در طی سه دهه اخیر، روابط تجربی ساده شده برای ارزیابی سریع انتشار دینامیکی آلودگیها ارائه شده است. مدلهای جدید ریاضی فرمولهای دقیقتر و منطبق تر بر فیزیک مسئله را می توانند به کار برند. در اکثر موارد، مدل سازی ریاضی ابزار قوی و مناسبی نه تنها برای محاسبه سریع سرنوشت آلودگی ها بلکه برای شبیه سازی عملیات پاکسازی می باشند. اکنون شبیه سازی کامپیوتری محیط های دریایی یکی از حوزه های مورد علاقه پژوهشگران شده است. مدلهای عددی به طور گسترده به عنوان یک مولفه مهم برای جلوگیری از احتمال وقوع حوادث و مدیریت ساحلی می باشند. اینگونه مدلها به عنوان یک ابزار واقعی برای پیش بینی حرکت آلودگیها و انتخاب روشهای مقابله و محافظت منابع واقع در مناطق ساحلی استفاده می گردند. یکی از مهمترین کاربردهای استفاده از چنین مدلهای هیدرودینامیکی برآورد حرکت سطحی لکه نفت و پیش بینی انتقال و سرنوشت آن می باشد. بنابراین مدل حاضرکه یک مدل سه بعدی است برای چنین منظوری برای خلیج فارس پیشنهاد و تهیه شده است. منطقه خلیج فارس در زمینه تولید و انتقال نفت در دنیا اشتهار یافته است و برخی پژوهشها قبلا به منظور تهیه یک اطلس هیدرودینامیکی، شبیه سازی و اعتبار دهی وقایع نفتی و بالاخره تهیه نقشه مسیرهای خطر از جنبه رها سازی نفت بر اساس شرایط بحرانی دریا انجام یافته است. اگرچه مطالعاتی در زمینه پخش و انتشار لکه های نفتی برای خلیج فارس انجام شده است، ارائه روشهای پر راندمان همواره مورد نیاز بوده است. بنابراین هدف اصلی پژوهش حاضر، تهیه یک مدل سه بعدی برای تولید میدان دینامیکی در خلیج فارس به عنوان ابزاری در تعیین موقعیت لکه نفت رها شده و ارائه مقصد آن در بازه مورد نظر می باشد. این مدل نشان داده است که چگونه می توان از یک تقریب ژئوستروفیک برای تولید یک چارچوب دینامیکی و محاسبه حرکت در مقیاس مکان وزمان بزرگ بهره برداری نمود. این مدل در واقع از خصوصیات اساسی فیزیکی حرکت زمین بهره جسته است و در اینجا از آن به عنوان یک مدل جدید هیدرودینامیکی برای حوزه خلیج فارس که دارای جریانات جزر و مدی و نوسانات مربوط به آن می باشد یاد شده است. معادلات هیدرودینامیکی شامل معادلات بقای جرم و ممنتوم برای آبهای کم عمق مورد توجه قرار گرفته و ساده شده است. استفاده از نظریه امواج کلوین در مقایسه با مدل هیدرودینامیکی دیگری که معرفی شده است در کوتاه مدت به طور متوسط تا میزان 15 درصد نتایج بهتری ارائه داده است. از یک میدان باد با استفاده از داده های میدانی استفاده شده است و یک فایل داده ها شامل میدان باد، توپوگرافی بستر، مولفه های جزر و مدی، نوسانات سطح آب و سرعت سطحی آب در بازه زمانی مورد نظر تهیه شده است. به منظور مقایسه الگوی جریان از بخش هیدرودینامیکی نرم افزار mike-hd استفاده شده است. عملکرد این مدل به وسیله داده های اندازه گیری در نقاط مشخص و به منظور کالیبراسیون آن مورد توجه قرار گرفته است تا بتواند مبنای مقایسه نتایج محاسبه شده از طریق استفاده از نظریه امواج کلوین باشد. در واقع نتایج مدل ساده که تعیین میدان دینامیکی با استفاده از نظریه کلوین می باشد، داده های اندازه گیری و مدل پر هزینه (mike) مقایسه شده اند و انطباق مناسبی مشاهده شده است. استفاده از نظریه امواج کلوین به عنوان یک مدل هیدرودینامیکی جایگزین، نه تنها قادر به برآورد الگوی جریان به روشی ساده و با سرعت زیاد می باشد بلکه نتایج بهتری در بازه مورد بررسی چه به لحاظ الگوی جریان و چه در راستای تعیین موقعیت لکه ارائه نموده است. در واقع، این پیش بینی با در نظرگرفتن تاثیرات میدان باد و جزر و مد که اثر آن بیش از حدود 60% کل اثرات پیرامونی در افزایش مساحت لکه تخمین زده شده است، می تواند به تهیه یک سناریوی جمع آوری لکه از روی آب منجر گردد. مدل توسعه داده شده به عنوان کاربرد در پیش بینی مسیر لکه و تعیین موقعیت، ضخامت و سطح آن بهره گیری شده است. همچنین در صد نفت تبخیر شده، حل شده و امولسیون شده و نیز میزان نفت باقیمانده بر روی سطح آب بررسی گردیده است. مقایسه انتشار واقعی لکه با توجه به داده های در دست و مقدار محاسبه شده توافق مناسبی نشان داده است. در مطالعه ای موردی در رابطه با یک حادثه نمونه، حدود 25 درصد از نفت ریخته شده تبخیر و 19 درصد آن به ذرات معلق تبدیل یافته است. همچنین حدود 20 درصد به داخل ستون آب نفوذ نموده است به طوری که پس از 5/1 روز تنها حدود 36 درصد نفت بر روی آب باقیمانده است. بنابراین، خروجی اصلی این پژوهش ارائه یک برآورد ساده برای تعیین الگوی جریان با استفاده از نظریه امواج کلوین در بررسی های کوتاه مدت انتشار لکه نفت می باشد. توانایی استفاده از میدان باد و داده های میدانی به ایجاد سهولت در بهره برداری از این روش ساده و پر سرعت منجر شده است. همچنین سهولت و ارائه کاربردی مدلسازی مسیرحرکت نفت به منظوربررسی آثار زیست محیطی و تعیین مسیر لکه برای آماده سازی نقشه های مناطق خطر آفرین در نواحی شمالی خلیج فارس از جنبه ریزش و انتشار نفت براهمیت این پژوهش می افزاید.

اهمیت ارتباط مسائل زیست محیطی دریایی با ریزشهای نفت و زیانهای ناشی از آن ، به توسعه مدل های عددی به منظور پیش بینی انتقال و سرنوشت لکه های نفتی منجر شده است. وقتی آلودگی نفتی از یک منبع نقطه ای به محیطی تخلیه می شود، برحسب خصوصیت آن آلاینده، دمای محیط، غلظت سایر مواد درون آب و وزش باد و دیگر عوامل، آلودگی تخلیه شده به محیط شروع به پخش شدن در راستای افقی و عمودی می کند. با توسعه علم کامپیوتر، کاربرد دینامیک سیالات محاسباتی در صنایع دریایی امکان پذیر و عملی شد. این محاسبات دریچه ای تازه از دقت را گشود. در این مقاله از نرم افزار مایک3 برای مدلسازی انتشار لکه نفتی در منطقه عسلویه در ماه های آگوست و سپتامبر سال 2008 میلادی استفاده شده است. به همین منظور در ابتدا تنگه هرمز به عنوان مرز ورود جریان آب به منطقه خلیج فارس در نظر گرفته شده است. سپس سری زمانی نوسانات سطح آب جزیره هنگام که نزدیک ترین منطقه به تنگه هرمز می باشد، به عنوان یکی از شرایط مرزی به مدل اعمال شده است. همچنین سری زمانی سرعت و جهت باد در منطقه عسلویه به عنوان دیگر شرط مرزی در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، برای حل معادلات هیدرودینامیکی اغتشاشی ناویر استوکس از فرمول اسماگورینسکی که تطابق خوب آن با نتایج تجربی احراز گردیده، استفاده شده است. نتایج سرعت و نوسانات آب ترمینال عسلویه نیز با داده های میدانی به دست آمده از جریان سنج ها و بویه ها مقایسه و صحت آنها احراز گردیده است. سپس با اعمال میدان سرعت به دست آمده از ماژول هیدرودینامیکی و اعمال آن به مدول تحلیل لکه نرم افزار، میزان تبخیر، امولسیون و سرنوشت لکه نفتی در منطقه برای مهار گسترش آلودگی به دست آمده است. نتابج مطالعات موردی نشان می دهد که مدل قادر است سرنوشت لکه نفتی را با دقت خوبی و در مدت زمانی کوتاه پیش بینی کند. همچنین بر طبق نقشه های ریسک، لکه نفتی به سمت سواحل حرکت کرده و به سواحل نزدیک عسلویه خسارت زده است. بر طبق این نتایج در سال 2008 حرکت لکه نفتی به سمت شمال غرب منطقه عسلویه بوده و در پایان بازه زمانی بنادر سیراف و کنگان آلوده شده اند. مساحت سطح آلوده شده در محدوده ی 62 کیلومتر مربع تخمین زده شده است. در سال 2012 نیز این گسترش به سمت جنوب عسلویه به علت وزش بادهای شمال غربی بوده و خلیج نایبند آلوده شده است. در این سال سطح منطقه ی پوشیده شده با لکه نفتی در حدود 28 کیلومترمربع می باشد. در پایان نتایج نشان می دهد که نیروی باد، نقش موثری در فرآیندهای استهلاک لکه نفتی مانند تبخیر و امولسیون نفت در آب دارد. بر اساس تحقیقات، نفت تبخیری در حدود92 درصد و میزان امولسیون 69 درصد افزایش یافته است. همچنین میزان حلالیت در حدود 17 درصد کاهش را نشان می دهد. بنابراین مقدار نفت باقی مانده در اثر تنش برشی باد به طور متوسط 30 درصد کاهش یافته است.

امروزه با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژی در جهان، انرژی های تجدیدپذیر و مخصوصاً انرژی خورشید و سیستم های خورشیدی مورد توجه ویژه ای قرار دارند. فتوولتاییک یک روش تولید توان الکتریکی با تبدیل مستقیم نور خورشید به جریان الکتریکی است که از مواد نیمه رسانا با خاصیت فتوولتاییک استفاده می کند. استفاده از سیستم های متمرکزکننده برای افزایش شدت تابش روی سلول های خورشیدی موجب افزایش توان سیستم های فتوولتاییک می شود. سیستم های متمرکزکننده فتوولتاییک از لنزها یا آینه ها برای متمرکز کردن نور خورشید روی سطح کوچکی از سلول های فتوولتاییک برای تولید الکتریسیته استفاده می کنند. در این پایان نامه عملکرد سلول های خورشیدی با سه مدل ایده آل، تک دیود و دو دیود مدل می شود و با مقادیر حاصل از تست های تجربی در تمرکز پایین مقایسه می شود.