موضوع: "بدون موضوع"
ترانزیت هوایی از سه جهت می تواند مورد بررسی قرار گیرد ، اول ترانزیت عبوری به این معنا كه هواپیماهای خطوط هوایی مختلف در قبال عبور از آسمان و فضای یك كشور بدون آنكه توقفی را در فرودگاههای آن كشور انجام دهند ، در قبال استفاده از كریدورها و مسیرهای هوایی و برخورداری از سیستم های ناوبری آن كشور مبالغی را به هواپیمایی كشوری آن كشور می پردازند . بدیهی است كه هر چه یك كشور بتواند به پروازهای عبوری بیشتری از آسمان خود سرویس دهی نماید، بهره بیشتری از نظر اقتصادی خواهد برد . معمولاً خطوط هوایی مختلف در بین مسیرهای امن، كوتاهترین مسیر را از نظر زمانی انتخاب می كنند كه البته تعرفه ها و عوارض عبور از آسمان هر كشور می تواند در این موضوع تأثیرگذار باشد.
دومین محور مطالعه پروازهای ترانزیت همراه با توقف در فرودگاههای یك كشور هستند. دراین نوع ترانزیت كه عمدتاً مربوط به پروازهای دوربرد می باشد ، هواپیماهای خطوط هوایی مختلف بمنظور دریافت امكانات و سرویسهای فرودگاهی نظیر سوختگیری، غذا رسانی، بازدیدهای فنی و یا پیاده و سواركردن تعدادی مسافر با اهداف افزایش ضریب پری پروازو یا گسترش شبكه پروازی در فرودگاههای یك كشور توقف كوتاهی می كنند و بعد از پیاده و سوار كردن تعدادی مسافر و یا بعد از انجام توقف های عملیاتی با پرداخت هزینه هایی نظیر هزینه نشست، هزینه سوخت، هزینه روشنایی به مسیر خود ادامه می دهند. در سومین حالت در ارتباط با امور ترانزیت هوایی، می توان مسئله تمایل مسافرین به استفاده از یك فرودگاه قطبی را بعنوان گره میانی پیش از رسیدن به مقصد نهایی مورد ارزیابی و بررسی قرار داد، به این نوع ترانزیت، انتقال مسافرین گفته می شود. در فصل دوم این پژوهش فرودگاههای رقیب منطقه و خطوط هوایی موفق و اصلی منطقه بررسی خواهند شد.
سپس در فصل سوم ناحیه بندی دقیقی بر مبنای عوامل اقتصـــــــادی و جغـــــــرافیایی صورت گرفته و خصوصیات هر منطقه از نظر تولید و جذب پروازهای باری و مسافری بررسی گردیده است و درگام بعدی مبادلات بار و مسافرین نواحی مختلف شناسایی و استخراج شده است و در مرحله آخر كریدورها و مسیرهای مصوب و مهم بین المللی كه پروازها برای عبور از كشور ایران از آنها استفاده می كنند بررسی و شناسایی شده و ضمن تخصیص ترافیك ترانزیت هوایی عبوری به آنها ، مسیرهای مهم كشور مشخص می شوند بدین وسیله بستر مناسبی به منظور ادامه پژوهش در فصول پنجم تا هشتم فراهم می شود تا بتوان ضمن بررسی دقیق کلیات مسئله، به یک نتیجه گیری دقیق دست یافت و با ارائه راهکارها و پیشنهادات لازم به حل مساله کمک کرد.
1-1- اهمیت و هدف مساله
در این قسمت از مطالعه نخست به بررسی اهمیت و در مرحله بعد از آن به تشریح هدف مسئله پرداخته می شود.
1-1-1- اهمیت مساله
با توجه به اتكای شدید اقتصاد ایران به منابع طبیعی و به ویژه نفت و از طرف دیگر نوسانات شدید بازار جهانی نفت و محدودیتهای منابع طبیعی ، نیاز به تفكر و مطالعه به منظور ایجاد جایگزینهای مناسب تأمین بودجه به جای تكیه بر درآمدهای نفتی به شدت احساس می شود.
در این راستا، صادرات كالاهای صنعتی نظیر ماشین آلات و صنایع دستی و كالاهای غیرصنعتی نظیر محصولات كشاورزی از یك سو و فروش خدمات مختلف نظیر خدمات حمل و نقل از سوی دیگر از جمله راهكارهای اجرایی و قابل اطمینان می باشند.
لازم به توضیح است كه با توجه به اینكه دستیابی به حجم بالای صادرات كالاهای صنعتی و غیرصنعتی كه جایگزینهای مناسبی برای تأمین بودجه بجای تكیه بر درآمدهای نفتی هستند ، مستلزم سرمایه گذاریهای كلان ارزی و ریالی اولیه بوده و در بلندمدت امكان پذیر می
باشند، لذا منابعی كه سریعتر و بدون ایجاد هزینه های سرمایه گذاری كلان اولیه به نتیجه برسند دارای اولویت می باشند. در این رابطه می توان به فروش خدمات بالاخص فروش خدمات حمل و نقل ترانزیت در بخشهای كالا و مسافر در چهار زیرمجموعه حمل و نقلی جاده ای، ریلی، هوایی و دریایی اشاره نمود.
از جمله خدمات حمل و نقلی قابل فروش، خدمات حمل ونقل در بخش ترانزیت كالا و مسافر در چهار زیرمجموعه فوق می باشد.
بنا به نظر صاحبنظران، پدیده ترانزیت كالا و مسافر با توجه به موقعیت جغرافیایی خاص و مناسب كشور می تواند یكی از جایگزینهای مناسب بخشی از درآمدهای ارزی كشور باشد. حال آنكه میزان اهمیت موقعیت جغرافیایی در كسب درآمدهای ارزی چه مقدار می باشد ، نیاز به تحقیق دارد. لذا این مطالعه از یك نگاه به دنبال شناسایی عوامل مكملی می باشد كه در صورت حصول آنها ، با تكیه بر موقعیت جغرافیایی ایران بتوان به درآمدهای ارزی بیشتری دست یافت.
لازم به توضیح است كه با اهمیت بخشیدن به ترانزیت هوایی و تلاش برای بالابردن حجم تقاضای ترانزیت هوایی از فضا و فرودگاههای ارائه دهنده خدمات موجود در كشور، علاوه بر درآمد ارزی می توان به صنعت حمل و نقل هوایی نیز اعتبار بخشید .بنا بر این تحلیل و ارائه راهكارهای بالفعل كردن پتانسیلهای موجود همراه با بالابردن سطح خدمات رسانی مهم و لازم به نظر می رسد. با توجه به وسعت فراوان موضوعات مرتبط با ترانزیت هوایی، سعی شده است به مسائل و موضوعاتی پرداخته شود كه تأثیر بیشتری در فرآیند ترانزیت هوایی دارند و ساختار پارامترهای مهم مورد ارزیابی قرار گیرد.
1-1-2- هدف مساله
هدف از این تحقیق، شناخت صحیحی از میزان تقاضای پروازهای ترانزیت از كشور می باشد كه این امر مستلزم دسترسی به ابزارهای پیش بینی مناسب و به عبارتی تهیه و پرداخت مدل تقاضای پروازهای ترانزیت از ایران می باشد. كاربرد نتایج پروژه در برنامه ریزی در موارد زیر بوضوح روشن است.
- گسترش كمی و كیفی تجهیزات ناوبری
- اصلاح قوانین مربوط به ترانزیت هوایی
- اصلاح و تكمیل تجهیزات خدمات رسانی فرودگاههای كشور
راههای بهره برداری بهینه از تسهیلات موجود هوایی و افقهای سرمایه گذاری آتی همراه با اولویتــهای اصلی آن از اهداف اصلی این است.
در یك ارتباط متقابل ضروری است كه كشور ما به همان نسبتی كه به دلیل استفاده از خدمات مختلف ارائه شده در مسیرهای هوایی سایر كشورها متحمل هزینه می گردد، با فراهم ساختن تجهیزات و امكانات مناسب و ارائه خدمات پروازی در مسیر تردد ترافیك خارجی، درآمدهای متعادلی را كسب نماید، كه این امر مستلزم بررسی امكانات و اقدامات كشورهای رقیب در این زمینه و شناسایی نرخ واقعی بار و مسافر عبوری از منطقه می باشد. كه در نهایت به تعیین مدل مناسب و معقولی برای تقاضای ترانزیت هوایی كشور چه در بخش عبوری از فراز كشور و چه در بخش همراه با توقف در فرودگاههای كشور می پردازد.
درواقع این پژوهش در چارچوب پاسخگویی به سؤالات زیر گام برمی دارد.
1- عوامل مؤثر در استفاده از مسیرهای هوایی فراز یك كشور (بدون توقف) توسط خطوط هواپیمایی سایر كشورها به منظور تقرب و رسیدن به مقصد نهایی كدامها هستند ؟
3- عوامل مؤثر بر جذب مسافرین انتقالی توسط فرودگاههای كشور ثالث به منظور ادامه سفر مسافرین به سوی مقاصد نهایی از طریق آن فرودگاهها كدامها هستند؟
پس از پاسخگویی به سؤالات فوق، این مطالعه قادر خواهد بود تا به سمت هدف خود و یا به عبارتی پاسخگویی به سؤالات زیر نزدیك شود.
1- چگونه از تسهیلات موجود برای بهبود وضعیت ترانزیت هوایی بهره برداری بهینه صورت پذیرد؟
2- سرمایه گذاری آتی در چه جهتی، با چه اولویتی و به چه میزان انجام پذیرد؟
3- اثرات حاشیه ای ناشی از ایجاد تسهیلات جدید مرتبط و اعمال گزینه‌های مختلف در جذب پروازهای ترانزیت به ایران چگونه می باشد؟
1-2- پیشینه تحقیق- کاوش در متون
در طول سالیان گذشته سرمایه گذاری سنگینی در بخش حمل و نقل انجام شده و از پیچیده ترین تكنیكها و تجهیزات و تخصصها بهره برداری شده تا كالاهای تولیدی جوامع مختلف از مراكز تولید تا بازار مصرف با حداقل خسارات و ضایعات و در حداقل زمان انتقال یابند و انسانها نیز بتوانند با بهترین شرایط از مبادیی كه در آنها به سر می برند، خود را به مقاصد سفرهایشان برسانند. در راستای گسترش حمل و نقل، حمل ونقل هوایی نیز كه از سالها قبل به شكل رؤیای پرواز در آسمانها در اذهان بسیاری از انسانها جای گرفته بود در واپسین قرن هزاره دوم میلادی تحقق یافت و بشر بالهای آهنین خود را بر پهنه آسمان كره زمین گشود.
حمل و نقل هوایی ابتدا در داخل كشورها برقرار شد و روز به روز رونق پیداكرد و سپس با تولید هواپیماهای جدیدتر و با فن آوری و برد بیشتر، پرواز بین كشورهای مهم جهان امكان پذیر گشت . تا قبل از جنگ جهانی دوم تكامل حمل و نقل هوایی بین المللی و نیز حجم خدمات هوایی ، آنچنان نبود كه بتواند تأثیر قابل توجهی بر اقتصاد جهان و بازرگانی بین المللی داشته باشد .حال آنكه امروزه علیرغم جوان بودن صنعت حمل و نقل هوایی، در مقایسه با سایر تسهیلات حمل و نقل همچون ریل و دریا، این صنعت به واسطه خصوصیات بی نظیرش، به ویژه از نظر زمان دربه دری بسیار كمتر بالاخص در مسافتهای بیش از 600 كیلومتر در مقایسه با سایر امكانات حمل و نقلی نظیر ریلی و جاده ای از جایگاه خاصی برخوردار شده است.
با رویكردی به این جایگاه خاص تا كنون در سطح جهان مطالعات و تحقیقات گسترده ای در رابطه با این شاخه حمل و نقل و این صنعت عظیم در رشته های مختلف علوم انجام پذیرفته و رشد مقالات علمی چاپ شده در این زمینه به وضوح گواه این حقیقت است . متخصصین و برنامه ریزان حمل و نقل نیز تحقیقات گسترده ای را در این راستا انجام داده اند و مدلهای متنوعی را با هدف بهینه سازی بهره وری از ناوگانهای شركتهای هوایی جهان بكارگماردن هواپیماهای سریع السیر و كاستن از هزینه های بسیار زیاد موجود ارائه داده اند.
همچنین مطالعاتی جهت توسعه شركتهای هوایی و مطالعات اقتصادی آنها ، ایجاد مسیــــــرهای جدید مسافری و باری برنامه ریزی تعمیر و نگهداری ، بازاریابی تقاضای سفر هوایی، توسعه فرودگاهها،حمل و نقل مجزای بار و برنامه ریزی پرواز و نهایتاً مطالعات ترانزیت هوایی انجام شده است و همچنان ادامه دارد.
:
رنگرزی به عملیاتی گفته می شود که در طی آن کالای نساجی در محلولی که شامل مواد رنگرزی و مواد ضروری دیگر است رنگ شود و رنگ نسبتا بادوامی بدست آورد.این بدان معنی است که رنگ کالای رنگرزی شده نباید به آسانی در اثر شستشو و یا در معرض نور زایل گردد.
زمانیکه یک کالای رنگ نشده در یک حمام مناسب قرار می گیرد ، جذب رنگ در ابتدا سریع خواهد بود، و سپس این سرعت جذب کاهش می یابد. هرچند در آخر دیگر مقدار رنگ در کالا افزایش نمی یابد اما این فرض اشتباه است که سیستم را در این حالت یک سیستم استاتیک درنظر بگیریم و حرکت مولکول های رنگ بین کالا و حمام را تمام شده فرض نمائیم. در حقیقت مبادله رنگ بین حمام و کالا در این شرایط در حال انجام می باشد با این تفاوت که مقدار جذب و دفع در این شرایط با هم برابر می باشند. در این شرایط می باشد که سیستم به حالت تعادل رسیده است.اطلاعات در فرایندهای رنگرزی تعادلی ، به صورت ایزوترم جذب بیان می شوند. در واقع ایزوترم جذب توزیع رنگزا در بین دو فاز حمام و الیاف را بررسی و نشان می دهند.
خصوصیات الیاف اکرلیک و اصول رنگرزی با رنگ بازیک و شیمی فیزیک جذب رنگ ومباحث فراصوت
فصل اول :خصوصیات رنگزای بازیک و الیاف اکرلیک و اصول رنگرزی با رنگ بازیک و شیمی فیزیک جذب رنگ ومباحث فراصوت :
1-1-مواد رنگرزی بازیک (Basic dyes):
یک ماده رنگرزی بازیک بر طبق تعریف انجمن رنگرزان و نقاشان (SDC) یک ماده رنگرزی کاتیونیک است که به طور ذاتی نسبت به انواع اسیدی الیاف آکریلیک پنبه دندانه داده شده با تانن (Tannin-mordanted) تمایل به جذب دارد . مواد رنگرزی بازیک در محلول آبی یونیزه شده و کاتیون رنگی میدهند. از قدیمی ترین مواد رنگرزی مصنوعی بازیک مأوین پرکین است که در این گروه قرار دارد . از خواص
برجسته آنها درخشندگی زیاد می باشد ، اما ثبات نوری ضعیفی دارند و به خاطر همین مسئله این دسته از مواد رنگرزی تا قبل از پیدایش الیاف آکریلیک کاربرد چندانی نداشته اند . ولی ثبات نوری خوب و قابلیت جذب خوب آنها نسبت به الیاف آکریلیک که باعث رنگرزی های عمیق با ثبات شستشویی خوب گردید ، موجب شد تا دوباره این دسته از مواد رنگرزی مورد توجه قرار گیرند .]1[
1-2-خواص فیزیکی و شیمیایی الیاف آکریلیک
الیاف آکریلیک الیافی هستند مقاوم در برابر محیط های اسیدی ولی در برابر محیط های قلیایی مقاومت چندانی ندارند ، مخصوصاً دردرجه حرارت بالا . الیاف آکریلیک در برابر اکسیدکننده ها مقاوم هستند، به همین جهت برای بهتر سفید کردنشان میتوان از حمام کلریت سدیم استفاده نمود. الیاف آکریلیک مقاومتشان در برابر حرارت خوب است مثلاً اگر به مدت دو روز در معرض دمای 150 درجه سانتی گراد قرار بگیرند مقاومت اولیه شان کاهش پیدا نمیکند. در دمای 200 درجه سانتی گراد رنگ آنها زرد شده و در دمای بیش از 200 درجه سانتی گراد قهوه ای رنگ می شوند. بهترین معرف یا حلال آنها D.M.F. (دی متیل فرم آمید) می باشد. الیاف آکریلیک با معرف هایی نظیر Shirlastin یا نئوکارمین W به صورت رنگ پریده و کدر درمی آیند]2[ .
الیاف آکریلیک منظم از پلیمری تشکیل شده اند که شامل 85% یا بیشتر مونومرآکریلونیتریل می باشند. بقیه آن را مونومرهایی که عموماً ، اسیدآکریلیک ، متیل متاآکریلات وینیل استات یا یک ترکیب وینیل تشکیل می دهد و این مونومرها جهت بهبود بخسیدن به خواص رنگ پذیری و خواص مکانیکی و ساختمان الیاف اضافه می شوند. این الیاف توسط هرل و گریر مورد بحث قرار گرفته است. به علت اینکه در پلیمر شدن الیاف اکریلیک تجارتی از کاتالیزورهای اکسایشی کاهشی (پروسولفات پتاسیم و بی سولفیت سدیم) استفاده به عمل می آید، برای نشستن مولکول های مواد رنگرزی دارای مکان های اسیدی هستند . این مکان ها در انتهای زنجیرها قرار دارند و مقدار آن ها عموماً 30 تا 35 هزارم وزن شیمیایی (اکی والان9 بر کیلوگرم است و نقش انها قابلیت رنگ پذیری با مواد رنگرزی کاتیونی است . این مکان ها احتمالاً گروه های سولفونیک اسید است که فراوانی آنها به مقدار گوگرد موجود در لیف بستگی دارد . در بسیاری از الیاف اکریلیک تعداد ، این مکان ها چه از طریق مونومرهای به کار رفته و چه از طریق مواد اضافه شده به پلیمر افزایش می یابد]2[ .
همان طور که مطلعیم در مورد کلیه رنگرزی ها در درجه اول حصول رنگرزی یکنواخت حائز اهمیت است در مورد رنگرزی الیاف آکریلیک چنین حالتی مستثنی نیست . جهت حصول رنگرزی یکنواخت بررسی هایی انجام شده که نتایج زیر حاصل گردیده است :
1- اجرای عمل رنگرزی در شرایطی که انتشار ماده رنگرزی در محلول و افزایش دمای حمام رنگرزی در شرایطی کاملا منظم و حساب شده افزایش یابد ، این امر در مورد دستگاه های رنگرزی که کالا ثابت و محلول رنگرزی در گردش باشد صادق است . ماننداجرای عمل رنگرزی درماشین های اتوکلاو خواه طاقه رنگ کنی خواه بوبین رنگ کنی خواه کلاف رنگ کنی . در مورد دستگاه های رنگرزی که در آن محلول رنگرزی ثابت و کالا در حال گردش باشد . مانند ماشین رنگرزی وینچ یا ژیگر الزامی است که علاوه بر کنترل دمای حمام کالای مورد رنگرزی نیز در شرایطی منظم و حساب شده چرخش کند .
بعضی از سازندگان مواد رنگرزی در سطح بین المللی جهت حصول رنگرزی یکنواخت در مورد الیاف آکریلیکی اجرای عمل رنگرزی را در دمای ثابت پیشنهاد می نمایند بنابه مثال BASF ، آلمان روشی به نام دفی ترم Defetherm را پیشنهاد می کند .در این روش رنگرزی در دمای 1±96 درجه سانتیگراد پیشنهاد می گردد ، یعنی درجه ای بالاتر از دمای انتقال شیشه ای الیاف .
بنابراین جهت حصول رنگرزی یکنواخت با حداکثر رمق کشی (90 الی 95 درصد) استفاده از یکنواخت کننده ها پیشنهاد می گرددیکنواخت کننده هارادررنگرزی آکریلیک (Levelling agent) نمی گویند بلکه به آنها کند کننده یا ریتاردر (Retarder) می گویند . از نظر ساختار شیمیایی ریتاردها به دو طبقه تقسیم می شوند که عبارتند از :
الف – ریتاردهای آنیونی
ب – ریتاردهای کاتیونی
در حال حاضر استفاده از ریتاردهای کاتیونی متداول تر است . با توجه به ساختار شیمیایی ریتاردها ، مکانیزم آنها در حمام رنگرزی کاملاً متفاوت می باشد . ریتاردهای کاتیونی مانند مواد رنگرزی بازیک هستند منتهی گروه کرومموفور ندارند و در حمام رنگرزی مشابه آنها عمل می کنند . یعنی جهت نشستن روی گروه های منفی لیف با ماده رنگرزی منفی رقابت می کنند.
:
طبق آمار استخراج شده در سال 2006، %81 انرژی مصرفی در جهان توسط منابع فسیلی تامین می‌گردد [1]. با ادامه‌ی این روند علاوه بر مشکلات حاصل از محدودیت این منابع، شاهد مشکلات زیست محیطی بسیاری نیز خواهیم بود. گرم شدن زمین در اثر افزایش گازهای گلخانه‌ای یکی از مهمترین اثرات استفاده‌ی روز افزون از انرژیهای فسیلی است. افزایش پنج درصدی غلظت دی اکسید کربن که مهمترین گاز گلخانه‌ای محسوب می‌شود، در جو زمین در فاصله‌ی سالهای 1995 تا 2005 [1] نمونه‌ای از خطرات زیست محیطی ناشی از ادامه‌ی روند کنونی مصرف سوختهای فسیلی است که موجب روی آوردن بیشتر بشر به استفاده از انرژیهای پاک و تجدیدپذیر شده است. بطوریکه طبق سیاستهای منتشر شده استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در فاصله‌ی سالهای 2008 و 2035 سه برابر می‌شود [2]. در میان انواع مختلف انرژیهای تجدیدپذیر انرژی خورشیدی به دلیل دسترسی آسان و هزینه کارکرد پایین همواره مورد توجه خاصی بوده است. استفاده از این انرژی در دو مقیاس صنعتی (عمدتاً با هدف تولید برق ) و خانگی ( عمدتاً به منظور تولید حرارت ) در چند دهه‌ی اخیر رشد چشمگیری داشته است. در مناطق با آب و هوای گرم میتوان تا %75 نیاز گرمایش آب را با استفاده از سیستمهای حرارتی خورشیدی تامین کرد. این درصد در مناطق با آب و هوای سرد اروپا تا %20 کاهش می‌یابد [1]. آبگرمکنهای خورشیدی به دلیل قیمت پایین و تکنولوژی ساده‌ترش پرکاربردترین سیستم حرارتی خورشیدی در جهان محسوب می‌شوند. اصلی‌ترین بخش این سیستمها، کلکتور خورشیدی است که انرژی تابشی خورشید توسط آن جذب می‌گردد. کلکتور خورشیدی نوع خاصی از مبدل است که انرژی تشعشع خورشید را به حرارت تبدیل می کند اما از جهات مختلف با مبدلهای حرارتی تفاوت دارد. در مبدلهای گرمایی، گرما معمولا از طریق جابجایی یا هدایت به سیال دیگر منتقل می شود و انتقال گرما از طریق تابش در آنها بسیار ناچیز است درحالیکه در یک کلکتور خورشیدی، انتقال حرارت از طریق تابش دارای نقشی اساسی است. در سیستمهای خانگی عموماً از کلکتورهای صفحه تخت و لوله‌ای خلاء استفاده می‌شود. شناخت و ارزیابی دقیق این کلکتورها می‌تواند تاثیر زیادی در طراحی بهینه‌ی آنها داشته باشد. عمده‌ی تحقیقاتی که در سالهای گذشته روی این کلکتورها صورت گرفته بر پایه‌ی قانون اول ترمودینامیک بوده است. اما این تحلیل هیچگونه اطلاعاتی در مورد افت‌ها و بازگشتناپذیریهای داخلی نمی‌دهد و به تنهایی نمی‌تواند معیار مناسبی جهت ارزیابی کارایی کلکتورهای خورشیدی باشد. این امر لزوم استفاده از تحلیلهای بر پایه‌ی قانون دوم ترمودینامیک را نشان می‌دهد. آنالیز اگزرژی واضح ترین تحلیل بر پایه‌ی قانون دوم ترمودینامیک است. که یکی از مهمترین مزایای آن نسبت به قانون اول در نظر گرفتن شرایط محیط است که تاثیر بسیاری بر عملکرد سیستم و افزایش یا کاهش مصرف انرژی دارد. به همین دلیل در این پایان نامه به صورت تئوری و تجربی به بررسی راندمان انرژی و اگزرژی دو نمونه کلکتور صفحه تخت و لوله‌ای خلاء موجود در سایت انرژی خورشیدی دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب خواهیم پرداخت.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف
انرژی خورشیدی یکی از مهمترین منابع انرژیهای تجدید پذیر و پاک به جهت جایگزینی سوختهای فسیلی است که استفاده از آن در سراسر جهان رو به گسترش است. این انرژی به صورت عمده به دو مصرف تولید برق و تولید حرارت می رسد. عمومی ترین مصرف این انرژی در آبگرمکن های خورشیدی است. در ارزیابی کارایی آبگرمکنهای خورشیدی از آنالیز انرژی ( قانون اول ) به طور گسترده ای استفاده شده، اما
آنالیز قانون اول به تنهایی معیار مناسبی برای ارزیابی کارایی این سیستمها نیست، یکی از مهمترین مزایای آنالیز قانون دوم نسبت به قانون اول در نظر گرفتن شرایط محیط است که تاثیر بسیاری بر عملکرد سیستم و افزایش یا کاهش مصرف انرژی دارد، به همین دلیل لازم است سیستم بر مبنای قانون دوم ( آنالیز اگزرژی ) نیز بررسی شود تا بتوان تحلیل بهتری برای بازدهی سیستم و همچنین یافتن نقایص ترمودینامیکی و فرایندهایی از سیستم که امکان رشد و پیشرفتشان از لحاظ ترمودینامیکی وجود دارد ارایه داد.
در این پایان نامه روابط ترمودینامیکی و انتقال حرارت در کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت و لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی برای تحلیل آنها بر پایه‌ی قوانین اول و دوم ترمودینامیک با استفاده از کمترین فرضیات به منظور بدست آوردن راندمانهای انرژی و اگزرژی آنها و همچنین بررسی تاثیر تغییر پارامترهای طراحی بر عملکرد کلکتورها مورد بررسی قرار می‌گیرند. مطمئناً نتایج حاصله در کلیه سیستمهای حرارتی خورشیدی از قبیل گرمایشی و سرمایشی که از این کلکتورها استفاده می‌کنند قابل استفاده می‌باشند.
1-2) پیشینه‌ی تحقیق
در سیستمهای خورشیدی به دلیل هزینه اولیه نسبتاً زیاد، نیاز به ارزیابی دقیق و ارائه راهکارهایی جهت بهبود عملکرد و کارایی ضروری به نظر می رسد. در سالهای اخیر مطالعاتی در زمینه آنالیز اگزرژی انواع مختلف سیستمهای خورشیدی صورت گرفته که عمده‌ی آنها روی کلکتورهای صفحه تخت میباشد. در این بخش به بررسی و چند نمونه از تحقیقاتی که روی آبگرمکنهای خورشیدی و کلکتورهای خورشیدی که در واقع مهمترین بخش آبگرمکن است انجام شده‌اند خواهیم پرداخت.
در سال 1986 جی. آر. هال [3] به وسیله‌ی مدلسازی یک کلکتور خورشیدی لوله‌ای خلاء با لوله‌ی حرارتی به بررسی مراحل انتقال حرارت از سطح جاذب کلکتور به آب پرداخته و با استفاده از پارامترهای بدست آمده، راندمان حرارتی کلکتور را مورد بررسی قرار داده است. نویسنده در این تحقیق به بررسی فرایندهای انتقال حرارت در کلکتور نپرداخته اما مدل کارامدی برای استفاده از روابط کلی انتقال حرارت مفید در کلکتورهای با تعداد مختلف لوله‌های خلاء ارائه کرده است.
در سال 1988 آکیو سوزوکی [4] در مقاله‌ای به بررسی روابط اساسی در تحلیل اگزرژی کلکتورهای خورشیدی پرداخته و پس از آن دو مدل کلکتور صفحه تخت و لوله‌ای خلاء را با فرض ثابت بودن ضریب افت حرارت کلی از دیدگاه اگزرژی مقایسه کرده است. که به دلیل افت راندمان اپتیکی در نتیجه‌ی وجود فاصله بین لوله‌های شیشه‌ای در کلکتور لوله‌ای خلاء، نتایج مقایسه‌ی صورت گرفته بسیار به هم نزدیک بوده‌اند.
در سال 1989 سی. آی. ازکوی [5] در یک سیستم حرارتی خورشیدی از لوله‌های حرارتی برای جذب و انتقال انرژی تابشی خورشید به آب استفاده کرده است. البته این سیستم با کلکتورهای لوله‌ای خلاء تفاوت دارد. و بیشتر شبیه کلکتور صفحه تختی است که از لوله حرارتی به جای صفحه جاذب و لوله‌های داخل آن استفاده شده باشد. نتایج حاصل از بررسی مدل طراحی شده نشان‌دهنده‌ی پایینتر بودن ضریب دفع حرارت[2] در این کلکتور به نسبت کلکتورهای صفحه تخت معمولی است.
در سال 2000 سی. یاپ و همکارانش [6] به بررسی روابط انتقال حرارت در کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی پرداختند. نویسندگان در این مقاله با بررسی مقاومتهای حرارتی در مسیر انتقال حرارت از سطح جاذب به آب، روابطی برای محاسبه‌ی ضریب اتلاف حرارت و حرارت مفید منتقل شده به آب ارائه کردند. هرچند که در این تحقیق از مدل مقاومت الکتریکی مناسبی جهت تحلیل رفتار کلکتور ارائه شده، اما برخی از روابط انتقال حرارتی استفاده شده مختص جریانهای داخلی مغشوش[3] هستند و استفاده‌ی آنها برای جریانهای آرام مناسب نیست.
در سال 2003 لاندانو و ریورا [7] مدلی برای مطالعه رفتار کلکتورهای حجمی خورشیدی[4] تهیه کرده اند که تاثیر پارامترهای طراحی را روی عملکرد کلکتور بررسی می‌کند. این مدل بر پایه استفاده از اعداد بی بعد است که مفهوم فیزیکی مشخصی در سیستم دارند و از این مدل جهت تحلیل ترمودینامیکی کلکتورهای حجمی برای افزایش اگزرژی خروجی در آنها استفاده شده است. کلکتور حجمی کلکتوری است که از رابط نیمه شفاف برای جمع کردن تشعشع خورشید روی ماده جامد یا نیمه شفاف ناقل حرارت استفاده می کند. نمونه‌ی این نوع کلکتورها حوضچه های خورشیدی[5] می باشند. در این مقاله ابتدا با استفاده از معادلات بی بعد شدهی انتقال حرارت توزیع دما در کلکتور مورد بررسی قرار گرفته و در مرحله بعد اگزرژی خروجی از کلکتور به عنوان نشانه‌ای از ارتباط بین راندمان و دمای پایین کلکتور، که می تواند معیار مناسبی جهت سنجش راندمان و دمای بهینه‌ای که اگزرژی خروجی را حداکثر می کند باشد، به صورت رابطه‌ای بی بعد بدست آورد شده است. در حقیقت این رابطه نشان دهنده‌ی درصدی از انرژی خورشید می باشد که توسط کلکتور جذب شده و می تواند به کار تبدیل شود. در مرحله بعد تغییرات اگزرژی خروجی با راندمان انرژی بر حسب مقادیر مختلف پارامتر بی بعد عرض کلکتور بررسی شده که نتایج آن نشان می دهد برای یک راندمان مشخص عمق بهینه ای وجود دارد که اگزرژی خروجی را بیشینه می کند و با رعایت این نکته می توان به راندمان بالاتر، عمق کمتر و اگزرژی خروجی بیشتر دست یافت. عدد بی بعد دیگری نیز برای خواص مواد بکار رفته در کلکتور تعریف شده که نتایج نشان می دهد بالاتر بودن این عدد موجب افزایش اگزرژی خروجی می گردد. در ادامه نویسندگان به بهینه سازی عملکرد کلکتور بر حسب پارامترهای بی بعد و همچنین متغیر عمق کلکتور پرداخته اند که حاصل آن بدست آمدن رابطه ای برای تغییرات راندمان بهینه کلکتور با عمق آن است. در صورتی که عمق کلکتور صفر فرض شود ، کلکتور حجمی تبدیل به کلکتور صفحه تخت می گردد ، اما گرافهای بدست آمده نشان می دهند که اگزرژی خروجی از کلکتور حجمی بسیار بیشتر از کلکتور صفحه تخت در شرایط مشابه می باشد.
در سال 2005 لومینوسا و فارا [8] تحقیقی با هدف نشان دادن وابستگی اگزرژی به نرخ جریان سیال و سطح کلکتور صفحه تخت و تاثیر این دو پارامتر در عملکرد کلکتور انجام دادند. روش بکار رفته شده در این تحقیق دامنه وسیعی از مقادیر ممکن برای دبی سیال ورودی ارائه می‌دهد اما در مورد اینکه مدل انتخاب شده بهترین حالت باشد با اطمینان اظهار نظر نمی کند. مدلهای تحلیلی برای راندمان انرژی و اگزرژی با در نظر گرفتن فرضیات مسئله مورد بررسی قرار گرفته وسپس این مدلها به یک برنامه محاسباتی به نام رِکس که در محیط نرم افزار توربو پاسکال نوشته شده منتقل شده‌اند. در این برنامه راندمان اگزرژی، راندمان انرژی، دمای خروجی سیال از کلکتور، شدت جریان سیال و سطح کلکتور به عنوان پارامترهای قابل تغییر در نظر گرفته شده اند. راندمان اگزرژی به صورت تابعی از دبی و سطح مورد بررسی قرار گرفته و توسط برنامه کامپیوتری یک نقطه ماکزیمم کلی بدست آمده است. آنالیز اگزرژی ارائه شده در این مقاله بر پایه فرض برابری دمای ورودی سیال به کلکتور با دمای محیط و ثابت بودن ضریب افت حرارت کلی می باشد.
در سال 2005 هاوُ بن و وانگ ژیائو [9] با هدف دستیابی به روشهای جدید صرفه جویی در هزینه ها و حفظ و بالا بردن راندمان آبگرمکنهای خورشیدی در مقیاس خانگی و همچنین سنجش میزان اتلاف اگزرژی به تحلیل اگزرژتیک آبگرمکنهای خورشیدی پرداختند. آنالیز صورت گرفته بر مبنای تئوری است که تحلیل فرایندها را به سه مرحله تقسیم می کند. بر اساس این تئوری که توسط پرفسور هاوُ بن ارائه شده است [10] میتوان فرآیندهای تکنولوژیک را به سه زیر مجموعه‌ی نزدیک به هم تقسیم کرد. فرایند تبدل، پروسه ی بهره برداری و پروسه ی بازگشت به حالت ابتدایی. در مقایسه با سایر تئوریهای آنالیز انرژی، تئوری فرایند سه مرحله ای مزایای قابل توجهی نشان داده است. در حقیقت این تئوری سیستم را در یک ساختار مناسبتری جهت آنالیز انرژی در اختیار ما قرار می دهد. روابط تئوری اگزرژی برای آبگرمکنهای ترموسیفون و با فرض توزیع خطی دما در مخزن ذخیره آب ساده شده اند. داده های مورد استفاده در روابط تئوری به صورت تجربی و توسط مرکز تست آبگرمکنهای خانگی خورشیدی چین بدست آمده است. راندمان انرژی و اگزرژی سیستم تست شده به ترتیب در حدود 15 و 77/0 درصد می‌باشند. پایین بودن راندمان اگزرژی می تواند نشان دهنده ی کیفیت خیلی پایین انرژی خروجی از آبگرمکن باشد. در ادامه با استفاده از داده های تجربی تغییرات رندمان اگزرژتیک کلکتور صفحه تخت بر حسب عرض آن و با در نظر گرفتن مقادیر مختلف ضریب اتلاف حرارتی کلکتور که نشان دهنده ی سه نوع کلکتور با پوشش تک لایه ، دو لایه و سه لایه می باشد بررسی شده است. و طی آن مشاهده می شود که راندمان اگزرژی کلکتور با افزایش عرض و ضریب اتلاف حرارتی کاهش می یابد. در نتیجه برای دستیابی به راندمان بالاتر می بایست کلکتور کوچکتر و با اتلاف حرارتی کمتر طراحی طراحی شود. با توجه به نتایج بدست آمده کلکتور با پوشش دو لایه و عرض صفحه بین 5 تا 10 سانتی متر برای آبگرمکنهای خنگی خورشیدی پیشنهاد شده است.
:
از آن‌جا که کلیه فعالیت‌های مربوط به انرژیهای فسیلی توام با آلوده سازی و تخریب محیط زیست است و این دو سبب ایجاد ضایعات جبران ناپذیری در قسمتهای مختلف زندگی بشر می‌شود ، شناخت و به کارگیری انرژیهای نو بسیار ضروری میباشد و تلاش و تحقیق گسترده ای را می طلبد. همچنین با رشد جمعیت که خود مستلزم استفاده بیشتر از انرژی میباشد به زودی به زمانی می رسیم که دیگر منابع انرژی فسیلی پاسخگوی نیاز جامعه نمی‌باشند و بایستی هر چه سریعتر به فکر استفاده از انرژیهای نو باشیم.
مشکل محدودیت منابع انرژی، کم و بیش برای کلیه کشورها، اعم از صنعتی، توسعه یافته و یا در حال توسعه، مشترک میباشد. در کشورهای مختلف به‌طور میانگین بیش از نود درصد از مصارف انرژی در ارتباط با صنعت، حمل و نقل و ساختمآن‌ها است و بین این سه بخش ساختمآن‌ها ی مسکونی و تجاری بیش از 40٪ را به خود اختصاص داده‌اند. قابل توجه است که عمده ترین مصرف انرژی در ساختمآن‌ها در تامین گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع ساختمآن‌ها در فصول سرد و گرم میباشد. پس هر اقدامی که در جهت ارتقاء کیفیت ساختمآن‌ها از دیدگاه تبادل حرارتی صورت پذیرد، به صرفه جویی قابل توجهی در مصرف کل انرژی، ختم خواهد شد. ]4[
به این جهت پژوهشگران همراه با ارائه راهکارهای بهینه سازی مصارف انرژی، در پی منابع انرژی پاک و لایزالی مانند انرژیهای تجدیدپذیر و در رأس آنها انرژی خورشیدی هستند که به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. ]2[
كشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده كه به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی
در بین نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین 1800 تا 2200 كیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده‌است كه البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روز آفتابی گزارش شده‌است كه بسیار قابل توجه است. ]20[
با توجه به پتانسیل بسیار خوب تشعشع خورشیدی در تهران و سایر شهرهای آفتاب خیز، لازم است طرح‌ها و پروژه‌های مختلفی در جهت بهینه سازی در مصرف انرژی و استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمآن‌ها به مرحله اجرا درآید تا فرهنگ صرفه جویی در مصرف و حفاظت از محیط زیست سرلوحه زندگی هر ایرانی باشد.
تاریخچه :
از بدو پیدایش حیات در روی زمین انرژی خورشیدی در پدیده فتوسنتز کاربرد داشته است. در پیدایش ساختمان جهت سکونت، انسان از نور خورشید به‌طور طبیعی برای روشنایی و گرمایش خود استفاده نموده است. اولین و شاید تنها استفاده نظامی از انرژی خورشیدی توسط ارشمیدس در شهر سیراکوز در شرق جزیره سیسیل که در تصرف یونان بود انجام شد. او موفق گردید با منعکس کردن نور خورشید بوسیله چند آینه روی بادبان کشتی ها، آنها را به آتش بکشد و بدین ترتیب کشتی‌های جنگی رومیان را که به جزیره سیسیل حمله کرده بودند از کار بیاندازد. امروزه از این اصل یعنی منعکس نمودن نور خورشید توسط چند آینه به یک نقطه، در تبدیل انرژی خورشیدی به گرمایی و سپس الکتریکی استفاده می‌شود. استفاده‌های صنعتی و پیشرفته انرژی خورشیدی از سالهای 1770 میلادی آغاز گردید. شاید جالب ترین استفاده از آفتاب در کشف گاز اکسیژن صورت گرفته باشد. پریستلی در سال 1774 توانست نور خورشید را روی ظروف حاوی اکسید جیوه متمرکز نموده و گازی تولید کند که بعد ها اکسیژن نامیده شد. در سال 1872 اولین واحد خورشیدی برای نمک زدایی آب دریا در شمال کشور شیلی ساخته شد. این واحد با سطح 5100 متر مربع می توانست حدود 24 متر مکعب آب شیرین در روز تولید نماید. از اواخر سالهای 1800 تا اوایل سالهای 1900 ، تعدادی متمرکز کننده خورشیدی جهت دستیابی به دماهای بالا برای تولید بخار در فرانسه ، آمریکا و مصر ساخته شد که از بخار حاصله برای راه اندازی ماشین های بخار و آبیاری استفاده می‌گردید. ]2[
در سال 1880 اولین کلکتور تخت خورشیدی بوسیله چارلز تلیر ساخته شد. در سال 1888 وستر پیشنهاد استفاده از انرژی خورشیدی در ترموکوپل‌ها را ارائه داد به این ترتیب که با متمرکز کردن انرژی خورشیدی روی ترموکوپل و با استفاده از اساس کار آنها و ایجاد منابع گرم و سرد، انرژی الکتریکی در دو سر سیم نیکل و آهن ایجاد نمود.
در قرن بیستم استفاده از کلکتورها جهت تولید بخار در نیروگاه‌های برقی مورد توجه زیادی قرار گرفت. گرم کردن ساختمآن‌ها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در سالهای 1930 مطرح و در یک دهه به پیشرفت‌های قابل توجهی نایل آمد. اولین خانه خورشیدی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست آمریکا در سال 1938 ساخته شد. پیشرفت در طراحی و ساخت خانه‌های خورشیدی و آب‌گرم‌کن‌ها آن چنان سریع بود که تصور می‌شد تا سال 1970 گرمایش میلیون‌ها خانه در کشورهای مختلف بوسیله انرژی خورشید تأمین خواهد شد اما نه تنها چنین نشد، آمار نشان می‌دهد که گرمایش خورشیدی در سالهای 1970 نسبت به 1955 کمتر هم شده بود. بالا بودن هزینه‌های اولیه چنین سیستم‌هایی، و در عین حال عرضه نفت و گاز ارزان، سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود. اما بحران انرژی در سال 1974 و از طرفی پیشرفت تکنیک ساخت کلکتورهای مختلف خورشیدی، و احتمال کاهش یا اتمام بعضی از منابع زیر زمینی، بار دیگر توجه جهانیان را به انرژی خورشیدی جلب کرده و تلاش های زیادی در اکثر کشورهای جهان، در جهت تکامل و پیشرفت این تکنیک صورت می‌گیرد.
مطالعات انرژی خورشیدی در ایران در حدود سال 1348 شمسی در دانشگاه شیراز و یکی دو سال بعد در دانشگاه صنعتی شریف آغار گردید. این فعالیت‌ها در سالهای قبل از پیروزی انقلاب اسلامی به اوج خود رسید و در آن زمان مرکز انرژی خورشیدی دانشگاه شیراز و مرکز پژوهش‌های خواص و کاربرد مواد و نیرو در تهران فعالیت‌های قابل توجهی داشتند. از جمله طرح‌های مهم قابل توجه در این مراکز، طرح و توسعه و ساخت سلول‌های فتوالکتریک بوده است. یکی از اولین مطالعات انجام شده در زمینه انرژی خورشیدی در سالهای آغازین، بررسی امکان استفاده از گرمایش خورشیدی در ایران میباشد که توسط دکتر مهدی بهادری نژاد در دانشگاه شیراز و برای ساختمانی در حوالی این شهر صورت گرفته و به یازده شهر اصلی دیگر تعمیم داده شده‌است.
منظوراز پیشرانه ها[4] ،یک مخلوط شیمیایی است که شامل سوخت (احیا شونده) و اکسنده میباشد، پیشرا نه ها از جمله (مایع،ژل،هیبرید) به عنوان پیشرانه های دوجزیی[5] یاد می شوند و عموماً پیشرا نه ها را به همین نام می شناسند و از این رو کمتر به نام پیشرا نه های تک جزیی[6] تلقی می شوند.
قابل ذکر است که لغت (PROPELLANT)، ازریشه ای (PROPEL) گرفته شده و به معنای حرکت دادن شی ءمی باشد.
پیشرا نه های موشکی (مایع،ژل،هیبرید) به دلیل طبیعی بودن شان ،ماده های پر انرژی هستندکه این عامل آنها را مخاطره آمیز می سازد. در بین پیشرا نه ها ، پیشرا نهای مایع دسته مهمی از پیشرانه های موشکی است که این امر بد لیل ویژگیهایی ، نظیر :ایمپا لس ویژه بالا ،قابلیت خاموش کردن و روشن کردن های مکرر موتور وامکان تغییر تراست ، امکان سرد کردن محفظه احتراق توسط پیشرا نه و….، می باشد که هنوز موشکهای مایع سوز در پروژه های موشکی و حمل ماهواره ،در بین سیستم های موشکی حرف اول می زند.
شایان ذکر است که محرکۀ راکت پیشرانه های مایع در حدود1 میلیون پوند نیرو تولید می کنند وبه همین خاطر موتورپیشرانه های مایع نسبت به موتور پیشرانه های جامد به مراتب دارای قدرت بیشتری است.ولی موتور سیستم های مایع سوز نسبت به موتور موشکهای سوخت جامد پیچید گی های بیشتری دارد ولذا هزینه تمام شده برای ساخت سیستم مایع سوز معمولاً بیشتر از سیستم های با سوخت جامد است.
پیشرا نهای مایع ،سیالهای عاملی[7]برای موتور های راکت می باشند.زمانی که این پیشرا نهادر محفظه احتراق راکت میسوزند ،تولید نیروی پیشران( تراست[8] )می کنند و بعد ازآن گازهای داغی البته باسرعت بسیار زیاد از دماغۀ انتهایی (نازل) موشک خارج می شود.
قریب به 80 سال گذشته،محققان برای استفاده از پیشرا نه ها الگو ومعیار خاصی را نداشتند،واز این رو ازآنها به طور گسترده در دامنه وسیعی از زمینه های نظامی و فضایی استفاده می کردند.بطور مثال بعد از دهه ها تجربه عملی در سالهای بسیارپیشین ،یک ترکیب پیشرانه دوجین[9] (دو گانه)برای پیشرا نش موتورراکت بوجو دآمد که در آن سالها مورد توجه محققان علوم فضایی بوده است .مانند: (اسید نیتریک [10]واسید نیتریک قرمز دود کننده[11]) که جزء اکسنده ها می باشند بعد ها جای خودشان را به اکسنده های جدید نظیر(تترا اکسید نیتروژن[12]، پر اکسید هیدروژن[13]) دادند وهم چنین ،می توان گفت که بعضی از سوخت ها امروزه از آنها در عرصه کارهای نظامی ودفاعی استفاده نمی شود به مانند:اتر/ گازوییل، تولوئن ،که آنها از این رو جای خودشان را به سوخت های جدید نظیر(RP-1 )،دی متیل هیدرازین نا متقارن[14] دادند.
علی رغم اینکه در همه پیشرا نه ها، یک رابطه و یا هما هنگی خاصی بین کیفیت خوب و کیفیت بد آنها وجود دارد ، این امر باعث می شود که این موادشیمیایی ازهمدیگر متمایز شوند. به این دلیل امروزه دانشمندان برای استفاده از هر پیشرانه محدویت ها و معیارهای را در نظر گرفته و مورد تست های آزمایشگاهی قرار داده اند تا مناسب ترین پیشرانه را کشف کنند تا بیشترین ایمپالس ویژه[15] (ISP) که مهمترین پارامتر در ارزیابی های پیشرانه های برتر است را داشته باشند.
بیشتر ین ارزیابی ها توسط محققان در بین سالهای (1965تا 1933) انجام شده اند به طوری که، درکلیه کشور ها (1800تا2000) نوع پیشرا نه های مختلف تحت بررسی های آزمایشگاهی قرار گرفته اندوبیش از 300نوع ترکیب پیشرا نها دو گانه در محفظه های تراست کوچک تست شده اند.به طوری که درکشور هایی مانند: شوروی ،که تعداد نامعلومی از آنها بین سالهای(1945تا1970) بدست آمدند ودرآمریکا تقریباً 1300نوع پیشرانه بین سال های (1936 تا1970) شنا خته شده بودند.
برای سا بقۀ پیشرانه های خود مشتعل این طور می توان گفت،که درسال 1936کلمۀ Hypergolic برای سوخت خود مشتعل،توسط یک محقق آلمانی Dr.Noeggerath ارائه شد واینکه تاکنون تعدادی زیادی پیشرانه های خود مشتعل در کشور های مختلف از سالهای ( 1933تا1970 ) مورد بررسی و استفاده قرار گرفته اند.
در این سمینار سعی شده است که انواع پیشرا نه ها و دسته بندی آنها شرح داده شود واینکه انواع اکسنده هاو سوخت های مایع را معرفی
کرده و هم چنین خاصیت های شیمیایی و فیزیکی آنها ونکته آخر پارامتر های اسا سی و کلیدی در تحلیل مناسبترین پیشرا نها وروند توسعه این گونه موادشیمیایی را مورد تحلیل و بررسی قرار دهیم.
فصل اول : پیشرا نه های مایع
1-1- تاریخچه پیشرا نه های مایع
سابقه ی پیشرانه های مایع وتکنولوژی راکت این نوع پیشرانه ها ، به سومین دهۀ قرن 20 برمی گردد به طوری که در سال 1898 یک معلم روسی به نام) Tsiolkovsky.Konstantin.E) ایده اکتشاف فضایی بوسیله موشک راپیشنهاد داد.او درسال 1926 موفق به ساخت و به پرواز درآوردن اولین موشک پیشرانه مایع گردید که این موشک که از اکسیژن مایع[16] وبنزین بعنوان پیشرانه استفاده میکرد واز این رو ،او اولین کسی بود که معادله بنیادی پرواز موشک وهم چنین پوروپزال[17] آن رانوشت. بعد از آن (Hermannoberth ) آلمانی با یک نظریه ریاضی آن معادله را بسط داد و همگام با این عمل،
(Robert H.Goddard ) اولین موتور پیشران مایع در سال 1926 به پرواز درامد.
تحقیقات برای ساخت موشکهای با پیشرا نه ها مایع ادامه یافت تا اینکه منجر به ساخت اولین موشک نظامی (V-2) درآلمان گردید . این موشک از پیشرانه ای متشکل از اکسیژن مایع و اتیل الکل[18] استفاده می کرد.این موشک در سال 1942 عملاً توسط آلما نها وارد جنگ شد.لذا اولین پیشرانه مایعی که بطورجدی در راکت های مایع سوز استفاده شد اتیل الکل به همراه اکسیژن مایع بود. ضربه ویژه این پیشرانه با الکل 75درصد در موشک(V-2) برابر 198 ثانیه بود اما در موشک( B2A) که از الکل 95 درصد استفاده شد،ایمپالس ویژه 241ثانیه بدست آمد.نکته قابل ذکر در مورد خانواده الکل ها این است که با تمام تغییرات در میزان غلظت الکل ها ،ضربه ویژه حاصله بسیار پایین بود ،لذا این سوخت کنار گذاشته بود.
حال در این قسمت گریزی به تاریخچۀ پیشرا نه های مایع کشور های مختلف می زنیم وسابقه آنها را مورد بررسی قرار می دهیم:
تاریخچه پیشرا نه مایع در آمریکا: در سال 1923 ، شخصی به نام Robert.H.Goddard اولین موتور پیشرا نه مایع با استفاده از اتر واکسیژن مایع ساخت اما بعد از مدتی جای این پیشرا نه را گازوییل/ اکسیژن مایع گرفت . Goddard اولین کسی بود که راکتی با پیشرانه مایع به فضا پر تا پ کرد.
در سال 1930 آزمایشگاه هوانوردی و درجه داری موسسه تکنولوژی آمریکاییGALCIT)) [19] ازاسید نیتریک به عنوان (اکسنده) وسوخت هیدرو کربنی یا الکل (سوخت) و به دنبال آن از آنیلین[20] به عنوان سوخت هم استفاده می کردند. و همچنین در (GALCIT)،پژوهشگران ترکیب (آنیلین ، اسید نیتریک) را در سال 1940 بصورت پیشرانه خود مشتعل یافتند.البته قابل ذکر است که دانشمندان فضایی و نظامی آمریکا در ناسا اولین پیشرانه خود مشتعل ،خود رادر سال1940 یافتند. تاریخچه پیشرا نه مایع در آلمان:یکی از پیشگامان قدیمی در عرصه پیشرا نه های مایع در آلمان ،(Hermann Oberth )است که او کارهای تحقیقاتی خویش را از سال 1930 آغاز کرد.
(Otto Lutz ) یکی دیگر از پیشگامان فضایی است که در سالهای (1945 تا 1935) یعنی در طی سال های جنگ جهانی دوم وحتی قبل از آن، ترکیبات مختلفی از پیشرانه های خود مشتعل که به بیش از 1100 نوع میرسد، از قبیل آلدهید،سیکلو پنتادین[21]،الکل فور فورال[22] ،و…، رامورد تحقیق و بررسی قرار دادند.بطوری که اولین پیشرانه خود مشتعل خود را درسال (1936) کشف کرده اند. همچنین این دانشمند تحقیقاتی در مورد منو پیشرانه ها انجام داده است وبعد از مدت اندکی به سمت پیشرانه های دوجزیی متمایل شد. وترکیب بسیاری از سوخت ها با پر اکسید هیدروژن (80 درصد)واسید نیتریک،را مورد بررسی قرار داد.
در آلمان شرکت ، هایی از جمله: شرکت (Helmuth water) وجود دارد که قدم نویی را در رابطه با پیشرا نه ها برداشته است و از این رو پیشرانه جدیدی به نام (C-Stoff )که مخلوطی از ترکیب:{ هیدرازین هید رات[23](30 در صد) ومتیل الکل[24](57 درصد) وآب (13 درصد)} به عنوان سوخت وهم چنین اکسنده این ترکیب به نام ((T-Stoff که شامل ( پر اکسید هیدروژن غلیظ شده ) می باشد را ساخته است.در سال های پیشین، در آلمان از تترا اکسید نیتروژن وگازوییل(نفت گاز)، برای موتور های با پیشرا نه مایع استفاده می کردند.
آقای Warmke اولین کسی بود که در جهان، در کشور آلمان در شهر Penem nda سعی کرد،که یک مخلوطی از تولید کند ولی زمانی که این ترکیب پیشرانه منفجر شد به مرگ او منجر شد.ولی بعداز این واقعه تلخ، در حدود 50 نوع از تک پیشرانه ها را دانشمندان آلمانی در یک محفظه تراست کوچک (TC)آتش زا مورد تحقیق و پژوهش قرار گرفته اندکه ما در این قسمت تعداد محدودی از آنها را نام می بریم .از قبیل:نیترو متان،اکسید اتیلن،مخلوطی از نیترو گلیسرین الکل هاو…. می باشد. قابل توجه است که در آلمان همۀ پیشرانه ها فوق الذکردراین سال های اخیر کنار گذاشته شده اند.چون این پیشرانه های تک جزیی فوق تولید انفجار شدیدی {چه با وجودعامل خارجی از جمله (ضربه ،گرما،اصطحکاک)و چه با نا خالصی درآنها} می کردند.
تاریخچه پیشرا نه مایع درژاپن: از سال 1935 اولین پیشرانه مایع در این کشور مورد بررسی قرار گرفته است که این پیشرا نه شامل (اکسیژن مایع/ الکل) بوده است. ولی به دلیل خاصی ،استفاده از این پیشرانه در سال 1939 متوقف شد.
در سال 1944 ،صنایع سنگین میستویشی[25] اولین موتور پیشرا نه مایع به نام (Tokuro-1)را ساخت و برای پیشرا نه آن، از پیشرانه تک جزیی به نام پراکسید هیدروژن با محلول کا تالیست (پر منگنات سدیم -آب)، استفاده کرد.
این شر کت بزرگ ژاپنی در سال 1960،از یک پیشرانه قابل نگه داری در موشک های هواشناسی[26] استفاده می کردند.هم چنین در این شر کت کروسین[27](سوخت)/اسید نیتریک یااکسیژن مایع به عنوان یک ترکیب پیشرانه مورد بررسی قرار داده اند.
در ژاپن از کروسین (سوخت)/ اکسیژن مایع در شاتل فضایی (Space Vehicle Launch) استفاده می شده است.
تاریخچه پیشرا نه مایع در بریتانیا:برنا مه این کشور درباره پیشرا نه های مایع در بین سال های (1947تا1971) می باشد. به طوری که انگیزه والگوی این کشورازبرنامه هاو تست های انجام شده درشرکت آلمانی به نام شرکت (Helmuth walter ) روی موتور(V-2) با استفاده از پیشرانه پراکسید هیدروژن، در پایان جنگ جهانی دوم گرفته شده است. .بریتانیا درسال های قبل از 1945 یعنی در طی جنگ جهانی دوم، روی پیشرانه {گازوییل(نفت گاز)/اکسیژن مایع رقیق شده باآب }،وبا یک فندک یا (شعله مستقیم) در موتور(Lizzy ) بررسی هایی انجام داده است.
در سال 1946، محققان بریتانیایی روی پیشرا نه پراکسید هیدروژن با غلظت بالای(90 درصد) و به دنبال آن الکل/اکسیژن مایع , هم چنین روی هیدرازین وآب آزمایشاتی وتحقیقاتی را در سیستم پیشرانش موشکی انجام داده ا ند.
در سال 1960 روی پیشرا نها ی(اکسیژن مایع/ هیدروژن مایع)کارهای تحقیقاتی انجام داده اندوالبته این روند روی منوپیشرانه های قابل نگه داری وپیشرانه های دو گانه خود مشتعل از جمله: / مخلوط سوخت های آمین،تترا اکسید نیتروژن/ هیدرازین[28] یا منو متیل هیدرازین[29]، ادامه پیدا کرده است.
تاریخچه پیشرا نه مایع در هند:روند پیشرا نه مایع درهند از سال 1980 شروع شد در آغاز این امر،از پیشرانه های قابل نگه داری منو متیل هیدرازین/ تترا اکسید نیتروژن ا ستفاده کرده است. هم چنین از سال 1989 کار برروی پیشرانه(اکسیژن مایع/ هیدروژن مایع) آغاز شده وتاکنون ادامه دارد.
تاریخچه پیشرا نه مایع درفرا نسه:کشور فرانسه تاریخ برجسته ای در رابطه با پیشرانه های مایع دارند. Robert Esnault .Pelterie اولین شخصی است که بین سالهای (1881-1957) در عرصه پیشرانه های مایع پیشگام می باشد.او برای اولین بار درسال 1931،با پیشرانه تک جزیی از نوع تترا نیترو متان کار کرد ولی بخاطر مخاطرات این نوع پیشرانه، آن را کنار گذاشت و دربین سالهای (1940- 1945) به سمت پیشرانه های دو گانه (اتر/ اکسیژن مایع) رفت.در سالهای پیشین، فرانسه هیدرازین باآب رقیق شده یا هیدرات هیدرازین،رابه جای هیدرازین خالص در بسیاری ازموتورها ی با پیشرانه مایع استفاده می کرده است که امروزه ،موتورهای(Viking) با پیشرانه دیگری به نام دی متیل هید رازین نا متقارن درعرصه پیشرانش موشکی استفاده می شود.
