تدوین یک حلگر مولکولی سریع جریان در ابعاد میکرو-نانو

تدوین یک حلگر مولکولی سریع جریان در ابعاد میکرو-نانو

این پروژه با استفاده از تخصص دانشجویان دکترای مهندسی هوافضا در پی تدوین یک الگوریتم سریع در حل جریان در ریز مقیاسها است. آگاهی از رفتار جریان در این رژیم کمک میکند ابزارهای تکنولوژیهای نوین مانند هارد دیسک کامپیوترها در ابعاد کوچکتر و کوچکتر ساخته شوند.

هنوز هیچی

از 100,000,000 تومان

45 روز

زمان باقی مانده

0 نفر

حامی پروژه

0%
0% کامل شده

با اطمینان حمایت کنید

در صورت عدم موفقیت پروژه در تامین مبلغ هدف، حمایت پرداختی به حساب شما در دونیت بازگشت داده خواهد شد.

بانی پروژه

تدوین یک حلگر مولکولی سریع جریان در ابعاد میکرو-نانو

·   هدف و موضوع پروژه (قصد حل کردن چه مشکلی را دارید؟

هدف پروژه حاضر تحلیل جریان رقیق شده در هندسه های مختلف در ابعاد میکرو-نانو با استفاده از حلگر مولکولی مونت کارلو است. روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو یک روش غالب در بررسی و تحلیل جریان­های رقیق شده در جریان­های ماوراصوت و همچنین رژیم­های جریان در ابعاد میکرو/نانو می­باشد. در این روش تعداد قابل توجهی ذره بعنوان نماینده مولکولهای گاز جهت شبیه سازی در نظر گرفته می­شوند و سرعت و موقعیت این ذرات در طی فرآیندهای متوالی جابجایی و برخورد دو-دویی با ذرات همسایه، به روز می­شود. فرآیند برخورد در روش DSMC بصورت یک فرآیند آماری در نظر گرفته می­شود. در دهه­های گذشته الگوریتم­های مختلفی جهت شبیه سازی برخورد بین مولکولی بطور کلی برپایه دو معادله­ی بولتزمن و کتس پیشنهاد شده است. معروفترین و پرکاربردترین این الگوریتم­ها، الگوریتم شمارنده بدون زمان (NTC) می­باشد که برای شبیه سازی دقیق نیازمند تعداد کافی از ذرات (10 ذره و بالاتر) در هر سلول جهت جلوگیری از برخوردهای تکراری می­باشد. برخوردهای تکراری از آن جهت که از نظر فیزیکی غیر ممکن هستند، منجر به نتایج غیر فیزیکی خواهند شد. به منظور برطرف نمودن مسئله برخوردهای تکراری تلاش­هایی بر اساس معادله کتس انجام گردید. نخستین الگوریتم ارائه شده بر مبنای معادله کتس روش انتخابهای برنولی BT می­باشد که علی رغم جلوگیری از انجام برخوردهای تکراری، با توجه به اینکه مرتبه محاسبات در این روش نسبت به تعداد ذرات درون سلول (N) از مرتبه دو (N2)O می­باشد، هزینه محاسباتی بالایی دارد. دومین الگوریتم ارائه شده بر مبنای معادله کتس، روش انتخابهای برنولی ساده شده SBT می­باشد که توسط استفانف در سال 2011 ارائه گردید. روش مذکور برخلاف روش NTC قادر به شبیه­سازی جریان با تعداد بسیار کم ذره در سلول است و همچنین مرتبه محاسبات نسبت به تعداد ذرات درون سلول از مرتبه یک (N)O و برابر N-1 می­باشد، اما از سوی دیگر چون احتمال برخورد ذرات وابسته به گام زمانی می­باشد، جهت جلوگیری از وقوع احتمال غیر فیزیکی باید گام زمانی کوچک انتخاب گردد که باعث می­شود بازده محاسباتی این روش در شرایطی که تعداد ذرات زیاد و گام زمانی کم باشد از روش NTC کمتر شود. در بخش اصلی این تحقیق، توسعه ر در بخش اصلی این تحقیق، توسعه ریاضی یک الگوریتم جدید برخوردی بر مبنای معادله کتس در روش DSMC موسوم به انتخابهای برنولی تعمیم­یافته GBT صورت خواهد گرفت که در آن جهت افزایش بازده محاسباتی، تعداد جفت ذرات (NSEL) کمتری از N-1 برای بررسی احتمال برخورد انتخاب شد. این موضوع سبب خواهد شد که با حفظ دقت حل عددی، هزینه محاسباتی نسبت به روش SBT کمتر شود. از سوی دیگر از آنجا که یکی از مراحل پرهزینه در روش DSMC، مرحله حرکت بالستیک ذرات می­باشد، با توجه به اینکه الگوریتم جدید قادر به شبیه سازی با تعداد کم ذرات نیز می­باشد، هزینه محاسباتی روش DSMC در مرحله حرکت و پایش ذرات نیز کاهش خواهد یافت. از آنجاکه الگوریتم فوق یک روش جدید برخورد بین مولکولی می­باشد، برای اطمینان از صحت آن، مسائل مختلفی با این الگوریتم مورد تحلیل قرار خواهد گرفت.

 

·  2. مراحل پروژه (راه حل شما برای مشکل فوق چیست؟

 

 

نام پروژه یا فعالیت

اهداف برنامه یا فعالیت

خروجی‌های مورد انتظار

پیش نیاز

استخراج یک الگوریتم عددی جدید برخوردی در روش شبیه­سازی مستقیم مونت کارلو مبتنی بر ساده سازی اپراتور برخورد معادله کتس

استخراج فرمول بندی مورد نیاز

 

 

 

تدوین ثبت اختراع

 

مقایسه دقت و عملکرد محاسباتی الگوریتم جدید موسوم به انتخابهای برنولی تعمیم یافته با الگوریتم های متداول برخوردی

صحت سنجی و ارزیابی عملکرد

مرحله اول

استفاده از الگوریتم جدید و الگوریتم های متداول برخوردی برای تحلیل جریان رانده شده توسط اختلاف دما در پمپ نودسن

تحلیل پمپ حرارتی

 

 

تدوین ثبت اختراع دوم و آمادگی برای تولید محصول

 

 

بهینه سازی هندسه پمپ مذکور و مقایسه عملکرد پمپ در شرایط کاری متفاوت

بهینه سازی هندسه

مرحله سوم

·  3. معرفی متولی پروژه (شما که هستید و چه تجربیات مشابهی دارید؟)

استاد دانشگاه فردوسی مشهد و تدیون کننده بیش از 80 مقاله جورنالی و 2 ثبت اختراع

·  4. پروژه در حال حاضر در چه مرحله‌ای است؟

مرحله مقدماتی

·  5. برای انجام این پروژه، به چه میزان مشارکت مالی نیاز دارید؟

یکصد میلیون تومان

·  6. مبلغ مورد نیاز را "دقیقاً" صرف چه اموری خواهید کرد؟

حمایت از دانشجویان دکترای فعال در طرح و پرداخت حقوق، خرید تجهیزات لازم برای پروژه


 

·   هدف و موضوع پروژه (قصد حل کردن چه مشکلی را دارید؟

هدف پروژه حاضر تحلیل جریان رقیق شده در هندسه های مختلف در ابعاد میکرو-نانو با استفاده از حلگر مولکولی مونت کارلو است. روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو یک روش غالب در بررسی و تحلیل جریان­های رقیق شده در جریان­های ماوراصوت و همچنین رژیم­های جریان در ابعاد میکرو/نانو می­باشد. در این روش تعداد قابل توجهی ذره بعنوان نماینده مولکولهای گاز جهت شبیه سازی در نظر گرفته می­شوند و سرعت و موقعیت این ذرات در طی فرآیندهای متوالی جابجایی و برخورد دو-دویی با ذرات همسایه، به روز می­شود. فرآیند برخورد در روش DSMC بصورت یک فرآیند آماری در نظر گرفته می­شود. در دهه­های گذشته الگوریتم­های مختلفی جهت شبیه سازی برخورد بین مولکولی بطور کلی برپایه دو معادله­ی بولتزمن و کتس پیشنهاد شده است. معروفترین و پرکاربردترین این الگوریتم­ها، الگوریتم شمارنده بدون زمان (NTC) می­باشد که برای شبیه سازی دقیق نیازمند تعداد کافی از ذرات (10 ذره و بالاتر) در هر سلول جهت جلوگیری از برخوردهای تکراری می­باشد. برخوردهای تکراری از آن جهت که از نظر فیزیکی غیر ممکن هستند، منجر به نتایج غیر فیزیکی خواهند شد. به منظور برطرف نمودن مسئله برخوردهای تکراری تلاش­هایی بر اساس معادله کتس انجام گردید. نخستین الگوریتم ارائه شده بر مبنای معادله کتس روش انتخابهای برنولی BT می­باشد که علی رغم جلوگیری از انجام برخوردهای تکراری، با توجه به اینکه مرتبه محاسبات در این روش نسبت به تعداد ذرات درون سلول (N) از مرتبه دو (N2)O می­باشد، هزینه محاسباتی بالایی دارد. دومین الگوریتم ارائه شده بر مبنای معادله کتس، روش انتخابهای برنولی ساده شده SBT می­باشد که توسط استفانف در سال 2011 ارائه گردید. روش مذکور برخلاف روش NTC قادر به شبیه­سازی جریان با تعداد بسیار کم ذره در سلول است و همچنین مرتبه محاسبات نسبت به تعداد ذرات درون سلول از مرتبه یک (N)O و برابر N-1 می­باشد، اما از سوی دیگر چون احتمال برخورد ذرات وابسته به گام زمانی می­باشد، جهت جلوگیری از وقوع احتمال غیر فیزیکی باید گام زمانی کوچک انتخاب گردد که باعث می­شود بازده محاسباتی این روش در شرایطی که تعداد ذرات زیاد و گام زمانی کم باشد از روش NTC کمتر شود. در بخش اصلی این تحقیق، توسعه ر در بخش اصلی این تحقیق، توسعه ریاضی یک الگوریتم جدید برخوردی بر مبنای معادله کتس در روش DSMC موسوم به انتخابهای برنولی تعمیم­یافته GBT صورت خواهد گرفت که در آن جهت افزایش بازده محاسباتی، تعداد جفت ذرات (NSEL) کمتری از N-1 برای بررسی احتمال برخورد انتخاب شد. این موضوع سبب خواهد شد که با حفظ دقت حل عددی، هزینه محاسباتی نسبت به روش SBT کمتر شود. از سوی دیگر از آنجا که یکی از مراحل پرهزینه در روش DSMC، مرحله حرکت بالستیک ذرات می­باشد، با توجه به اینکه الگوریتم جدید قادر به شبیه سازی با تعداد کم ذرات نیز می­باشد، هزینه محاسباتی روش DSMC در مرحله حرکت و پایش ذرات نیز کاهش خواهد یافت. از آنجاکه الگوریتم فوق یک روش جدید برخورد بین مولکولی می­باشد، برای اطمینان از صحت آن، مسائل مختلفی با این الگوریتم مورد تحلیل قرار خواهد گرفت.

 

·  2. مراحل پروژه (راه حل شما برای مشکل فوق چیست؟

 

 

نام پروژه یا فعالیت

اهداف برنامه یا فعالیت

خروجی‌های مورد انتظار

پیش نیاز

استخراج یک الگوریتم عددی جدید برخوردی در روش شبیه­سازی مستقیم مونت کارلو مبتنی بر ساده سازی اپراتور برخورد معادله کتس

استخراج فرمول بندی مورد نیاز

 

 

 

تدوین ثبت اختراع

 

مقایسه دقت و عملکرد محاسباتی الگوریتم جدید موسوم به انتخابهای برنولی تعمیم یافته با الگوریتم های متداول برخوردی

صحت سنجی و ارزیابی عملکرد

مرحله اول

استفاده از الگوریتم جدید و الگوریتم های متداول برخوردی برای تحلیل جریان رانده شده توسط اختلاف دما در پمپ نودسن

تحلیل پمپ حرارتی

 

 

تدوین ثبت اختراع دوم و آمادگی برای تولید محصول

 

 

بهینه سازی هندسه پمپ مذکور و مقایسه عملکرد پمپ در شرایط کاری متفاوت

بهینه سازی هندسه

مرحله سوم

·  3. معرفی متولی پروژه (شما که هستید و چه تجربیات مشابهی دارید؟)

استاد دانشگاه فردوسی مشهد و تدیون کننده بیش از 80 مقاله جورنالی و 2 ثبت اختراع

·  4. پروژه در حال حاضر در چه مرحله‌ای است؟

مرحله مقدماتی

·  5. برای انجام این پروژه، به چه میزان مشارکت مالی نیاز دارید؟

یکصد میلیون تومان

·  6. مبلغ مورد نیاز را "دقیقاً" صرف چه اموری خواهید کرد؟

حمایت از دانشجویان دکترای فعال در طرح و پرداخت حقوق، خرید تجهیزات لازم برای پروژه