بزرگترین
چالش دانشجویان کارشناسی ارشد پس از ورود به دانشگاه، انتخاب موضوع پژوهشی
برای پایان نامه و هم چنین انتخاب استاد راهنما می باشد که این دو مهم
بسیار به هم وابسته اند. چرا که اساتید زمینه های پژوهشی متفاوتی با یکدیگر
دارند و انتخاب یک استاد به عنوان استاد راهنما به معنی علاقه برای فعالیت
در زمینه کاری اوست. بنابراین لازم است ابتدا با همه ی زمینه های پژوهشی
آشنا شویم و با آگاهی و علاقه یکی از آن ها را برای موضوع کاری خود
برگزینیم. لذا در این مقاله سعی بر آن است تا زمینه های پژوهشی گرایش تبدیل
انرژی در مقطع کارشناسی ارشد معرفی شوند .
به طور کلی می توان پژوهش ها را به دو دسته ی کارهای آزمایشگاهی و
کارهای عددی تقسیم کرد که هر کدام خصوصیات مختص به خود را دارند. در کارهای
آزمایشگاهی باید فرد علاقه مند به کارهای عملی باشد و برای افرادی که در
زمینه ی کارهای عددی ضعیف تر یا بی علاقه اند و یا افرادی که مشاهده عینی
نتایج را به شبیه سازی عددی آن ترجیح می دهند، مناسب می باشد. بیشترین زمان
در کارهای آزمایشگاهی صرف ساخت Set Up آزمایش
و کالیبره کردن آن می شود. در مرحله بعد آزمایش های زیادی برای جمع آوری
داده های مورد نیاز انجام می شود که در نهایت باید نتایج آزمایش ها تحلیل
شوند و مدل مناسب برای رفتار آزمایش ها ارائه شود .
یکی از مشکلات کارهای آزمایشگاهی هزینه بالای آن هاست، چراکه برای
اعتبار نتایج به دست آمده از آزمایش ها، اندازه گیری ها باید از دقت بالایی
برخوردار باشد که این نیازمند دستگاه های دقیق و گران قیمت می باشد و این
یکی از دلایلی است که سبب شده تا کارهای آزمایشگاهی کمتر مورد توجه قرار
گیرند. هم چنین در بسیاری از مواقع امکان صرف هزینه زیاد برای آزمایش و سعی
و خطا برای بررسی یک پدیده نیست و حتماً باید قبل از آن، پدیده مورد نظر
به صورت تحلیلی و عددی بررسی شود. بنابراین تقریباً در تمام کارها مطالعات
تحلیلی و عددی مورد نیاز است .
بیش از 90% پایان نامه
های کارشناسی ارشد در زمینه کارهای عددی می باشد. در کارهای عددی هدف این
است تا بعد از مدل کردن پدیده مورد مطالعه ، معادلات مربوطه به صورت عددی
حل شوند تا بتوانند آن پدیده را به طور دقیق شبیه سازی کنند. کارهای عددی
خود به دو دسته تقسیم می شوند :
1- کارهای عددی محض : در این گرایش
هدف این تا روش های عددی موجود برای حل مسائل مختلف توسعه داده شود و
میزان خطای آن را کم کنند یا سرعت حل را افزایش دهند. برخی افراد خاص علاقه
مند به فعالیت در این گرایش هستند و چندان در بین دانشجویان مقبول نیست.
2- کارهای عددی کاربردی : در این گرایش سعی بر این است تا با استفاده
از روش های عددی پدیده های مختلف شبیه سازی شوند. در این زمینه دانشجو می
تواند از نرم افزارهای عددی تجاری مرتبط با کار خود استفاده کند یا خود یک
کد عددی برای حل مسئله بنویسد. برخی از نرم افزارهای عددی تجاری پرکاربرد
در تبدیل انرژی عبارتند از :Fluent، Openfoam، Ansys، FDS، Thermo Flex،
Energy Plus و . . .
در ادامه مهم ترین موضوعات کاری پایان نامه های
ارشد را معرفی شده اند که هر کدام از آن ها می توانند به صورت پروژه های
عددی یا آزمایشگاهی تعریف شوند.
1- احتراق : به جرأت می توان گفت
یکی از سخت ترین زمینه های کاری در تبدیل انرژی، احتراق می باشد زیرا در
فرآیند احتراق، واکنش های زیادی در زمان بسیار کم صورت می گیرد. از جمله
موضوعات کاری در این زمینه می توان به شبیه سازی احتراق در انواع مختلف
مشعل ها برای بالا بردن راندمان، بررسی روشهای مختلف کاهش آلودگی های
شامل و . . . آن ها اشاره کرد. هم چنین یکی دیگر از موضوعات این زمینه
مسئله حریق و آتش سوزی می باشد که در آن سعی بر این این است تا با شبیه
سازی فرآیند آتش سوزی در یک مکان بتوان بهترین ساز و کار برای غلبه بر آن
را طراحی کرد. از جمله نرم افزارهای معروف در این زمینه FDS می باشد.
2- تونل باد : یکی از زمینه های کار آزمایشگاهی تونل باد می باشد. در
تونل باد به بررسی جریان هوا در اطراف اجسام و به دست آوردن ضرایب درگ و
لیفت و . . . پرداخته می شود. تونل های باد با ظرفیت های متفاوتی وجود
دارند که هرکدام برای آزمایش هایی مناسب هستند. همان طور که در قسمت قبل
بیان شد مهم ترین مسئله در کارهای آزمایشگاهی ساخت Set Up آن است که در
تونل باد باید سعی شود تا حد امکان جریان یکنواختی از هوا در داخل تونل باد
برقرار شود و با استفاده از Hot Wire(سیم داغ) سرعت به دقت اندازه گیری
شود. در این زمینه کارهای عددی زیادی نیز انجام شده است که از جمله آن می
توان به شبیه سازی جریان هوا اطراف چندین ساختمان برای طراحی بهتر آن ها
اشاره کرد.
3- تهویه مطبوع و آسایش حرارتی : در تهویه مطبوع هدف این
است تا بتوان هوا با دما و رطوبت مطلوب را فراهم نمود تا بتواند آسایش
حرارتی را برای ساکنین برقرار کند. از جمله زمینه های کاری در این گرایش
فراهم نمودن هوای سرد با کمترین میزان مصرف انرژی است که می توان به روش
های سرمایش ترکیبی با دسیکنت، سرمایش تبخیری مستقیم- غیرمستقیم و . . .
اشاره کرد. هم چنین بررسی نحوه توزیع هوا در محل برای برقراری بهتر آسایش
حرارتی ساکنین از دیگر موضوعات این گرایش است.
4- حوزه انرژی : با
توجه به افزایش هزینه های انرژی، بهینه سازی مصرف انرژی سیستم ها بیش از
پیش مورد توجه قرار گرفته است. از جمله موضوعات مطرح در این گرایش می توان
به CHP (تولید همزمان حرارت و قدرت) یا CCHP (تولید همزمان سرمایش، حرارت و
قدرت) اشاره کرد که با این روش ها می تواند هزینه های تولید انرژی را کاهش
داد.
5- انرژی های نو : با توجه به افزایش قیمت سوخت های فسیلی،
استفاده از انرژی های نو برای تولید قدرت بسیار مهم شده است که از جمله مهم
ترین آن ها می توان به انرژی خورشیدی، باد، زمین گرمایی، بیومس، امواج
دریا و . . . اشاره کرد. در کارهایی که در این گرایش صورت می گیرد هرکدام
از اجزای سیستم برای طراحی به طور خاص مدل و شبیه سازی می شوند که از جمله
آن می توان به طراحی توربین های باد افقی یا عمودی، طراحی متمرکز کننده های
خورشیدی و . . . اشاره کرد.
6- توربوماشین ها : توربوماشین ها شامل
انواع پمپ، کمپرسور و توربین می باشند و هدف این است تا این ماشین ها را
بتوان با بالاترین راندمان کاری طراحی کرد که برای این کار لازم است جریان
سیال داخل این ماشین ها شبیه سازی شود و با توجه به نتایج آن پارامترهای
تأثیرگذار بر عملکرد ماشین به صورت بهینه طراحی شوند.
7- پیل سوختی
(Fuel Cell) :یکی از روش های تولید برق، استفاده از پیل های سوختی می باشد
که انواع مختلف با کاربردهای مختلفی دارند و برای تولید برق آلودگی محیطی
ندارند. کارهایی که در این زمینه صورت می گیرد به شبیه سازی فرآیندهای پیل
سوختی و هم چنین طراحی قسمت های مختلف آن می پردازند.
8- بیو(Bio
Fluid): در این گرایش همان طور که از اسم آن مشخص است به مدل سازی جریان
سیال در یک موجود زنده و به طور خاص انسان می پردازند. از جمله موضوعات این
گرایش می توان به مدل سازی جریان هوا و ذرات آلودگی در داخل شش ها یا
بررسی حرکت خون در داخل رگ ها و . . . اشاره کرد.
9- کرایجنیک
(Cryogenic) : در این گرایش به تکنیک های دستیابی به دماهای بسیار پایین
(مثلاً 260- سانتیگراد( پرداخته می شود. بدین منظور روش های مختلفی وجود
دارد که به صورت ترمودینامیکی و عددی مدل شوند.
10- نانوسیال : در
نانوسیال از ذرات فلز جامد در ابعاد نانو در سیال استفاده می شود تا خواص
حرارتی سیال را بهبود بخشد. پارامترهای مختلفی بر خواص نانو سیال
تأثیرگذارند که عبارتند از : قطر ذرات جامد، غلظت ذرات، جنس ذرات و . . .
در این گرایش علاوه بر کارهای عددی، کارهای آزمایشگاهی زیادی نیز صورت می
گیرد تا تأثیر هریک از پارامترهای بالا بر خواص نانو سیال بررسی شود و در
نهایت مدل مناسبی برای مدل کردن خواص حرارتی و فیزیکی نانوسیال ارائه شود.
هم چنین روش های پایداری ذرات در نانوسیال نیز اهمیت ویژه ای دارد. در
کارهای عددی در این زمینه مدل کردن اندرکنش بین ذرات و سیال چالش بزرگی
است.
11- الکتروهیدرودینامیک : در الکتروهیدرودینامیک به بررسی اثر
میدان الکتریکی یا مغناطیسی بر رفتار سیال پرداخته می شود که در این گرایش
نیز کارهای تجربی زیادی انجام می شود. برای مثال با استفاده از میدان
الکتریکی می توان میزان انتقال حرارت را در مبدل های حرارتی تا چندین برابر
افزایش داد. هم چنین می توان با استفاده از میدان الکتریکی سرمایش تبخیری
را بهبود بخشید. برای کار در این زمینه باید با معادلات مربوط به میدان
الکتریکی و مغناطیسی آشنایی کافی داشت.
در این مقاله سعی شد تا مهم
ترین موضوعات کاری در گرایش تبدیل انرژی به طور مختصر برای آشنایی اولیه
شرح داده شود تا دانشجویان این گرایش با همه ی موضوعات، آشنایی اولیه ای
داشته باشند و با توجه به علاقه ی خود به هرکدام بتوانند به تحقیق و بررسی
بیشتری راجع به آن بپردازند و موضوع مناسبی را برای پایان نامه خود انتخاب
کنند.
ارائه شده توسط دپارتمان مهندسی مکانیک