گرادیان اندوکتانس، توزیع جریان، حرارت، نیرو، فشار و مقاوت الکتریکی کمیت های اساسی در پرتاب کننده الکترومغناطیسی ریلی می باشند. کمیت های اشاره شده در پرتاب کننده تابعی از ابعاد دهانه، ضخامت ریل و تلفات اهمی می باشند. از طرفی دیگر با حرکت پرتابه در داخل پرتاب کننده اندازه ی این کمیت ها تغییر می کند. در اغلب تحقیقات انجام گرفته برای تحلیل پرتاب کننده های الکترومغناطیسی، جهت محاسبه ی این کمیت ها و پارامترهای از روش های عددی از جمله روش اجزا محدود استفاده می-شود. که نتایج آنها محدود به ساختار و ابعاد مشخصی از پرتاب کننده می باشد. در این رساله با کمک گرفتن از روش های عددی یک آزمایشگاه مجازی ساخته شده است. در این آزمایشگاه به مطالعه و بررسی رفتار کمیت های مختلف پرداخته شده تا بتوان مدل دقیقی از پرتاب کننده ارایه داد. سپس با استفاده از روش تخمین هوشمند و حل تحلیلی مدل ارایه شده، فرمول های اولیه استخراج شده است. از طرفی دیگر برای تکمیل این فرمول و ارزیابی آن از نتایج عددی به دست آمده در آزمایشگاه مجازی و سایر مقالات استفاده شده است. در این رساله ابتدا روش تخمین هوشمند فرمول بندی سپس این روش برای سیستم های متغیر با زمان گسترش داده شده است. پس با استفاده از این تکنیک ها و تحلیلهای عددی انجام شده، فرمول ها و الگوریتم هایی جهت محاسبه کمیتهای اشاره شده، ارایه شده است. چگونگی انجام محاسبات و نتایج به دست آمده در این رساله به طور کامل در بخش های مختلفی در فصل سوم ارایه شده است. در این رساله ابتدا هندسه ی ریل مورد بحث و بررسی قرار گرفت و با محاسبات عددی توسط fem و اثبات تحلیلی، برتری ریل های مستطیلی به دایروی نشان داده شده است. برای پرتاب کننده دایروی گرادیان اندوکتانس بر حسب تغییرات شعاع های داخلی و خارجی و زاویه ی مرکزی محاسبه شده است. براساس مشاهدات و تحلیل های انجام گرفته در آزمایشگاه مجازی و در کنار آن استفاده ازمعادلات حاکم بر مساله فرمول اولیه ی برای گرادیان اندوکتانس برحسب ابعاد ساختمانی و به شکل بسته با تعدادی ضریب و ثابت مجهول ارایه شد. ضرایب و ثابت های مجهول از نتایج عددی به دست آمده اند. با به دست آمدن این فرمول، از آن برای محاسبه ی نیروی مغناطیسی وارد بر پرتابه و سرعت پرتاب -بر طبق الگوریتم ارایه شده- استفاده شده است. با استفاده از فرمول گرادیان اندوکتانس، توزیع چگالی جریان روی سطح ولبه ی ریل های مستطیلی و دایروی به دست آمده است. در ادامه ی با روش تخمین هوشمند یک فرمول بسته برای چگالی جریان بیشینه ارایه شده است. با استفاده از توزیع چگالی جریان تلفات اهمی محاسبه و به عنوان منبع تولید حرارت در نظر گرفته شده و با بکار بردن معادله حرارت کمیت های توزیع حرارت و دماهای متوسط و بیشینه محاسبه شده اند. در این بخش تاثیر ابعاد ریل و جنس آن بر روی دمای متوسط محاسبه شده است. برای محاسبه میدان های دور و نزدیک از روش های عددی fdtd و fem استفاده شده است. در پایان تعدادی از نتایج عددی به دست آمده در آزمایشگاه مجازی از جمله اندوکتانس داخلی ریل، مقاومت الکتریکی ریل و پرتابه، نیروی و فشار وارده بر ریل ها سطح داخلی ریل ها، توزیع چگالی جریان، توزیع چگالی شار مغناطیسی، توزیع شدت میدان مغناطیسی، پتانسیل بردار مغناطیسی و پتانسیل الکتریکی ارایه شده است. با دست یافتن به فرمول های کاربردی در این رساله می توان گفت، بستر جدیدی برای محاسبه و تحلیل کمیت های از جمله گرادیان اندوکتانس، نیرو، سرعت، توزیع چگالی جریان و حرارت ساختار ایجاد شده است.

: استفاده از نیروی الکترومغناطیسی جهت پرتاب اجسام در سالهای اخیر بسیار مورد توجه محققان و مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. پرتاب کننده های الکترومغناطیسی قادرند پرتابه را با سرعت چندین هزار متر بر ثانیه پرتاب کنند. حل مسائل پرتاب کننده الکترومغناطیسی از نظر محاسبات جزو پیچیده ترین مسایل می باشد که البته روش اجزای محدود برای حل این گونه مسائل بسیار مفید است. بیشتر محققین در پژوهش های انجام شده در این زمینه، با اعمال جریان بصورت dc یا هارمونیک و همچنین نامحدود فرض نمودن طول ریل ها، مساله را دوبعدی حل نموده اند. آنان مکان آرمیچر را در وسط ریل ها در نظر گرفته و مساله را بصورت ساده تری حل کرده اند . در این پایان نامه با در نظر گرفتن یک ساختار سه بعدی، ریلگان multi-turn , با اعمال یک جریان پالسی شکل بررسی شده و گرادیان اندوکتانس آن محاسبه می گردد. این نوع ریلگان از چند زوج ریل تشکیل شده و دارای چند آرمیچر مجزا می باشد. علاوه براین, آرمیچرها در جای خودشان ثابت نبوده و با اعمال هر قسمت از پالس جریان, حرکت نموده و در راستای ریل به جلو می روند. در اینجا از نرم افزارansys 13 برای شبیه سازی و حل اجزای محدود استفاده شده است. ابتدا ریلگان ساده مورد بررسی قرار گرفته و مشاهده می شود که گرادیان اندوکتانس آن در طول ریل ثابت نیست و با حرکت به سوی دهانه خروجی، گرادیان اندوکتانس افزایش می یابد. در ریلگان two-turn به دلیل القای متقابل بین ریل ها، گرادیان اندوکتانس موثر افزایش چشمگیری نسبت به ریلگان ساده پیدا می کند و همچنین گرادیان اندوکتانس آن به مکان اولیه قرارگیری آرمیچرها وابستگی شدید دارد. سرعت نهایی آرمیچرها به هنگام خروج از دهانه ریلگان نیز به مکان اولیه قرارگیری آرمیچرها وابستگی شدید دارد. در ریلگان three-turn در حالتی که فاصله اولیه قرارگیری آرمیچرها یکسان نباشد، گرادیان اندوکتانس موثر بیشتری نسبت به حالتی که فاصله اولیه قرارگیری آرمیچرها یکسان باشد به دست می آید. بنابراین کارآیی ریلگان three-turn در حالت اول بیشتر است.

حضور میدان های الکترومغناطیسی در کنار سیال هادی سبب پمپاژ سیال درون کانال می شود که به ان پمپ هیدرودینامیک مغناطیسی می گویند.اساس حرکت معادلات پیوستگی ،مومنتوم، انرژی و ماکسول است.جریان نانوسیال زیستی (خون به همراه نانو ذرات)در خضور میدان های الکترومغناطیسی متغیر تا کنون مطالعه نشده که در این پایان نامه به بررسی تاثیر میدان های الکترومغناطیس ثابت و متغیرروی سرعت خون و نانو سیال تزریقی می پردازیم .

استفاده از نیروهای الکترومغناطیسی جهت حرکت دادن اجسام، از سالیان بسیار دور مورد بحث و بررسی های علمی فراوان قرار گرفته و بحث پرتاب کننده های الکترومغناطیسی یا به عبارتی پرتاب اجسام توسط نیروهای الکترومغناطیسی در سال های اخیر، بسیار مورد توجه محققان و مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. از میان انواع مختلف این پرتاب کننده ها،ریلگان به دلیل قابلیت های بسیار بالایی که دارد از اهمیت خاصی برخوردار است. ریلگان، از جریان الکتریسیته برای شتاب دادن یک پرتابه به سرعت های بالا استفاده می کند و به هیچ سوخت شیمیایی نیاز ندارد. با توجه به اینکه آرمیچر ،یک عنصر کلیدی در ریلگان به شمار می رود و در اکثر تحقیقات صورت گرفته نوع همگن آن مورد مطالعه قرار می گیرد، در این پایان نامه، ساختار غیر همگن آرمیچر در ریلگان مورد توجه قرار گرفته و به بررسی تاثیرات این ساختار در پارامترهای مختلف ریلگان پرداخته شده است. بعد از مروری بر تحقیقات انجام گرفته در فصل اول؛ در فصل دوم، ساختار ساده ریلگان با آرمیچر همگن به عنوان پایه ای برای مقایسه با حالت های غیرهمگن، بررسی می شود. شبیه سازی ها توسط نرم افزار ansys و بر پایه روش المان محدود با در نظر گرفتن ساختار سه بعدی و هم چنین حل در حالت گذرا ، انجام شده است. هدف اصلی از ساختار غیرهمگن ایجاد شده در آرمیچر، توزیع یکنواخت چگالی جریان بوده که در شبیه سازی های انجام گرفته تمرکز بر روی بدست آوردن بهترین نتیجه از نظر توزیع جریان و تعامل با دیگر پارامترهای مهم در ریلگان می باشد. بدین منظور در فصل سوم،چندین ساختار مختلف با توزیع متفاوت رسانایی در آرمیچر مورد بررسی قرار گرفته و ساختاری که دارای توزیع چگالی جریان یکنواخت تر، سرعت بالاتر ، ماکزیمم چگالی جریان کمتر و هم چنین محل مناسب ماکزیمم چگالی جریان بود، انتخاب گردید. در فصل چهارم،اثرات تغییرات ضخامت و هم چنین مقادیر مختلف رسانایی بر روی ساختار انتخابی بررسی و یک مدل غیر همگن پیشنهاد گردید. در راستای بهبود بیشتر در عملکرد ریلگان ،در فصل پنجم به تغییر هندسه آرمیچر نیز پرداخته شد و بهترین مدل با ترکیب مدل غیرهمگن پیشنهادی شبیه سازی گردید و نتایج، تغییرات مثبتی را در عملکرد ریلگان نشان داد. نتایج حاصل، علاوه بر اینکه می تواند به طراحان ریلگان دید فیزیکی خوب در طراحی بدهد به صورت توصیه های مهندسی که باید در ساخت این ریلگان ها مورد توجه قرار گیرد آمده است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.