توزیع بهینه: ریشه درختان و میکرو راکتورها
من عاشق درختان هستم و مورد علاقه من قطعاً فیکوس است، همه انواع آن شامل می شود. چند هفته پیش من این شانس را داشتم که یک فیکوس میکروکارپا باشکوه را تحسین کنم (شکل زیر را ببینید). آنچه بیش از همه مرا تحت تأثیر قرار داد، ریشه های هوایی آن بود. ریشه ها برای جذب آب و مواد مغذی، حفظ درخت و سنتز مواد مسئول رشد آن طراحی شده اند. فکری بلافاصله به ذهنم خطور کرد: شکل آن ریشه ها و نحوه ادغام آنها مطمئناً توسط مادر طبیعت بهینه شده است.
![]() | ![]() |
فیکوس میکروکارپا: نمای کلی (چپ)، جزئیات ریشه های هوایی (راست). تصاویر گرفته شده در ناپل، فلوریدا، ایالات متحده آمریکا.
انتقال رو به بالا مواد در ریشه درختان
انتقال آب و مواد مغذی به سمت بالا عمدتاً به دلیل پدیده هایی مانند فشار مویرگی و اسمز است . این بدان معنی است که ما با یک مشکل دینامیک سیالات روبرو هستیم. سیال به دلیل اختلاف فشار بین دو نقطه در جریان است. بنابراین طبیعت باید مشکل زیر را حل کند: با توجه به اختلاف فشار معین، کدام توزیع ریشه می تواند سرعت جریان و سرعت سنتز مواد مغذی را به حداکثر برساند؟ این مشکل بیشتر مرا به یاد یک شبیه سازی با هدف بسیار مشابه می اندازد – بهینه سازی یک ریزراکتور.
بهینه سازی یک میکروراکتور
در این شبیه سازی یک محلول از طریق یک بستر کاتالیزوری پمپ می شودیا ریزراکتور، که در آن یک واکنش دهنده در داخل کاتالیزور متخلخل تحت واکنش شیمیایی قرار می گیرد. شبیه سازی دینامیک سیال محلول پمپ شده از بستر کاتالیزوری، انتقال جرم واکنش دهنده و سرعت واکنش آن را به حساب می آورد. توزیع کاتالیزور در بستر کاتالیزوری، نرخ کل واکنش را تعیین میکند: مقدار زیادی از کاتالیزور منجر به سرعت جریان پایین در بستر میشود، در حالی که کاتالیزور کمتر، سرعت جریان بالا اما تبدیل کم واکنشدهنده را ایجاد میکند. اکنون برای بهینه سازی طراحی خود به شبیه سازی نیاز داریم. COMSOL Multiphysics می تواند با به حداکثر رساندن تبدیل واکنش دهنده برای یک اختلاف فشار کل معین در سراسر بستر، توزیع کاتالیست بهینه را پیدا کند. میکرو راکتورها به دلیل بهره وری انرژی، مقیاس پذیری، ایمنی و درجه کنترل دقیق تر، به طور گسترده در مهندسی فرآیند استفاده می شوند.
نتایج شبیه سازی: توزیع کاتالیزور متخلخل و میدان بردار سرعت و خطوط جریان نشان داده شده است.
توزیع بهینه در میکروراکتورها و ریشه درختان
شکل بالا یکی از توزیع های بهینه ممکن یک کاتالیزور متخلخل را نشان می دهد که توسط COMSOL Multiphysics یافت شده است. برای من، آن شبیه ریشههای هوایی فیکوس میکروکارپا، و بسیاری دیگر از «شبکههای توزیع مواد مغذی» است که در طبیعت نیز برای این موضوع یافت میشوند.
ما باید به مادر طبیعت تعظیم کنیم: برای تقلید از آنچه که او به طور طبیعی طی هزاران سال بهینه سازی کرده است، به فناوری شبیه سازی چندفیزیکی پیشرفته نیاز داریم.
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید