 |
راکتور فرابنفش حلقوی با ردیابی ذرات
معرفی
در این مثال، عقیم‌سازی آب در یک راکتور ساده تصفیه آب فرابنفش (UV) با استفاده از ترکیبی از روش‌های ردیابی پرتو نوری، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و روش‌های ردیابی ذرات لاگرانژی مدل‌سازی شده است.
این مدل از سه مطالعه تشکیل شده است. در مطالعه اول، نرخ شار در ناحیه حلقوی اطراف یک لامپ UV با استفاده از رابط فیزیک اپتیک هندسی حل شده است. نرخ جریان نشان دهنده مقدار تابشی است که یک آشکارساز کروی کوچک در واحد زمان جذب می کند، تقسیم بر سطح مقطع چنین آشکارساز. دارای واحدهای مشابه تابش است (واحد SI: W/m 2 )، اما یک کمیت حجمی است و می تواند در هر نقطه دلخواه در فضا، نه فقط روی سطوح، تعریف شود.
در مطالعه دوم، مشخصات سرعت جریان آب از طریق راکتور با استفاده از رابط جریان آشفته، k- ε حل شده است . راکتور در این مثال U شکل با لوله های ورودی و خروجی عمود بر جهت لامپ است.
در مطالعه سوم، ذرات از طریق راکتور با استفاده از رابط ردیابی ذرات برای جریان سیال ردیابی می شوند. سرعت ذرات بر اساس سرعت آب حل شده در مطالعه دوم است. همانطور که ذرات در راکتور حرکت می کنند، دوز انباشته شده در طول مسیر آنها محاسبه می شود، بر اساس نرخ جریان حل شده در مطالعه اول.
نتایج نشان می دهد که تمام ذرات وارد شده به خروجی در معرض حداقل دوز مشخصی قرار گرفته اند. تعداد کمی از ذرات، عمدتاً آنهایی که از نزدیکی لامپ عبور می کنند، در معرض دوز بسیار بالاتری قرار می گیرند. این مدل می تواند به عنوان نقطه شروعی برای توسعه راکتورهای تصفیه آب UV کارآمدتر با جستجوی طرح هایی با دوز انباشته یکنواخت تر استفاده شود.
این مدل به ماژول Ray Optics، CFD Module و Particle Tracing Module نیاز دارد.
تعریف مدل
هندسه مدل شامل ناحیه حلقوی بین یک لامپ استوانه‌ای UV و راکتور استوانه‌ای است که آن را به همراه لوله‌های ورودی و خروجی احاطه کرده است. همه دامنه ها حاوی آب جاری در دمای اتاق هستند.
مدل لامپ ماوراء بنفش
سطح لامپ با استفاده از گره Release from Boundary به عنوان یک امیتر منتشر (لامبرتیان) در نظر گرفته می شود . پرتوهایی با چگالی فضایی یکنواخت در سطح لامپ رها می شوند و جهت اولیه هر پرتو طبق قانون کسینوس نمونه برداری می شود. قدرت کل لامپ مشخص شده است. در این مثال توزیع توان روی سطح لامپ یکنواخت فرض شده است، اگرچه می توان یک ضریب وزنی را نیز تعریف کرد.
با انتشار پرتوها در آب، دور از سطح لامپ، قدرت هر پرتو بر اساس ضریب عبور داخلی آب کاهش می‌یابد که در این مثال 70 درصد بر سانتی‌متر انتشار در نظر گرفته می‌شود. برای آب مقطر، انتقال داخلی اشعه ماوراء بنفش میکروب کش تقریباً 98٪ است، بنابراین مقدار 70٪ استفاده شده در اینجا می تواند نشان دهنده خلوص کمتر آب باشد.
همانطور که پرتوها در آب منتشر می شوند، نرخ شار حجمی با استفاده از گره محاسبه نرخ شار اختصاصی محاسبه می شود . برای به دست آوردن توزیع دقیق نرخ فلوئنس، انتشار تعداد کافی پرتوها و استفاده از مش به اندازه کافی ریز در دامنه مهم است. در این مثال، 100000 پرتو به منظور متعادل کردن دقت با زمان حل و ملاحظات اندازه فایل منتشر شد، اما در برخی از نشریات تعداد پرتوها می‌تواند مرتبه‌ای بزرگ‌تر باشد ( مرجع 1 ).
به جای رهاسازی پرتوها به صورت پراکنده در سطح لامپ، یک توسعه احتمالی این مدل می تواند رها کردن پرتوها از موقعیت های داخل لامپ باشد. بنابراین، در سطح لامپ، طبق قانون اسنل و معادلات فرنل، نور می تواند به حوزه آب منکس شود. گسترش احتمالی دیگر استفاده از شرایط مرزی Mirror در سطوح بیرونی راکتور به جای شرایط مرزی دیوار جذبی است.
جریان سیال
جریان آشفته، رابط فیزیک k- ε برای حل برای سرعت و فشار سیال در راکتور استفاده شد. در مرز ورودی ، گزینه داخلی کاملاً توسعه یافته جریان برای تعریف مشخصات سرعت جریان استفاده شد.
مش پیش‌فرض در این مدل توسط رابط توربولنت فلو، k- ε کنترل می‌شود، که باعث می‌شود لایه‌های مرزی روی سطوحی با شرایط مرزی دیوار رشد کنند . توجه داشته باشید که در این مدل از یک مش درشت برای کاهش زمان حل استفاده شده است، بنابراین نتایج باید با استفاده از مش ریزتر تأیید شوند. مش همچنین وضوح نرخ فلوانس محاسبه شده توسط رابط Geometrical Optics را کنترل می کند که از توابع شکل ثابت استفاده می کند.
ردیابی ذرات
رابط ردیابی ذرات برای جریان سیال برای ردیابی ذرات هنگام عبور از لامپ استفاده شد. کسر باکتری های غیرفعال یا کشته شده با استفاده از یک مدل فروپاشی نمایی ساده با ثابت غیرفعال سازی k (واحد SI: m2 / J) پیش بینی شد.
که در آن N تعداد یا غلظت باکتری های فعال در هر نقطه از مسیر یک ذره و N 0 تعداد یا غلظت اولیه است. متغیر E 0 که در انتگرال زمانی ظاهر می شود، نرخ سیال به دست آمده از مطالعه Ray Tracing است .
برای ادغام نرخ سیال در امتداد هر مسیر ذره، یک متغیر وابسته کمکی با مشتق زمانی برابر با E 0 تعریف شد . در هر زمان، مقدار E 0 برای هر ذره با ارزیابی نرخ جریان حجمی در موقعیت لحظه ای ذره به دست می آید.
شبیه سازی ذرات در یک سیال زمانی که ذرات کوچک و سرعت سیال زیاد است مستعد سفتی عددی هستند. این به این دلیل است که شتاب ذرات کوچک در پاسخ به کشش توسط سیال اطراف در مقیاس زمانی τ p داده شده توسط
جایی که
• | ρ p (واحد SI: kg/m 3 ) چگالی ذره است، |
• | d p (واحد SI: m) قطر ذره است و |
• | μ (واحد SI: Pa s) ویسکوزیته دینامیکی سیال اطراف است. |
برای یک ذره به اندازه میکرون در آب، این مقیاس زمانی در حدود 10-7 ثانیه است. درمان اینرسی کامل حرکت ذرات به مراحل زمانی نزدیک به این مرتبه از قدر نیاز دارد، در حالی که حداکثر زمان عبور ذرات از راکتور حدود 10 ثانیه است. بنابراین گنجاندن اثرات اینرسی ذرات ممکن است، اما این مدل به طور قابل توجهی زمان‌بر خواهد بود. به دلیل مشابهی، اثرات پراکندگی متلاطم در این مثال نادیده گرفته شده است. هر ذره مدل از یک خط ساده از سرعت متوسط سیال پیروی می کند. در یک شبیه‌سازی ردیابی ذرات اینرسی با مراحل زمانی بسیار کوچک، می‌توان با فعال کردن پراکندگی آشفته در تنظیمات برای نیروی کشش، راه‌حل واقعی‌تری به دست آورد .
نتایج و بحث
نمودار برشی از نرخ فلوئنس در شکل 1 نشان داده شده است . نرخ شار در ناحیه مجاور لامپ بیشترین است و در بیرونی ترین وسعت حجم راکتور به طور قابل توجهی کمتر است. بنابراین، ذراتی که از مرکز راکتور عبور می کنند، در مقایسه با ذرات در حال حرکت در امتداد لبه های بیرونی، در معرض تشعشعات UV شدیدتری قرار می گیرند.
سرعت سیال در شکل 2 و مسیر ذرات در شکل 3 نشان داده شده است . بیان رنگ در نمودار مسیر، کسری از باکتری ها را نشان می دهد که هنوز غیرفعال نشده اند، که از 1 شروع می شود و 0 نشان دهنده غیرفعال شدن کامل است.
در شکل 4 نمودار هیستوگرام دوز انباشته شده ذراتی را نشان می دهد که در زمان نهایی به خروجی می رسند. همه ذرات دوز حداقل mJ/cm2 10 دریافت می کنند ، اما برای برخی از ذرات دوز انباشته شده به طور قابل ملاحظه ای بالاتر است.
شکل 1: توزیع نرخ فلوئنس در مقطعی از راکتور UV.
شکل 2: برش نمودار هنجار سرعت سیال، با فلش هایی که جهت سرعت را نشان می دهد.
شکل 3: مسیر ذرات در راکتور UV. بیان رنگ کسری از باکتری های زنده مانده را نشان می دهد.
شکل 4: هیستوگرام دوز انباشته شده در طول مسیر ذرات. این طرح فیلتر شد تا ذراتی که در زمان نهایی به خروجی نرسیده بودند را حذف کند.
منابع
1. YM Ahmed، M. Jongewaard، M. Li، و ER Blatchley III، “Ray Tracing for Fluence Rate Simulations in Ultraviolet Photoreactors” Environ. علمی تکنولوژی ، جلد 52، شماره 8، صفحات 4738-4745، 2018.
2. DA Sozzi و F. تقی پور، “مدل سازی عملکرد راکتور UV به روش اویلرین و لاگرانژی”، Environ. علمی تکنولوژی ، جلد 40، شماره 5، صفحات 1609-1615، 2006.
مسیر کتابخانه برنامه: Ray_Optics_Module/Ultraviolet_Sterilization/annular_Ultraviolet_reactor_particle
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Optics>Ray Optics>Geometrical Optics (gop) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Single-Phase Flow>Turbulent Flow>Turbulent Flow، k- ε (spf) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Particle Tracing>Particle Tracing for Fluid Flow (fpt) را انتخاب کنید . |
7 | روی افزودن کلیک کنید . |
8 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
9 | در درخت مطالعه انتخاب ، مطالعات از پیش تعیین شده برای واسط های فیزیک انتخاب شده > اپتیک هندسی> ردیابی پرتو را انتخاب کنید . |
10 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
r_لامپ | 1[cm] | 0.01 متر | شعاع لامپ |
r_reac | 5[cm] | 0.05 متر | شعاع راکتور |
L_reac | 100[cm] | 1 متر | طول راکتور |
L_لامپ | 80[cm] | 0.8 متر | طول لامپ |
d_لامپ | L_reac-L_lamp | 0.2 متر | جابجایی لامپ |
چراغ وسط | d_lamp+L_lamp/2 | 0.6 متر | مکان لامپ وسط صفحه |
پ | 40[W] | 40 وات | کل قدرت منبع |
r_inl | 3[cm] | 0.03 متر | شعاع ورودی |
L_inl | 30[cm] | 0.3 متر | طول ورودی |
z_inl | 5[cm] | 0.05 متر | مختصات z ورودی |
k_inact | 0.1 [cm^2/mJ] | 0.01 ثانیه بر کیلوگرم | نرخ غیرفعال سازی ثابت است |
هندسه 1
راکتور
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Reactor را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، r_reac را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، L_reac را تایپ کنید . |
لوله ورودی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Inlet Pipe را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، r_inl را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، L_inl+r_reac را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، z_inl را تایپ کنید . |
6 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، x-axis را انتخاب کنید . |
لوله خروجی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Outlet Pipe را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، r_inl را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، L_inl+r_reac را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، L_reac-z_inl را تایپ کنید . |
6 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، x-axis را انتخاب کنید . |
اتحادیه 1 (uni1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا همه اشیا انتخاب شوند. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Union را پیدا کنید . |
4 | کادر تیک Keep interior borders را پاک کنید . |
لامپ
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Lamp را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، r_lamp را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، L_lamp را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، d_lamp را تایپ کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی uni1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی cyl4 را انتخاب کنید. |
6 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
اپتیک هندسی (GOP)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometrical Optics (gop) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اپتیک هندسی ، بخش انتشار و انتشار پرتو را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Maximum number of secondary rays 0 را تایپ کنید . |
4 | تیک گزینه Only store variables accumulated in solution را انتخاب کنید . |
5 | بخش محاسبه شدت را پیدا کنید . از لیست محاسبات شدت ، قدرت محاسبه را انتخاب کنید . |
ویژگی های اشعه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometrical Optics (gop) روی Ray Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Ray Properties ، بخش Ray Properties را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن λ 0 ، 254[nm] را تایپ کنید . یک لامپ بخار جیوه کم فشار بیشتر تابش UV خود را در این طول موج ساطع می کند ( مرجع 1 ). |
خواص متوسط 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Medium Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های متوسط ، قسمت ویژگی های متوسط را پیدا کنید . |
3 | از لیست n ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 1.38 را تایپ کنید . این تقریباً ضریب شکست آب در 254 نانومتر است ( مرجع 1 ). |
4 | از لیست مدل تضعیف نوری ، انتقال داخلی ، ضخامت نمونه 10 میلی متر را انتخاب کنید . |
5 | از لیست t i,10 ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.7 را تایپ کنید . بسته به شفافیت آب، مقادیر مختلفی از ضریب عبور داخلی آب در اینجا قابل استفاده است. برای آب خالص، انتقال داخلی اشعه ماوراء بنفش میکروب کش حدود 0.98 بر سانتی متر است ( مرجع 1 ). مقدار 0.7 نشان داده شده در اینجا نشان می دهد که آب کمتر شفاف است. |
رهاسازی از مرز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Release from Boundary را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 5، 6، 9 و 10 را انتخاب کنید. اینها سطوح منحنی سیلندر داخلی هستند. از چرخ وسط ماوس برای انتخاب یک مرز داخلی در پنجره گرافیک استفاده کنید. همچنین می توانید با فعال کردن رندر Wireframe، مشاهده مرزهای داخلی را آسان تر کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Release from Boundary ، قسمت Initial Position را پیدا کنید . |
4 | از لیست موقعیت اولیه ، تراکم را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن N ، 100000 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Ray Direction Vector را پیدا کنید . از لیست برداری جهت پرتو ، Lambertian را انتخاب کنید . |
7 | تیک گزینه Specify tangential and normal vector components را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن N w ، 1 را تایپ کنید . |
9 | بردار r را به صورت مشخص کنید |
0 | t1 |
0 | t2 |
1 | n |
10 | از فهرست نمونه برداری از توزیع ، تصادفی را انتخاب کنید . |
این تنظیمات باعث می شود که پرتوهایی از سطح لامپ با چگالی فضایی یکنواخت با توزیع جهات اولیه مطابق قانون کسینوس نسبت به سطح نرمال در هر موقعیت رهاسازی آزاد شوند. برای اطمینان از اینکه سطح نرمال در جهت بیرون است نه جهت داخل، به دنبال فلش ها در پنجره گرافیک بگردید.
11 | قسمت Total Source Power را پیدا کنید . در قسمت متنی P src ، P را تایپ کنید . |
محاسبه نرخ جریان 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Fluence Rate Calculation را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
دیوار 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و دیوار را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
جریان آشفته، K- ε (SPF)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Turbulent Flow، k- ε (spf) کلیک کنید .
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 20 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Boundary Condition را پیدا کنید . |
4 | از لیست، جریان کاملاً توسعه یافته را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fully Developed Flow را پیدا کنید . روی دکمه Flow rate کلیک کنید . |
6 | در قسمت متنی V 0 ، 25[gal/min] را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 21 را انتخاب کنید. |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
ردیابی ذرات برای جریان سیال (FPT)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Particle Tracing for Fluid Flow (fpt) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ردیابی ذرات برای جریان سیال ، بخش انتشار و انتشار ذرات را پیدا کنید . |
3 | از لیست فرمولاسیون ، نیوتنی را انتخاب کنید، اصطلاحات اینرسی را نادیده بگیرید . |
نیروی درگ 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Drag Force را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Drag Force ، بخش Drag Force را پیدا کنید . |
4 | از لیست u ، فیلد سرعت (spf) را انتخاب کنید . |
خواص ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Particle Properties ، قسمت Particle Properties را پیدا کنید . |
3 | از لیست ρ p ، User defined را انتخاب کنید . مقدار پیش فرض چگالی ذرات استفاده خواهد شد. |
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 20 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات ورودی ، قسمت Initial Position را پیدا کنید . |
4 | از لیست موقعیت اولیه ، تراکم را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن N ، 1000 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن ρ ، spf.U را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 21 را انتخاب کنید. |
شمارشگر ذرات 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Particle Counter را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 21 را انتخاب کنید. |
دوز جذب شده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Global کلیک کنید و متغیر وابسته کمکی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیر وابسته کمکی ، دوز جذب شده را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Auxiliary Dependent Variable را پیدا کنید . در فیلد متنی نام متغیر فیلد، دوز را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن R ، gop.frc1.E0 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Units را پیدا کنید .  روی Custom Unit کلیک کنید . |
6 | در جدول کمیت متغیر وابسته ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
کمیت متغیر وابسته | واحد |
واحد سفارشی | J/m^2 |
تعاریف
متغیرهای 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  متغیرها کلیک کنید و متغیرهای محلی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
rs | exp(-k_inact*dose) | نرخ بقا |
مش 1
در این مثال از یک مش چهار وجهی آزاد استفاده شده است. برای به دست آوردن وضوح بالاتر وابستگی شعاعی نرخ فلوئنس، می‌توان یک مش ساختاریافته ایجاد کرد، اگرچه ممکن است نیاز به افزودن سطوح کنترل مش به دنباله هندسه داشته باشد.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از لیست اندازه عنصر ، درشت را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ردیابی اشعه
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 ، روی Step 1: Ray Tracing کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ردیابی پرتو ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست مشخصات مرحله زمان ، تعیین حداکثر طول مسیر را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Lengths ، 0 0.2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
رابط فیزیک | حل کنید برای | فرم معادله |
اپتیک هندسی (gop) | √ | خودکار (وابسته به زمان) |
جریان آشفته، k- ε (spf) | اتوماتیک (ایستا) | |
ردیابی ذرات برای جریان سیال (fpt) | خودکار (وابسته به زمان) |
6 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
نمودار برش نرخ شتاب
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، فلوئنس نرخ برش Plot را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
برش 1
1 | در نوار ابزار Fluence Rate Slice Plot ، روی  Slice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Geometrical Optics>Heating and losses>gop.frc1.E0 – Fluence rate – W/m² را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Unit ، mW/cm^2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Plane Data را پیدا کنید . از لیست Plane ، zx-planes را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Planes ، 1 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
7 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>Magma را در درخت انتخاب کنید. |
8 | روی OK کلیک کنید . |
9 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
10 | از لیست تبدیل جدول رنگ ، غیرخطی را انتخاب کنید . |
11 | مقدار پارامتر کالیبراسیون رنگ را روی -1.5 تنظیم کنید . |
12 | برای گسترش بخش کیفیت کلیک کنید . از لیست Resolution ، بدون پالایش را انتخاب کنید . |
13 | در نوار ابزار Fluence Rate Slice Plot ، روی  Plot کلیک کنید . نمودار حاصل را با شکل 1 مقایسه کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای اپتیک هندسی (gop) و ردیابی ذرات برای جریان سیال (fpt) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . |
2 | مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
3 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مطالعه ، مطالعه 1، Ray Tracing را انتخاب کنید . |
5 | از لیست زمان (ها) ، آخرین را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
تکه
1 | در پنجره Model Builder ، گره Velocity (spf) را گسترش دهید ، سپس بر روی Slice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Plane Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Plane ، zx-planes را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Planes ، 1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Linear>Viridis را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
سرعت (spf)
در پنجره Model Builder ، روی Velocity (spf) کلیک کنید .
فلش جلد 1
1 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی حجم  پیکان کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم پیکان ، بخش موقعیت یابی پیکان را پیدا کنید . |
3 | زیربخش نقاط شبکه ای x را پیدا کنید . در قسمت متنی Points عدد 15 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش نقاط شبکه ای y را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 3 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش نقاط شبکه z را پیدا کنید . در قسمت متنی Points عدد 50 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست نوع پیکان ، مخروط را انتخاب کنید . |
7 | از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Plot کلیک کنید . نمودار حاصل را با شکل 2 مقایسه کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای اپتیک هندسی (gop) و جریان آشفته ، k- ε (spf) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 3
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 | در قسمت متن زمان خروجی ، range(0,0.1,10) را تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
4 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
5 | از لیست مطالعه ، مطالعه 2، ثابت را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
مسیر ذرات (fpt)
در پنجره Model Builder ، گره Particle Trajectories (fpt) را گسترش دهید .
بیان رنگ 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Particle Trajectories (fpt)>Particle Trajectories 1 را گسترش دهید ، سپس روی Color Expression 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، rs را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Rainbow>Prism را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
مسیر ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Trajectories 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مسیر ذرات ، بخش رنگ‌آمیزی و سبک را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست نوع ، خط را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار مسیر ذرات (fpt) ، روی  Plot کلیک کنید . نمودار حاصل را با شکل 3 مقایسه کنید . |
گروه طرح 1 بعدی 6
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Particle 1 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب زمان ، آخرین را انتخاب کنید . |
هیستوگرام 1
1 | در نوار ابزار 1D Plot Group 6 ، روی  Histogram کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای هیستوگرام ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، دوز را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Unit ، mJ/cm^2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Bins را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، Limits را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Limits ، range(0,5,120) را تایپ کنید . |
7 | قسمت Output را پیدا کنید . از لیست Function ، گسسته را انتخاب کنید . |
8 | از لیست Normalization ، مجموع مقادیر را انتخاب کنید . |
فیلتر 1
1 | در نوار ابزار 1D Plot Group 6 ، روی  Filter کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فیلتر ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Point Selection کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Particle Tracing for Fluid Flow>Particle Counter 1>fpt.pcnt1.rL – عبارت منطقی برای گنجاندن ذرات را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار 1D Plot Group 6 ، روی  Plot کلیک کنید . نمودار حاصل را با شکل 4 مقایسه کنید . |
