1-6-1-3- جداسازی دی­اکسیدکربن.. 12

1-6-1-4- هیدرات‌های گازی در صنعت غذایی.. 13

1-6-1-4-1- تغلیظ آب میوه­ها 13

1-6-1-4-2- شیرین­سازی آب دریا 13

1-6-1-4-3- جداسازی آنزیم­ها 14

1-6-2- مضرات هیدرات گازی.. 14

1-7- بازدارنده­ها 15

1-7-1- بازدارنده‌های ترمودینامیکی.. 15

1-7-2- بازدارنده‌های غیرترمودینامیکی.. 16

1-7-3- معیار‌های بازدارنده. 16

1-8- جذب.. 17

فصل دوم:شبیه سازی دینامیک مولکولی

2-1- تاریخچه­ی شبیه­سازی.. 20

2-2- شبیه سازی دینامیک مولکولی.. 21

2-3- سامانه های مدل و پتانسیل های برهمکنش…. 21

2-4- معرفی مدل پتانسیل برای برهمکنش بین مولکول های سازندهی سامانه. 23

2-5- معرفی مدل پتانسیل برای برهمکنش بین سیستم و محیط.. 23

2-5-1- شرایط مرزی دوره­ای.. 24

2-5-2- قطع پتانسیل و قرارداد نزدیکترین تصویر. 25

2-6- الگوریتم انتگرال­گیری زمانی.. 25

2-6-1- الگوریتم ورله. 26

2-6-2- الگوریتم جهشی ورله. 27

2-6-3- الگوریتم ورله سرعتی.. 28

2-7- اولین گام در شبیه سازی دینامیک مولکولی.. 29

2-7-1- تعیین مکان­های اولیه ی ذرات.. 29

2-7-2- تعیین سرعت­های اولیه ی ذرات.. 30

2-8- دومین گام در شبیه­سازی دینامیک مولکولی.. 30

2-9- سومین گام در شبیه­سازی دینامیک مولکولی اندازه گیری خواص ترمودینامیکی.. 31

2-10- چهارمین گام در شبیه­سازی دینامیک مولکولی: تحلیل نتایج.. 32

2-11- انواع مجموعه ها در شبیه­سازی دینامیک مولکولی.. 32

2-12- انواع خطاها در شبیه­سازی دینامیک مولکولی.. 33

2-12-1- خطاهای آماری.. 33

2-12-2- خطاهای سیستماتیک… 33

2-13- محدودیت­های شبیه­سازی دینامیک مولکولی.. 34

2-13-1- اثرات کوانتومی.. 34

2-13-2- تعیین پتانسیل­های برهمکنش…. 34

فصل سوم: محاسبات انرژی آزاد گیبس

3-1- انواع خواص ترمودینامیکی.. 36

3-1-1- توابع ترمودینامیکی ساده. 36

3-1-1-1- انرژی داخلی.. 36

3-1-1-2- فشار. 37

3-1-1-3- میانگین مجذور نیرو. 37

 

3-1-2- توابع ترمودینامیکی پاسخ.. 38

3-1-3- خواص وابسته به انتروپی.. 39

3-1-3-1- انتگرال گیری ترمودینامیکی.. 40

3-1-3-2- روش ذره­ی آزمایشی.. 40

3-1-4- انرژی آزاد. 41

3-2- انواع روش­ها برای محاسبه ی اختلاف انرژی آزاد. 43

3-2-1- اختلال ترمودینامیکی.. 43

3-2-1-1- محاسبه­ی اختلاف انرژی آزاد حلال پوشی بازهای نیتروژن­دار با روش اختلال ترمودینامیکی   44

3-2-1-2- محاسبه­ی اختلاف انرژی آزاد هشت لیگاند مربوط به پروتئین پیوندی FK506 با FKBP12 به روش اختلال ترمودینامیکی.. 46

3-2-2- روش تدریجی.. 50

3-2-3- خط سیر چند مرحله ای.. 50

3-2-4- انتگرال­گیری ترمودینامیکی.. 53

3-3- کاربرد روش­های محاسبه ی اختلاف انرژی آزاد. 53

3-3-1- چرخه­های ترمودینامیکی.. 53

3-3-2- محاسبه­ی انرژی آزاد مطلق.. 55

فصل چهارم:محاسبات انرژی آزاد گیبس برای تعویض مهمان  در هیدرات گازی  sI با استفاده از شبیه­سازی دینامیک مولکولی

4-1- روش انتگرال­گیری ترمودینامیکی.. 58

4-2- سابقه تحقیق.. 59

4-3- مشخصات مولکول هیدروژن سولفید. 67

4-4- نرم افزارشبیه سازی و فایل­های ورودی در این تحقیق.. 68

4-4-1- فایل­های ورودی نرم­افزار. 68

4-4-1-1- فایل ساختار اولیه ذرات (CONFIG) 69

4-4-1-2- فایل تعیین پارامترهای کنترل شبیه­سازی (CONTROL) 71

4-4-1-3- تهیه­ی فایل ورودی (FIELD) 72

4-4-2- فایل­های خروجی نرم افزار. 73

4-4-2-1- فایل ساختار نهایی ذرات (REVCON) 74

4-4-2-2- فایل خروجی اصلی شبیه­سازی (OUTPUT) 74

4-4-2-3- فایل اطلاعات روند شبیه­سازی به زبان ماشین (REVIVE) 74

4-5- محاسبه ی انرژی آزاد جانشینی های مختلف هیدروژن سولفید به جای متان در هیدرات­های گازی sI  75

4-6- محاسبه­ی خواص ساختاری و ترمودینامیکی.. 83

4-6-1- تابع توزیع شعاعی.. 84

4-6-2- بررسی وابستگی حجم سلول واحد به دما 92

4-6-3- بررسی ضریب انبساط گرمایی خطی.. 97

4-6-4- بررسی ضریب تراکم­پذیری هم دما 105

مراجع.. 109

فهرست شکل ها

عنوان                                                                         صفحه

شکل (1- 1) رشد مقاله‌های مربوط به هیدرات‌های گازی در قرن بیستم. 4

یک مطلب دیگر :

شکل (1- 2) انواع قفس‌های موجود در ساختار‌های هیدرات گازی: (الف) دوازده وجهی پنج ضلعی (5¹²)؛ (ب) چهارده وجهی (5¹²6²)، (ج) شانزده وجهی (5¹²6⁴)، و (د) بیست وجهی (5¹²6⁸) 4

شکل (1- 3) سلول واحد (الف) ساختار sI ، (ب) ساختار sII، و (ج) ساختار sH.. 5

شکل (1- 4) شکل حفره ها در ساختار sI 6

شکل (1- 5) شکل حفره ها در ساختار sII 6

شکل (1- 6) شکل حفره ها درساختار sH.. 7

شکل (1- 7) توزیع کربن آلی در منابع زمین ) بجز در صخره ها( برحسب گیگا تن. 10

شکل (1- 8) منابع پیش بینی شده و کشف شده ی هیدراتهای گازی در کره ی زمین. 10

شکل 2- 1- شرایط مرزی دوره­ای. 24

شکل 3- 1 – فرمول ساختاری هشت لیگاندی که در محاسبات مورد استفاده قرار گرفت.. 48

شکل 3- 2- چرخه ترمودینامیکی برای اتصال لیگاند­های L₁و L₂ به گیرنده R. 54

شکل 3- 3- یک چرخه­ی ترمودینامیکی برای اجتماع L و R و تشکیل یک کمپلکس LR در دو فاز گازی و محلول  55

شکل (4- 1) نسبت  برای مقدارهای مختلف  برای جانشینی  در هیدارت گازی  60

شکل (4- 2)وابستگی   برحسب σ و  (a)  ثابت در Ǻ 5/5. 62

شکل (4- 3) وابستگی   بر حسب σ و  (b)  ثابت در kJ/mol 930/2. 63

شکل (4- 4) وابستگی  و  بر حسب . 63

شکل (4- 5) مدل سه جایگاهی SPC/E (سمت راست) و چهار جایگاهی TIP4P (سمت چپ) مولکول آب   69

شکل (4- 6) پیدا کردن موقعیت سه جایگاه مدلTIP4P  از مختصات اولیه اتم های مدل SPC/E. 70

شکل (4- 7) قسمتی از فایل CONFIG هیدرات گازی  sIمدل TIP4P آب.. 71

شکل (4- 8) فایل CONTROL هیدرات گازی sI در دمای K100. 72

شکل (4- 9) نمودار Gبرحسب λ واکنش جانشینی یک مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای یک مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 77

شکل (4- 10) نمودار Gبرحسب λ در واکنش جانشینی دو مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای دو مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 78

شکل 4- 11- نمودار Gبرحسب λ در واکنش جانشینی سه مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای سه مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 79

شکل 4- 12- نمودار Gبرحسب λ در واکنش جانشینی پنج مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای پنج مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 80

شکل 4- 13- نمودار   برحسب  ،در واکنش جانشینی شش مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای شش مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50، 70 و 100 کلوین. 81

شکل 4- 14- نمودار G برحسب λ در واکنش جانشینی یک مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای یک مولکول متان در قفس کوچک هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 82

شکل 4- 15- نمودار G برحسب λ در واکنش جانشینی دو مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای دو مولکول متان در قفس کوچک هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 83

شکل 4- 16- نمودار توزیع اتم ها در اطراف یک اتم. 84

شکل 4- 17- نمودار RDF برحسب r برای یک مایع. 84

شکل 4- 18- RDF برای اتم کربن متان در قفس بزرگ (Cl)  و اتم کربن متان در قفس کوچک (Cs) با اتم اکسیژن آب (OW) در دمای K50 با مدل TIP4P. 86

شکل 4- 19- RDF برای اتم کربن متان در قفس بزرگ (Cl)  و اتم کربن متان در قفس کوچک (Cs) با اتم اکسیژن آب (OW) در دمای K275 با مدل TIP4P. 86

شکل 4- 20- RDF برای اتم کربن متان در قفس بزرگ (Cl)  و اتم کربن متان در قفس کوچک (Cs) با اتم اکسیژن آب (OW) با مدل SPC/E آب در دمای K50 با مدل SPC/E. 87

شکل 4- 21- RDF برای اتم کربن متان در قفس بزرگ (Cl)  و اتم کربن متان در قفس کوچک (Cs) با اتم اکسیژن آب (OW) با مدل SPC/E آب در دمای K275 با مدل SPC/E. 87

شکل 4- 22- RDF برای اتم گوگرد هیدروژن سولفید در قفس بزرگ (Sl)  و اتم گوگرد هیدروژن سولفید در قفس کوچک (Ss) با اتم اکسیژن آب (Ow) در دمای K 50 با مدل TIP4P. 88

شکل 4- 23-RDF برای اتم گوگرد هیدروژن سولفید در قفس بزرگ (Sl)  و اتم گوگرد هیدروژن سولفید در قفس کوچک (Ss) با اتم اکسیژن آب (Ow) در دمای K100 با مدل TIP4P. 89

شکل 4- 24-   RDFاتم گوگرد مولکول هیدروژن سولفید در قفس بزرگ (Sl) هیدرات گازی sI  و اتم کربن مولکول متان در قفس کوچک (Cs) با اتم اکسیژن آب (OW) در دمای 50 کلوین. 90

شکل 4- 25-  RDF اتم گوگرد مولکول هیدروژن سولفید در قفس بزرگ (Sl) هیدرات گازی sI  و اتم کربن مولکول متان در قفس کوچک (Cs) با اتم اکسیژن آب (OW) در دمای 100 کلوین. 90

شکل 4- 26- RDF اتم گوگرد مولکول هیدروژن سولفید در قفس­ کوچک (Ss) هیدرات گازی sI و اتم کربن مولکول متان در قفس­ بزرگ (Cl) با اتم اکسیژن آب (OW) در دمای 50 کلوین. 91

شکل 4- 27- RDF اتم گوگرد مولکول هیدروژن سولفید در قفس­ کوچک (Ss) هیدرات گازی sI و اتم کربن مولکول متان در قفس­ بزرگ (Cl) با اتم اکسیژن آب (OW) در دمای 125 کلوین. 91

شکل 4- 28- نمودار حجم جعبه شبیه سازی بر حسب دما برای هیدرات گازی sI متان با مدل آب SPC/E  93

شکل 4- 29- نمودار حجم جعبه شبیه سازی بر حسب دما برای هیدرات گازی sI متان با مدل آب TIP4P  93

شکل 4- 30- نمودار حجم جعبه شبیه سازی برحسب دما برای سامانه هیدرات گازی sI هیدروژن سولفید  94

شکل 4- 31- نمودار حجم جعبه شبیه سازی برحسب دما برای سامانه هیدرات                 [6L-CH₄,2S-H₂S] 94

شکل 4- 32- نمودار حجم جعبه شبیه سازی برحسب دما برای سامانه هیدرات                 [6L-H₂S,2S-CH₄] 95

شکل 4- 33- نمودار حجم جعبه شبیه سازی برحسب دما برای سامانه هیدرات                 [1L-H₂S,5L-CH₄,2S-H₂S] 95

1-6-1 کاربرد آلومینیوم. 30

1-7  نانولوله های کربنی و ویژگی های آنها 31

1-7-1 کاربرد نانولوله های کربنی.. 32

1-8 نانولوله های بور نیترید. 33

1-8-1 کاربرد نانو لوله های بور نیتریدو ویژگی های آنها 34

فصل دوم: مروری بر اطلاعات لازم

2-1 مقدمه. 36

2-2 نقاط کوانتومی.. 38

2-3 محاسبه شعاع نانو لوله ها 43

2-4 پیوند یونی.. 45

فصل سوم: روش انجام کار

3-1 روش های انجام کار. 52

3-2 انرژی اتصال. 59

3-3  ممان دوقطبی.. 61

3-4  محاسبات خواص بنیادی.. 62

3-4-1 بررسی مقادیر انرژی یونش… 63

3-4-2 بررسی مقادیر الکترونخواهی.. 64

3-4-3 بررسی مقادیر پتانسیل شیمیایی.. 64

3-4-4 بررسی مقادیر سختی و نرمی.. 64

3-5( شکاف بین HOMO و LUMO.. 64

منابع و مأخذ. 90

فهرست جداول

 

عنوان                                                                                            صفحه

جدول 1-1 خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی کبالت… 12

جدول 1-2 خواص حرارتی و الکتریکی کبالت… 13

جدول 1-3 خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی جیوه 16

شکل 1-4 خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی سرب… 20

جدول 1-5 خواص مکانیکی و حرارتی سرب… 20

جدول 1-6 خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی آلومینیوم. 29

جدول 3-1 انرژی ساختارها بعد از قرار گرفتن یون های کبالت(II)، سرب(II)، جیوه(II)، آلومینیم(III)، در داخل نانو لوله‎ها به روشDFT با توابع هیبریدی B3LYP و سری پایه LanL2DZ. 60

جدول 3-2 ممان دو قطبی ساختار ها، قبل و بعد از برهمکنش یون های کبالت(II)، سرب(II)، جیوه(II)،آلومینیم(III)، با نانولوله ها به روشDFT با توابع هیبریدی B3LYP و سری پایه LanL2DZ   برحسب دبای.. 61

جدول 3-3 بررسی خواص بنیادی ساختارها 63

جدول 3-4 شکاف بین HOMO – LUMO بعد از قرار گرفتن یونها در داخل نانولوله ها به روش DFT/B3LYP و سری پایه Lanl2DZ برحسب ev. 65

فهرست اشکال

عنوان                                                                                       صفحه

شکل 1-1 نمایش حرکت الکترون در فضای اطراف هسته در مدل اتمی بور. 3

شکل 1-2 نمایش پراش دو شکاف… 4

شکل 1-3 خواص یون کبالت… 12

شکل 1-4 یون جیوه و خواص آن. 16

شکل 1-5 یون سرب و خواص آن. 20

شکل 1-6 یون آلومینیوم و خواص آن. 30

شکل 2-1 مکانیزم هدایت الکتریکی در یک ترکیب نیمه هادی.. 40

شکل 2-2 خاصیت فوتوالکتروشیمیایی نقاط کوانتومی تحت تابش نور الف) ایجاد جریان آندی در حضور ترکیب الکترون دهنده (D) در محلول ب)ایجاد جریان کاتدی در حضور ترکیب الکترون گیرنده (A) در محلول. 43

شکل 2-3 روابط میان اضلاع یک مثلث… 46

شکل 2-4 ارتباط طول بردار کایرال با طول بردارهای m و n.. 46

شکل 2-5 انرژی پتانسیل و فاصله یونی.. 50

شکل 3-1 ساختار بهینه شده نانولوله های  مطالعه شده به روشDFT با توابع هیبریدی B3LYP و سری پایه LanL2DZ.. 54

شکل3-2 ساختار بهینه شده نانولوله ها بعد از قرار گرفتن یون های کبالت(II)، سرب(II)، جیوه(II)، آلومینیم(III) در داخل آن ها به روشDFT با توابع هیبریدی B3LYP و

یک مطلب دیگر :

۱۰ مهارتی که باعث افزایش بازدهی کارآفرینان می‌شود

 سری پایه LanL2DZ.. 60

(1)شکل 3-3- ساختار اوربیتال های   HOMO(a) و  LUMO(b) و طیف  DOS CNT & Co(II) 67

(2)شکل 3-4-HOMO وLUMO و طیف  DOS نانولوله. 69

(3) شکل 3-5- اوربیتال های   HOMO(a) و  LUMO(b) وطیف  DOS ساختار CNT &Pb⁺² 70

(4)شکل 3-6- اوربیتال‎های  HOMO(a) و  LUMO(b)وطیفDOS ساختار CNT )& Al⁺³. 71

(5)شکل 3-7- ساختارHOMO وLUMO   و طیف  DOS نانولوله BNT(6,0)& Al⁺³. 73

(6)شکل 3-8 ساختارHOMO وLUMO طیف DOS نانولوله BNT(6,0) & Co⁺². 74

(7)شکل 3-9 ساختارHOMO وLUMO طیف DOS نانولوله BNT & Hg⁺² 75

(8)شکل 3-10 HOMO وLUMO و طیف  DOS نانولولهBNT(6,0) & Pb²⁺. 77

(9) شکل 3- 11-HOMO  وLUMO وطیف  DOS نانولوله BNnt-Ga &Hg²⁺. 78

(10) شکل 3-12- HOMO  وLUMO و طیف  DOS نانولوله BNNT-Ga& Pb²⁺. 79

(11) شکل 3-13- HOMO وLUMO و طیف  DOS نانولولهBNNT-Ga&Al³⁺. 81

(12) شکل3-14 –HOMO  وLUMO و طیف  DOS نانولوله  BNNT-Ga& Co²⁺. 82

(13) شکل3-15 – HOMO وLUMO و طیف  DOS نانولوله  CNT(5-5) &Al³⁺. 84

(14) شکل 3-16- HOMO  وLUMO و طیف  DOS نانولوله CNT(5-5)&Co²⁺. 85

(15) شکل 3-17- HOMO وLUMO و طیف  DOS نانولوله     CNT(5-5) & Hg²⁺. 86

(16) شکل3-18 –  HOMO وLUMO و طیف  DOS نانولولهCNT(5-5) &Pb²⁺ 88

چکیده

در سال های اخیر، استفاده از نانولوله ها به عنوان نانو حامل های انتقال دارو مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق از نانولوله های کربنی CNT(5-5) و CNT(6-0) و BNNT(6-0) و BNNT(5-5) dopped Ga استفاده شده است.

ابتدا نانولوله ها به‎وسیله نرم افزارهای Gauss View و Nanotube Modeler ترسیم شده و سپس به‎وسیله نرم افزار Gaussian 09  با روش DFT و سری پایه B3LYP/LanL2DZ محاسبه گردید و سپس یونهای سرب (II) ، کبالت (II) و جیوه (II) و آلومینیم (III) در داخل نانولوله هایی قرار گرفت و به روش ذکر شده محاسبه گردید. نتایج حاصل شامل اطلاعات مربوط به انرژی اتصال، ممان دو قطبی، بارهای اتمی، خواص بنیادی (پتانسیل یونش، الکترونخواهی، پتانسیل شیمیایی و سختی و نرمی) و شکاف انرژی HOMO و LUMO محاسبه و ارزیابی شدند و نتایج زیر بدست آمد. از نظر انرژی اتصال و میزان جذب، نانولوله CNT(5,5) بیشترین برهمکنش و جذب را با یون Pb²⁺ دارد.

از نظر ممان دو قطبی نانولوله BNNT(5,5)dopped Ga بیشترین ممان دو قطبی را با یون Al³⁺ نشان داده است و ساختار نانولوله CNT(5-5) با یون Al³⁺ کمترین ممان دو قطبی را دارا است.

مقادیر انرژی یونش نشان داده که ساختار Hg²⁺ & BNNT-Ga بیشترین انرژی یونش و ساختار Hg²⁺ & CNT(6,0) کمترین انرژی یونش و بیشترین واکنش پذیری را دارد.

مقادیر شکاف HOMO و LUMO در یونها قبل از برهمکنش با نانولوله ها زیاد و بعد از برهمکنش آن کاهش پیدا کرده است که این کاهش نشان دهنده انتقال بار و افزایش رسانایی می باشد و در بین ساختارها بعد از قرار گرفتن یون در داخل آنها، ساختار Hg²⁺ & BNNT-Ga بیشترین شکاف و کمترین رسانایی را دارا هستند.

کلیدواژه ها: محاسبات کوآنتومی، برهمکنش یونها، نانولوله های کربنی و بور نیتریدو DFT

فصل اول

 

مقدمات و تعاریف اولیه

 

1-1 مقدمه

مدل اتمی بور كه تا پیش از پیدایش مكانیك كوانتومی،كاملترین نظریه در توصیف جهان خُرد بود، نمی توانست در مورد قواعد انتخاب اتم هیدروژن اظهار نظر درستی نماید. بر طبق چنین قواعدی كه از لحاظ تجربی مشاهده شده بودند، تنها ترازهای معینی از انرژی دیده می شوند. در واقع الكترون اتم هیدروژن، هر انرژی دلخواهی ندارد و تنها مقید به برخی انرژی های معین است. نظریه اتمی بور كه امروزه نظریه كوانتوم قدیم خوانده می شود، ریشه های در مكانیك كوانتومی نداشت و اصول خود را از مكانیك كلاسیك به وام می‎گرفت. با این حال، نظریه بور به وضوح، گسستگی ترازهای انرژی را در اتم هیدروژن نشان می داد. در این نظریه علاوه بر انرژی، اندازه حركت زاویهای هم كمیتی گسسته بود. حتی فضای حركت الكترون به دور دسته هم محدود به مدارهای خاص با فاصله معینی از هسته می‎شد. تمایز نظریه كوانتوم قدیم و مكانیك كلاسیك در گسسته بودن مقادیر كمیتهایی مثل انرژی و اندازه حركت زاویه های بود.همان طور كه در شكل 1-1 می‎بینید در نظریۀ  بور، الكترون روی ترازهایی با انرژی و شعاع معین از هسته قرار دارد.

این نظریه عدم سقوط الكترون بر روی هسته اتم هیدروژن را نیز توجیه می نمود. چون الكترون تنها می تواند در مدارهای معینی باشد، در گذر از مداری به مدار دیگر، انرژی از خود نشر میكند كه مقدار آن دقیقاً برابر با انرژی جدا كنندگی این دو تراز از همدیگر است. اوایل قرن بیستم آزمایشات جدیدی آغاز شد كه نكاتی را در مورد صحت و سقم مكانیك سیالات آشكار ساخت. یكی از آنها كه ظرفیت گرمای در حجم ثابت و در فشار ثابت  اجسام بود.[1و11]

شکل 1-1 نمایش حرکت الکترون در فضای اطراف هسته در مدل اتمی بور

4.1.1. معادله موازنه جمعیتی.. 50
4.1.2. مکانیزم های برخورد حباب.. 51
4.1.3. روشهای مدل موازنه جمعیتی.. 58
4.2. انتقال مومنتوم بین فازی.. 62
4.2.1. نیروی دراگ.. 63
4.2.2. نیروی برآ 63
4.2.3. نیروی لیزاننده دیواره 64
4.2.4. نیروی جرم مجازی.. 65
4.2.5. نیروی پراکندگی آشفته. 65
4.3. مدلسازی آشفته برای مدل دو سیالی.. 66
4.4. مدل دو سیالی و جمله بسته. 69
فصل 5 بررسی عددی تاثیر نیروهای بین سطحی روی جریان حبابی.. 71
5.1. مقدمه. 71
5.2. مدل ریاضی.. 74
5.2.1. انتقال مومنتوم بین سطحی به دلیل کشش… 74
5.2.2. مدل عدد چگالی متوسط حباب(ABND) 77
5.2.3. هسته های شکست و پیوستگی.. 77
5.3. جزئیات عددی و تجربی.. 79
5.4. نتایج و بحث.. 81
5.4.1. توزیع کسر خالی.. 81
5.4.2. قطر متوسط حباب.. 83
5.4.3. سرعت گاز متوسط زمانی.. 86
5.5. نتیجه گیری.. 88
فصل 6 مدلسازی جریان حبابی گاز – مایع افقی با استفاده از روش موازنه جمعیتی.. 91
6.1.مقدمه. 91
6.2.جزئیات عددی.. 93
6.3.نتایج و بحث.. 96
6.3.1.کسر خالی متوسط زمانی گاز 96
6.3.2.غلظت ناحیه بین سطحی متوسط زمانی(IAC) 98
6.3.3.سرعت متوسط زمانی گاز 99
6.4.نتیجه گیری.. 99
فصل 7 مدلسازی جریان حبابی عمودی گاز – مایع با استفاده از روش ربع مستقیم گشتاورها(DQMOM)) 102
7.1. مقدمه و فرمولاسیون ریاضی.. 102
7.2. مدلهای ریاضی.. 105
7.2.1. مدلهای DQMOM.. 105
7.2.2. جملات چشمه ای مدلهای DQMOM.. 107
7.3. توصیف تنظیمات آزمایش… 108
7.3.1. توصیف تنظیمات آزمایش های MTLOOP و TOPFLOW… 109
7.3.2. رشد اندازه مختلف حباب ایجاد شده با روشهای تزریق مختلف.. 110
7.4. جزئیات عددی.. 111
7.5. بحث.. 112
7.5.1. توزیع کسر خالی حباب.. 113
7.5.2. توزیع اندازه حباب.. 116
7.6. نتیجه گیری.. 118
فصل 8 نتیجه گیری.. 120
8.1. بررسی عددی تاثیر نیروی بین سطحی روی جریان حبابی.. 120
8.2. مدلسازی جریان افقی گاز – مایع با استفاده از ABND براساس روش موازنه جمعیتی.. 121
8.3. مدلسازی جریان حبابی گاز – مایع عمودی با استفاده از روش ربع مستقیم گشتاورها(DQMOM)) 122
8.4. توصیه های توسعه CFD و تحقیقات آینده در جریان دو فازی.. 122…
فهرست شکلها
شکل 1-1. فرم گسسته شده معادلات پایستگی.. 13
شکل 2-1. رژیم های جریان چندفازی. 18
شکل 1-3. الگوهای جریان جریان دو فازی هوا-آب در لوله عمودی.. 33
شکل 2-3. نقشه رژیم جریان برای جریان دو فازی هوا-آب در لوله عمودی ارائه شده توسط میشما و ایشی(1984) 41
شکل 3-3. الگوهای جریان دوفازی ها-آب در لوله افقی.. 36
شکل 4-3. نقشه رژیم جریانی دو فازی هوا-آب در لوله افقی ارائه شده توسط تایتل و دوکلر(1976). 38
شکل 5-3. مشخصات جریان حبابی در جریان حبابی همدما 40
شکل 6-3. نمونه ای از مختصات داخلی و خارجی موازنه جمعیتی برای جریانهای گاز – مایع. 43
شکل 7-3. بیان گرافیکی روشهای کلاس (CM) 45
شکل 8-3.  بیان گرافیکی روش ربعی گشتاورها(QMOM). 46
شکل 9-3. بیان شماتیک مکانیزم های پیوستگی و شکستگی حباب ها 48
شکل 1-5. خط جریانی سرعت مایع اطراف حباب منفرد و تعداد حباب ها 72
شکل 2-5. جزئیات هندسی آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 78
شکل 3-5. نقشه رژیم جریانی و انتقال شرایط جریانی مطالعه شده در کار حاضر(چنگ و همکاران 2007). 79
شکل 4-5. توزیع مش مدل محاسباتی:آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 81
شکل 5-5. توزیع کسر خالی پیش بینی شعاعی و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 82
شکل 6-5. توزیع قطر متوسط حباب پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 85
شکل 7-5. پروفایل سرعت شعاعی گاز پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 87
شکل 8-5. درصد خطای سرعت گاز متوسط زمانی در مقایسه با داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001). 89
شکل 1-6. حرکت های حباب شماتیک ساده در جریان لوله افقی : ترکیب نیروهای محوری و شعاعی ، حباب ها نه عمودی حرکت می کنند و نه افقی.. 92
شکل 2-6(a) جزئیات هندسی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) و (b) توزیع مش مدل محاسباتی سطح مقطع   94
شکل 3-6. توزیع کسرخالی گاز متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 95
شکل 4-6. توزیع غلظت بین سطحی متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 97
شکل 5-6. توزیع سرعت گاز پیش بینی شده و داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 98
شکل 1-7. بیان شماتیک آزمایش MTLOOP. 108
شکل 2-7. بیان شماتیک آزمایش TOPFLOW… 110
شکل 3-7. توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی MTLOOP که توسط لوکاس و همکاران(2005) اندازه گیری شده است. 113
شکل 4-7. توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده و داده های تجربی TOPFLOW که توسط پراسر و همکاران(2007) اندازه گیری شده است. 114
شکل 5-7. توزیع اندازه حباب پیش بینی شده و داده های تجربی MTLOOP که توسط لوکاس و همکاران(2005) اندازه گیری شده است. 115
شکل 6-7. توزیع اندازه حباب پیش بینی شده و داده های تجربی TOPFLOW که توسط پراسر و همکاران(2007) اندازه گیری شده است. 117
فهرست جداول
جدول 1-1.مقایسه های روش های حل معادلات مکانیک سیالات.. 6
جدول 2-1.مثال های جریان های سیستم های چندفازی.. 19
جدول 1-4. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 80
جدول 1-5. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) 93
جدول 1-6. اطلاعات شرایط جریان ورودی اعمال شده در شبیه سازی آزمایش MTLOOP و TOPFLOW… 112
فهرست نمودارها
نمودار 1-1.مراحل کاری یک برنامه CFD دریک نگاه 9
نمودار 2-1.روش Segregated. 14
نمودار 3-1. روش Coupled. 15
فهرست علایم و اختصارات

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A	مساحت سطح مقطع
	ضرایب دراگ
	ضریب بلند کردن
	ضریب پراکندگی آشفتگی
	ضریب برخورد تصادفی
	ضرایب تاثیر آشفتگی
	بیشینه اندازه افقی حباب ها
	قطر متوسط حباب
,	نرخ اتلاف جرم به دلیل شکست و پیوستن
	عدد ایتوس
	عدد اصلاح شده ایتوس
	توزیع اندازه حباب
	نیروی کلی بین سطحی
	نیروی دراگ
	نیروی بلند کردن
	نیروی لیزاندن دیواره
	نیروی پراکندگی آشفتگی
	شتاب گرانشی
	ضخامت فیلم
	گشتاور
	عدد چگالی متوسط فاز گاز
,	نرخ تولید جرم به دلیل شکستگی و پیوستن

نمادهای یونانی

 

 

 

 

یک مطلب دیگر :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	کسر حجمی
	بیشینه مجاز کسر حجمی
ε	اتلاف انرژی جنبشی آشفتگی
ρ	چگالی
σ	تنش سطحی
ΦnRC	نرخ تغییر عدد چگالی حباب به دلیل برخورد تصادفی
ΦnTI	نرخ تغییر عدد چگالی به دلیل تاثیر گردابه های آشفتگی
ζ	طول
ω	وزن
ψ	فرکانس پیوستن
Ω	فرکانس شکست
η	فرکانس برخورد
ι	بازده پیوستن
ζ	پارامتر اساسی در PBE
ν	ویسکوزیته

زیرنویس ها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g	فاز گاز
gl	انتقال کمیت ها از فاز مایع به فاز گاز
i	کلاس اندازه حباب
j	گروه سرعت
l	مایع
lg	انتقال کمیت ها از فاز گاز به فاز مایع
g	فاز گاز
gl	انتقال کمیت ها از فاز مایع به فاز گاز
i	کلاس اندازه حباب
j	گروه سرعت
l	مایع

1-4-4- فواید منطق فازی. 26
1-4-5- معایب منطق فازی. 27
1-4-6- توانایی های سیستم های عصبی- فازی. 27
1-4-7- مدلسازی عصبی- فازی. 28
1-4-8- مجموعه های فازی. 28
1-4-9- توابع عضویت.. 30
1-4-10- انواع توابع عضویت.. 31
1-5- مدلسازی نتایج بدست آمده آزمایشگاهی با استفاده از سیستم استنتاج فازی – عصبی. 34
فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته. 39
فصل سوم: شرح آزمایش و نحوه محاسبات دینامیك جذب آمونیاك بوسیله كربن فعال
3-1 دینامیك جذب آمونیاك بوسیله كربن فعال در ستون 4 سانتی متر. 57
3-1-1 كارایی ستون 4 سانتی متر در جذب آمونیاك. 58
3-1-2 مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 58
3-1-3 مدل یون  نلسون برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 59
3-1-4 مدل  آدامز- بوهارت برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 60
3-1-5 مدل  BDST  برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 60
3-2 دینامیك جذب آمونیاك به وسیله كربن فعال در ستون 6 سانتیمتر. 60
3-2-1 كارایی ستون 6 سانتی متر در جذب آمونیاك. 61
3-2-2 مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 61
3-2-3 مدل یون نلسون  برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 62
3-2-4 مدل آدامز – بوهارت  برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 62
3-2-5 مدل BDST برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 63
3-3 دینامیك جذب آمونیاك به وسیله كربن فعال در ستون 8 سانتیمتر. 63
3-3-1 كارایی ستون 8 سانتی متر در جذب آمونیاك. 64

 

3-3-2 مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 64
3-3-3 مدل یون نلسون برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 65
3-3-4 مدل آدامز – بوهارت  برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 65
3-3-5 مدل  BDST  برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 66
فصل چهارم: نتایج مربوط به دینامیك جذب آمونیاك بوسیله كربن فعال و نتایج مربوط به مدل‌سازی
4-1 نتایج دینامیك جذب آمونیاك بوسیله كربن فعال در ستون 4 سانتی متر. 68
4-1-1- كارایی ستون 4 سانتی متر در جذب آمونیاك. 68
4-1-2-  نتایج مدل  توماس برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 69
4-1-3- نتایج مدل یون نلسون برای جذب آمونیاك در ستون  4 سانتی متر. 69
4-1-4- نتایج مدل آدامز-بوهارت برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 70
4-1-5 – نتایج مدل  BDST برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 71
4-2- نتایج دینامیك جذب بوسیله كربن فعال در ستون 6 سانتی متر. 73
4-2-1- كارایی ستون  6 سانتی متر در جذب آمونیاك. 73
4-2-2-نتایج مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 73
4-2-3-نتایج مدل یون نلسون برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 74
4-2-4-نتایج مدل آدامز- بوهارت برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 75
4-2-5-نتایج مدل  BDST برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 76
4-3-  نتایج دینامیك جذب آمونیاك بوسیله كربن فعال در ستون 8 سانتی متر. 77
4-3-1- كارایی ستون 8 سانتی متر در جذب آمونیاك. 77
4-3-2- نتایج مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 78
4-3-3- نتایج مدل یون نلسون برای جذب آمونیاك درستون 8 سانتی متر. 78
4-3-4- نتایج مدل آدامز- بوهارت برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 79
4-3-5- نتایج مدل BDST برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 80
4-4- تحلیل نتایج مدل های سینتیکی. 82
4-4-1- تحلیل مدل توماس.. 82
4-4-2- تحلیل مدل آدامز- بوهارت.. 82
4-4-3- تحلیل مدل یون نلسون. 82
4-4-4- تحلیل مدل BDST. 82
4-5- نتایج سیستم استنتاج فازی- عصبی. 83

یک مطلب دیگر :

4-6- نتایج رگرسیون خطی چندگانه (MLR) 91
4-6-1- بررسی مدل رگرسیون خطی چندگانه 91
4-6-2-پیش‌بینی و ارزیابی اعتبار مدل در (MLR) 92
4-7- نتیجه گیری. 94
نتیجه‌گیری و پیشنهادات.. 97
فهرست منابع
منابع فارسی. 99
منابع لاتین. 99
چكیده لاتین…. 103
فهرست جداول
عنوان                                                                                                       صفحه
جدول (1-1). مشخصه های فیزیکی آمونیاک………………………………………………………. 4
جدول (1-2). روش های مختلف حذف آلاینده های نیتروژنی……………………………………… 5
جدول(1-3): مقایسه جذب فیزیكی و شیمیایی……………………………………………………… 13
جدول )3-1( . مربوط به ستون 4 سانتی متر…………………………………………………….. 58
جدول) 3-2(. مربوط به مدل توماس برای ستون  4 سانتی متر………………………………….. 59
جدول )3-3(. مربوط به مدل یون  نلسون برای ستون 4سانتی متر………………………………. 59
جدول ( 3-4). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 4 سانتی متر……………………….. 60
جدول )3-5(. مربوط به ستون 6 سانتی متر……………………………………………………… 61
جدول (3-6). مربوط به مدل توماس برای ستون 6 سانتی متر…………………………………… 62
جدول (3-7). مربوط به مدل یون نلسون برای ستون 6سانتی متر……………………………….. 62
جدول (3-8). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 6سانتی متر…………………………. 63
جدول )3-9(. برای ستون 8 سانتی متر…………………………………………………………… 64
جدول (3-10). مربوط مدل توماس برای ستون 8 سانتی متر……………………………………. 65
جدول( 3-11). مربوط به مدل یون نلسون برای ستون 8سانتی متر……………………………… 65
فهرست نمودارها
عنوان                                                                                                        صفحه
نمودار(4-1). مربوط به ستون 4سانتی متر………………………………………………………. 68
نمودار (4-2). مربوط به مدل توماس برای ستون 4سانتی متر…………………………………… 69
نمودار(4-3). مربوط به مدل یون  نلسون برای ستون 4سانتی متر………………………………. 70
نمودار(4-4). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 4سانتی متر…………………………. 71
نمودار(4-5). مربوط به محاسبه  و t_b برای ستون 4 سانتی متر……………………………… 71
نمودار(4-6). مربوط به مدل BDST برای ستون 4سانتی متر………………………………….. 72
نمودار(4-7). برای ستون 6سانتی متر……………………………………………………………. 73
نمودار (4-8). مربوط به مدل توماس برای ستون 6سانتی متر…………………………………… 74
نمودار(4-9). مربوط به مدل یون نلسون برای ستون 6 سانتی متر………………………………. 75
نمودار(4-10). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 6 سانتی متر………………………. 76
نمودار(4-11). برای مدل BDST برای ستون 6سانتی متر…………………………………….. 76
نمودار (4-12). مربوط به ستون 8سانتی متر……………………………………………………. 77
نمودار(4-13). مربوط به مدل توماس برای ستون 8سانتی متر………………………………….. 78
نمودار (4-14). مربوط به مدل یون نلسون برای ستون 8 سانتی متر……………………………. 79
نمودار(4-15). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 8سانتی متر……………………….. 80
نمودار (4-16). مربوط به ستون 8سانتی متر……………………………………………………. 80
نمودار (4-17). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته تست………… 84
نمودار (4-18). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته آموزش……… 84
نمودار (4-19). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته تست………… 85
نمودار (4-20). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته آموزش……… 85
نمودار (4-21). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته تست………… 86
فهرست شكل‌ها
عنوان                                                                                                            صفحه

2-14- جمع بندی.. 65
فصل سوم: مواد و روش ها 66
3-1- مواد. 67
3-2- روش تهیه فیلمهای نانوبایوکامپوزیتی.. 68
3-3 – ضخامت فیلم. 69
3-4- آنالیز فیلم. 69
3-4-1- ویژگی های مکانیکی.. 70
3-4-2- رنگ سنجی.. 72
3-4-3- نفوذ پذیری بخار آب (WVP) 72
3-4-4- حلالیت فیلم ها 73
3-4-5- ظرفیت جذب آب (WAC) 74
3-4-6- ایزوترم جذب… 74
3-4-7- اشعه مرئی – UV… 75

 

3-4-8- نفوذ پذیری به اکسیژن. 75
3-4-9- آزمون میکروبی.. 76
3-5- تجزیه و تحلیل آماری.. 78
فصل چهارم: نتایج و بحث… 79
4-1- ارزیابی کیفی فیلمها 80
4-1-1- بررسی اثر نانو ذرات بر خواص ظاهری فیلمهای ترکیبی.. 80
4-1-2- بررسی اثر نانوذرات بر ضخامت فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین گاوی.. 81
4-2- بررسی اثر نانو ذرات بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلمهای ترکیبی  نشاسته ssps / ژلاتین گاوی.. 81
4-2-1- محتوای رطوبت، حلالیت در آب و قابلیت جذب آب… 81
4-3- بررسی اثر نانو ذرات بر خواص ممانعتی فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین.. 84
4-4- بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص مکانیکی فیلمهای ترکیبی.. 88

 

یک مطلب دیگر :

4-5- جستجوی پیوند با روش FTIR.. 90
4-6- میزان جذب و عبور نور فرابنفش از فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین حاوی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم (uv-vis) 91
4-7- مشخصههای رنگی.. 93
4-8- نمودارهای جذب تعادلی.. 94
4-8-1- مدل جذب تعادلی چند جمله ای.. 94
4-8-2- مدل جذب تعادلی GAB.. 95
4-9- بررسی اثر نانو ذرات بر خواص ضد میکروبی فیلمهای ترکیبی.. 97
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات… 102
5-1- نتیجه گیری.. 103
5-2- پیشنهادات… 104
منابع و مراجع. 105
English Abstarct 114
فهرست جداول
جدول 4- 1: میانگین ضخامت فیلمهای شاهد و نمونه های حاوی ذرات نانو دی اکسید تیتانیوم. 81
جدول 4- 2: محتوای رطوبت، درصد حلالیت و قابلیت جذب فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین حاوی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم. 84
جدول 4- 3: اثر نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم بر نفوذ پذیری فیلمهای ترکیبی نسبت به اکسیژن و بخار آب… 87
جدول 4- 4: اثر نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر خواص مکانیکی فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین گاوی. 90
جدول 4- 5: پارامترهای رنگ سنجی از فیلم ترکیبی با غلظت های مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. 94
جدول 4- 6: پارامترهای معادله GAB برای فیلمهای ترکیبی حاوی نانو دی اکسید تیتانیوم در دمای 25 درجه سانتیگراد. 97
فهرست شکل ها
شکل 1-1: نمودار فرآیند پژوهشی.. 17
شکل 2- 1: ساختمان شیمیایی نشاسته. 20
شکل 4- 1: رنگ فیلمهای  ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین با غلظت های متفاوت ( %0، 1%، 3%، 5%) نانو دی اکسید تیتانیوم. 80