تحقیق در مورد فیزیک چندگانه

اختصاصی از هایدی تحقیق در مورد فیزیک چندگانه دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فورمت فایل:word(قابل ویرایش) تعداد27صحفه

مقدمه

به محیطFEMLAB، که مسائل مولتی فیزیک ( فیزیک چند گانه) شما را محیط MATLAB حل می کند، خوش آمدید:

این  کتاب قصد دارد کاربران را با نظم کامل توانایی مولتی فیزیک( فیزیک چند گانه) در زمینه FEMLAB آشنا کند. آموزش و مثالهای مرحله به مرحله بوسیله توابع قدرتمند در FEMLAB توضیح داده شده اند:

شما چگونگی نصب یک مدل در واسط گرافیکی کاربر(GHI) در FEMLAB و یک محیط قدرتمند تکنیک های مدل سازی جدید را فقط با کلیک یک ماوس را یاد می گیرید:

این کتاب برای کسانی که خواهان کشف مدل های ویژه و همچنین برای کسانی که می خواهند یک دید گسترده و کلی از تکنولوژی مولتی فیزیک ( فیزیک چند گانه) در FEMLAB’S cutting-edge بدست بیاورند، مناسب و ایده آل می باشد.

نحوه بیان در این کتاب بگونه ای است که کاربر سریع و اسان می تواند مطالب را یاد گرفته و با محیط FEMLAB آشنایی کاملی پیدا کند. این کتاب شامل یک سری از آموزش های عمیق و گسترده است که شامل:

• تعریف مدل های جدید ابتدایی و پارامترهای آنها از بین مدل کمکی و نیز باز کردن مدل های نوشته شده قبلی از مدل کتابخانه ای:
• کارکردن با واسط گرافیکی کاربر (GUI) در FEMLAB.
• انجام مدل سازی موثر با فصل مشترک گرافیکی.
• بالا بردن توانایی واسط گرافیکی کاربر (GUI) توسط کار کردن با توابع FEMLAB در محیط برنامه نویسی.
• انجام دادن مدل سازی معادلات پایه با استفاده از معادلات دیفرانسیل جزئی PDE.

بعد از مرور کردن مطالب این کتاب، شما با مهارت های FEMLAB آشنایی کامل پیدا خواهد کرد.

مثال های زیاد علمی و مهندسی شیمی، برای حل مسائل واقعی در مدل کتابخانه ای آورده شده اند.

FEMLAB چیست؟

FEMLAB محیطی قدرتمند برای مدل سازی و نیز محیطی برای حل مسائل علمی و مهندسی، از جمله معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE)، می باشد. به وسیله FEMLAB شما می توانید مدل های قراردادی که در شاخه فیزیک برای مدل های مولتی فیزیک multiphysics آماده شده است را به آسانی توسعه دهید. این نرم افزار در یک لحظه چندین شاخه علمی و مهندسی را در بر می گیرد. علاوه بر این شما نیازی به دانش عمیق تحلیل های ریاضی و عددی ندارید. در حقیقت شما می توانید مدل های سودمند فراوانی را به سادگی توسط تعریف مربوط به کمیتهای فیزیکی، از تعریف مستقیم معادلات بسازید. FEMLAB مدل های معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) را شامل می شود. هم چنین به شما امکان ایجاد معادله بر اساس مدلهای پایه را می دهد. با استفاده از MATLAB در FEMLAB با سه روش می توانید معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) را ایجاد کنید:

روش ضرایب (مناسب برای مسائل خطی و تقریباً خطی).

روش عمومی (در نظر گرفته شده برای مسائل غیر خطی).

روش کم مقاومت (که مانند یک تفاضل محدود کلاس بالا در زبان مدل سازی عمل می کند).

از این گذشته FEMLAB، مدل ها را پایدار یا وابسته به زمان، خطی یا غیر خطی، عددی یا چند جزئی قرار می دهد، این مجموعه هم چنین تحلیل فرکانس ویژه را نیز اجرا می کند.

در زمان حل معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE)، معادله ای که مدل را توصیف می کند، FEMLAB روش تفاضل محدود (FEM) را به کار می برد. FEMLAB روش پیوستگی با شبکه سازی انطباقی، کنترل خطا را به خوبی با یک حل کننده عددی متنوع اجرا می کند.

معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) پایه اساسی برای قوانین علمی است، ازاین رو این معادلات می توانند و برای پدیده علمی به کار برده می شوند. FEMLAB کاربرد پذیری نامحدود دارد و می تواند تعداد زیادی مدل فیزیکی بسیار منظم را دربر گیرد از جمله:

• علم صورت (اکوستیک)
• زیتس – علمی
• واکنش های شیمیایی
• نفوذ
• الکترومغناطیس
• دینامیک سیالات
• سولهای سوختی
• فیزیک عمومی
• ژئوفیزیک
• انتقال گرما
• سیستم های میکروالکترومکانیک (MEMS)
• مهندسی میکروموج
• فیزیک نور
• اپتیک
• فتونیک
• جریان زیر لایه آرام
• مکانیک کوانتم
• مولفه های فرکانسی رادیویی
• وسایل نیمه رسانا
• ساختار مکانیکی
• پدیده های انتقال
• انتشار موج

برای نشان دادن چگونگی حل مسائل در محیط FEMLAB، می توان از مجموعه مدل کتابخانه ای Model Library استفاده کرد.

محیط FEMLAB:

برای فهمیدن تشریح مطالب این کتاب، شما نیز به آشنایی با تعدادی اصطلاحات پایه دارید، که شماری از این اصطلاحات در ذیل آورده شده اند.

واسط گرافیکی کاربر (GUI):

در این محیط شما مدل ها را از دو راه ایجاد و کنترل می کنید:

با استفاده از چندین روش فیزیکی پیش فرض (که شما در این محیط با روابط و قوانین علمی شناخته شده کار می کنید).

دیگری روش های معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) پیش فرض، که شما مستقیماً با معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) سرو کار دارید.

روش های فیزیکی برای اجرای واسط گرافیکی FEMLAB در نواحی کاربرد آدرس عمومی از قبیل هدایت گرمایی، الکترومغناطیس، دینامیک سیالات و کانیک ساختاری، طراحی شده اند.

FEMLAB GUI ابزارهای شکل هندسی (CAD):

ابزارهای شکل هندسی را برای مدل سازی یک بعدی (1D)، دو بعدی (2D) و سه بعدی (3D) به خوبی ابزارهایی برای وارد کردن فایل های IGES, DXF و یا تغییر را دربر می گیرد. یک مولد اتوماتیک غیر قابل انتقال، mesh را برای هر شکل هندسی ایجاد می کند. اگر شکل هندسی به صورت فایل یا داده تصویری (MRI) نمایش داده شده باشد، می توانید داده ها را به شکل هندسی FEMLAB تبدیل کنید.

شناخت توانایی لازم برای شروع نتایج ازمایش شبیه سازی FEMLAB، ابزاری را برای انجام سریعتر و آسانتر کردن کار ما از نظر سینتیک و پارامتر تهیه می کند.

جعبه تبادل دو طرفه و نیز ابزار سیستم کنترل، شما را در طول فرآیند ارسال مدل ها به ابزارهای دیگر خانواده ‌MATLAB راهنمایی می کند.

مدل کمکی یا Model Navigator:

ابزاری واسط و کمکی است که به شما اجازه اضافه کردن روشهای کاربردی اضافی برای ایجاد مدل فیزیکی را می دهد. در صفحه جدید شما مدل یک بعدی (1D)، دو بعدی (2D) و سه بعدی (3D) را انتخاب می کنید. یا در صفحه مدل های کاربر، شما می توانید مدلهای ذخیره شده تان را انتخاب کنید.

مدل کتابخانه ای یا Model Library:

در اینجا ما از مدل های از پیش تعریف شده استفاده می کنیم. شما از طریق جعبه گفتگوی (یا جعبه تبادل دو طرفه) Model Navigator به آنها دسترسی پیدا می کنید و این قسمت برا فصل های بعد از اهمیت خاصی برخوردار است. به نظر می رسد یک راه سریع یادگیری، چگونگی استفاده از امکانات FEMLAB می باشد، که اجازه می دهد نتایج مدل های کامل شده را بررسی کنید.

Model M-Files:

این مدل امکان ارسال یک مدل ایجاد شده در واسط گرافیکی مانند ‌Model M-file را فراهم می کند.

توابع FEMLAB و برنامه نویسی ابتدایی:

عملگر FEMLAB در محیط برنامه نویسی به شما توانایی ایجاد و بدست آوردن مدل های درون MATLAB را می دهد، در اینجا شما مستقیماً با ساختار داده های FEMLAB کار می کنید. ترکیب توابع FEMLAB, MATLAB، اجرای یک سری مدل ها به وسیله پارامترهای مختلف را ممکن می سازد، و نیز ابزار قدرتمند برای مدل سازی غیر استاندارد به طور عالی به دست می دهد. این مورد یکی از نقاط قوت FEMLAB است که در آینده ای نزدیک FEMLAB را به نرم افزاری بی بدیل در زمینه مهندسی شیمی تبدیل خواهد کرد.

رابطه برنامه کاربردی:

The Application Program Interface (API)

این تابع پیش نویسی توابع و روش های MATLAB، ایجاد مولفه های GUI به معنی بهبود بخشیدن به واسط گرافیکی FEMLAB برای کاربردهای ویژه را فراهم می کند. هم چنین API برای ساخت مدل های پارمترهای شده واسط گرافیکی GUI به کار می رود.

محیط برنامه نویسی:

Open Programming Environment:

محیط در بر گیرنده FEMLAB به همراه MATLAB، اجازه می دهد برنامه های C++,C، FORTRAN را برای تعریف خواص مادی، باردار کردن و منابع در طول MATLAB API به کار ببرید.

مدول مهندسی شیمی:

مدول مهندسی شیمی یک راه قدرتمند را برای تجهیزات و فرآیندهای مدل سازی در زمینه مهندسی شیمی فراهم می سازد. این مدول به آسانی مدل ای انتقال جرم، حرارت، مومنتم به هم پیوسته را در واکنش شیمیایی در یک بعد (1D)، دو بعد (2D) و سه بعد (3D) به شما می دهد. مدول مهندسی شیمی برا مهندسین شیمی در جهت تحقیق، طراحی، پیشرفت و آموزش طراحی شده است که در بسیاری از محیط های مهندسی شیمی و تکنولوژی مانند ذیل به کار رفته است.

• طراحی و واکنش های مهندسی
• کاتالیستهای ناهمگن
• فرآیندهای جداسازی
• سلولهای سوختی و الکترولیزهای صنعتی
• کنترل فرآیند

مدول مهندسی شیمی واسط ها و فرمول های مناسب را برای مسائل در بر گیرند انتقال جرم، حرارت و مومنتم و با واکنشهای شیمیایی فراهم می سازد. شما می توانید این فرمول ها را که دارای تطابق پذیری کامل برای مدل سازی تجهیزات و فرایندهای شیمیایی با معادلات شما هستند را به کار ببرید.

FEMLAB نسبت به سایر سیستم های حل معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) غیر خطی پیوسته برتری دارد. این نرم افزار در مهندسی شیمی، در زمینه مسائل ذیل گسترده شده است:

• انتقال حرارت
• انتقال جرم در طول نفوذ (هدایت و جابه جایی)
• دینامیک سیالات
• سینتیک واکنش شیمیایی
• خواص مواد مختلف

شما می توانید مدل جریان سیال در طول زیر لایه متخلخل یا توصیف جریان با معادلات ناویه استوکس را انتخاب کنید. واکنش های شیمیایی به سادگی به وسیله ترمهای منبع در موازنه های جرم و گرما نمایش داده شده اند. همه فرمول ها برای مختصات کارتزین و محور متقارت نیز برای نمونه های ساکن و وابسته به زمان موجود است.

روش های کاربردی موجود عبارتند از:

• معادلات مومنتم که شامل: معادلات ناویه استوکس، قانون دارسی، معادله برینکمن، جریان غیر نیوتن، جریان آشفته و مدل آشفته k-ε، جریان اویلر تراکم پذیر می باشد.
• معادلات انرژی که شامل هدایت، جابجایی و تشعشع گرمایی می باشد.
• موازنه های جرم نیز نفوذ، جابجایی و نفوذ ماکسول – استفان، معادلات انتقال نرنست-پلانک می باشد.

در زمینه مهندسی شیمی، امکانات فیزیکی FEMLAB برای شما این امکان را فراهم می کند، که مدلی کاملاً منطبق و همزمان برای جریان سیال، انتقال گرما، حرارت و واکنش های شیمیایی داشته باشید.

مدل کمکی (Model Navifator) و مدل کتابخانه ای (Model Library):

در این بخش جعبه گفتگوی (یا جعبه تعادل دو طرفه) Model Navigator را توضیح و به شرح آن می پردازیم. جعبه گفتگوی (یا جعبه تبادل دو طرفه) Model Navigator یک ابزار چند منظوره است که برای کنترل عمومی FEMLAB بکار برده می شود.

مدل های کمکی (Model Namigator):

وقتی که شما FEMLAB را اجرا می کنید این پنجره (شکل 1) ظاهر می شود.

این پنجره یک جعبه گفتگوی کامل با 5 صفحه را در اختیار کاربر قرار می هدد.

صفحه NEW:

برای مدل های روش کاربردی با مقدار اولیه.

صفحه Model Library:

بکار بردن مدل های Model Library.

صفحه USER MODELS:

بکار بردن مدل های کاربر.

صفحه MULTIPHYSICS:

یک مدل فیزیکی با مقدار اولیه.

صفحه PERFERECES:

قرار دادن بخش های Model Library و فایل های اولیت دار.

؟؟؟/

شکل 1 – شماتیک مدل کمکی (Model Navigator)

شما می توانید این پنج صفحه را در بالای جعبه گفتگو (یا جعبه تبادل دو طرفه) مشاهده کنید. برای شروع یعنی برای ایجاد یک مدل جدید، در قسمت NEW کلیک کنید و روش کاربردی را که می خواهید با آن کار کنید، انتخاب کنید.

برای به کار بردن یک مدل از مدل کتابخانه ای Model Library، در قسمت Model Library کلیک کنید و یک مدل از کاربردهای موجود را انتخاب کنید.

هم چنین می توانید به مدل های که قبلاً آنها را ساخته اید با استفاده از صفحه User Models دسترسی یابید.

صفحه Multiphysics برای مدلهای فیزیکی با مقدار اولیه به کار برده می شود.

صفحه Perfereces برای قرار دادن پارامترهای پیش فرض از Model Library، User Models و GUI استفاده می شود. در ذیل توضیح کاملتری راجع به صفحات بیان شده است.

صفحه NEW:

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، در صفحه جدید چهار روش موجود است:

• روش های فیزیکی
• روش های PDE
• روش های کم مقاومت (کم دوام)
• PDE های کلاسیک

شکل 2- شماتیک صفحه NEW

مدول های اختیاری در این قسمت لیست شده اند که در این نمونه، مدول مهندسی شیمی، مدول الکترومغناطیس و مدول ساختار مکانیکی موجود می باشد. روش ها و مدول های مختلف در صفحه New، دارای چند روش کمکی هستند که به شما توانایی انتخاب هر نوع مدل را می دهد، که می توان به خطی یا غیر خطی، ساکن یا وابسته به زمان و غیره اشاره کرد.

روش های کاربردی در FEMLAB عبارتند از:

• روش های فیزیکی یک بعدی (1D): نفوذ و انتقال حرارت.
• روش های فیزیکی دو بعدی (2D): الکترومغناطیس AC، رسانه هدایتی DC، نفوذ، الکترواستاتیک، انتقال گرما، ناویراستوکس تراکم ناپذیر، کشش سطحی ساختار مکانیکی، فشار سطحی ساختار مکانیکی.
• روش های فیزیکی سه بعدی (3D): رسانه هدایتی DC، نفوذ مولکولی، الکترواستاتیک، انتقال حرارت، ناویراستوکس تراکم ناپذیر، ساختار مکانیکی.
• روش های PDE کلاسیک: معادله لاپلاس، معادله پواسون، معادله هلم هولتز گرما، معادله موج، معادله شرودینگر، معادله نفوذ هدایتی.
• روش های کم مقاومت (کم دوام): زیر دامنه، مرزی، لبه (تنها در 3D)، نوک، محدودیت مرزی برای روش های فیزیکی، یادداشت و علامت گذاری شرایط مرزی و خواص مواد برای کاربرد دستی وفق داده شده است، برای مثال می توان به شار، ظرفیت گرمایی، ضریب هدایت و غیره اشاره کرد.

برای مدل هایی که برای آنها روش کاربردی در مدل کمکی وجود ندارد، شما می توانید از روش های PDE برای تعیین کردن معادله دیفرانسیل پاره ای خود و شرایط مرزی استفاده کنید. بسته به فرم معادله دیفرانسیل پاره ای شما، چندین روش وجود دارد که شما می توانید از بین آنها انتخاب کنید.

صفحه مدل کتابخانه ای (Model Library):

در این صفحه (شکل 3)، تعدادی مدل های کامل شده در حوز، مهندسی و علوم مختلف وجود دارد.

؟؟؟؟

شکل 3- شماتیک صفحه Model Library

این صفحه به دلایل زیر برای ما از اهمیت خاصی برخوردار است:

• کمک به یادگیری هر چه سریعتر امکانات FEMLAB.
• داشتن تمرین های متفاوت و نیز موجود بودن نتایج مدل های کامل شده.
• استفاده مناسب از زمان به وسیله بکارگیری از مدلهای موجود.
• تغییر شکل هندسی، مقادیر متغیرها، شرایط مرزی و غیره.

نکته: استفاده از مدل کتابخانه ای (Model Library) برای نمایش هدفتان ضروری است.

در صفحه مدل کتابخانه ای (Model Library) شما تقریباً به 40 مدل که با تمام جزئیات توصیف شده اند دسترسی دارید.

برای به دست آوردن توضیحات مدل های در دسترس فقط کافی است، کلید Documentation را بعد از انتخاب مدل در قسمت مدل کتابخانه ای (Model Library)، فشار دهید.

همچنین مدول مهندسی شیمی در صفحه مدل کتابخانه ای (Model Library) شامل موارد زیر است:

• مدل های پیشرفته
• انتقال حرارت
• انتقال جرم
• انتقال مومنتم
• الکتروشیمیایی

صفحه مدل های کاربر User Models:

در این صفحه، شما قادر به جستجوی مدل های ذخیره شده (Save) قبلی خود نیز هستید. اگر مدل ذخیره شده شما مدل تصویری و یا مدل توصیفی باشد، در یک راه مشابه، مدل های ذخیره شده در صفحه مدل کتابخانه (Model Library) را می توانید با یک تصویر یا توصیف کوتاه نمایش دهید.

صفحه مولتی فیزیک Multiphysics:

در این صفحه (شکل 4)، تنظیم مدل های مولتی فیزیک Multiphysycs با استفاده از لیست روش های کاربردی صورت می گیرد. در واسط گرافیکی شما قادر به انتطباق روش های کاربردی انتخاب  شده هستید. در طول فرآیند مدل سازی، شما می توانید صفحه Model Navigator’s Multiphysics را برای اضافه یا جابجا کردن روش های کاربردی باز کنید.

؟؟؟

شکل 4- شماتیک صفحه Multiphysics

صفحه یا تقدم یا Preferences:

صفحه تقدم یا Preferences به شما اجازه می دهد تا مسیر طول کتابخانه ای را مشخص کنید. در این صفحه (شکل 5) امکان تعیین مدل های استفاده کندد. در فایل های ترجیهی یا مقدم در صفحه مدل کتابخانه ای (Model Library) برای شما فراهم می شود.

؟؟؟؟

شکل 5- شماتیک صفحه Preferences

واسط گرافیکی کاربر (GUI) در FEMLAB:

FEMLAB یک واسط گرافیکی کاربر یا همان GUI را نمایان می کند که تمامی نماهای فرآیندی مدل سازی را فراهم می سازد. ساده ترین روش برای مدلسازی فرآیند. استفاده از واسط گرافیکی است که وقتی شما یک روش کاربردی را از درون مدل کمکی تعیین می کنید بصورت اتوماتیک احضار می شود هر چند که برای تعدادی از مدلها استفاده از زبانهای برنامه نویسی می تواند راه سریعتری باشد.

شکل 6 واسط گرافیکی دو بعدی – با قسمتهای مهم آن – را نشان می دهد. همانطور که در شکل 6 مشاهده می کنید واسط گرافیکی کاربر در دو بعد دارای قسمت های متفاوتی است، که در ذیل به توضیح آنها می پردازیم.

؟؟؟؟

شکل 6- واسط گرافیکی دو بعدی (GUI)

نوار فهرست یا Menu bar:

این منو قادر به کنترل همه جنبه های فرآیند مدل سازی است.

ناحیه محورهای اصلی (Main Axes Area):

در ناحیه محورهای اصلی شکل هندسی مورد نظر شما کشیده می شود، که راه حل طرح و سایر موارد را به کاربر نشان می دهد.

مکان پیغام ها (Message log) در قسمت پایین صفحه واسط گرافیکی دو بعدی – سطح مشترک اطلاعات – پیشرفت راه حل ها را، به خوبی گزینه های دیگر مشخص می کند.

در قسمت پایین مکان پیغام ها (Message log)، نوار وضعیت یا Status bar واقع شده که جزئیات لازم را راجع به وضعیت قرار گیری خطوط راهنما در اختیار کاربر قرار می دهد. در این قسمت می توانید از صحت مختصات مکان نما اطمینان حاصل کنید و حالت نوار وضعیت یا Status bar را با دابل کلیک کردن روس صفحه اصلی مشاهده کنید.

برای دستیابی سریع به یک سری از توابع مهم FEMLAB می توان از جعبه نوار ابزار کمک گرفت که در زیر منوی اصلی واقع شده است. برای مثال می توانید برای draw در  Toolbar به ابزار رسم و برای Post به جعبه ابزار طراحی دسترسی سریع داشته باشید.

منوها (The Menus):

واسط گرافیکی GUI انتخاب های متفاوتی را از نوار فهرست در اختیار قرار می دهد که در ذیل توضیح آنها آورده شده است

منوی File: در منوی فایل می توانید با انتخاب باز (Open) و ذخیره (Save) فایل های دلخواه خود را باز (Open) و یا ذخیره (Save) کنید، که این کار به خوبی ورود و خروج داده ها در صفحه اصلی MATLAB انجام می پذیرد. همچنین می توانید از شکل پرینت گرفته و سپس از محیط واسط گرافیکی GUI خارج شوید.

منوی Edit: در منوی Edit کاربر می تواند گزینه های Paste, Copy, Clear, Cat، شرایط مرزی، خواص مادی و شرایط اولیه شکل هندسی استفاده نماید.

یکی از گزینه های منوی Edit برای برگرداندن آخرین عمل انجام شده Undo است که با کلید میانبر میانبر Ctrl+Z نیز انجام می شود و کاربر می تواند در طول کار خود چندین بار از گزینه خنثی کردن یا Undo استفاده کند. گزینه های انتخاب کردن و نکردن همه Deselect All, Select All نیز همواره در دسترس کاربر هستند.

منوی Option: به وسیله این منو می توانید مشخصات محورهای قرار گرفته را تغییر دهید. و بر روی مراحل مختلف تمرکز نموده و بتوانید قراردادها را تعبیر کنید. همچنین می توانید ثابت ها و متغیرها را برای استفاده در شرایط مرزی و خواص مادی و تغییر نامهای متغیر، مشخص کردن قوانین مشتق گیری و سایر موارد را تعریف کنید.

منوی Draw: در منوی draw کاربر می تواند شکل هایی از قبیل استوانه، کره، بلوک و چهار ضلعی را ایجاد کرده و با ماوس هر تغییری را روی اشکال اعمال کند. همچنین کاربر می تواند حرکت، مقیاس بندی و چرخاندن را در شکل هندسی مورد نظر تعریف کند. و ترکیبی را اشکال مختلف را ایجاد نماید.

منوی Point: در این منو کاربر می تواند در جاهایی که نقاط قراردادی تعریف می شود یک جعبه باز کند( فقط در دو بعد «2D» و سه بعد «3D» ).

نتئی Edge: در این منو کاربرقادر خواهد بود که یک جعبه در مکانی که در کناره قراردادی تعریف می شود، باز کند؛ البته این مورد در سه بعد (3D) امکان پذیر است.

منوی Boundry: در این منو کاربر می تواند در میان اشیاء دیگر یک جعبه گفتگو باز کرده و شرایط مرزی را تعریف کند.

منوی Mesh: در این قسمت کاربر قادر خواهد بود شبکه عنصر اولیه را ایجاد و یا تغییر دهد. همچنین می تواند شبکه را با کیفیت شان دهد و نیز مقدار دهی، تصحیح و رفع اشکال کند.

منوی Slove: در منوی Slove کاربر حل را شروع می کند و محاسبات مدل را می تواند براحتی کنترل نمایید. کاربر می تواند یک جعبه Slove در جایی که پارامترهای حل قرار دارند، باز کند.

منوی Post: در این منو کاربر می تواند راه حل را پیش پردازش کند. یک محدوده وسیعی را انواع نمودارها در قسمت ابزارهای انتگرال گیری موجود است.

منوی Multiphysics: در این منو کاربر می تواند روش های کاربردی را اضافه و یا روشهای کاربردی را از یک مدل مولتی فیزیک Multiphysics حذف کند. همچنین قادر خواهد بود از میان روش های کاربردی، روشی که زودتر اضافه شده و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد را جایگزین کند.

منوی Window: در این قسمت کاربر قادر خواهد بود که پنجره فرمان MATLAB را باز کند و از آن استفاده نماید:

منوی Help: در این قسمت کاربر قادر خواهد بود توابع FEMLAB، مدارک و اسناد کاربردی را مشاهده کند. همچنین می تواند در این قسمت به منابع محلی و سایت های اینترنتی برای به روز کردن اطلاعات و سایر موارد دسترسی یابد:

نوار ابزار (The Toolbars):

منوی ابزار(The Toolbars): در نوار فهرست ( Menu Bar) قرار دارد و شامل کلیدهایی است که به سادگی در دسترس قرار دارند. نوار ابزار در شکل 7 نشان داده شده است.

؟؟؟؟؟؟؟؟

شکل 7- نوار ابزار (The Toolbars)

در زیر به توضیح کلیدهای میان بر از چپ به راست می پردازیم و کار هر یک را بطور مختصر شرح می دهیم.

بررسی کلیدهای میان بر فایل:

کلیدهای میان بر فایل( شکل 8) از چپ به راست فعالیتهای زیر را انجام می دهند:

؟؟؟؟؟؟؟؟/

شکل 8- کلیدهای میان بر فایل

• مدل کمکی(Model Navigator) برای شروع یک مدل جدید باز می شود.
• یک مدلMAT-file یا مدل M- file را از دیسک باز می کند.
• مدل صحیح را برای مدلMat – file ذخیره می کند.
• از رونوشت صفحه اصلی FEMLAB پرینت گرفته می شود.

بررسی کلیدهای میان بر ویرایش و انتخاب آنها:

کلیدهای میان بر ویرایش ( شکل 9) فعالیتهای زیر را انجام می دهند:

؟؟؟؟؟؟؟؟؟

شکل 9- کلیدهای میان بر ویرایش

• شکل هندسی انتخاب شده را به جای دیگری از FEMLAB حرکت می دهد.
• شکل هندسی انتخاب شده، شرایط مرزی، ضرایب PDE، یا شرایط اولیه را کپی می کند.
• قسمتهای کپی شده را درون مدل صحیح قرار می دهد.
• گزینه هایی از قبیل منوها، کلیدها، یا شکلها را انتخاب می کند.

بررسی کلیدهای میان بر حل، مش و نمودار:

کلیدهای میان بر حل، مش و نمودار(شکل 10) اعمال زیر را انجام می دهند:

؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟///

شکل 10- کلیدهای میان بر حل، مش و نمودار

• مش را به وجود می آورد و مش اولیه را نمایش می دهد.
• تمام مش را به درستی تصحیح می کند.
• به طور یکسان تنها مثلیهای انتخاب شده را تصحیح می کند.( تنها در یک بعد (1D) و دو بعد(2D) ).
• جعبه گفتگوی پارامترهای حل (Slover Parameters) را باز می کند.
• راه حل برای مدل صحیح را محاسبه و نمودار نتایج را رسم می کند. ( شما می توانید طرح راه حل خودکار را نادیده بگیرید).ژ
• آغاز دوباره فرآیند حل، بعد از توقف قسمت قبلی با کلیدStop انجام می شود.
• جعبه گفتگوی پارمترهای نمودار Polt Parameters را باز می کند.

بررسی کلیدهای میان بر برزگنمایی یا Zoom:

کلیدهای میان بر بزرگنمایی ( شکل 11) فعالیتهای زیر را انجام می دهند:

؟؟؟؟؟؟؟/////

شکل 11- کلیدهای میان بر بزرگنمایی یا Zoom

• بزرگنمایی ( Zoom) در داخل مرکز.
• بزرگنمایی ( Zoom) در خارج از مرکز.
• بزرگنمایی ( Zoom) در یک پنجره مشخص شده توسط کاربر.
• بزرگنمایی ( Zoom) در خارج شکل هندسی، تا آناجایی که شکل هندسی وسعت دارد.

بررسی کلیدهای میان بر واسط گرافیکی (GUI) و کلیدهای راهنما (Help
):

ماهیت کلیدهای رسم ( شکل 12) در واسط کاربر، یک مکانیسم ساده را برای انتخاب روشها که با شاخص های دیداری روش های موجود توام شده اند، فراهم می سازد.

؟؟؟؟؟؟؟/////

شکل 12- کلیدهای میان بر GUI وhelp

این کلیدها روشهای زیر را فعال می کنند:

• روش Draw
• روش Point
• روش Boundary
• روش Subdomain
• روش Mesh
• روش Post

که در سمت راست کلید help می باشد که برنامه FEMLAB Help را آغاز می کند. در حالت سه بعدی ( 3D) یک کلید متناظر برای روش edge وجود دارد.

کلیدهای نوار ابزار (TOOLBAR) در طراحی دو بعدی:

در شکل ظاهری پییش فرض طراحی دو بعدی، یک جعبه ابزار رسم اضافی که شامل کلیدهایی برای ویرایش شکل هندسی می باشد، فراهم شده است. جعبه ابزار رسم دو بعدی در طرح کار یک مدل سه بعدی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. ( شکل 13)

؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟/

شکل 13- کلیدهای نوار ابزار ( TOOLBAR) در طراحی دو بعدی

 کلیدهای نوار ابزار (TOOLBAR) در نمودار دو بعدی:

 در ساختار پیش فرض روش Post، یک جعبه ابزار نمودار اضافی را که شامل کلیدهایی برای تجسم و انیمیشن ( تحرک) می باشد، برای  کاربر فراهم می سازد. ( شکل 14)

؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟/

شکل 14- کلیدهای نوار ابزار (TOOLBAR) در نمودار دو بعدی

روش های واسط گرافیکی کاربر (GUI):

فرایند حل مساله در نرم افزار FEMLAB شامل مراحل ذیل است:

1- تعریف شکل هندسی

2- تعریف شرایط مرزی

3- تعریف خواص مادی ( ضرایب PDE)

4- ایجاد شبکه

5- حل مسئله

6- طرح راه حل و سایر خواص فیزیکی محاسبه شده از حل مساله ( پس پردازش)

طراحی واسط گرافیکی FEMLAB طرح را منعکس می کند. شما با روش های متفاوتی کار می کنید که هر یک متناظر با یک مرحله در فرآیند حل می باشد:

1- در روش طراحی (draw mode) کاربر اشکال هندسی را ایجاد می کند. مدل های هندسی را با استفاده از تکنیک های ابزارهای CAD و مدل سازی سه بعدی یا مدل سازی مرزی ایجاد می کنید. برای مدل سازی دو بعدی (2D) و سه بعدی (3D)، این روش یک مجموعه از شکل های سه بعدی ابتدایی ( چهار ضلعی، دایره، بیضی، بلوک، استوانه، بیضوی و کره) را فراهم می سازد که با اشکال دیگر می تواند، ترکیب شوند. همچنین می توانید خطوط، قوس ها و منحنی های گویای Bezier را رسم کنید. سایر ابزارها می توانند سطح ضمیمه شده به وسیله منحنی های سه بعدی را انتقال دهند. همچنین امکان وارد کردن یک شکل هندسی از یک فایل خارجی وجود دارد.

2- در روش مرزی و کناره boundary mode وedge mode ( فقط در سه بعدی (3D) و روش نقطه ای  ( در دو بعد (2D) و سه بعد (3D)، شما شرایط مرزی و شرایط در کناره ها و نقاط را مشخص می کنید. شما می توانید شرایط مختلف را روی نواحی متفاوت مشخص کنید.

در این روش ها، شما به طور اختیاری شرط اولیه را برای مسائل وابسته به زمان و نیز حل کننده های غیر خطی جایگذاری می کنید. همچنین امکان جایگذاری مقادیر اولیه مختلف روی نواحی متفاوت وجود دارد.

نکته قابل توجه این است که مثال هایی برای شرایط مرزی متفاوتی در مدل های کتابخانه ای آورده شده است.

3- در روش subdomain mode شما خواص ماده وابسته به کاربرد مورد نظر خود را برای مسائل مشخص می کنید. همچنین بر اساس روش های کاربردی فیزیکی FEMLAB پایه گذاری کرده و یا ضرایب PDE را در روش های کاربردی PDE تهیه می کنید. شما می توانید مقادیر مختلف را برای هر زیر دامنه به طور مستقل مشخص کنید. و نیز قادر هستید به راحتی، خواص مادی چندگانه را درون یک مدل FEMLAB مشخص کنید.

در این روش شما شرایط اولیه لازم را برای مسائل وابسته به زمان و حل کننده های مسائل غیر خطی قرار می دهید. ممکن است مقادیر در زیر دامنه های متفاوت قرار گیرند.

4- در روش mesh mode به طور خودکار، تجسم و ایجاد شبکه کنترل می شود.

5- شما مئله تان را به وسیله  Slove  Problem در منوی Slove حل می کنید. همچنین می توانید حل کننده ها مختلف را احضار کنید، و خواص حل کننده های متنوع را به وسیله جعبه گفتگوی پارامترهای حل  Slove Parameters در اختیار داشته باشید.

6- Post mode یک محدوده وسیع تجسم و دیگر امکانات پس پردازش را تهیه می کند. شما می توانید درون واسط گرافیکی FEMLAB یا خارج از آن راه حل ها را مانند یک طرح جداگانه MATLAB نمودار کنید یا نمایش دهید. خواص راه حل های متعدد می تواند در زمان یکسان برای به کار بردن سطوح رنگی، نقش های برجسته، خطوط جریان، و میدان های برداری مجسم شود. همچنین امکان بیان نمودار، در سطح مقطع شکل هندسی و در مرزها و کناره ها، و ایجاد نقاط نمودار یا" زمان بیرون آوردن طرحها "وجود دارد. در این روش همچنین ابزارهای انتگرال گیری مرزی و زیر دامنه در دسترس می باشد.

واسط گرافیکی کاربر در سه بعد (3D):

این بخش به توضیح واسط گرافیکی کاربر در سه بعد درون FEMLAB می پردازد. تمامی موارد ذکر شده در وابط گرافیکی در دو بعد در سه بعد هم قابل کاربرد است. اختلاف اصلی بین واسط گرافیکی در دو بعد و سه بعد در طراحی هندسی و انتخاب اشیا می باشد. منو بار واسط گرافیکی کاربر در سه بعد با واسط گرافیکی کاربر در دو بعد شباهت زیادی دارد به جز برای منوی Edge ( یا همان منوی لبه) که در دو بعد قابل دسترس نیست.

محتوایی از منوها نیز متفاوت هستند. برای مثال منوی ترسیم در سه بعد به طور قابل توجهی از منوی ترسیم در دو بعد متفاوت است. شما همچنین تغییراتی را در زیر منوهای  export/ import در منوی فایل همچنین اندازه در ابزارهای تصویری اضافی سه بعدی در منوی Options، منوی مرزی، منوی subdomain و منوی Mesh یافت خواهد شد.

شکل 15 واسط گرافیکی کاربر سه بعدی را به همراه یادداشتهایی که قسمتهای مهم آن را مشخص می کند، نشان می دهد:

؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟/

شکل 15- واسط گرافیکی کاربر در سه بعد (3D)

کلیدهای نوار ابزار (TOOLBAR) رسم در سه بعد (3D):

جعبه ابزار رسم در سه بعد ( شکل 16)، یک ظاهر متفاوت نسبت به جعبه ابزار دو بعدی دارد. هر چند، بسیاری از کلیدها مشابه هم کار می کنند.

؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟//

شکل 16- کلیدهای نوار ابزار(TOOLBAR) رسم در سه بعد (3D)

کلیدهای نوار ابزار (TOOLBAR) طرح کار:

جعبه ابزار رسم طرح کار ( شکل 17)، تنها در مدل های سه بعدی قابل رویت است. این جعبه ابزار در اصل مانند جعبه ابزار رسم 2D با تعدادی کلیدهای اضافی می باشد.

؟؟؟؟؟؟؟////

شکل 17- کلیدهای نوار ابزار (TOOLBAR) طرح کار

کلیدهای نوار ابزار (TOOLBAR) نمودار سه بعدی (3D):

ذر ساختار پیش فرض، روش Post یک جعبه ابزار رسم اضافی شامل کلیدهای تجسم و انیمیشن را فراهم می کند. (شکل 18)

؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

شکل 18- کلیدهای نوار ابزار (TOOLBAR) نمودار سه بعدی (3D)

فصل

مدول مهندسی شیمی

FEMLAB

این فصل ترکیبات اصلی در محیط FEMLAB را برای مهندسین شیمی توصیف می کند.

وقتی که FEMLAB را آغاز می کنید، صفحه Model Navigator باز می شود. فرآیند مدل سازی و کنترل همه برنامه های نصب شده، انتخاب بعد فضایی و روش های کاربردی در یک مدل جدید، انتخاب مدلی که قبلا ایجاد کرده اید و یا مدل کتابخانه ای، همه در این صفحه انجام می گیرد.

روش های کربردی، مدل های مودر مطالعه در زمینه هایی مانند زیر را حمایت می کنند:

• صوت شناسی
• نفوذ
• الکترومغناطیس
• ساختمان مکانیکی
• PDE ها

مدول های FEMLAB:

مدول های کاربردی در FEMLAB عبارتند از:

• مدول مهندسی شیمی
• مدول الکترومغناطیس
• مدول زمین شناسی
• مدول انتقال گرما
• مدول MEMS
• مدول ساختار مکانیکی

که این مدول ها، برای نواحی کاربردی ویژه بهینه سازی شده اند. آنها ترتیب استاندارد اصطلاحات علمی و فنی، مجموعه توابع مادی، حل کننده های ویژه، عناصر و ابزارهای تجسم سازی را تنظیم می کنند.

مدول مهندسی شیمی:

مدول مهندسی شیمی یک راه برای طراحی قدرتمند تجهیزات و فرایندهای مدول سازی در مهندسی شیمی را فراهم می سازد وجوه مشترک و فرمول نویسی برای انتقال مومنتم، جرم و گرما و همچنین ترکیب شده با واکنش های شیمیایی برای کاربردهای زیر فراهم شده است: