برنامه درسی

مکانیک سیالات 1

تمارین و پروژه:  3 نمره

امتحان میانترم: 5 نمره

امتحان پایانترم: 12 نمره

1- Streeter V.L, Wyley E.B., Bedford K.V., “Fluid Mechanics”, 9th Edition McGraw–Hill,
2002
2- Couper J.R., Penney W.R., Fair J.R., Walas S. M., "Chemical Process Equipment", 3rd
Edition Butterworth-Heinemann, Boston, 2012.
3- Ludwig E.E., “Applied process design” , 4th Edition Gulf Publishing, Houston, 2007.
4- Perry's Chemical Engineering Handbook , 8th Edition McGraw–Hill, 2007.
 

1- آشنایی تکمیلی با آنالیز آبعادی 

2- جریانهای خارجی

-3جریان تراکم پذیر در لوله ها، جریانهای هم دما و غیر هم دمای گاز ایده آل

-4دستگاههای تراکم گاز، منحنیهای عملکرد و تعیین توان مورد نیاز آنها

-5مخلوط کردن مایعات، منحنیهای قدرت، گروههای بدون بعـد در اخـتلاط مایعـات و طراحـی و محاسـبات
مربوط به همزنها

-6حرکت سیال همراه با ذرات جامد، حرکت نسبی سیال و ذره و جریان بسترهای آکنده

7- روش های اندازه گیری در سیالات
 

هدف از ارائه این درس افزایش توانایی دانشجویان در به کارگیری دانش نظری کسب شـده از مکانیـک سـیالات 1بـه صورت تکمیلی و کاربردی در دستگاههایی است که در آنها جریان سیال برقرار باشد. همچنین دانش نظری جدید به اظلاعات دانشجویان افزوده می شود.

پروژه طراحی و ارائه: 6 نمره

دیتا شیت تجهیز: 2 نمره

شبیه سازی واحد و بهینه سازی: 2 نمره

امتحان پایان ترم: 10 نمره

مراجع

D.W. Green and R. H. Perry, "Perry's Chemical Engineers' Handbook, Ath Ed., Mc Graw Hill,

J. R. Couper and S. M. Walas, "Chemical Process Equipment", rrd Ed., Elsevier, ۲۰۱۰۰

C. Matthews, "Engineers' Guide to Pressure Equipment", Professional Engineering Publishing Limited,۲۰۰۱,

Coulson & Richardson's Chemical Engineering, Butterworth-Heinemann, rrd Ed., Vol. ۶, ۱۹۹۹۰

E. Ludwig," Applied Process Designing for Chemical and Petrochemical Plants", rrd Ed., Gulf, ۱۹۹۹

۲۰۰۸

• استانداردها و کدها طراحی تجهیزات فرآیند استانداردهایی همچون : ASTM ASME API
• طراحی انواع تانکهای ذخیره سازی کروی و استوانه ای - انتخاب نوع مخزن ذخیره بر حسب ماده طراحی پایه مخزن
• انتخاب جنس ساخت طراحی تجهیزات جانبی مورد نیاز طراحی نازلهای مخزن تهیه جدول اطلاعات اولیه
• طراحی برجهای تقطیر و استخراج انتخاب شرایط عملیاتی انتخاب ماده میرد و ماده حرارت دهنده جایگاه استفاده از مبدلهای فناوری پینج پمپ حرارتی طراحی دمایی و مکانیکی میمان کننده و جوش آور برج محاسبه پارامترهای
• اندازه ای برج طراحی پارامترهای مکانیکی طراحی تجهیزات جانبی مورد نیاز طراحی نازلهای مخزن تهیه جدول
• اطلاعات برج و سینی
• طراحی مخازن و درامها (Drum) کاربرد مخازن و درامها در فرایند طراحی فرآیندی مخازن و درام ها بر اساس نصب
• افقی یا عمودی طراحی پایه مخزن انتخاب جنس طراحی تجهیزات جانبی مورد نیاز طراحی نازل های مخزن ، تهیه
• جدول اطلاعات اولیه طراحی مبدل های حرارتی بر استاندارد TEMA طراحی مبدلهای حرارتی پوسته لوله کولرهای هوایی و مبدل های
• حرارتی صفحه ای
• استفاده از نرم افزارهای مجموعه Aspen Tech جهت طراحی برج و مبدل حرارتی

هدف از این درس آموزش تخصصی دانشجویان در رابطه با مباحث طراحی پایه فرآیندی و مکانیکی تجهیزات فرآیندی از قبیل برج ها مبدلها مخازن و غیره در عمل میباشد. همچنین آموزش استانداردهای طراحی آشنایی با انواع جنس تجهیزات تهیه جدول اطلاعات تجهیزات از دیگر اهداف این درس می باشد.

پروژه طراحی تجهیز و ارائه: 6 نمره

تمارین و تکالیف کلاسی: 2 نمره

امتحان میانترم: 4 نمره

امتحان پایانترم: 8 نمره

کتاب انتقال جرم، نوشته: رابرت تریبال. ترجمه: دکتر مرتضی سهرابی و دکتر طاهره کاغذچی

رئوس مطالب:

1. مقدمه ای بر تجهیزات در انتقال جرم

2. انتقال جرم بین فازها

3. طراحی برجهای سینی دار

4. طراحی برجهای پرشده 

5. طراحی مخازن همزن دار

6. دستگاههای مورد استفاده در مرطوب سازی
 

آشنایی با تجهیزات انتقال جرم شامل برجهای سینی دار، برجهای پر شده و مخازن همزن دار، دستگاههای مورد استفاده در مرطوب سازی و محاسبات و طراحی آنها

پروژه های کامپیوتری: 4 نمره

تمارین و تکالیف: 3 نمره

امتحان میانترم: 3 نمره

امتحان پایانترم: 10 نمره

کتاب‌ دینامیک سیالات محاسباتی برای مهندسان (جلد 1 , 2)، نوشته: هافمن  , چیانگ

کتاب مقدمه ای بر دینامیک سیالات محاسباتی، نوشته: ورستیگ و مالالاسکرا 

• درس یکم: مقدمه ای بر دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
  • تعریف دینامیک سیالات محاسباتی
  • چند نمونه از کاربردها (ابزاری برای تحقیق و طراحی)
• درس دوم: دسته بندی معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی
  • مرور کلی معادلات با مشتقات جزئی خطی و غیرخطی
  • مرور کلی فرم کلی معادلات با مشتقات جزئی مرتبه دوم و دسته‌ بندی آن‌ ها
  • معادلات سهموی
  • معادلات بیضوی
  • معادلات هذلولوی
  • مرور کلی تعبیر فیزیکی معادلات بقا
    • معادلات بقا به فرم انتگرالی
    • معادلات بقا به فرم دیفرانسیلی
  • مرور کلی معادلات بقای جرم (پیوستگی)، ممنتوم (ناویر- استوکس)، انرژی و گونه‌ های شیمیایی
    • مرور کلی معادله اویلر
      • یک حالت خاص و پرکاربرد از معادله ناویر - استوکس
  • شرایط مرزی و شرایط اولیه
• درس سوم: فرمول بندی تفاضل محدود
  •  معرفی فرمول بندی اختلاف محدود
  • تقریب تفاضلی تابع f
  • استفاده از بسط سری تیلور
  • استفاده از یک چند جمله ای درجه n ام
• درس چهارم: معادلات دیفرانسیل سهموی
  • تعریف معادله سهموی
  • تقریب تفاضل محدود برای معادله حرارت غیرپایای یک بعدی
  • تقریب تفاضل محدود به روش صریح (Explicit)
  • تقریب تفاضل محدود به روش ضمنی (Implicit)
  • فرمول بندی های مختلف روش صریح
    • روش پیش رو نسبت به زمان و تفاضل مرکزی نسبت به مکان
    • روش ریچاردسون
    • روش دوفورت فرانکل
  • فرمول بندی های مختلف روش ضمنی
    • روش لاسونن (Lassonen)
    • روش کرانک نیکلسون
    • فرمول بندی بتا
  • یک مثال کاربردی و مقایسه نتایج
  • معادلات سهموی در فضای دو بعدی (روش ADI)
  • سازگاری در تقریب تفاضل محدود (Consistency)
  • خطی سازی (Linearization)
• درس پنجم: تحلیل پایداری
  • مفهوم همگرایی
  • تحلیل پایداری اغتشاش گسسته (Discrete Perturbation)
  • تحلیل پایداری فون – نویمان
• درس ششم: معادلات دیفرانسیل بیضوی
  • تعریف معادله بیضوی (معادلات لاپلاس و پوآسون)
  • فرمول بندی‌ های تفاضل محدود
  • حل سیستم معادلات 5 قطری
  • الگوریتم‌ های حل
    • روش تکرار ژاکوبی (The Jacobi Iteration Method)
    • روش گوس سایدل نقطه‌ به نقطه (The Point Gauss - Seidel Method)
    • روش گوس سایدل خط به خط (The Line Gauss - Seidel Method)
    • روش فوق تخفیف پی در پی نقطه به نقطه ((Point Successive Over - Relaxation Method (PSOR)
    • روش فوق تخفیف پی در پی خط به خط ((Line Successive Over - Relaxation Method (LSOR)
    • روش ضمنی با جهت متغیر ((The Alternating Direction Implicit Method (ADI)
• درس هفتم: معادلات دیفرانسیل هذلولوی
  • تعریف معادله هذلولی
  • فرمول بندی های صریح
    • روش اف تی اف اس اویلر (Euler’s FTFS)
    • روش اف تی سی ای اویلر (Euler’s FTCS)
    • روش تفاضل بالا دست مرتبه اول
    • روش لاکس (LAX)
    • روش جهشی نقطه میانی (Midpoint Leapfog)
    • روش صریح لاکس – وندرف (Lax- Wendroff)
  • فرمول بندی‌ های غیرصریح یا ضمنی
    • روش بی تی سی اس اویلر (Euler’s BTCS)
    • روش کرانک نیکلسون (Crank–Nicolson)
  • روش‌ های انشعابی (Splitting Methods)
  • روش‌ های چند گامی
    • روش چند گامی ریچ مایر – لاکس – وندرف
    • روش مک کورمک (Mac Cormack)
  • روش مشخصه برای حل معادلات هذلولی درجه 2
  • کاربرد در مساله خطی
  • مسائل غیرخطی
• درس هشتم: فرمول بندی حجم کنترلی
  • تفاوت با فرمول بندی اختلاف محدود
  • شبکه‌ بندی هم مکان برای کمیت های برداری و اسکالر
  • شبکه‌ بندی جابجا شده برای کمیت های برداری و اسکالر
  • روش حجم محدود برای مسائل نفوذ یک بعدی دائم
  • مثال: نفوذ یک بعدی دائم
  • روش حجم محدود برای مسائل نفوذ دو بعدی دائم
  • روش حجم محدود برای مسائل نفوذ سه بعدی دائم
• درس نهم: گسسته سازی حجم محدود برای جملات جابجایی و نفوذ - بخش یکم
  • نفوذ و جایجایی یک بعدی پایا (مساله نفوذ یک بعدی دائم)
  • روش اختلاف مرکزی
  • خواص روش های گسسته سازی
    • شرط بقایی
    • شرط همگرایی
    • شرط نسبت انتقالی به نفوذی
  • روش آپویند
  • روش ترکیبی آپویند و مرکزی
  • روش قانون توانی
  • روش Quick
• درس دهم: گسسته سازی حجم محدود برای جملات جابجایی و نفوذ - بخش دوم
  • الگوریتم سیمپل (SIMPLE) برای مسائل دائم
  • الگوریتم سیمپل سی (SIMPLEC) برای مسائل دائم
  • الگوریتم پیزو (PISO) برای مسائل دائم
• درس یازدهم: گسسته سازی حجم محدود در جریان های غیر دائم
  • مسائل نفوذ غیردائم یک بعدی (هدایت یک بعدی گذرا)
    • روش صریح
    • روش کرنک نیکلسون
    • روش کاملا ضمنی (غیرصریح)
  • روش ضمنی (غیرصریح) برای مسائل دو بعدی و سه بعدی
  • گسسته‌ سازی معادله نفوذ و جابجایی گذرا (غیردائم)
  • الگوریتم سیمپل (SIMPLE) برای مسائل گذرا (غیردائم)
  • الگوریتم پیزو (PISO) برای مسائل گذرا (غیردائم)

دینامیک سیالات محاسباتی (Computational Fluid Dynamics) یا به اختصار CFD، یک روش عددی برای مدل‌سازی و شبیه سازی و تحلیل جریان سیالات است. در این روش، معادلات جریان سیالات به صورت عددی حل می‌شوند تا بتوان به تحلیل و بررسی جریان سیالات در سیستم‌های مختلف، مانند مخازن نفت و یا مخازن مواد شیمیایی، کانالها و لوله ها، خودروها، هواپیماها، سازه‌های دریایی، و ماشین‌آلات صنعتی پرداخت.

پروژزه های کامپیوتری: 6 نمره

تمارین: 2 نمره

امتحان میانترم: 4 نمره

امتحان پایانترم: 8 نمره

آموزش مبانی کامپیوتر و برنامه نویسی به زبان C++ : دکتر ناصر قاسم آقایی

مطالب:
.1 مقدمهای بر الگوریتم، تعریف الگوریتم، ویژگیهای الگوریتم، انواع دستورالعملها، فلوچارت (رَوَند نما)، الگوریتمهای حلقوی، حلقه با تکرار مشخص و حلقه با تکرار نامشخص
.2 انواع زبانهای برنامهنویسی، مراحل ایجاد یک برنامه، انواع خطاهای برنامهنویسی
.3 فرمت فایل، کاراکترهای قابل قبول در برنامه نویسی، ساختار یک برنامه و توضیح اجزای آن
.4 انتخاب نام متغیر، عبارت محاسباتی، انواع داده، انواع متغیرها، بازه تعریف آنها، دقت متغیرها، نتیجه محاسبات
.5 تعریف ثابت در برنامه نویسی
.6 انواع عملگرها، عملگرهای محاسباتی، عملگرهای مقایسهای(رابطهای) و تساوی، عملگرهای منطقی، تقدم عملیات،
.7 ساختارهای کنترلی – شرطی و حلقهها: ساختار ifساده، if ، if - then else ، if - thenهای تودر تو، if - then else if
.8 انواع حلقههای تکرار: حلقه ،do – while ، do - end do ،doحلقه های تو در تو
.9 دستورهای انتقال و کنترل اجرای برنامه
.10 آرایه های یک بعدی، چند بعدی، یک بعدی با حدود نامشخص – پویا، چند بعدی با حدود نامشخص - پویا
.11 انواع برنامه فرعی در فرترن : :ساختار یک برنامه فرعی از نوع ، Subroutineفراخوانی برنامه فرعی از نوع، Subroutine ساختار یک برنامه فرعی از نوع ، Functionفراخوانی برنامه فرعی از نوعFunction
.12 متغیرهای محلی ) (Localو عمومی)(Global
.13 ارسال آرگومان به برنامه فرعی، آرایه به برنامه فرعی، آرایه با حدود نامشخص به برنامه فرعی
.14 فراخوانی برنامه فرعی از یک فایل خارجی
.15 فایل متنی) ، (Textباز کردن فایل ، دستورات مربوط به فایلها، نوشتن در فایل، خواندن از فایل، بستن فایل، صرف نظر کردن از خواندن یک خط، انتقال کنترل به ابتدای فایل، بررسی انتهای فایل، بررسی وضعیت فایل، بررسی وجود خطا در هنگام خواندن از فایل
 

آشنایی یا شیوه و اصول برنامه نویسی، شیوه های برنامه نویسی و آشنایی با یکی از زبان های برنامه نویسی مناسب برای حل مسائل مهندسی (شیمی) از طریق مخلوطی از کلاسهای تئوری و کار عملی توسط دانشجو

پروژه های کامپیوتری: 4 نمره

تمارین: 2 نمره

امتحان میانترم : 4 نمره

امتحان پایانترم: 10 نمره

مراجع:

کاربرد ریاضیات در مهندسی شیمی - روشهای عددی: دکتر ریاض خراط و دکتر منوچهر نیک آذر

Principles of Computational Fluid Dynamics (Springer Series in Computational Mathematics) by Dr. Ir. Pieter Wesseling, ۲۰۰۹

Numerical Methods for Chemical Engineers with MATLABApplications by Alkis Constantinides and Navid Mostoufi (Paperback- Apr. ۲۶, ۱۹۹۹)

Numerical Solution of Partial Differential Equations in Science and Engineering, L.. Lapidus and C. F. Pinder٫ Wiley and Sons, New York, ۱۹۸۲

سرفصل درس

• مقدمه معادلات دیفرانسیل در مهندسی شیمی تقسیم بندی معادلات کمبود روشهای تحلیلی حل معادلات دیفرانسیل پاره ای غیر خطی
• حل معادلات دیفرانسیل خطی با استفاده از روشهای روش گوس (Gauss) گوس جردن Gauss Jordan ، حذفی، LUD، سامانه های سه قطری (Tri)
• (diagonal روش معکوس ماتریسها و غیره
• روشهای درون یابی و انتگرال روشهای دورن یابی چند جمله ای (Polynomial)، روش مکعب Spline روش درون و غیره )Newton Raphson نیوتون رفسون )Bracketing & Bisection یایی دو بعدی و سه بعدی روشهای انتگرال
• روش تفاوت محدود (Finite Difference معادلات معمولی ارزش مرزی معادلات دیفرانسیلی حاکم بر پدیده های حل معادلات هدایت Relaxation روشهای Shooting روشهای )Discretization انتقال روشهای بسط معادلات گرمایی مش بندی (Grid Spacing) شرایط فلوی مرزی مشترک روشهای صریح و ضمنی جریانهای دو بعدی و سه بعدی در انتقال حرارت حل معادلات دیفرانسیل با عبارتهای جابجایی روشهای Power Hybrid Upwind Exponential، حل معادلات مکانیک سیالات بروش تفاوت محدود عبارت افت فشار در معادله حرکت و غیره
• )Weighted residuals( متد باقیمانده های وزنی Galerkin( مند گالرکین Finite Element( روش المانهای محدود مند صریح و ضمتی روشهای انتگرال Discretization روشهای بسط معادلات Moment متد Collocation مند زمانی روش حل معادلات ناویر استوکس و غیره

آموزش روشهای محاسباتی پیشرفته برای حل مسائل مهندسی شیمی و تحقیق

تمارین و پروژه:  3 نمره

امتحان میانترم: 6 نمره

امتحان پایانترم: 11 نمره

منابع اصلی :
1- R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot, “Transport Phenomena”, 2nd Ed., John
Wiley, 2002.
2- F. White, “Fluid Mechanics”, 5 th Edition, McGraw Hill, 2006.
3- K. Kundu, Pijush, I. M. Cohen, “Fluid Mechanics”, 3rd Ed., CA: Elsevier, 2004
4- J. Fay, “An Introduction to Fluid Mechanics”, MA: MIT Press, 1994.
5- H. Schlichting, “Boundary Layer Theory”, 7th Ed., McGraw Hill, 1979

-1 گرانروی :
بیان قانون گرانروی نیوتن و مفهوم ویسکوزیته، انواع سیالات، تئوری های مولکولی جهت پیش بینی
گران روی مایعات و گازها، روش پیش بینی ویسکوزیته گازها در فشارهای بالا

-2 روش ماکروسکپی اولری:
توضیح روش اولری و لاگرانژی، روشهای ماکروسکپی و میکروسکپی اولری، توسعه معادلات لازم
جهت بکار گیری روش ماکروسکپی اولری (بقای جرم، بقای تکانه، بقای تکانه زاویه ای، بقای انرژی
های مکانیکی)، ارائه چند مثال مناسب جهت بکارگیری این روش

-3 توزیع سرعت یک بعدی در جریان آرام :
توسعه و بکار گیری قانون بقای تکانه در جریان آرام بر روی یک حجم کنترل پوسته ای و چگونگی
رسیدن به توزیع سرعت، ارائه چند مثال جهت بکار گیری قانون بقای تکانه در جریان آرام و رسیدن
به توزیع سرعت

-4 معادلات تغییرات برای سیستم های هم دما :
بیان قانون تعمیم یافته گرانروی نیوتن (قانون استوکس)، توسعه شکل برداری و تنسوری معادله بقای
جرم، توسعه شکل برداری و تنسوری معادله بقای تکانه و معرفی معادلات ناویر- استوکس، توسعه شکل
برداری و تنسوری معادله بقای انرژی های مکانیکی، توسعه شکل برداری و تنسوری معادله بقای تکانه
زاویه ای، مفهوم مشتق ذاتی، ارائه چند مثال جهت بکارگیری این معادلات، شیوه بدون بعد سازی این
معادلات

-5 توزیع سرعت چند بعدی در جریان آرام :
ارائه چند مثال از روش رسیدن به توزیع سرعت در جریان آرام وابسته به زمان (ناپایا)، حل معادلات
ناویر- استوکس و پیوستگی با کمک تابع جریان (جریان خزشی یا استوکس)، حل معادلات ناویر-
استوکس و پیوستگی با کمک پتانسیل سرعت (جریان ایده آل یا پتانسیل)، حل معادلات ناویر-
استوکس و پیوستگی با کمک مفهوم لایه مرزی

-6 جریان آشفته :
شرح ویژگی های جریان آشفته، ارائه روش های تقریبی در یافتن توزیع سرعت در جریان آشفته،
توسعه معادلات رینولدز در جریان آشفته، مفهوم مدل سازی در جریان آشفته، روش های صفر معادله
و توسعه معادلات حاکم، روش تنش رینولدز و توسعه k-ε ای نظیر روش طول اختلاط پرانتل، روش
معادلات حاکم، روش های جبری تنش رینولدز