلات مومنتوم به جریان چند فازی اختصاص داده می­ شود و کسر حجمی هر یک از فازها در هر سلول محاسباتی تعیین می­ شود. روش Mixture برای دو فاز یا بیشتر طراحی شده که در آن فازها به عنوان یک محیط پیوسته در هم نفوذ کننده در نظر گرفته می­شوند و معادلات مومنتوم برای جریان مخلوط حل شده و از سرعت­های نسبی جهت تشریح فازهای پراکنده استفاده می­ شود. روش Eulerian پیچیده­ترین روش چند فازی در نرم­افزار Fluent می­باشد. این روش معادلات مومنتوم و پیوستگی را برای هر فاز حل می­ کند. ارتباط این معادلات از طریق فشار و ضرایب تبادل بین فازی صورت می­گیرد که این ارتباط به نوع فازها بستگی دارد. (دهقانی سانیچ، ۱۳۹۱) و (هاشم­آبادی و دهنوی، ۱۳۹۰)
روش Mixture، یک روش چند فازی ساده شده است که می ­تواند برای مدل کردن جریان­های چند فازی که فازها با سرعت­های مختلف حرکت می­ کنند، مورد استفاده قرار می­گیرد. در این روش فرض می­ شود که فازها دارای تعادل موضعی در مقیاس طولی فضایی کوتاه هستند که این امر باعث می­ شود تاثیر فازها بر همدیگر در نظر گرفته شود. روش Mixture می ­تواند n فاز را با حل معادلات مومنتوم، پیوستگی و انرژی برای فاز مخلوط، معادلات کسر حجمی برای فازهای ثانویه و روابط جبری برای سرعت­های نسبی مدل کند.
سرعت نسبی که همان سرعت لغزش می­باشد به عنوان سرعت فاز ثانویه (p) نسبت به فاز اولیه (q) تعریف می­ شود و از رابطه (۳-۱۷) بدست می ­آید.
(‏۳‑۱۷)
کسر جرمی هر فاز (k) به صورت رابطه (۳-۱۸) تعریف می­ شود که با بهره گرفتن از آن و طبق رابطه (۳-۱۹) سرعت راندگی بدست می ­آید.
(‏۳‑۱۸)
(‏۳‑۱۹)
با بهره گرفتن از معادله پیوستگی و سرعت راندگی، معادله کسر حجمی فاز ثانویه p مطابق رابطه (۳-۲۰) تعریف می­ شود.
(‏۳‑۲۰)
که در آن و به ترتیب انتقال جرم از فاز q به p و انتقال جرم از فاز p به qمی­باشد. معادله کسر حجمی برای فاز کمتر حل می­ شود و کسر حجمی فاز باقیمانده مطابق با محدودیت رابطه (۳-۲۱) محاسبه خواهد شد. (Fluent 6.3 User’s Guide, 2006)
(‏۳‑۲۱)

هندسه و شبکه بندی مدل عددی

جهت تهیه هندسه دو بعدی و سه بعدی مدل عددی از نرم­افزار Gambit استفاده شده است. علاوه بر این Gambit توانایی تولید مش و شبکه­ ها در دینامیک سیالات محاسباتی را به صورت اختصاصی دارد. در واقع این نرم­افزار یک پیش پردازنده برای نرم­افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی نظیر Fluent می­باشد که خروجی­های آن به شکل فایل­های ورودی برای Fluent استفاده می­ شود. به طور کلی مراحلی که این پیش پردازنده به صورت زیر می­باشد:
تولید هندسه: در این مرحله هم می­توان هندسه را در این نرم­افزار تولید کرد و هم می­توان از نرم­افزارهای دیگر تولید کننده هندسه مانند Autocad و Solidworks هندسه را تولید کرده و به این نرم­افزار معرفی کرد.
تولید شبکه بر روی هندسه
تعیین شرایط مرزی و نواحی مختلف
نرم­افزار Gambit دارای امکانات فراوان و منحصر بفردی در زمینه شبکه و مش بندی می­باشد. در مدل­های دو بعدی می­توان از شبکه ­های چهار وجهی، سه وجهی و یا مخلوطی از هر دو استفاده کرد. در حالت سه بعدی نیز می­توان از المان­های شش وجهی، چهار وجهی، هرمی و یا مخلوطی از این المان­ها به کار گرفت. (دهقانی سانیچ، ۱۳۹۱)

مش بندی مدل دو بعدی

در این تحقیق جهت انجام مطالعات روی مدل عددی ابتدا حالت دو بعدی مش بندی مدل عددی به طور کامل بررسی شده و سپس حالت سه بعدی مدل شده و نتایج حاصل در حالت دو بعدی و سه بعدی با یکدیگر مقایسه خواهند شد. در مدل دو بعدی m 2 از طول داکت مدل شده که با توجه به جدول (۳-۱) این طول شامل مقطع اصلی و مقداری پایین­دست آن و مقطع انتقال می­باشد. همچنین m 05/0 از طول لوله­های انتقال هوا در پایین­دست رمپ نیز مدل شدند. شکل­های (۳-۴) و (۳-۵) نمونه ­ای از مش بندی مدل عددی در حالت دو بعدی با ابعاد m 003/0 را در حالت کلی و در نزدیکی رمپ نشان می­ دهند. ابعاد سلول­های محاسباتی به کار رفته در حالت­های مختلف از m 002/0 تا m 007/0 بوده که در طی آن حساسیت مدل نسبت به شبکه بندی نیز مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی دقیق لایه مرزی جریان و تغییرات پارامترهای جریان در نزدیکی جداره، از مش بندی ریزتری در دیواره­ها استفاده شد به طوری که در حالت­های مختلف مش بندی، ۳ تا ۷ سلول نزدیک دیواره­ها ریزتر شدند. در حالت بدون هوادهی (جریان تک فازی) جهت مدل­سازی توربولانس جریان از مدل­های توربولانسی مختلفی از جمله تمامی مدل­های k-ε و k- استفاده شده و نتایج حاصل از این مدل­ها با یکدیگر مقایسه شدند. در حالت با هوادهی (جریان دو فازی) از روش Mixture جهت مدل­سازی اندرکنش بین فازها و از مدل­های توربولانسی RNG k-ε و SST k- جهت مدل­سازی توربولانس جریان استفاده شد.
شکل ‏۳‑۴- شبکه بندی دو بعدی میدان جریان در حالت کلی برای رمپ A
Air Pipes
Ramp
شکل ‏۳‑۵- شبکه بندی دو بعدی میدان جریان در نزدیکی رمپ A

مش بندی مدل سه بعدی

شبکه بندی حالت سه بعدی مدل عددی نیز مانند حالت دو بعدی بوده با این تفاوت که ابعاد سلول­های محاسباتی بین m 004/0 تا m 006/0 می­باشد. همچنین جهت بررسی دقیق­تر تغییرات پارامترهای جریان در نزدیکی جداره، از مش بندی ریزتری در دیواره­ها استفاده شد به طوری که در حالت­های مختلف مش بندی، ۳ تا ۵ سلول نزدیک دیواره­ها ریزتر شدند. در حالت بدون هوادهی (جریان تک فازی) جهت مدل­سازی توربولانس جریان از مدل­های توربولانسی RNG k-ε و SST k- استفاده شده و نتایج حاصل از این دو مدل با یکدیگر مقایسه شدند. در حالت با هوادهی (جریان دو فازی) از روش Mixture جهت مدل سازی اندرکنش بین فازها و از مدل­های توربولانسی مذکور جهت مدل­سازی توربولانس جریان استفاده شد.
Air Pipes
Ramp
شکل ‏۳‑۶- شبکه بندی سه بعدی میدان جریان در حالت کلی برای رمپ A
Air Pipes
Ramp
شکل ‏۳‑۷- شبکه بندی سه بعدی میدان جریان در نزدیکی رمپ A

شرایط مرزی و شرایط اولیه

شرایط مرزی با توجه به فیزیک مسئله، تعیین کننده جریان و خاصیت­های آن در مرزها می­باشد. شرایط مرزی از جمله اجزای بسیار مهم و تعیین کننده در نرم­افزار Fluent به شمار می ­آید. شرایط مرزی شامل مقاطع ورودی، مقاطع خروجی و دیواره­ها و مرزهای جامد می­باشد. همانطور که در بخش قبل گفته شد جهت اعمال شرایط مرزی به مرزهای مدل از نرم­افزار پیش­پردازنده Gambit استفاده می­گردد. این نرم­افزار انتخاب­های گسترده­ای را جهت تعیین شرایط مرزی در اختیار کاربر قرار می­دهد. مهم­ترین شرایط مرزی موجود در نرم­افزار برای مقاطع مختلف به صورت زیر دسته بندی می­گردند.
مقاطع ورودی: Velocity Inlet و Pressure Inlet
مقاطع خروجی: Outflow و Pressure Outlet
جداره­ها: Wall
با توجه به جدول (۳-۳) که در بردارنده مشخصات شرایط آزمایشگاهی مدل که همان شرایط اولیه مدل عددی می­باشد، شرایط مرزی مدل عددی تعریف می­شوند. در این تحقیق جهت ورود آب به داخل داکت در مدل عددی شرط مرزی Velocity Inlet در بالادست، جهت ورود هوا به جریان شرط مرزی Velocity Inlet در پایین­دست رمپ، جهت خروج جریان از مدل عددی شرط مرزی Pressure Outlet در پایین­دست و برای مرزهای جامد شرط Wall استفاده شدند. شرایط مرزی اعمال شده در مدل عددی در شکل (۳-۸) نمایش داده شده ­اند.
شکل ‏۳‑۸- شرایط مرزی اعمال شده در مدل عددی

تنظیمات نرم­افزار

همانطور که گفته شد در Fluent برای حل معادلات فیزیکی از جمله پیوستگی و مومنتوم از روش حجم محدود استفاده می­ شود که در آن معادلات فیزیکی در شکل انتگرالی به کار گرفته می­شوند. به طور کلی، در این نرم­افزار دو شیوه برای حل معادلات وجود دارد:
حل کننده Pressure Based
حل کننده Density Based
هر دوی این حل کننده­ها می­توانند گستره وسیعی از جریان­ها را به خوبی حل کنند اما ممکن است در بعضی از حالت­ها، استفاده از یکی باعث بهتر حل شدن مسئله به طور مثال حل سریع­تر یا دقیق­تر شود. در هر دو شیوه حل کننده، میدان جریان از حل معادلات مومنتوم بدست می ­آید. در حل کننده Density Based از معادله پیوستگی جهت بدست آوردن میدان چگالی و از معادله حالت جهت مشخص کردن میدان فشار استفاده می­ شود. در حالی که در روش Pressure Based، میدان فشار از معادله تصحیح فشار که از دستکاری معادله­های مومنتوم و پیوستگی حاصل می­ شود، بدست می ­آید. به طور کلی طراحی این دو روش به نحوی بود که روش Pressure Based در جریان­های غیر قابل تراکم و نسبتا تراکم­پذیر و روش Density Based در جریان­های قابل تراکم با سرعت بالا مورد استفاده قرار گیرند. (دهقانی سانیچ، ۱۳۹۱)
در این تحقیق حل کننده Pressure Based مورد استفاده قرار گرفته است. زمانی که از این حل کننده استفاده می­ شود می­بایست سه پارامتر مهم آن که عبارتند از فرمول بندی جهت خطی کردن معادلات کوپل شده به هم، الگوریتم حل جهت تعیین ارتباط سرعت و فشار و روش مجزا سازی معادلات جهت مجزا سازی ترم­های مختلف به کار رفته در معادلات، تعیین شوند. این پارامترها برای مدل عددی مورد استفاده در این تحقیق به صورت زیر استفاده شدند.
فرمول بندی: در هر دو حالت دو بعدی و سه بعدی از فرمول بندی Implicit استفاده شده است.
الگوریتم حل: در حالت دو بعدی از الگوریتم Coupled و در حالت سه بعدی از الگوریتم Segregated استفاده شده است.
روش مجزا سازی معادلات: در حالت دو بعدی از روش Standard جهت مجزا سازی ترم فشار و از روش Second Order Upwind جهت مجزا سازی ترم­های مومنتوم، و در حالت سه بعدی از روش PRESTO جهت مجزا سازی ترم فشار و از روش First Order Upwind جهت مجزا سازی ترم­های مومنتوم استفاده شده است.
لازم به ذکر است که الگوریتم Segregated شامل چهار روش مختلف می­باشد که در این تحقیق در حالت سه بعدی از روش SIMPLE این الگوریتم استفاده شده است. همچنین مقادیر زیر تخفیف که مدل عددی برای کنترل تجدید مقادیر محاسبه شده متغیرها در هر تکرار استفاده می­نماید، مابین ۲/۰ تا ۵/۰ که جهت مدل­سازی جریان در کانال­ها و سازه­های هیدرولیکی تحت فشار مناسب می­باشند، انتخاب شده ­اند.

تحلیل حساسیت

به اعتقاد مردم ایل شوگ موجودی است نامرئی و از نظر اندام نا مشخص که دارای وزن زیادی است و معمولا روی انسان خفته یا نیمه خواب می افتد و او را خفه می کند .علامت آن صدای خرناس است .برای نجات از دست شوگ باید صلوات فرستاد ، چون شوگ با فرستادن صلوات و گفتن بسم الله فرار می کند. همزاد مردم ایل کاکاوند معتقدند که هنگام تولد هر فردی یک همزاد(اجنه) با او زاده می شود که سرنوشتی مشترک با او دارد و در کوچکی با او بازی می کند .محل بازی همزاد و کودک اغلب در خاکستر سرد اجاق می باشد.بنابراین وقتی کودک در خاکستر سرد اجاق مشغول بازی است نبا به اعتقاد مردم ایل شوگ موجودی است نامرئی و از نظر اندام نا مشخص که دارای وزن زیادی است و معمولا روی انسان خفته یا نیمه خواب می افتد و او را خفه می کند .علامت آن صدای خرناس است .برای نجات از دست شوگ باید صلوات فرستاد ، چون شوگ با فرستادن صلوات و گفتن بسم الله فرار می کند. همزاد مردم ایل کاکاوند معتقدند که هنگام تولد هر فردی یک همزاد(اجنه) با او زاده می شود که سرنوشتی مشترک با او دارد و در کوچکی با او بازی می کند .محل بازی همزاد و کودک اغلب در خاکستر سرد اجاق می باشد.بنابراین وقتی کودک در خاکستر سرد اجاق مشغول بازی است نبایستی او را صدا کرد زیرا ممکن است همزاد عصبانی شده و به کودک آسیب برساند. وزش باد از بلخان و خرابی هوا اعتقاد بر این است که هرگاه باد از بلخان (شرق ) بوزد علامت آن است که هوا خراب (ابری – بارانی) می شود. ناخن گرفتن اعتقاد براین است که بعد از استحمام ناخن ها را باید گرفت و هنگام ریختن ناخن سه بار باید گفت: «غم برو، شادی بیا» همچنین ناخن گرفتن در خانه دیگران را بد یمن می دانند. نگهداری کفن و درازی عمر اعتقاد مردم ایل بر آن است که مردم برای این که عمر درازی داشته باشند کفن را داخل صندوق هایشان می گذارند و هر چند وقت یکبار داخل آن می خوابند .بنابراین نگهداری کفن سبب درازی عمر شان می شود .در مقابل برخی نیز نگهداری کفن و حتی پارچه سفید را باعث کوتاهی عمرشان می دانند و برای اینکه پارچه سفید کفن تلقی نشود و آن را باطل کنند روی آن گل یا خط می کشند( همان: ۶۸). نصف شدن استکان چای و حج اعتقاد بر این است که اگر استکان چای کسی نصف شود نشانه آن است که به آن خانه مهمان می آید. موی سر و مهمان اعتقاد بر این است که هرگاه از تارهای موی سر به صورت صاف روی پیشانی بیفتد نشانه آن است که به آن خانه مهمان می آید. مهیا شدن سفره و دوست داشتن مادر زن اگر مهیا شدن سفره غذا مردی ناخوانده وارد شود معتقدند که مادر زنش او را خیلی دوست دارد. ماه های حرام و جوجه های استثنایی اعتقاد بر این است اگر در ماه های حرام تخم مرغ برای جوجه شدن بنشانند جوجه ها ناقص و استثنایی می شوند به همین خاطر در ماه های حرام نشاندن مرغ را بد یمن می دانند( یعقوبی، ۱۳۸۶: ۳۷). -مالیدن پشت حیوان و خرابی هوا هرگاه که حیوانات خاصه، سگ ها پشت خود را به زمین بمالند علامت آن است که هوا خراب( ابری و بارانی) می شود. -درازی و کوتاهی عمر اعتقاد مردم بر این است اگر افرادی میوه درخت راش را بخورند ، عمر طولانی دارند و در اصطلاح محلی به کسی که عمر طولانی داشته باشد می گویند که «فلانی میوه دار راش خوار دیه عمره فره بیه» همچنین معتقدند کسانی که عمر کوتاهی دارند. نوعی گیاه وحشی خورده اند و آنرا سبب کوتاه شدن عمر می دانند. درخت خشکیده و اتفاق ناگوار اعتقاد بر این است که نگهداری درخت خشکیده در خانه باعث به وجود آمدن اتفاق ناگوار می شود. به همین خاطر اگر درختی خشک شود بلافاصله آنرا از ریشه می زنند. خسوف و کسوف به اعتقاد مردم ایل «خسوف و کسوف» اژدهایی می باشد که ماه یا خورشید را گرفته و سبب تاریکی و پنهان شدن آنها می شود. برای راندن این اژدها اهالی این منطقه با بهره گرفتن از ظروف آهنی و با زدن بر روی آنها اژدها را رانده و پدیده ماه و خورشید گرفتگی برطرف می شود. خردن ته دیگ و باران اعتقاد بر این است اگر کسی ته دیگ زیاد بخورد شب عروسی اش باران می بارد. -خواندن خروس و خبر خوش مردم ایل اعتقاد دارند هر وقت خروس روبروی پله یا مقابل درب خانه بخواند علامت آن است که خبر خوش مانند : آمدن سرباز، خواستگار یا نامه ای به آن خانه می آید. خاریدن کف دست اعتقاد بر این است اگر دست راست کسی بخارد علامت آن است که پول پیدا می کند و اگر دست چپش بخارد پول هایش را از دست می دهد. مار سبز و گنج اعتقاد بر این است مار سبز نگهبان گنج است. اگر این مار در خانه ای باشد نشان از آن است که در آن خانه گنج وجود دارد و اهل خانه نباید آنرا بکشند. ماندن کفن در دهان مرده و مرگ اگر کسی فوت کند و بلافاصله بعد از او شخص دیگری از نزدیکانش مرحوم شود اعتقاد بر این است که کفن در دهان مرده اولی بوده( به اصطلاح کفن به دهان کشیده) که سبب مرگ دیگری شده است و برای اینکه از مرگ و میرهای بعدی جلوگیری نمایند مرده اولی را نبش قبر می کنند و اگر کفن در دهانش باشد آنرا بیرون می آورند. لانه خفاش به اعتقاد مردم ایل اگر خفاش ناگهان وارد خانه ای شود، خوش یمن می باشد و نشان از آن است که اهل خانه به پول و شادی دست پیدا می کنند. کشتن قورباغه و بارین باران اعتقاد بر این است اگر کسی قورباغه ای را لگد کند و آن قورباغه بمیرد سبب بارزین باران می شود. شغال باران اعتقاد بر این است هنگامی که هوا آفتابی باشد و بارانی هم به طور ناگهانی به مدت کوتاهی ببارد نشان از شغالی است که در حال زایمان است که به اصطلاح محلی به این باران« شال وارش» می گویند. سگ دندان اعتقاد بر این است اگر دندان شیری کودکی بیفتد و موش آن را بخورد دندان های کودک شبیه موش می شود و به او موش دندان می گویند و اگر سگ بخورد همانند دندان های سگ می شود و به او سگ دندان می گویند به همین خاطر دندان های شیری را دفن می کنند. زوزه سگ و مرگ اعتقاد بر این است اگر سگی هنگام شب زوزه غریبی بکشد علامت آن است که در آن حوالی کسی می میرد( همان: ۴۱). زلزله اعتقاد بر این است زمین روی یک شاخ گاو قرار دارد. وقتی که گاو خسته شد و خواست زمین را روی شاخ دیگرش بگذارد زمین تکان خورده و زلزله می آید. ریختن زغال و نمک و رفتن مهمان اعتقاد بر این است هر گاه میزبان داخل کفش مهمان زغال یا نمک بریزد مهمان زودتر از خانه می رود. ریختن موی سر در توالت و رشد مو یستی او را صدا کرد زیرا ممکن است همزاد عصبانی شده و به کودک آسیب برساند. وزش باد از بلخان و خرابی هوا اعتقاد بر این است که هرگاه باد از بلخان (شرق ) بوزد علامت آن است که هوا خراب (ابری – بارانی) می شود. ناخن گرفتن اعتقاد براین است که بعد از استحمام ناخن ها را باید گرفت و هنگام ریختن ناخن سه بار باید گفت: «غم برو، شادی بیا» همچنین ناخن گرفتن در خانه دیگران را بد یمن می دانند. نگهداری کفن و درازی عمر اعتقاد مردم ایل بر آن است که مردم برای این که عمر درازی داشته باشند کفن را داخل صندوق هایشان می گذارند و هر چند وقت یکبار داخل آن می خوابند .بنابراین نگهداری کفن سبب درازی عمر شان می شود .در مقابل برخی نیز نگهداری کفن و حتی پارچه سفید را باعث کوتاهی عمرشان می دانند و برای اینکه پارچه سفید کفن تلقی نشود و آن را باطل کنند روی آن گل یا خط می کشند( همان: ۶۸). نصف شدن استکان چای و حج اعتقاد بر این است که اگر استکان چای کسی نصف شود نشانه آن است که به آن خانه مهمان می آید. موی سر و مهمان اعتقاد بر این است که هرگاه از تارهای موی سر به صورت صاف روی پیشانی بیفتد نشانه آن است که به آن خانه مهمان می آید. مهیا شدن سفره و دوست داشتن مادر زن اگر مهیا شدن سفره غذا مردی ناخوانده وارد شود معتقدند که مادر زنش او را خیلی دوست دارد. ماه های حرام و جوجه های استثنایی اعتقاد بر این است اگر در ماه های حرام تخم مرغ برای جوجه شدن بنشانند جوجه ها ناقص و استثنایی می شوند به همین خاطر در ماه های حرام نشاندن مرغ را بد یمن می دانند( یعقوبی، ۱۳۸۶: ۳۷). -مالیدن پشت حیوان و خرابی هوا هرگاه که حیوانات خاصه، سگ ها پشت خود را به زمین بمالند علامت آن است که هوا خراب( ابری و بارانی) می شود. -درازی و کوتاهی عمر اعتقاد مردم بر این است اگر افرادی میوه درخت راش را بخورند ، عمر طولانی دارند و در اصطلاح محلی به کسی که عمر طولانی داشته باشد می گویند که «فلانی میوه دار راش خوار دیه عمره فره بیه» همچنین معتقدند کسانی که عمر کوتاهی دارند. نوعی گیاه وحشی خورده اند و آنرا سبب کوتاه شدن عمر می دانند. درخت خشکیده و اتفاق ناگوار اعتقاد بر این است که نگهداری درخت خشکیده در خانه باعث به وجود آمدن اتفاق ناگوار می شود. به همین خاطر اگر درختی خشک شود بلافاصله آنرا از ریشه می زنند. خسوف و کسوف به اعتقاد مردم ایل «خسوف و کسوف» اژدهایی می باشد که ماه یا خورشید را گرفته و سبب تاریکی و پنهان شدن آنها می شود. برای راندن این اژدها اهالی این منطقه با استفاده از ظروف آهنی و با زدن بر روی آنها اژدها را رانده و پدیده ماه و خورشید گرفتگی برطرف می شود. خردن ته دیگ و باران اعتقاد بر این است اگر کسی ته دیگ زیاد بخورد شب عروسی اش باران می بارد. -خواندن خروس و خبر خوش مردم ایل اعتقاد دارند هر وقت خروس روبروی پله یا مقابل درب خانه بخواند علامت آن است که خبر خوش مانند : آمدن سرباز، خواستگار یا نامه ای به آن خانه می آید. خاریدن کف دست اعتقاد بر این است اگر دست راست کسی بخارد علامت آن است که پول پیدا می کند و اگر دست چپش بخارد پول هایش را از دست می دهد. مار سبز و گنج اعتقاد بر این است مار سبز نگهبان گنج است. اگر این مار در خانه ای باشد نشان از آن است که در آن خانه گنج وجود دارد و اهل خانه نباید آنرا بکشند. ماندن کفن در دهان مرده و مرگ اگر کسی فوت کند و بلافاصله بعد از او شخص دیگری از نزدیکانش مرحوم شود اعتقاد بر این است که کفن در دهان مرده اولی بوده( به اصطلاح کفن به دهان کشیده) که سبب مرگ دیگری شده است و برای اینکه از مرگ و میرهای بعدی جلوگیری نمایند مرده اولی را نبش قبر می کنند و اگر کفن در دهانش باشد آنرا بیرون می آورند. لانه خفاش به اعتقاد مردم ایل اگر خفاش ناگهان وارد خانه ای شود، خوش یمن می باشد و نشان از آن است که اهل خانه به پول و شادی دست پیدا می کنند. کشتن قورباغه و بارین باران اعتقاد بر این است اگر کسی قورباغه ای را لگد کند و آن قورباغه بمیرد سبب بارزین باران می شود. شغال باران اعتقاد بر این است هنگامی که هوا آفتابی باشد و بارانی هم به طور ناگهانی به مدت کوتاهی ببارد نشان از شغالی است که در حال زایمان است که به اصطلاح محلی به این باران« شال وارش» می گویند. سگ دندان اعتقاد بر این است اگر دندان شیری کودکی بیفتد و موش آن را بخورد دندان های کودک شبیه موش می شود و به او موش دندان می گویند و اگر سگ بخورد همانند دندان های سگ می شود و به او سگ دندان می گویند به همین خاطر دندان های شیری را دفن می کنند. زوزه سگ و مرگ اعتقاد بر این است اگر سگی هنگام شب زوزه غریبی بکشد علامت آن است که در آن حوالی کسی می میرد( همان: ۴۱). زلزله اعتقاد بر این است زمین روی یک شاخ گاو قرار دارد. وقتی که گاو خسته شد و خواست زمین را روی شاخ دیگرش بگذارد زمین تکان خورده و زلزله می آید. ریختن زغال و نمک و رفتن مهمان اعتقاد بر این است هر گاه میزبان داخل کفش مهمان زغال یا نمک بریزد مهمان زودتر از خانه می رود. ریختن موی سر در توالت و رشد مو