3-2-1) انواع آتش­سوزی……………………………………………………………………. 21

 

3-2-1-1) آتش­سوزی زمینی (داخل خاک)………………………………………….. 22

 

3-2-1-2) آتش­سوزی سطحی…………………………………………………………. 22

 

3-2-1-3) آتش­سوزی تاجی……………………………………………………………. 22

 

3-2-1-4)آتش­سوزی تنه­ای……………………………………………………………. 23

 

3-3) مدلسازی رفتار آتش………………………………………………………………………. 22

 

3-4) سیستم­های شبیه­سازی رفتار آتش……………………………………………………… 23

 

3-4-1) مدل­های پیش بینی آتش سوزی و طبقه­بندی آنها  ……………………………. 23

 

3-4-1-1) طبقه­بندی بر مبنای مدلسازی جریان گرمایی……………………………. 25

 

3-4-1-1-1) مدل­های فیزیکی (تئوریکی)………………………………………… 25

 

3-4-1-1-2) مدل­های نیمه­تجربی (نیمه فیزیکی)……………………………….. 25

 

3-4-1-1-3) مدل‌های آماری (تجربی)……………………………………………. 26

 

3-4-1-1-4) مدل‌های احتمالی……………………………………………………. 27

 

3-4-1-2) طبقه­بندی مدل­های آتش­سوزی براساس متغیرهای مورد مطالعه………. 27

 

3-4-1-3) طبقه­بندی بر اساس سیستم فیزیکی مدل شده………………………….. 27

 

3-4-1-3-1) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی­های سطحی……………………….. 28

 

3-4-1-3-2) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی‌های تاجی…………………………. 28

 

3-4-1-3-3) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی زمینی……………………………… 29

 

3-4-1-3-4) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی‌های نقطه­ای………………………. 29

 

3-4-2) تکنیک­های شبیه­سازی آتش……………………………………………………… 28

 

3-4-2-1) سلول­های خودکار…………………………………………………………… 30

 

3-4-2-2)    انتشار موج بیضوی………………………………………………………… 31

 

3-4-2-2-1)مدل FARSITE……………………………………………………… 31

 

3-4-3) تکنیک انتشار FARSITE………………………………………………………… 31

 

3-4-4) مدل رفتار آتش در FARSITE………………………………………………….. 35

 

3-4-5) پارامترهای تأثیرگذار………………………………………………………………. 35

 

3-4-5-1)توپوگرافی…………………………………………………………………….. 37

 

3-4-5-2)پوشش گیاهی………………………………………………………………… 38

 

3-4-5-2-1)میزان تاج پوشش……………………………………………………… 38

 

3-4-5-2-2)ارتفاع توده جنگل…………………………………………………….. 38

 

3-4-5-2-3)مدل ماده سوختنی…………………………………………………… 39

 

3-4-5-3)   شرایط آب و هوایی……………………………………………………….. 41

 

3-4-5-3-1) دما و رطوبت نسبی………………………………………………….. 41

 

3-4-5-3-2) باد…………………………………………………………………….. 41

 

3-5) جمع­بندی…………………………………………………………………………………. 43

 

4) فصل چهارم: مواد و روش­ها………………………………………………………………….45

 

4-1) مقدمه:…………………………………………………………………………………….. 45

 

4-2) داده­ها……………………………………………………………………………………… 46

 

4-2-1) توپوگرافی…………………………………………………………………………… 46

 

4-2-2) آب و هوا……………………………………………………………………………. 48

 

 

4-2-3) تاج پوشش منطقه…………………………………………………………………. 48

 

4-2-4) پراکنش گونه­های درختی…………………………………………………………. 50

 

4-2-5) موانع گسترش آتش­سوزی………………………………………………………… 51

 

4-2-6) نرم افزار­های مورد استفاده………………………………………………………… 52

 

4-3) روش تحقیق………………………………………………………………………………. 52

 

4-3-1) انتخاب مدل ماده سوختنی……………………………………………………….. 52

 

4-3-2) مدلسازی جریان باد……………………………………………………………….. 54

 

4-3-3) ارتفاع توده جنگل………………………………………………………………….. 55

 

4-3-4) شبیه­سازی با استفاده از مدل FARSITE……………………………………….

 

4-4) سناریوهای مختلف شبیه­سازی گسترش آتش­سوزی…………………………….. 57

 

4-5) روش ارزیابی دقت………………………………………………………………………… 57

 

4-6) پهنه­بندی از نظر وسعت گسترش آتش ………………………………………………… 58

 

5) فصل پنجم: نتایج و بحث  ……………………………………………………………………… 60

 

5-1) مقدمه……………………………………………………………………………………… 60

 

5-2) اجرای اولیه مدل در شرایط و سناریوهای مختلف …………………………………….. 60

 

5-2-1) شبیه­سازی در شرایط یکسان محیطی…………………………………………… 61

 

5-2-2) شبیه­سازی در شرایط محیطی مختلف و ماده سوختنی یکسان……………….. 63

 

5-2-3) شبیه­سازی در شرایط کاملاً مختلف محیطی ……………………………………. 65

 

5-3) شبیه­سازی آتش­سوزی رخ داده در منطقه مورد مطالعه در آذر ماه 1389 …………. 67

 

5-4) پهنه­بندی از نظر خطر گسترش آتش (وسعت آتش­سوزی) …………………………..71

 

6) فصل ششم: جمع­بندی و پیشنهادات …………………………………………………….81

 

6-1) جمع­بندی…………………………………………………………………………………. 81

 

6-2) پیشنهادات ……………………………………………………………………………….. 82

 

چکیده:

 

یکی از معضلات پیش­روی مدیریت مراتع و جنگل­ها در نواحی شمالی کشور، آتش­سوزی­هایی می­باشد که خسارت­های زیست محیطی و مالی سنگینی را تحمیل می­کند. مدیریت ریسک آتش­سوزی در ارتباط با اقدامات پیشگیرانه می­تواند عرصه طبیعی را از گزند بسیاری از زیان­های ناشی از آتش­سوزی محافظت کند. مساحتی از عرصه­های طبیعی که در نتیجه شروع آتش­سوزی ممکن است دچار حریق شود موضوعی است که کمتر به آن توجه شده است. بنابراین تحقیق حاضر تلاش دارد روش جدیدی را در زمینه پهنه­بندی عرصه­های طبیعی از نظر خطر گسترش و وسعت آتش­سوزی ارائه کند. به منظور شبیه­سازی نرخ گسترش و مساحت دچار آتش­سوزی در این تحقیق از مدل FARSITE که یک مدل برداری بررسی رفتار و گسترش آتش به شمار می­رود، استفاده شد. مدل ماده سوختنی به عنوان یکی از ارکان اصلی در شبیه­سازی با توجه به شرایط پوشش گیاهی منطقه تعیین گردید. تغییرات محلی سرعت و جهت باد که در نتیجه شرایط توپوگرافی منطقه حادث می­شود، مدلسازی و در FARSITE مورد استفاده قرار گرفت. همچنین به منظور ارزیابی مدل FARSITE در شبیه­سازی گسترش آتش­سوزی در منطقه مورد مطالعه، از یک مورد آتش­سوزی که در منطقه به وقوع پیوست، استفاده گردید که دقت بدست آمده با استفاده از شاخص کاپا برابر 42 درصد می­باشد. مقایسه و تحلیل آتش­سوزی شبیه­ سازی شده با آتش­سوزی واقعی، نشان می­دهد مدل FARSITE قابلیت شبیه­سازی آتش­سوزی­های بالقوه را در عرصه­های طبیعی منطقه دارا می­ باشد. بنابراین فرایند پهنه­بندی دربرگیرنده شبیه­سازی­های متعددی از گسترش آتش­سوزی­های سطحی بالقوه می­باشد. مقایسه نتیجه نهایی پهنه­ بندی با سوابق آتش­سوزی­های موجود حکایت از سازگاری اینگونه نقشه­ ها با واقعیت موجود دارد.

 

فصل اول: کلیات تحقیق

 

1-1- مقدمه

 

منابع طبیعی به عنوان ثروت هر جامعه و امانتی برای آیندگان به شمار می‌رود. کسانی که از این ثروت و موهبت الهی استفاده می‌کنند موظفند که از آن به طور صحیح و اصولی بهره برداری نموده و آباد و سرسبز به نسل بعد از خود تحویل نمایند. زیرا امروزه ثابت شده است که منابع طبیعی بستر حیات کلیه موجودات زنده بوده و آبادانی و سرسبزی آن نشانه پیشرفت جوامع و زمینه ساز توسعه پایدار می‌باشد.

 

جنگل‌ها و مراتع نیز به عنوان بخشی از منابع طبیعی و همچنین مطرح بودنشان به عنوان مهمترین منابع تجدید شونده، اگر مورد بی­مهری انسان­ها قرار نگیرند و انسان­ها زمینه تضعیف و یا نابودی آنها را فراهم نکنند، هیچگاه به اتمام نمی‌رسند. در مورد تأثیرات مستقیم و غیر مستقیم عرصه­های جنگلی و مرتعی می‌توان به تولید و حفظ خاک، تولید فرآورده­های صنعتی و دارویی، تغذیه آبهای زیرزمینی، تولید اکسیژن، جلوگیری از سیل، ارزش­های تفرجگاهی، حفظ گونه­های جانوری و حیات وحش و … اشاره نمود که انسان و سایر موجودات از آن بهره‌مند می‌شوند.

 

با این حال عوامل مختلفی در زمینه تخریب جنگل نقش دارند که از جمله آنها می‌توان به قطع بی­رویه درختان، تبدیل جنگل به زمین زراعی، چرای مفرط دام، آفات و بیماریها و آتش­سوزی اشاره نمود. در این میان آتش­سوزی از یک حساسیت خاصی نسبت به سایر عوامل تخریب کننده برخوردار می‌باشد  چرا که حتی یک آتش­سوزی محدود هم می‌تواند خسارات قابل ملاحظه­ای را موجب گردد.

 

سالانه سطح زیادی از جنگل‌های دنیا دچار حریق می‌شوند که این حریق نه تنها باعث نابودی پوشش گیاهی در منطقه حریق می‌شوند بلکه باعث اختلال در فرایندهای هیدرولوژیکی، افزایش فرسایش خاک و رواناب تولیدی این مناطق می‌شود.

 

بنابراین تعیین نواحی با ریسک بالای آتش­سوزی و همچنین شناسایی و پیش­بینی رفتار و حرکات آتش­سوزی‌های بالقوه و بالفعل به منظور جلوگیری از آتش­سوزی‌های مهیب احتمالی و گسترش آن در نواحی مستعد، کاملاٌ لازم و ضروری به نظر می­رسد، که این کار با استفاده از روش­های تجربی و میدانی، کاری دشوار و هزینه­بر می‌باشد. به همین دلیل استفاده از روش­ها و تکنولوژی­های نوین می‌تواند جایگزین مناسبی برای روش­های سنتی بشمار رود. از جمله اینها می توان به سامانه­های اطلاعات جغرافیایی و تکنولوژی­های سنجش از دور اشاره کرد.

 

 

1-7-1- آنالیز مولفه‌های اصلی(PCA) 10

 

1-7-2- رگرسیون مولفه‌های اصلی (PCR) 11

 

1-7-3- تكنیك‌های رگرسیون. 11

 

1-8- تقسیم بندی روش‌های كالیبراسیون چند متغیره 12

 

1-9- روش های مشتقی در اسپکتروفتومتری. 12

 

1-10- مقدمه ای بر روش های مشتقی. 14

 

1-10-1- روش ها و مزایا 14

 

1-10-2- تکنیک های نوری و الکترونی در مشتق گیری. 15

 

1-10-3- تکنیک های ریاضی در مشتق. 16

 

عنوان                                           صفحه

 

1-10-4- حذف پس زمینه 17

 

1-10-5- اثرات پهنای طیف.. 18

 

1-11- مشکلات ماتریسی در مشتق. 19

 

1-12- مرحله كالیبراسیون (آموزش) و پیشگویی (تست) 20

 

1-12-1- طراحی آزمایش… 21

 

1-12-2- اثر نویز. 23

 

1-13- پیش پردازش داده‌ها 23

 

1-13-1- تمركز بر میانگین. 24

 

1-13-2- هم مقیاس كردن. 24

 

1-14- تصحیح سیگنال عمودی. 25

 

1-15- انتخاب فاكتورهای بهینه در كالیبراسیون. 26

 

1-15-1- الگوریتم اعتبار سازی دو طرفه 26

 

1-16- پارامترهای آماری. 27

 

1-17- تجزیه‌های اسپكتروفتومتری. 28

 

1-18- حسگر شیمیایی. 29

 

1-19- انواع حسگرهای شیمیایی. 30

 

1-19-1- حسگرهای گرمایی. 31

 

1-19-2- حسگرهای جرمی. 31

 

1-19-3- حسگرهای الکتروشیمیایی. 32

 

1-19-3-1- حسگرهای پتانسیومتری. 32

 

1-19-3-2- حسگرهای آمپرومتری. 33

 

1-19-3-3- حسگرهای رسانایی سنجی. 33

 

1-20- حسگرهای  نوری. 34

 

عنوان                                                                  صفحه

 

1-21- قواعد حسگری در حسگرهای نوری بر پایه جذب.. 35

 

1-21-1 جذب.. 36

 

1-22- شیمی پاسخ حسگر. 37

 

1-23- مکانیسم پاسخ در حسگرهای نوری. 40

 

1-23-1- حسگرهایی بر پایه تبادل یون. 40

 

1-23-2- حسگری بر اساس استخراج همزمان. 41

 

 

1-23-3- حسگری بر اساس شناساگرهای رنگزا و فلورسانس کننده 42

 

1-23-4- حسگری بر اساس رنگینه های حساس به پتانسیل. 43

 

1-24- روشهای تثبیت.. 43

 

1-25-  مواد مورد استفاده به عنوان بستر تثبیت.. 47

 

فصل دوم  : تاریخچه

 

2-1- مروری بر تاریخچه روش‌های كالیبراسیون چند متغیره 51

 

2-2- مروری برتاریخچه حسگرهای نوری برای اندازه گیری کاتیونها 52

 

فصل سوم :‌ بخش تجربی

 

3-1- مقدمه 56

 

3-1-1- اسپكتروفتومتری. 56

 

3-2- تكنیك اسپكتروفتومتری. 57

 

3-2-1- مواد و دستگاه‌های مورد نیاز 57

 

3-2-1-1- تهیه محلول‌ها و استانداردها 58

 

3-2-1-2- نرم‌افزارهای مورد استفاده 59

 

عنوان                                                               صفحه

 

فصل چهارم : بحث و نتایج

 

4-1- بهینه سازی پارامترهای مؤثر در اندازه گیری همزمان سرب و جیوه 61

 

4-1-1- بررسی اثر غلظت واکنشگر بر روی فرایند تثبیت.. 61

 

4-1-2- بررسی اثر زمان تثبیت.. 62

 

4-1-3- اثر pH در اندازه گیری همزمان سرب و جیوه 63

 

4-1-4- زمان پاسخ حسگر. 65

 

4-2- منحنی کالیبراسیون. 66

 

4-3- حد تشخیص روش.. 68

 

4-4- بررسی تکرار پذیری در ساخت حسگرها 68

 

4-5-کالیبراسیون چند متغیره 69

 

4-5-1- انتخاب تعداد فاکتورهای بهینه 71

 

4-5-2- اندازه گیری همزمان سرب و جیوه توسط روش های مختلف کمومتریکس… 71

 

4-5-2-1- اندازه گیری همزمان سرب و جیوه توسط روش PLS. 71

 

4-5-2-2- اندازه گیری همزمان سرب و جیوه توسط روش پیش پردازش D-PLS. 73

 

4-5-2-3- اندازه گیری همزمان سرب و جیوه توسط روش پیش پردازشOSC-PLS. 75

 

4-5-2-4- اندازه گیری همزمان سرب و جیوه توسط روش پیش پردازشD-OSC-PLS. 77

 

4-6- اندازه گیری همزمان سرب و جیوه  با استفاده از حسگر در نمونه های حقیقی. 79

 

نتیجه گیری. 81

 

فهرست اشكال

 

عنوان                                                                                                              صفحه

 

شکل 1-1- نمایش ماتریس  X به Scores و  Loading توسط روش آنالیز مولفه های اصلی. 11

 

شکل 1-2- نمایش جذب ها و مشتق هایی از یک طیف گوسین. 13

 

شکل 1-3- نمایی از یک طیف دارای جذب زمینه و مشتق آن. 17

 

شکل 1-4- نمایشی از تفاوت در پهنای گسترده پیک ها 18

 

شکل 1-5- اثرات حذف پراکندگی. 19

 

شکل 1-6- نمایی از مشکلات ماتریسی بر روی طیف ها 20

 

شکل 1-7- طراحی فاکتوری بر اساس سه فاکتور 22

 

شکل 1-8- پیش پردازش داده ها. 25

 

شکل 1-9- آرایش کلی حسگر شیمیایی یا بیوشیمیایی. 30

 

شکل 1-10- مکانیسم تبادل یون برای تشخیص و اندازه گیری یک آنالیت کاتیونی در حسگر نوری. 41

 

شکل 1-11- مکانیسم استخراج همزمان آنالیت آنیونی همراه با پروتون به درون لایه حسگر. 42

 

شکل 1-12- اثر تشکیل جفت یون در چربی دوستی شناساگر. 46

 

شکل 3-1- شمایی از شکل ساختاری گالوسیانین. 58

 

شکل 3-2- طیف های مربوط به کمپلکس های سرب و جیوه با گالوسیانین. 59

 

شکل 4-1- اثر غلظت لیگاند بر میزان تثبیت بر روی فیلم های تری استات سلولز. 62

 

شکل 4-2- اثر زمان تثبیت واکنشگر بر پاسخ حسگر. 63

 

شکل 4-3- اثر pH در اندازه گیری سرب.. 64

 

شکل 4-4- اثر pH در اندازه گیری جیوه 64

 

شکل 4-5- اثر زمان تماس حسگر با محلول سرب.. 65

 

شکل 4-6- اثر زمان تماس حسگر با محلول جیوه 66

 

573 nm   67

 

565 nm.. 67

 

عنوان                                                                                    صفحه

 

شکل 4-9- نمودار  PRESSبرای فلزات سرب و جیوه با روش PLS. 72

 

شکل 4-10- نمودار  Scores برای فلزات سرب و جیوه با روش PLS. 72

 

شکل 4-11- نمودار PRESS برای فلزات سرب و جیوه با روش پیش پردازش D-PLS. 74

 

شکل 4-12- نمودار Scoresبرای فلزات سرب و جیوه با روش پیش پردازشD-PLS. 74

 

شکل 4-13- نمودار PRESS برای فلزات سرب و جیوه با روش پیش پردازش OSC-PLS. 76

 

شکل 4-14- نمودار  Scoresبرای فلزات سرب و جیوه با روش پیش پردازشOSC-PLS. 76

 

شکل 4-15- نمودار PRESS برای فلزات سرب و جیوه با روشهای پیش پردازشD-OSC-PLS. 78

 

شکل 4-16- نمودار Scoresبرای فلزات سرب و جیوه با روشهای پیش پردازشD-OSC-PLS. 78

 

فهرست جداول

 

عنوان                                                                                                            صفحه

 

جدول 4-1- نتایج تجربی بدست آمده در تکرارپذیری در ساخت حسگرها. 68

 

جدول 4-2- غلظت های مختلف فلزات سرب و جیوه در مخلوط های دو جزئی استفاده شده در کالیبراسیون   70

 

جدول 4-3- غلظت های مختلف فلزات سرب و جیوه در مخلوط های دو جزئی استفاده شده در مرحله پیشگوئی    70

 

جدول 4-4- نتایج به دست آمده در نمونه های سنتزی مربوط به سرب و جیوه با PLS.. 73

 

جدول 4-5- نتایج به دست آمده در نمونه های سنتزی مربوط به سرب و جیوه با PLS-D… 75

 

جدول 4-6- نتایج به دست آمده در نمونه های سنتزی مربوط به سرب و جیوه با PLS-OSC… 77

 

جدول 4-7- نتایج به دست آمده در نمونه های سنتزی مربوط به سرب و جیوه با PLS-D-OSC… 79

 

جدول 4-8- نتایج به دست آمده در نمونه های حقیقی مربوط به اندازه گیری همزمان سرب و جیوه با روشPLS-D-OSC… 80

 

 

 

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

 

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

 

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

 

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

 

فهرست شکل ها

 

عنوان                                                                         صفحه

 

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

 

) 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- 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

 

و  (a)  ثابت در Ǻ 5/5. 62

 

و  (b)  ثابت در kJ/mol 930/2. 63

 

شکل (4- 4) وابستگی  و  بر حسب . 63

 

(سمت چپ) مولکول آب   69

 

. 70

 

آب.. 71

 

100. 72

 

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

 

84

 

برای یک مایع. 84

 

. 86

 

. 86

 

. 87

 

. 87

 

. 88

 

. 89

 

) در دمای 50 کلوین. 90

 

) در دمای 100 کلوین. 90

 

) در دمای 50 کلوین. 91

 

) در دمای 125 کلوین. 91

 

  93

 

  93

 

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

 

S] 94

 

] 95

 

S] 95

 

S] 96

 

شکل 4- 35- نمودار حجم جعبه شبیه­سازی بر حسب دما برای سامانه هیدرات                  [3L-H2S,3L-CH4,2S-H2S] 96

 

آب در فشار 1 بار 98

 

شکل 4- 38- محاسبه وابستگی دمایی بردار شبکه برای هیدرات گازی sI ، با مدل TIP4P آب در فشار 1 بار 99

 

در فشار 1 بار 99

 

آب در فشار 1 بار 100

 

شکل 4- 41- پارامتر شبکه برای دماهای مختلف هیدرات گازی sI، که در هر قفس کوچک یک مولکول هیدروژن سولفید و در هر قفس بزرگ مولکول متان وجود دارد براساس معادله (4-21) 101

 

وجود دارد براساس معادله      (4-20) 102

 

آب   103

 

آب.. 104

 

شکل 4- 45- نمودار فشاربرحسب حجم سلول واحد برای هیدرات گازی sI متان در دمای                          K 200  105

 

شکل 4- 46- نمودار فشار برحسب حجم سلول واحد برای هیدرات گازی sI هیدروژن سولفید در دمای K 100  106

 

 

 

 فهرست جداول

 

عنوان                                                                                                             صفحه

 

جدول (3- 1) تفاوت­های انرژی آزاد محاسبه شده. 45

 

جدول (3- 3) انرژی آزاد اتصال برای کمپلکس های گالکتین-1/دیساکارید مختلف… 53

 

در هیدارت گازی sI در دمای200  273 کلوین. 61

 

∆  بر حسب برای جانشینی همه مهمان­ها در همه­ی قفس­های هیدرات گازی sI 61

 

5  65

 

5  66

 

. 69

 

سولفیدهیدروژن. 73

 

جدول (4- 7)پارامترهای لناردجونز و بارهای اتمی جزئی برای مولکول متان. 73

 

 

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

 

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 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

 

CNT )& Al⁺³. 71

 

. 73

 

. 74

 

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

 

. 77

 

. 78

 

. 79

 

. 81

 

. 82

 

. 84

 

. 85

 

. 86

 

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

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	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