فهرست مطالب

هیدروفیزیک - سال هفتم شماره 2 (پیاپی 13، پاییز و زمستان 1400)

نشریه هیدروفیزیک
سال هفتم شماره 2 (پیاپی 13، پاییز و زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/09
  • تعداد عناوین: 14
|
  • همایون احمدوند، محمد اکبری نسب*، ایمان اسماعیلی پایین افراکوتی، محمدعلی نجارپور صفحات 1-16

    شناخت جریان های سطحی یکی از موضوعات اساسی در اقیانوس شناسی است. این جریان های بر اثر عوامل مختلفی از قبیل حضور باد غالب، چرخش زمین و تغییر در چگالی آب دریا به وجود می آیند. در این مطالعه به پیش بینی جریان های سطحی تنگه هرمز با استفاده از  مدل GMDH پرداخته شده است. جهت راه اندازی این مدل، داده های سری زمانی سرعت جریان سطحی این حوضه با گام میانگین زمانی 5 روزه بکار برده شده است. برای بررسی محدوده های سطحی موثر بر جریان های تنگه هرمز، حوزه خلیج فارس به 11 محدوده تقسیم شد. سپس با استفاده از تحلیل رگرسیونی و مدل  GMDH و 11 محدوده مشخص شده، سه ناحیه حواشی تنگه هرمز که بر  جریان های سطحی این تنگه  موثرتر هستند انتخاب گردید. در ادامه با استفاده از الگوی تبادل آب جونز و همکاران که در سال 2003  ارایه شده است، ترکیبات مختلفی از سه ناحیه مشخص شده استخراج و به عنوان ورودی مدل GMDH بکار برده شدند. نتایج نشان داد که ترکیب این سه ناحیه و استفاده از الگوی جریان های جونز سبب کاهش شاخص خطای پیش بینی نسبت به حالت قبل از ترکیب آنها می شود. در ادامه به علت حضور گردابه هایی پادساعتگرد در مقیاس حوضچه ای در ماهه های مارس تا جولای، کارایی مدل با حذف این ماه ها مورد بررسی قرار گرفته شد که دقت مدل با این روش کاهش یافت. در انتها با دسته بندی داده ها مشخص گردید که مدل GMDH دقت مناسبی در پیش بینی سرعت های بالا دارد.

    کلیدواژگان: جریان های سطحی، تنگه هرمز، مدل GMDH، تحلیل رگرسیونی، الگوی جونز
  • هومن قهرمان زاده، سارا الهیاری بیک*، امیرحسین جاوید، امیرحسام حسنی صفحات 17-25

    با توجه به نیاز روز افزون انسان به تصفیه منایع آب و استفاده مجدد از آن، بهبود عملکرد روش های تصفیه آب و افزایش راندمان آن بسیار مورد توجه قرار دارد.استفاده از راکتور اربال برای حذف COD توسط لجن فعال در گذشته در تحقیقات متعدد توصیه شده است. علاوه بر این، پیدا کردن روش ها و ابزار جدید به منظور افزایش راندمان این سیستم بسیار مورد توجه است. در این مقاله به بررسی تاثیر وجود میدان مغناطیسی در راکتور اربال و تاثیر آن بر راندمان حذف COD پرداخته شده است. بدین منظور در گام نخست با راه اندازی یک پایلوت در ابعاد آزمایش گاهی و رساندن آن به شرایط پایدار، راندمان سیستم در حذف COD در شرایط ایده آل بدست آمد.در ادامه دو میدان مغناطیسی با شدت های مختلف (0.8 و 1.5 میلی تسلا) در پایلوت ایجاد گردید. لازم به ذکر است این آزمایش در مدت 100 روز انجام گردید و در یک دوره 80 روزه به منظور مشاهده تفاوت بین وجود و عدم وجود میدان مغناطیسی در راندمان حذف COD نمونه برداری انجام شد. پس از تحلیل نتایج تفاوت معنا داری در خروجی راکتور پس از اعمال میدان مشاهده شد و راندمان راکتور حدود 7% بهبود پیدا کرد.البته لازم به ذکر است تفاوت چندانی در خروجی های بدست آمده از دو میدان مغناطیسی با شدت های مختلف مشاهده نشد.

    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی، لجن فعال، اربال، حذف COD
  • مهدی اسماعیلی* صفحات 27-37
    در این مطالعه، رفتار بازتابی دیوارهای دریایی متخلخل شیبدار به صورت تجربی با استفاده از مدل سازی فیزیکی مورد بررسی قرار گرفت. امواج منظم در طیف گسترده ای از ارتفاع ها و دوره های تناوب موج استفاده شدند. آزمایش ها برای عمق ثابت آب0/27 متر و شیب های مختلف دیوار دریایی (یعنی 90، 75، 60 ، 45= θ) انجام شدند. مشخص شد که پارامترهای تیزی موج، عمق نسبی آب، پارامتر تشابه شکست و شیب دیوار دریایی در پیش بینی ضریب بازتاب موج موثر هستند. ضریب بازتاب برای دیوارهای دریایی شیبدار در محدوده 0/36-0/77 و برای دیواره متخلخل قایم در محدوده ی 0/59-0/83 قرار دارد، در حالی که برای دیوار صاف قایم، تقریبا برابر یک است. کاهش بازتاب موج برای دیوارهای دریایی شیبدار در مقایسه با دیوار متخلخل قایم حدود 28 درصد بود. معادلات تجربی جدید برای تخمین ضرایب بازتاب از دیوار های دریایی پیشنهادی با استفاده از تحلیل رگرسیون غیرخطی توسعه داده شدند. این فرمول ها با استفاده از نرم افزار SPSS بر اساس نتایج تجربی صحت سنجی شدند. نتایج این مطالعه در طراحی دیوار اسکله های قایم مستهلک کننده انرژی در بنادر، دیوارهای دریایی شیبدار برای حفاظت از ساحل در برابر فرسایش و موج شکن های کیسونی شیبدار مفید خواهد بود.
    کلیدواژگان: بازتاب موج، دیوار دریایی شیبدار، مدل سازی آزمایشگاهی، امواج منظم
  • زهرا غلامی* صفحات 39-49

    بندر امام خمینی یکی از بنادراستان خوزستان در خلیج فارس است که با داشتن 38 اسکله فعال به طول 7 کیلومتر، بزرگترین بندر فعال ایران بوده و حجم لایروبی سالیانه در این بندر حدود 600 هزار مترمکعب است که حدود 400 هزار متر مکعب از آن مربوط به کانال دورق و حدود 200 هزار مربوط به سایراسکله‎ های بندر می باشد، از آنجایی که نرخ رسوبگذاری و هزینه لایروبی در این بندر چشمگیر می باشد در این پژوهش به بررسی و برآورد نرخ و حجم رسوبگذاری بر اساس اطلاعات میدانی و مدلسازی اخذ شده از سازمان بنادر و دریانوردی و مقایسه این مقادیر با نتایج به دست آمده از الگوریتم های فراابتکاری تحت نرم افزار متلب در شرایط دوبعدی جریان و همچنین حضور کلیه پارامترهای موثر بر انتقال رسوب کرانه راستا در بندر امام خمینی (ره) پرداخته شد. پس از تلفیق سه معادله سرک و کامفز و بایرام (CKB) و محاسبه ضرایب و توان های بهینه توسط الگوریتم های کلونی مورچگان، ژنتیک و تکامل دیفرانسیلی و ارزیابی و صحت سنجی با مقادیر به دست آمده از داده های میدانی موجود، خطای ضرایب و توان های محاسبه شده با استفاده از روش میانگین مربعات و بایاس محاسبه گردید، فلذا مشاهده شد که ضرایب و توان های به دست آمده از الگوریتم ژنتیک که در معادله CKB جایگذاری شدند بیشترین همپوشانی را با نرخ انتقال رسوب کرانه راستا حاصل از داده های میدانی دارد.

    کلیدواژگان: بندر امام خمینی (ره)، نرخ انتقال رسوب کرانه راستا (LSTR)، الگوریتم های فراابتکاری، معادله CKB، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم کلونی مرچگان و الگوریتم تکامل دیفرانسیلی
  • ایمان مهرابی دستنایی*، سمیه نهاوندیان صفحات 51-66
    کانال صوتی سطحی به عنوان بخشی از لایه مرزی اقیانوسی، به صورت مستقیم از فرآیندهای جوی تاثیر می پذیرید. شار گرمایی محسوس به عنوان یکی از شارهای گرمایی در کنار شارهای اندازه حرکت نقش عمده ای در تغییر رفتار کانال صوتی سطحی دارد. تاکنون تاثیر این جمله از شار گرمایی بر رفتار لایه آمیخته اقیانوسی به طور مجزا بررسی نشده است و در این پژوهش برای اولین بار، تاثیر شار گرمایی محسوس در حضور شکست موج و گردش لانگمویر ناشی از مونسون تابستانه شمال اقیانوس هند با استفاده از روش شبیه سازی پیچک های بزرگ مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابر آزمایش های انجام شده، حضور این شار، تاثیر معناداری بر رفتار نیم رخ های جریان میانگین آب، جملات بودجه ی انرژی جنبشی تلاطمی (به ویژه تولید برشی، انتقال تلاطمی و انتقال فشاری) و سری زمانی انرژی جنبشی تلاطمی ندارد. ضمنا انتظارات در مورد ایجاد روندی معکوس شونده در اندازه ی شار شناوری و نیم رخ دمای میانگین ناشی از مثبت شدن یا منفی شدن شار شناوری در زمان های مرتبط برآورده شده است. هم چنین مشاهده شد که حضور گردش لانگمویر و شکست موج باعث کاهش تغییر پذیری دمای سطح آب از شار گرمایی محسوس به میزان حدودا 50 درصد شده است که این امر به دلیل تاثیرپذیری آب های عمیق تر از شار گرمایی محسوس در حضور واداشت موج بوده است.
    کلیدواژگان: کانال صوتی سطحی، لایه آمیخته، شار گرمایی محسوس، شبیه سازی پیچک های بزرگ، دریای عربی
  • منیژه وثوقی، داریوش منصوری*، عباسعلی علی اکبری بیدختی صفحات 67-78
    در برخی تحقیقات پیشین مربوط به مدل سازی های هیدرودینامیکی دریا ها و اقیانوس ها، از داده های ارا-اینتریم (ERA-Interim) استفاده شده است که با توجه به داده های بازتحلیل جدیدتر، ارا5 (ERA5)، میزان اختلاف دو داده ی بازتحلیل اخیر (ارا-اینتریم و ارا5) و نیز میزان تاثیر آن ها جهت تعیین پارامتر های فیزیکی دریا (خروجی مدل) از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق، تغییرات دمای توده آب سطحی دریای خزر با استفاده از یک مدل عددی هیدرودینامیک سه بعدی توسعه داده شده و بر اساس جدیدترین داده های بازتحلیل مرکز اروپایی پیش بینی های میان مدت جوی بررسی گردید. در این مدل از داده های باد و شارش های جوی با وضوح مکانی °0/25 و با گام زمانی 6 ساعته از بانک داده های روزانه ECMWF با داده های بازتحلیل ارا5 و ارا-اینتریم استفاده شده است. مدل برای مدت 10 سال (2009-2018)، برای هر یک از داده های بازتحلیل (ارا-اینتریم و ارا5)، بطور مجزا پیاده سازی و اجرا شد. با مقایسه دما های سطحی دریای خزر مستخرج از خروجی های مدل و تصاویر ماهواره ای، داده های بازتحلیل ارا5 تطابق بیشتری نسبت به ارا-اینتریم دارند یافته ها نشان می دهند اختلاف تغییرات زمانی و مکانی دمای سطحی دریای خزر در دو حالت ارا5 و ارا-اینتریم در حوضه شمالی ناچیز و در حوضه میانی نسبتا محسوس و در حوضه جنوبی معنی دار است به طوری که داده های ارا5 باعث بهبود نتایج میانگین دمای سالانه خروجی مدل به میزان حدود 7% در حوضه جنوبی دریای خزر شده است.
    کلیدواژگان: دمای سطحی دریا، ارا-اینتریم، ارا5، مدل POM، دریای خزر
  • حسین رامک، مریم سیوف جهرمی*، پرستو اکبری صفحات 79-93
    در این پژوهش با هدف شناسایی و ردیابی آب خلیج فارس در دریای عمان از ماهواره استفاده شده است. ردیابی آب زیر سطحی خروجی خلیج فارس از گذرگاه تنگه ی هرمز به کمک شناسایی ویژگی های دمایی آب سطحی عمان در ناحیه ای که وجود آب زیرسطحی خلیج فارس در مطالعات گذشته مورد تایید قرار گرفته است، می تواند به ردیابی آب زیرسطحی منجر شود. در این مطالعه از داده های دمای سطح دریا از مجموعه داده اوستیا برای حوضه مورد مطالعه که خلیج فارس و قسمتی از دریای عمان (47 الی 45/59 درجه شرقی و 6/22 الی 32 درجه شمالی) می باشد، تهیه شد. سپس با توجه به مطالعات ناشی از داده های اندازه گیری 73 ساله موجود در منطقه و شناسایی گستره دمایی آب سطحی دریای عمان (00/23- 20/22 درجه سانتی گراد) و آب زیر سطحی خلیج فارس (20/22- 00/16 درجه سانتی گراد) که بر روی همدیگر قرار گرفته اند، داده های ماهواره ای فیلتر شدند. جهت فیلتر کردن داده ها و ترسیم شکل ها از کدنویسی در محیط متلب استفاده شد. نتایج نشان می دهد که آب خلیج فارس می تواند تا قسمت های میانی دریای عمان منتقل شود آب سطحی (دمای 5/28 الی 30 درجه سانتی گراد) در فصل سرد در محدوده ی 5/58 الی 5/59 درجه شرقی و در فصل گرم، به سمت طول های جغرافیایی تا بیش از 5/59 درجه شرقی پیشروی می نماید. در نتیجه میزان نفوذ آب خلیج فارس در دریای عمان در فصل گرم نیم درجه طول جغرافیایی بیش از فصل سرد است.
    کلیدواژگان: ماهواره، ردیابی، توده ی آب، خلیج فارس، دریای عمان، دمای سطح دریا
  • وحدت ناظریان*، حسین اسدالهی صفحات 95-108
    یکی از کاربردهای سلول های خورشیدی تامین برق مورد نیاز در بویه های شناور است. بویه های شناور، گویچه هایی هستند که در سطح آب دریاها و اقیانوس ها قرار می گیرند و اطلاعات مختلفی را به شناورها می دهند. این گویچه ها شرایط زیست محیطی متفاوتی را تجربه می کنند، به همین دلیل مدل سازی و شبیه سازی سلول های فتوولتاییک موجب می شود تا بتوانیم سلولی با بازدهی و عملکرد بهتری را در آن ها تعبیه کنیم. در این مقاله به بررسی پارامترهای مدل تک دیودی می پردازیم به طوری که نمودارهای I-V ، P-V و مشخصه های سلول فتوولتاییک کادمیوم تلوراید (CdTe) را که با سه لایه (CdTe ،CdS ، SnOx) طراحی شده است از طریق نرم افزار SCAPS استخراج می کنیم و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچگان (ACO) پارامترهای مدل تک دیودی آن را بدست می آوریم. تابع هدف در این مقاله، RMSE (جذر میانگین مربعات خطاها) است که بهترین مقدار به دست آمده آن پس از 30 اجرا 5-10×5.2217 در 2.46 ثانیه به ازای هر دور تکرار می باشد که نشان دهنده تطابق بسیار بالای مدل شبیه سازی شده با واقعیت است و برتری قابل توجهی را نسبت به بسیاری از الگوریتم هایی که تاکنون انجام شده نشان می دهد. بهینه سازی فوق با 200 دور تکرار، 30 جمعیت و 84 نقطه بر بستر یک سرور با 32 گیگ رم و 30 هسته پردازشی انجام شده است.
    کلیدواژگان: الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچگان (ACO)، مدل تک دیودی، جذر میانگین مربعات خطاها (RMSE)، سلول خورشیدی فتوولتائیک، بویه های شناور، نرم افزار SCAPS
  • محمد زارع احتشامی*، حسین شاه میرزایی صفحات 109-117

    در مقاله پیش رو یک سنسور هیدروفون در ابعاد میکرومتر با حساسیت بالا معرفی، طراحی و مدل سازی شده است. ساختار پیشنهادی با استفاده تکنولوژی مرسوم MEMS به طور کامل قابل پیاده سازی است. ساختار مکانیکی این سنسور از دو بازو در ابعاد میکرومتر بهره می گیرد که یک صفحه را معلق نگه می دارند. در طول هر یک از بازو ها با ایجاد ناخالصی بر روی سیلیکون ترانزیستور ماسفت جا سازی شده است که بر روی گیت آنها لایه بسیار نازک از ماده پیزوالکتریک PZT-5A قرار داده شده است. استرس ناشی از موج آکوستیکی برخوردی باعث ایجاد بارهای سطحی بر روی لبه لایه پیزوالکتریک شده و به گیت ترانزیستورمنتقل می شود. این بارها به صورت مستقیم باعث تغییر مقاومت کانال ترانزینسور شده و در نهایت تغییرات جریان الکتریک توسط مبدل الکترونیکی به تغییرات ولتاژ الکتریکی تبدیل می شود. طبق نتایج شبیه سازی به دست آمده حساسیت مبدل پیشنهادی dB 160- می باشد (در فرکانس های بسیار پایین تر از رزونانس).

    کلیدواژگان: سونار، هیدروفون، سنسور، سیستم های میکروالکترومکانیکی
  • محمدرضا ظفرخواه، عبدالرضا اسرار*، محمدرضا کازرانی وحدانی صفحات 119-131

    قیچی جراحی التراسونیک در بسیاری از عمل های جراحی و اورژانسی به کار برده می شود. این وسیله دارای مزیت های فراوانی نسبت به روش های مشابه و سنتی خود می باشد. برخی از این مزایا عبارتند از: کاهش خون ریزی از رگ و موی رگ های موجود در بافت به کمک انعقاد هم زمان در حین برش بافت، ایجاد دود کمتر ناشی از سوختن بافت نرم و افزایش سرعت عمل پزشک جراح در حین انجام عمل جراحی. هدف از این پژوهش، طراحی و ساخت یک دستگاه قیچی جراحی التراسونیک است که تیغه آن قابل تعویض باشد. اهمیت قابلیت تعویض تیغه در آن است که بتوان از این بخش که با بافت بدن در تماس است به صورت یک بار مصرف استفاده کرد. در این مقاله با استفاده از شبیه سازی و تحلیل المان محدود بخش های مختلف این سیستم شامل مبدل التراسونیک، بوستر و هورن طراحی و سپس با تلفیق این سه بخش به یکدیگر، قیچی جراحی التراسونیک ساخته می شود. به علاوه گرمای تولید شده توسط تیغه  فعال قیچی جراحی التراسونیک بر روی بافت ماهیچه را شبیه سازی و در انتها حساسیت این دستگاه بررسی شده است. قیچی جراحی التراسونیک طراحی شده در این پژوهش در فرکانس تشدید57/1 کیلوهرتز دارای بیشینه دامنه جابجایی 120 میکرومتر می باشد. محدودیت هایی نظیر جنس قطعات، ارگونومی و ابعاد قیچی جراحی التراسونیک، فرکانس کاری قیچی را به یک بازه  کوچک محدود می کند و بدیهی است که فرکانس بالاتر، در صورت امکان اجرا، شرایط کاری مناسب تری را ایجاد می کند.

    کلیدواژگان: قیچی جراحی التراسونیک، مبدل التراسونیک، التراسونیک
  • مریم هدایتی، سعید علیائی* صفحات 133-143
    در این مقاله به طراحی یک سلول خورشیدی دوپیوندی با استفاده از پروسکایت CIGS به منظور استفاده از آن به عنوان یک منبع انرژی پاک در تجهیزات دریایی پرداخته می شود. در طراحی این ساختار، ابتدا سلول خورشیدی بالایی با لایه جاذب پروسکایت با شکاف باند eV9/1 و سلول خورشیدی زیرین با لایه جاذب CIGS با شکاف باندeV4/1 شببه سازی شده اند. با توجه به اینکه شکاف باند پروسکایت و CIGS هر دو قابل تنظیم هستند، این دو ماده به عنوان لایه جاذب در سلول خورشیدی دوپیوندی می توانند عملکرد مناسبی داشته باشند. برای اتصال دو سلول بالا و پایین از معماری چهارترمیناله استفاده شده است. در این ساختار از پیوند همگون پروسکایت نوع n و نوع p استفاده شده که وظیفه انتقال و جداسازی حامل ها به عهده میدان الکتریکی داخلی است و به دلیل کوچکتر بودن ناحیه تخلیه، نسبت به ساختار p-i-n و n-i-p، بازترکیب حامل ها افزایش یافته و تلفات نوری کاهش می یابد که منجر به افزایش بازدهی می شود. بازدهی سلول خورشیدی دوپیوندی طراحی شده 71/30 درصد به دست آمده است. با توجه به بازدهی این سلول خورشیدی و پایداری مناسب آن در شرایط محیطی مختلف، از این ساختار می توان به عنوان یک منبع انرژی پاک برای تجهیزات دریایی و ناوبری استفاده نمود.
    کلیدواژگان: اتصال چهار ترمیناله، بازدهی، پیوند همگون، تجهیزات دریایی، سلول خورشیدی چندپیوندی
  • بنت الهدی امانت*، مهدی خلیل آزاد صفحات 145-152
    در این مقاله ویژگی های پیزوکامپوزیت های 3-1 بر پایه تک کریستال های رلاکسور PMN-PT ، با درصدهای مختلف PT مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور پارامترهای ضریب جفت شدگی الکترومکانیکی، سرعت طولی و امپدانس مشخصه آکوستیکی به کمک مدل پارامترهای موثر محاسبه و مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد تغییر درصد PT، تاثیر قابل توجهی بر کمیت های یاد شده دارد. به عنوان مثال با تغییر درصد PT می توان ضریب جفت شدگی الکترومکانیکی را به بیش از 90 درصد افزایش داد. علاوه بر این با استفاده از مقدار مناسب کسر حجمی تک بلورها می توان سرعت طولی و امپدانس مشخصه آکوستیکی را به میزان زیادی کاهش داد، به گونه ای که نشان داده شد با استفاده از تک کریستال PMN-0.33PT در کسر حجمی 0.4 می توان به سرعت طولی m/s 3300 و امپدانس مشخصه آکوستیکی MRayl 1.3 دست پیدا کرد، در حالی که ضریب جفت شدگی نزدیک به 90 درصد می رسد. با توجه به نتایج بدست آمده دیده شد که تغییرات پارامترهای عملکردی پیزوکامپوزیت 3-1 بر پایه تک کریستال های PMN-PT نسبت به درصد PT به صورت خطی نبوده است و لزوما با کاهش و یا افزایش درصد PT مقادیر ضریب جفت شدگی الکترومکانیکی، سرعت طولی و امپدانس مشخصه آکوستیکی کاهش یا افزایش پیدا نمی کند و باید با بررسی درصدهای مختلف PT نقطه بهینه را با توجه به کاربرد مورد نظر به شکل مناسب پیدا کرد.
    کلیدواژگان: پیزوکامپوزیت، ضریب جفت شدگی الکترومکانیکی، پیزوالکتریک، PMN-PT
  • حسین نیک منش*، محمدرضا بنافیان، اسماعیل پورجعفر صفحات 153-169

    علم و دانش همراه با فناوری های نوین همواره نقش کلیدی در تامین نیازهای دفاعی و امنیت ملی ایفا کرده است. فناوری های کوانتومی از جمله فناوری های نوظهوری هستند که از قوانین طبیعت برای ارایه قابلیت های بی سابقه در سنجش، تصویربرداری، ارتباطات و محاسبات استفاده می کنند و به دلیل کاربرد دوگانه، پتانسیل تغییر شکل جهان و برانگیختن یک مسابقه تسلیحاتی جدید را دارند. فن آوری های کوانتومی برای کاربردهای نظامی، قابلیت های جدیدی را معرفی می کنند، کارایی را بهبود می بخشند و دقت را افزایش می دهند، در نتیجه منجر به «جنگ کوانتومی» می شود که در آن استراتژی ها، دکترین ها، سیاست ها و اخلاقیات جدید نظامی باید ایجاد شود. این گزارش یک نمای کلی از فن آوری های کوانتومی در دست توسعه ارایه می کند، همچنین مقیاس زمانی مورد انتظار تحویل یا تاثیر استفاده را تخمین می زند. بر این اساس، سرمایه گذاری های عمومی و خصوصی قابل ملاحظه ای در سراسر جهان برای توسعه این فناوری ها و خروج از آزمایشگاه ها و ورود به مرحله عملیاتی صورت گرقته است. با توجه به توسعه فناوری، تهدیدات ایجاد شده نیز به طور فزاینده ای متنوع هستند و فناوری های کوانتومی احتمالا زندگی ما را در 20 سال آینده متحول خواهند کرد. ما در این مقاله یک مقدمه کلی پیرامون فناوری کوانتومی در حال پیشرفت ارایه می دهیم و کاربردهای نظامی فناوری کوانتومی برای حوزه های مختلف دفاعی را مورد بررسی قرار داده و در نهایت گزارشی از وضعیت کنونی دستیابی به این فناوری در جهان ارایه خواهیم داد.

    کلیدواژگان: فناوری کوانتومی، کاربردهای نظامی، سطوح آمادگی فناوری (TRL) محاسبات کوانتومی، جنگ الکترونیک، سنجش کوانتومی، ارتباطات سایبری
  • رحیم میرکی باصری، محمدحسین کریمی*، ایرج رجبی صفحات 171-182

    تخمین رفتار دینامیکی شناورهای تندرو با بدنه پروازی، همواره یکی از دغدغه های طراحان شناورهای تندرو محسوب میشود. بررسی اثرات مربوط به تغییرات بارگذاری و موقعیت مرکز ثقل، با توجه به ابعاد نسبتا کوچک و مدهای حرکتی این نوع شناورها ، در مراحل طراحی، دارای اهمیت بالایی میباشد و عدم توجه کافی به این موضوع، ممکن است رفتار نهایی شناور را تحت تاثیر قرار دهد. در این پژوهش جهت بررسی اثرات مربوط به تغییرات بارگذاری و موقعیت طولی مرکز ثقل بر رفتار دینامیکی یک شناور تندروی تک بدنه پروازی، مدل شناور با مقیاس 1:5 بر اساس استاندارد ITTC و تشابه فروید ساخته شده و پس از آماده سازی و بالانس ، آزمایشات مدل شناور در حوضچه کشش سرعت بالا، درآب آرام و دو حالت بارگذاری و چهار موقعیت مرکز ثقل طولی، در سرعتهای مختلف انجام شده است. در هر مرحله از آزمایش (تعداد 40 آزمایش)، مقاومت هیدرودینامیکی، زاویه تریم دینامیکی و جابجایی دینامیکی مرکز ثقل مدل، اندازه گیری شده است و تعادل طولی و عرضی دینامیکی مدل نیز بر اساس مشاهده رفتار مدل بصورت کیفی ارزیابی شده است. نتایج آزمایشات نشان میدهد که افزایش وزن، افزایش مقاومت را به همراه خواهد داشت. همچنین افزایش فاصله موقعیت طولی مرکز ثقل از پاشنه مدل، کاهش مقاومت و تریم در مد حرکتی جابجایی و افزایش مقاومت در مد سرشی را به همراه خواهد داشت. کاهش فاصله مرکز ثقل از پاشنه مدل، در کنار کاهش مقاومت و افزایش تریم در مد سرشی، در شرایط حدی عدم تعادل طولی مدل را نتیجه میدهد.

    کلیدواژگان: شناور تندرو، مقاومت، تریم، رفتار دینامیکی، فرم بدنه پروازی
|
  • Homayoon Ahmadvand, Mohammad Akbarinasab *, Iman Esmailli, MohammadAli Najarpour Pages 1-16

    Understanding surface currents is one of the fundamental topics in oceanography. These currents are caused by various factors such as the presence of prevailing wind, earth  rotation and changes in the density of seawater. In this study, the surface currents of the Strait of Hormuz have been predicted using the Group method of data handling (GMDH) model. To set up this model, the time series data of the surface flow velocity of this basin with an average time step of 5 days have been used. To investigate the surface areas affecting the currents of the Strait of Hormuz, the Persian Gulf basin was divided into 11 areas. Then, using regression analysis , GMDH model and 11 identified area, three marginal areas of the Strait of Hormuz that most affect the surface currents of this strait were selected. Then, using the water exchange model of Jones et al., Presented in 2003, different compounds were extracted from the three identified areas and used as input to the GMDH model. The results showed that the combination of these three zones and using of Jones flow pattern reduce the prediction error index compared to their pre-combined state. Then, due to the presence of anti-clockwise eddy on a basin scale in the months of March to July, the efficiency of the model was investigated by removing these months, which reduced the accuracy of the model with this method. Finally, by data classification, it was found that the GMDH model has good accuracy in predicting high speeds.

    Keywords: Surface currents, Strait of Hormuz, GMDH model, Regression Analysis, Johns schema
  • Hooman Ghahremanzadeh, Sara Allahyaribeik *, Amirhossein Javid, AmirHessam Hassani Pages 17-25

    Taking into consideration the amassing human requirements for water resources and the use of renewable resources, inclusive of: wastewater, wastewater treatment and wastewater reuse are important points of consideration. Using of an Orbal reactor for COD removal by activated sludge is considered suitable and efficient by numerous literature sources. Furthermore, to improve removal efficiencies, it is interesting to determine the required tools and methods to decrease additional sludge creation. This study aims to investigate the performance of COD removal when a magnetic field is combined within an oxidation ditch Orbal reactor. In this research, two magnetic fields of different strengths, 0.8mT and 1.5mT, were applied to the reactor including several neodymium magnets. Results were achieved and analyzed, upon which the reactor reached a steady state. To confirm validity, results and conclusions from other relatable studies were compared with that of the achieved. The research lasted approximately 100-days and sampling was completed over an 80-days period to observe the effects when implementing a magnetic field compared to that of its absence within an Orbal reactor. This study examined the removal of COD in activated sludge. Results revealed that removal of COD was affected when implementing the magnetic field. Upon application of a 0.8mT magnetic field, removal efficiency of COD increased by 7%, Results indicated, also, that application of different strength magnetic fields had very minor differences.

    Keywords: Magnetic field, Activated sludge, Orbal oxidation reactor, COD removal
  • Mehdi Esmaeili * Pages 27-37
    In this study, the reflective behavior of sloped porous seawalls were investigated experimentally using physical modeling. Regular waves of wide range of heights and periods were used. Tests were carried out for a constant water depth of 0.27m and for different inclinations of seawall (i.e. θ = 45, 60, 75 and 90 ̊). It was found that the parameters of wave steepness, relative water depth, surf similarity parameter and the slope of seawall were influencing in predicting the reflection from the sloped porous seawall. The reflection coefficient (Kr) for sloped seawalls ranged from 0.36–0.77 and for the vertical porous seawall it was 0.59–0.83, whereas for the vertical plane wall, it was almost 1. The reduction in the wave reflection for the sloped seawalls as compared to the vertical porous seawall was about 28%. New empirical equations were developed for estimating the wave reflection coefficients from the proposed seawalls using nonlinear regression analysis. These found were calibrated using SPSS based on the experimental result. The results of this study will be useful in the design of energy dissipating type vertical quay walls in ports, sloped seawalls for shore protection from erosion and sloped caisson breakwaters.
    Keywords: wave reflection, Sloped seawall, Experimental modeling, regular waves
  • Zahra Gholami * Pages 39-49

    Evaluation of Longshore Sediment Transport Rate in Imam Khomeini port using three examples of meta-heuristics algorithmImam Khomeini port is one of the ports of Khuzestan province in the Persian Gulf, which has 38 active wharves with a length of 7 km, is the largest active port in Iran and the annual dredging volume in this port is about 600 thousand cubic meters, of which about 400 thousand cubic meters is related to the Duragh canal and about 200 thousand are related to other ports of the port, since the sedimentation rate and dredging cost in this port is significant, so, in this study the rate and volume of sedimentation based on field information and modeling obtained from the Ports and Maritime Organization And comparing these values with the results obtained from meta-heuristic algorithms under MATLAB software in two-dimensional flow conditions and also the presence of all parameters affecting the transfer of sediment along the coast in Imam Khomeini port. After combining the three equations of CERK, Kamphuis and Bayram (CKB) and calculating the optimal coefficients and capabilities by Differential Evolution, Ant Colony Optimization and Genetic Algorithm, evaluation and validation with the values obtained from the available field data, coefficient error and computational capabilities Calculated using the root mean squares and bias method, therefore, it was observed that the coefficients and powers obtained from the genetic algorithm that were placed in the CKB equation have the most overlap with the rate longshore sediment transport from field data.

    Keywords: Imam Khomeini Port, longshore sediment transport rate (LSTR), metaheuristic algorithms, CKB equation, genetic algorithm, Ant Colony algorithm, Differential Evolution algorithm
  • Iman Mehraby Dastenay *, Somayeh Nahavandian Pages 51-66
    The surface sound channel, as a part of the oceanic boundary layer, is directly affected by atmospheric processes. Sensible heat flux as one of heat fluxes has a major role in changing the behavior of the surface sound channel along with momentum fluxes. The effect of this term of heat flux on the behavior of the oceanic mixed layer has not been studied separately yet. In this study, the effect of sensible heat flux in the presence of wave break and Langmuir circulation caused by summer monsoon of the Northern Indian Ocean has been studied by using a large eddy simulation method for the first time. According to the experiments of the current study, the presence of this flux has no significant effect on the behavior of mean velocity profiles, turbulent kinetic energy budget terms, especially shear production and the transports of turbulence and pressure, and the time series of turbulent kinetic energy. In addition, expectations have been met for a reversible trend in buoyancy flux and mean temperature profile due to positive or negative buoyancy flux at related times. It was also observed that the presence of Langmuir circulation and wave breaking reduced the water surface temperature variability of the sensible heat flux by about 50%, which was due to the influence of sensible heat flux on deeper waters as a result of the presence of wave forcing.
    Keywords: Surface Sound Channel, ocean mixed layer, Sensible heat flux, Large Eddy Simulation, Northern Indian Ocean
  • Manijeh Vosoughi, Dariush Mansoury *, Abbassali Aliakbari Bidokhti Pages 67-78
    In many studies related to hydrodynamic modeling of seas and oceans, ERA-Interim data have been utilized while the use of ERA5 data has been emphasized more in recent research. Thereby, investigating the difference between the two recent reanalysis data and their impact on determining the physical parameters of the sea is of particular importance. In this research, the surface temperature changes of the Caspian Sea were investigated based on the latest reanalysis data of the European Center for Medium-Term Atmospheric Forecasts (ECMWF), using a developed three-dimensional hydrodynamic numerical model. In this model, the data of wind and atmospheric fluxes were obtained from ECMWF daily database with a spatial resolution of 0.25 and a time step of 6 hours. The model was implemented separately for the ERA-Interim and ERA5 data for a period of 10 years (2009-2018). A comparison of the surface temperatures of the Caspian Sea extracted from the model outputs and satellite images showed that the difference in temporal and spatial changes of the surface temperature was more consistent in ERA5 compared to ERA-Interim. The results showed that the difference in the temporal and spatial changes in the surface temperature of the Caspian Sea in the ERA5 and ERA-Interim was insignificant in the northern basin, relatively significant in the middle basin, and highly significant in the southern basin, so that the data of ERA5 has improved the results of the average annual temperature of the model output by about 7% in the southern basin of the Caspian Sea.
    Keywords: sea surface temperature, Era-Interim, Era5, POM model, Caspian Sea
  • Hoseyn Ramak, Maryam Soyufjahromi *, Parasto Akbari Pages 79-93
    In this research, satellite has been used for the purpose of identifying and finding the waters of the PersianGulf in the Sea of Oman.Finding the subsurface water exiting the PersianGulf through the cross of the Strait of Hormuz by identifying the temperature characteristics of Oman's surface water in the area where the presence of subsurface water in the Persian Gulf has been confirmed in previous studies can lead to finding the subsurface water.In this study, the sea surface temperature data of OSTIA for the studied basin, which is the Persian Gulf and a part of the Oman Sea(47 to59.45degrees of east and 22.60 to 32 degrees of north)was prepared.Then, according to the studies based on the73-year measurement data available in the region and identifying the temperature range of the surface water of the Oman Sea(22.20-23.00C) and the subsurface water of the Persian Gulf(16.00-22.20C)superimposed on each other, the satellite data were filtered. In order to filter the data and draw the figures, it was used coding in MATLAB environment.The results show that the water of the Persian Gulf can be transported to the middle parts of the Oman Sea, surface water (temperature 28.5 to 30 degrees of centigrade)in the cold season in the range of58.5to59degrees of east and in the warm season it advances towards the longitudes up to 59.5 degrees of east.As a result, the infiltration rate of Persian Gulf water in the Oman Sea in the warm season is half a degree of longitude more than the cold season.
    Keywords: satellite, Water mass, Persian Gulf, Oman Sea, sea surface temperature
  • Vahdat Nazerian *, Hossein Asadollahi Pages 95-108
    One of the applications of solar cells is to supply power to floating buoys. Floating buoys are spherules that are located on the surface of seas and oceans and give different information to vessels. These spherules experience different environmental conditions, so modeling and simulating photovoltaic cells allows us to embed a cell with better efficiency and performance in them. In this paper, we study the parameters of the single diode model so that we extract the I-V, P-V diagrams and characteristics of cadmium telluride (CdTe) photovoltaic cell designed with three layers (CdTe, CdS, SnOx) through SCAPS software and using the Ant Colony Optimization (ACO) algorithm, we obtain the parameters of its single diode model. The objective function in this paper is Root Mean Square of Errors (RMSE). The best value obtained after 30 runs is 5.2217 -10 5-10 in 2.46 seconds per repetition, which indicates a very high fit of the simulated model and shows a significant advantage over many algorithms that have been done so far. The above optimization has been done with 200 iterations, 30 populations and 84 points on a server platform with 32 GB of RAM and 30 processing cores.
    Keywords: Ant Colony Optimization (ACO) Algorithm, Single Diode Model, Root Mean Square of Errors (RMSE), Photovoltaic Solar Cell, Floating Buoys, SCAPS software
  • Mohammad Zare Ehteshami *, Hossein Shahmirzaee Pages 109-117

    In this article new micro-scale hydrophone sensor has been introduced, designed and modeled. Proposed structure is absolutely feasible by current MEMS technology. Mechanical structure consists of two micro-scale arms which together hang a plat. In length of each arms embedded Mosfet transistor placed which on its’ gate plate very thin layer of piezoelectric material, PZT-5A, has been placed. Incident acoustic wave cause mechanical stress which induce surface charge on the interface of piezoelectric and gate layer. These charges will modulate transistor’s channel resistance and finally with employing electronic circuit electric current variation transfers to voltage variation. Simulation results indicated sensitivity of -160 dB in frequencies well below first resonance. In this article new micro-scale hydrophone sensor has been introduced, designed and modeled. Proposed structure is absolutely feasible by current MEMS technology. Mechanical structure consists of two micro-scale arms which together hang a plat. In length of each arms embedded Mosfet transistor placed which on its’ gate plate very thin layer of piezoelectric material, PZT-5A, has been placed. Incident acoustic wave cause mechanical stress which induce surface charge on the interface of piezoelectric and gate layer. These charges will modulate transistor’s channel resistance and finally with employing electronic circuit electric current variation transfers to voltage variation. Simulation results indicated sensitivity of -160 dB in frequencies well below first resonance.

    Keywords: sonar, hydrophone, sensor, micro-electromechanical-systems
  • Mohammadreza Zafarkhah, Abdorreza Asrar *, Mohammadreza Kazerani Vahdani Pages 119-131

    Ultrasonic scissors are used in many emergency surgeries. They have much more advantages than other similar and traditional methods such as producing less smoke than the burning soft tissue and increasing the speed of surgeon during surgery. The purpose of this study is to make an ultrasonic scissor device with the ability to separate the ultrasonic transducer from the main body of the scissors. The importance of separation is that the part of the horn which is in contact with the body tissue can be used as disposable. In this paper, using simulation and finite element analysis, ultrasonic transducer, booster and horn converter design methods are discussed, and then by combining these three parts, ultrasonic scissors are created to split the soft tissue of the body. The heat generated by the active blade of the ultrasonic scissors on the muscle tissue is also simulated and finally the sensitivity of this device is investigated. The obtained results from the simulations in this study are investigated and an ultrasonic scissors at a resonance frequency of 57.1 kHz with a maximum displacement amplitude of 120 μm is fabricated. Limitations such as material of parts, ergonomic design and size, confine the frequency of ultrasonic scissors to small interval and it is obvious that higher frequency, if possible, provides more suitable working conditions.

    Keywords: surgical Ultrasonic scissors, Ultrasonic, Ultrasonic Transducer
  • Maryam Hedayati, Saeed Olyaee * Pages 133-143
    In this paper, a dual-junction perovskite/CIGS solar cell is designed to use in marine equipment and navigation systems as a renewable energy source. In this design, first, a top solar cell consisting of a perovskite absorber layer with band gap of 1.9 eV is simulated. Then, bottom solar cell is fabricated with a CIGS absorbent layer with a 1.4 eV band gap. Since the perovskite and CIGS band gaps are both adjustable, these two materials can act as a proper partner for an absorbent layer in a dual-junction solar cell. To connect the top and bottom cells, four‐terminal topology is used. In this structure, instead of the usual connection of p-i-n and n-i-p perovskite, n-type and p-type homojunction perovskite connection is used, in which the transfer and separation of carriers are done by an internal electric field. Due to the fact that in this structure, the discharge area is smaller, the recombination of carriers is increased, and the light losses are reduced, which will increase the absorption and efficiency of the cell. The efficiency of the designed dual-junction solar cell is obtained as 30.71%. According to this efficiency and its stability in different environmental conditions, the designed structure can be used in marine equipment and navigation systems as a renewable energy source.
    Keywords: four‐terminal connection, homojunction, marine equipment, multijunction solar cell
  • Bentolhoda Amanat *, Mahdi Khalilazad Pages 145-152
    In this article, the characteristics of 1-3 piezocomposites based on PMN-PT relaxor single crystals with different percentages of PT were investigated. For this purpose, parameters of electromechanical coupling coefficient, longitudinal velocity and acoustic characteristic impedance were calculated and analyzed with the help of effective parameters model. It was observed that the change of PT percentage has a significant effect on the mentioned quantities. For example, by changing the percentage of PT, the electromechanical coupling coefficient can be increased to more than 90%. In addition, by using the appropriate amount of volume fraction of single crystals, it is possible to greatly reduce the longitudinal velocity, and therefore the characteristic acoustic impedance, as shown by using PMN-0.33PT single crystal in volume fraction. 0.4, a longitudinal velocity of 3300 m/s and an acoustic characteristic impedance of 1.3 MRayl can be achieved, while the coupling coefficient is close to 90%. According to the obtained results, it was seen that the changes in the functional parameters of 1-3 piezocomposite based on PMN-PT single crystals were not linear in relation to the percentage of PT, and necessarily with the decrease or increase in the percentage of PT, the values of electromechanical coupling coefficient, longitudinal velocity and the characteristic acoustic impedance does not decrease or increase, and the optimal point should be found by examining different percentages of PT according to the desired application.
    Keywords: Piezocomposite, electromechanical coupling coefficient, Piezoelectric, PMN-PT
  • Hossein Nikmanesh *, Mohammadreza Banafian, Esmail Pourjafar Pages 153-169

    Science and knowledge along with new technologies have always played a key role in providing defense and national security needs. Quantum technologies are among emerging technologies that use the laws of nature to provide unprecedented capabilities in sensing, imaging, communication, and computing, and because of their dual use, have the potential to reshape the world and spark a new arms race. Quantum technologies for military applications introduce new capabilities, improving effectiveness and increasing precision, thus leading to ‘quantum warfare’, wherein new military strategies, doctrines, policies and ethics should be established. This paper provides a basic overview of quantum technologies under development, also estimating the expected time scale of delivery or the utilization impact. Accordingly, considerable public and private investments have been made around the world to develop these technologies and leave the laboratories and enter the operational stage. Due to the continuous development of technology, the threats posed are also increasingly diverse, and quantum technologies are likely to transform our lives in the next 20 years. In this article, we provide a general introduction about quantum technologies in progress, and we will report the military applications of quantum technology for various defense fields, and finally, we will present a report on the current state of achieving this technology in the world.

    Keywords: Quantum Technology, military applications, technology readiness levels (TRL), quantum computing, electronic warfare, quantum sensing, cyber communication
  • Rahim Miraki Baseri, MohammadHossein Karimi *, Iraj Rajabi Pages 171-182

    Estimating dynamic behavior of high-speed Planing vessels is one of the concerns of designers of such vessels. Evaluation of the loading and center of gravity variation effects, for small vessels with different motion modes, are very important at design stages. Such effects, if not taking into account correctly, may affect the final behavior of the vessel. In this research, for investigating the effects of loading and the center of gravity variations on the behavior of a monohull planing boat, a scaled- down 1:5 model was built based on the ITTC standard and Froude method. after the preparation and balance of the model, tests of the model have been carried out in the high-speed towing tank, in calm water and two loading conditions and at four positions of center of gravity. In each run of test (total 40 tests), the resistance, trim and sinkage, have been measured, and the longitudinal and transverse dynamic stability of the model has been qualitatively evaluated. The results show that increasing the weight will increase the resistance. increasing the distance of the center of gravity position from the stern, will reduce the resistance and trim in the displacement mode and increase the resistance in the planing mode. Also, the decreasing the center of gravity distance from the stern, will reduce the resistance and increase the trim in the planing mode, but may results in the longitudinal instability of the model in some extreme conditions.

    Keywords: high-speed boat, resistance, trim, dynamic behavior, planing hull