در این پژوهش، مدل سازی جریان در داخل انژکتورهای چرخشی فشار بالا با استفاده از یک مدل یک بعدی سریع و با دقت بالا مورد نظر می باشد. در ابتدا با استفاده از نرم افزارfluent و روش نسبت حجمی سیال (volume-of-fluid) یا به اختصار vof که یکی از روشهای بسیار دقیق برای مدل سازی جریان های چند فازی می باشد، جریان سیال در داخل انژکتور مدل سازی می گردد. دو پارامتر اصلی عملکرد انژکتورها یعنی، زاویه مخروطی پاشش سوخت و ضریب تخلیه بدست آمده از این روش با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه می گردند. با حل معادلات ناویر- استوکس دوبعدی چرخشی متقارن محوری با استفاده از روش نسبت حجمی سیال درمدل سازی جریان داخلی به منظور آشنایی هرچه بیشتر با خصوصیات جریان سیال و رژیم آن در این گونه از انژکتورها صورت می گیرد. در ادامه، بهینه سازی هندسه انژکتور برای رسیدن به بالاترین عملکرد ممکن در انژکتورها انجام می گیرد. سپس برای معرفی مدل یک بعدی پیشنهادی، چندین مدل صفربعدی و مدل یک بعدی ارائه شده توسط کازین و ناگلیش مورد بررسی قرار می گیرد. هدف اصلی این پژوهش، مدل سازی انژکتورهای چرخشی فشار بالا و شبیه سازی جریان داخلی در آنها با استفاده از مدل یک بعدی پیشنهادی می باشد. این مدل بر خلاف روش نسبت حجمی سیال (روش vof که بسیار زمان براست) روشی بسیار سریع بوده و در زمانی کوتاه جریان داخل انژکتور های چرخشی فشار بالا را مدل سازی می کند. مدل یک بعدی پیشنهادی با استفاده از معادلات اساسی مکانیک سیالات (بقای جرم و برنولی) و همچنین با استفاده از تلفیقی از معادلات بکار گرفته شده در روش های تحلیلی صفر بعدی و روش یک بعدی کازین و ناگلیش می باشد که توانایی بسیار بالایی برای مدل سازی دقیق جریان درون این انژکتورها دارد. همچنین این مدل پیش بینی بسیار دقیقی از پارامترهای عملکردی انژکتورها را انجام می دهد. برای بررسی صحت نتایح بدست آمده در مقاطع مختلف از هندسه انژکتور خواص مهم جریان از قبیل سرعت محوری، سرعت مماسی و فشار با روش نسبت حجمی سیال مقایسه می گردد. نتایج بدست آمده از مدل ارائه شده علاوه بر تطابق کیفی با ماهیت فیزیکی پدیده، دارای دقت نسبتا مناسبی در تخمین کمی نتایج است. در خاتمه نیز در مورد نتایج استفاده از کد یک بعدی پیشنهادی بر روی اتمایزرهای ساده بحث می شود.

هایپرترمیا یکی از روش های درمان سرطان است، که در آن با افزایش دمای بافت های تومرال به مقادیر بیش از 42 درجه سانتیگراد برای مدت مشخص، باعث تخریب آن می شوند. برای اعمال حرارت از روش های مختلفی می توان استفاده کرد، از جمله لیزر، امواج الکترومغناطیس، امواج فراصوت و ... . حالت ایده آل در انجام هایپرترمیا، به شرایطی اطلاق می شود، که بافت تومر کاملا از بین رفته و بافت های سالم اطراف سالم باقی بمانند. در این تحقیق با مدل سازی بافت تومر و بافت های اطراف، و همچنین شبکه خون رسانی بافت ها، درمان هایپرترمیا توسط امواج فراصوت، با استفاده از هر دو نوع مبدل امواج فراصوت متداول (مبدل تخت و مبدل منحنی)، شبیه سازی شده است. در مدل ایجاد شده از بافت، خواص ترموفیزیکی و آکوستیکی منحصر به فرد هر بافت اعمال شده و اثر شبکه مویرگی و همچنین رگ های شاخص حرارتی در نظر گرفته شده است. انتشار و جذب امواج فراصوت در بافت به صورت خطی مدل شده و انعکاس امواج فراصوت از سطح مشترک بافت ها و تداخل آن ها با امواج پیشرو شبیه سازی گردیده است. تغییرات پرفیوژن خون به فضای میان بافتی با افزایش دما شبیه سازی شده و تغییرات سرعت صوت در بافت با دما در نظر گرفته شده است. و در نهایت برای شبیه سازی تغییرات حرارت تولیدی توسط متابولیسم با دما، مدل گویی تصحیح و مورد استفاده قرار گرفته است. مدل مشروح به روش حجم محدود حل شده و با استفاده از توزیع دمای به دست آمده، میزان آسیب دیدگی بافت در هر نقطه و در هر لحظه، از طریق مدل های ساپارتو و هنریکیو-موریتز برآورد شده است. در نهایت با پیش بینی برخی از مشکلات پیش رو در هایپرترمیا توسط امواج فراصوت، چند راه حل برای بهبود آن ها ارائه و بررسی شده اند. آسیب دیدگی بافت های سالم اطراف تومر در طول درمان یکی از مشکلات این روش است، که البته با استفاده از سیال خنک کن روی سطح می توان تا حد زیادی آن را رفع کرد. مهم ترین مشکل در هایپرترمیا عبور رگ های شاخص حرارتی از ناحیه تومرال می باشد. به خاطر اثر خنک کنندگی شدید این رگ ها، بخشی از بافت تومر سالم باقی می ماند. راه حل های ارائه شده تنها به میزان محدودی این مشکل را مرتفع کردند. علاوه بر این برخی راه های افزایش کارایی هایپرترمیا نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین مسئله ادامه پیدا کردن فرآیند آسیب دیدگی بافت های تحت درمان پس از قطع منبع حرارت نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته اند..

در بسیاری از کاربردهای درمانی از لیزرهای با پالس کوتاه برای انتقال انرژی زیاد به بافت زنده در طول زمان بسیار کوتاه استفاده می کنند. یکی از روش های مهم درمانی به کمک لیزر، روش ال-آی تی تی نام دارد که در درمان اغلب سرطان ها روشی موثر است. تکنولوژی های جدید مانند پالس های کوتاه لیزر، نیاز به مطالعه انتقال گرما در مقیاس های کوچک زمانی و مکانی را افزایش داده است. از آنجا که موفقیت درمان سرطان به پیش بینی دقیق و کنترل توزیع دما در بافت بستگی دارد، در این مطالعه با توجه به رفتار غیرفوریه ای انتقال گرمای هدایت در درمان های تحت لیزر با مدل سازی بافت تومر و بافت های اطراف، توزیع دما در بافت به دست می آید. توزیع دمای گذرای بافت بیولوژیکی در دستگاه مختصات کروی همراه با عبارات پرفیوژن و گرمای متابولیسم بر اساس مدل های فوریه و غیر فوریه ای با استفاده از روش عددی حجم کنترل با انتگرال گیری زمانی کاملا? ضمنی، تعیین می شود. برای بررسی صحت مدل عددی ارائه شده، ابتدا مدلی یک بعدی در مختصات دکارتی مورد مطالعه قرار می گیرد. سپس بافتی کروی شکل متشکل از یک لایه و دو لایه بررسی شده و نهایتا? هدایت گرمایی غیر فوریه در مدلی دو بعدی شبیه سازی شده است. در این مطالعه پدیده جذب انرژی حرارتی توسط بافت به دو روش جذب سطحی و جذب عمقی مدل سازی شده است. در صورتی که تابش لیزر به شدت توسط بافت جذب شود مانند شار گرمایی بر سطح بافت در نظر گرفته می شود. از طرف دیگر برای حالاتی که فرایند تفرق تابش در آن ها از اهمیت برخوردار است میزان گرمای جذب شده توسط بافت، با استفاده از قانون بیر تعیین می گردد. در این مطالعه همچنین، اثرات هندسه، خصوصیات ترموفیزیکی، ثابت زمانی شار گرمایی و ثابت زمانی گرادیان دما بر حرکت موج گرمایی و توزیع دما در بافت بررسی شده است.

در این پایان نامه به منظور مدل سازی، فرآیند درمانی hifu لازم است ابتدا توزیع میدان فشار آکوستیکی محاسبه شود و پس از آن با استفاده از مقادیر حرارت جذب شده، حاصل از امواج فراصوت به بررسی توزیع دمای حاصل در بافت سرطانی پرداخته می شود. نتایج نشان می دهد، انتشار غیر خطی امواج منجر به تولید بسیار زیاد هارمونیک ها می شود که این تولید هارمونیک ها خود نیز باعث افزایش بسیار زیاد دما در بافت تومور می شود.

هایپرترمیا یکی از روش های درمان سرطان است، که در آن با افزایش دمای بافت های تومرال به مقادیر بیش از 42 درجه سانتیگراد برای مدت مشخص، باعث تخریب آن می شوند. برای اعمال حرارت از روش های مختلفی می توان استفاده کرد، از جمله لیزر، امواج الکترومغناطیس، امواج فراصوت و ... . حالت ایده آل در انجام هایپرترمیا، به شرایطی اطلاق می شود، که بافت تومر کاملا از بین رفته و بافت های سالم اطراف سالم باقی بمانند. در این تحقیق با مدل سازی بافت تومر و بافت های اطراف، و همچنین شبکه خون رسانی بافت ها، درمان هایپرترمیا توسط امواج فراصوت،به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. در مدل ایجاد شده از بافت، خواص ترموفیزیکی و آکوستیکی منحصر به فرد هر بافت اعمال شده و اثر شبکه مویرگی و همچنین رگ های شاخص حرارتی در نظر گرفته شده است. انتشار و جذب امواج فراصوت در بافت مدل شده است. تغییرات پرفیوژن خون به فضای میان بافتی با افزایش دما شبیه سازی شده و تغییرات سرعت صوت در بافت با دما در نظر گرفته شده است. و در نهایت برای شبیه سازی تغییرات حرارت تولیدی توسط متابولیسم با دما، تصحیح و مورد استفاده قرار گرفته است. مدل مشروح به روش حجم محدود حل شده و با استفاده از توزیع دمای به دست آمده، میزان آسیب دیدگی بافت در هر نقطه و در هر لحظه، از طریق مدل های ساپارتو و هنریکیو-موریتز برآورد شده است. در نهایت با پیش بینی برخی از مشکلات پیش رو در هایپرترمیا توسط امواج فراصوت، چند راه حل برای بهبود آن ها ارائه و بررسی شده اند. آسیب دیدگی بافت های سالم اطراف تومر در طول درمان یکی از مشکلات این روش است. یکی از مشکلات در هایپرترمیا عبور رگ های شاخص حرارتی از ناحیه تومرال می باشد. به خاطر اثر خنک کنندگی شدید این رگ ها، بخشی از بافت تومر سالم باقی می ماند.که این مشکل نیز مورد بررسی قرار داده و پیشنهاداتی نیز ارائه شد. علاوه بر این برخی راه های افزایش کارایی هایپرترمیا نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. درتحقیق حاضر، حرکت تراگردان به عنوان یکی از راه های افزایش کارایی هایپرترمیا معرفی شده است .همچنین این مطالعه مفتخر است که برای اولین بار یک معیار کمی برای مقایسه کارامدی عملیات های مختلف در هایپرترمیا ارائه کرده است.

جریان و انتقال حرارت از روی یک، دو و سه سیلندر مربعی با آرایش خطی در یک حجم ثابت و با چیدمان های مختلف به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته شده است. جریان آرام، ناپایا، تراکم ناپذیر، دوبعدی و خواص سیال ثابت فرض شده است. روش عددی مورد استفاده حجم محدود می باشد و الگوریتم حل جریان سیمپل است. عبارت های جابجایی با استفاده از طرح پاور-لاو منفصل شده اند و از روش کاملاً ضمنی برای انفصال عبارت وابسته به زمان استفاده شده است. نتایج به دست آمده با مطالعات پیشین مقایسه شده است که تطابق خوبی را نشان می دهد. الگوهای جریان، ضرایب پسا و برآ، عدد استروهال و عدد ناسلت مورد بحث و بررسی قرار گرفته شده است. در جریان از روی تک سیلندر عدد ناسلت تنها تابع سرعت و فرکانس جاری شدن گردابه ها است. در بررسی جریان بر روی دو سیلندر، با افزایش فاصله بین دو سیلندر، زاویه برخورد جریان به سیلندر دوم تغییر کرده و موجب افزایش ناگهانی عدد ناسلت می شود. برای جریان از روی سه سیلندر در یک حجم ثابت و با چیدمان های مختلف، عدد ناسلت متوسط سیلندرها ثابت بوده و مستقل از نوع چیدمان آنها می باشد. زمان اجرای برنامه نیز نسبت به مطالعه های پیشین به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.

هایپرترمی به عنوان روشی الحاقی به همراه رادیودرمانی و شیمی درمانی، اخیراً بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تنها راه ایجاد توزیع دمای یکنواخت در بافت سرطانی، گونه ای از هایپرترمی به نام هایپرترمی مغناطیسی می باشد. در این روش، نانوذرات مغناطیسی به درون بافت سرطانی تزریق می شوند و پس از قرارگیری در معرض میدان مغناطیسی متناوب، ایجاد حرارت می نمایند.افزایش دمای یکنواخت ?c43، شرایط بهینه را برای هر چه بهتر انجام شدن شیمی درمانی و رادیو درمانی فراهم می آورد، در حالی که افزایش دمای بافت سرطانی به بالاتر از ?c45 موجب نکروسیس خواهد شد. در مطالعه ی حاضر، هدف، ایجاد توزیع دمای یکنواخت ?c43 با نانوذرات مغناطیسی غیرسمی اعم از مگنتیت (fe3o4) و مقمیت (fe2o3) می باشد. این موضوع جز با توزیع غلظت یکنواخت نانوذرات امکان پذیر نیست که آن نیز فقط با انتخاب نقاط تزریق مناسب امکان پذیر است. یافتن مکان های بهینه ی تزریق با به کارگیری روش معکوس امکان پذیر است. در مطالعه ی حاضر، دو تکنیک معکوس لونبرگ-مارکوارت و گرادیان مزدوج برای یافتن بهینه ترین مکان-های تزریق مورد استفاده قرار می گیرند. سه نوع تزریق چند مکانی بررسی می شوند، تزریق سه نقطه ای، تزریق چهار نقطه ای و تزریق پنج نقطه ای. نتایج نشان می دهند که دمای یکنواخت ?c43 با استفاده از تکنیک گرادیان مزدوج و با پنج نقطه تزریق به دست می آید.

امروزه با گسترش صنعت، نیاز به پمپ هایی با اندازه های کوچکتر و سرعت بالاتر بیشتر احساس می شود. بنابراین ارتقای عملکرد مکشی پروانه های پمپ امری ضروری است. ایندیوسرها قطعات مهمی هستند که برای دستیابی به عملکرد مکشی بالاتر در پمپ، در جلوی پروانه اصلی پمپ نصب می گردند و با همان سرعت پروانه می چرخند. ایندیوسر می تواند فشار ورودی به پروانه های پمپ را افزایش دهد و در نتیجه عملکرد مکشی پمپ را بهبود بخشد. در این پژوهش با مدل سازی عددی ایندیوسر و مقایسه عملکرد ایندیوسر پایه با داده های آزمایشگاهی دیگران به بررسی شش پارامتر مهم در طراحی ایندیوسر شامل تاب ایندیوسر، زاویه برگشتی لبه هادی، زاویه تیغه های ایندیوسر، زاویه و قطر مخروطی محور و در نهایت لقی شعاعی ایندیوسر پرداخته شده است. با مشخص کردن حوزه منطقی و توصیه شده در منابع مختلف برای هر یک از پارامترهای یاد شده، اثری که هر کدام می توانند بر عملکرد غیر کاویتاسیونی ایندیوسر شامل ارتفاع تولیدی، توان مصرفی، بازده و عدد شروع کاویتاسیون داشته باشند، بررسی گردیده است. برای مطالعه اثر پارامترهای طراحی بر عملکرد ایندیوسر از روش باکس-بنکن استفاده شده است. در پایان با تعریف ایندیوسر بهینه، مشخصات ایندیوسر مطلوب در هر ارتفاع تولیدی مشخص شده است. با بررسی استقلال نتایج بهینه سازی از حدس اولیه، پایداری جواب ها و مقایسه عملکردهای تئوری ایندیوسر بهینه با نتایج عددی آن، صحت نتایج بهینه سازی بررسی گشته است.

روش های موجود برای تعیین ضریب هدایت حرارتی ظاهری عایق های مرطوب گران و وقت گیرند و انجام آنها در خارج از آزمایشگاه امکان پذیر نیست. اگر رابطه بین ضریب هدایت حرارتی ظاهری و مقاومت مخصوص الکتریکی به دست آید، ضریب هدایت حرارتی ظاهری عایق مرطوب با اندازه گیری سریع و ارزان مقاومت مخصوص آن امکان پذیر خواهد بود. هدف پژوهش حاضر بررسی اثر رطوبت بر ضریب هدایت حرارتی ظاهری و مقاومت مخصوص الکتریکی و تعیین رابطه بین آنهاست. بدین منظور، مجموعه ای از آزمایش ها انجام شده است. در این آزمایش ها با تغییر مقدار رطوبت یک نمونه عایق، ضریب هدایت حرارتی و مقاومت مخصوص الکتریکی اندازه گیری شده است. برای اندازه گیری ضریب هدایت از روش اندازه گیری شار حرارتی و برای مقاومت از یک مدار ساده استفاده شده است. نمودار هدایت حرارتی و مقاومت الکتریکی بر حسب مقدار رطوبت رسم گردیده و در نتیجه رابطه بین ضریب هدایت حرارتی ظاهری و مقاومت مخصوص الکتریکی برای محیط متخلخل مرطوب به عنوان نمونه به دست آمده است.

امروزه سرطان پس از بیماریهای قلبی دومین عامل مرگ در جهان به شمار میرود. جهت درمان این بیماری روشهای مختلفی از جمله شیمی درمانی و رادیوتراپی شناخته شدهاند که دارای عوارض جانبی زیادی میباشند لذا پزشکان با کمک علوم مهندسی روشهای غیرتهاجمی جدیدی برای درمان درپیش گرفتهاند. یکی از این روشها هایپرترمیا میباشد که با افزایش دمای بافت از دمای طبیعی باعث نکروسیس سلولی میشود. در این مطالعه بهینه سازی توزیع نانوذرات مغناطیسی در داخل توده سرطانی با استفاده از حل عددی در دستگاه مختصات کارتزین بررسی شده است. تابع هدف در این مطالعه حداکثر شدن درصد حجمی بافت سرطانی نابود شده و به حداقل رساندن درصد حجمی بافتهای آسیب دیده مجاور با توجه به مقدار میزان حرارت اعمالی، در نظر گرفته شده است. پارامترهای طراحی شامل قطر نانوذره تزریق شده جهت بررسی شدت میدان مغناطیسی و مکان تزریق میباشد. شدت آسیب دیدگی بافتهای زنده در اثر حرارت به دو عامل افزایش دما و مدت زمان افزایش دما وابسته است. برای کمیسازی شدت آسیب دیدگی بافتهای زنده از دوز حرارتی با استفاده از مدل ساپارتو استفاده شده است. برای بهینهسازی و طراحی آزمایش نیز از روش سطحی دو جزئی و سطح پاسخ با الگوی باکس-بنکن استفاده شده است. این مطالعه نشان میدهد ، همان- طورکه انتظار میرود، یکی از مکانهای بهینه تزریق با روش دو سطحی، در نقطه وسط توده قرار دارد، اما روش باکس-بنکن با توجه به ماهیتش جوابهای بهتری برای محل تزریق ارائه میکند. آنچه در نتایج قابل توجه است، پیشبینی مقدار بهینه شدت میدان مغناطیسی است.