منبع تحقیق — (96)

اشعار حکیم نظامی گنجوی با بهرهگیری از شریعت اسلامی و افکار والای عرفانی، آثاری شکوهمند و در نوع خود بینظیر است. در صورتی که در این اشعار تحقیقاتی صورت گیرد، تشنگان ادب و علم خواهند توانست به مضامین بلند اخلاقی دست پیدا کنند.
بندگی و عبادت خداوند، انسان را مُتخلِّق به اخلاق اسلامی میکند. نبود یا کمرنگ شدن آن، هرجامعهای را به تباهی میکشاند. برای جلوگیری از فساد اخلاقی در جامعه باید عوامل و موانع بندگی را بهخوبی شناخت و در صدد تقویت عوامل و خشکاندن موانع برآمد.
بندگی باید خالص برای خدا باشد. بندگی شیطان، نفس، جاه و مقام، پول... انسان را به اسفل السّافلین میرساند. بندگی که در امتداد فطرت انسانی و هدف خلقت بشری است، بندگی خداوند تبارک تعالی است.
هر بندهایی باید عوامل بندگی که شامل:1- استعانت از عقل (تفکّر کردن) 2- علم و آگاهى 3-كمك و توفیق خواستن از خداوند 4- جدیّت و پشتكار 5- موعظه و تذكّر6- اخلاص7- اراده و عزم راسخ (استقامت در دین) 8- توبه 9- سرزنش دنیا10- شاد کردن دلها 11- توکّل12- وفای به عهد (وفاداری)13- تقوا 14- صبر در طاعت 15- خدا باوری16- ذکر (یاد خدا) است را در خود تقویت کند تا به قرب الهی رسیده و سعادتمند گردد.
هر بندهایی باید موانع بندگی که شامل: 1-کینه توزی 2- عیبجویی و غیبت کردن از دیگران3 - خودبینی، تکبّر وغرور4 - جهل و غفلت (نبود معرفت و آگاهی) 5 - هواى نفس6- ریا 7 -عجب 8 - اغوای شیطان 9- حبِّ دنیا10- ستمکاری و بی عدالتی11- افزون طلبی در شهوت و لذّت 12- داشتن مشکلات اقتصادی (فقر) است را در خود تقلیل دهد و در صدد از بین بردن این موانع باشد.
5. 2. پیشنهادها
پیشنهاد میگردد به جهت اهمیّت موضوع، بحث دربارۀ بندگی، عوامل و موانع آن در آثارِ دیگر شاعران پارسیگو، خصوصاً پیروان نظامی که خمسه سرایی راچه در ایران و چه در هند به راه انداختند، نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و با آثار نظامی گنجوی مقایسه گردد.
پیشنهاد میگردد درخصوص راههای مقابله با موانع بندگی و همچنین راههای ترویج عوامل بندگی در آثار شاعران خمسه سرا، تحقیقات بیشتری صورت گیرد و نتایج به صورت ساده و عملی در اختیار عامّه مردم قرار گیرد تا با اجرای آن راهکارها، رذائل اخلاقی جامعه از بین رفته و جرم و جنایت و تعدی به حقوق دیگران به حداقل برسد.
به جهت اهمیّت و تأثیر اخلاق بندگی بر اخلاق فردی و اجتماعی و با توجّه به علاقۀ عامّۀ مردم به شعر و شاعری، پیشنهاد میگردد کارگروه تحقیق در اشعار شاعران پارسیگو به ویژه شاعران آیینی تشکیل شود و نتایج آن به صورت هدفمند و با بیانی مناسب در نشریّات پرتیراژ چاپ گردد.
تشکّر و قدردانی:
«لَا یَشْکُرُ اللَّهَ مَنْ لَا یَشْکُرُ النَّاسَ»
(مَن لایَحضُرُه اَلفَقیه، 380/4 )
------------------
با نهایت تشکّر و سپاس از شهدا و جانبازان و ایثارگران عزیزکه با رشادتها و ایثارگریهای خود، امنیّت را به کشور عزیزمان هدیه کردند و محیطی امن را مهیّا نموده تا بتوانیم در کمال آرامش به تحصیل ادامه دهیم.
همچنین با تشکّر و قدردانی از استادان ارجمند و گرامی، آقایان دکتر احمد رضی و احمد شاکر نژاد که با حسن خلق، سعی وافر، تلاش خستگی ناپذیر، سعۀ صدر و برخورد انسانی، اینجانب را در تهیّۀ این تحقیق یاری نمودند و داشتههای خود را برای انجام بهتر این پایاننامه، در طبق اخلاص قرار دادند. در ضمن از خانوادۀ عزیزم نیز که مرا در انجام این تحقیق تحمّل کردند، تشکّر میکنم.
منابع و مآخذقرآن کریم.
نهج البلاغه.
[آمدی، عبدالواحد]، غررالحكم، قم، دفتر تبلیغات اسلامی حوزه علمیّه، چاپ اوّل 1366.
آیتی، محمّد، گزیده مخزن الاسرار، چاپ دوم، تهران، انتشارات و آموزش انقلاب اسلامی،1370.
احسان بخش، صادق، آثار الصادقین، انتشارات ستاد برگزاری نماز جمعه، تهران ،1373، ج11.
ارجمند رشید آبادی، زهرا و دیگران، فارسی چهارم دبستان، نشر اداره کل چاپ و توزیع کتابهای درسی، با اندکی تخلیص.
اردکانی، سید محمود، «امثال و حکم در مخزن لاسرار نظامی»، مجموعه مقالات کنگره بین المللی بزرگداشت نهمین سده تولّد حکیم نظامی گنجوی، ج2، 1370.
امام جمعه، محمّد، «هنر تمثیل و دیدگاههای نظامی در مخزن الاسرار»، مجموعه مقالات کنگره بین المللی بزرگداشت نهمین سده تولّد حکیم نظامی گنجوی، ج 1، 1370.
انزابی نژاد، رضا، پردۀ سحر سحری، انتشارات جامی، تهران، چاپ سوّم، 1379.
الهام بخش، سید محمود؛ مژگانیه، نازگل، «تأملی در اندیشه هاي زاهدانه و دینی نظامی گنجوي»، فصلنامه دانشکده ادبیّات و علوم انسانی، سال سوّم، شماره 8 ، بهار 87.
الهمدانی، حسن المعلم، غذاء العارفین، تحقیق و تصحیح عباس شرفی ماسوله، انتشارات ادارۀ کل فرهنگ و ارشاد اسلامی گیلان، چاپ اوّل، 1376.
براون، ادوارد ، تاريخ ادبيّات ايران، ترجمه غلامحسين افشاري، انتشارات مرواريد، تهران، چاپ سوّم، 1366.
بويل، جي، آ،‌ تاريخ ايران كمبريج، ترجمۀ حسن انوشه، ج5، تهران، اميركبير، چاپ اوّل 1366.
بیگدلی، غلامحسین، چهره اسکندر در شاه نامه فردوسی، و اسکندر نامه نظامی، تهران، انتشارات آفرینش، 1369.
پناهی، نعمت‌الله، «شخصیّت شیرین در منظومۀ خسرو و شیرین نظامی»، مجلۀ نامۀ پارسی، سال دهم، شمارۀ 4.
پورنامداریان، تقی؛ موسوی، مصطفی، گزیده مخزن الاسرار نظامی گنجوی، چاپ شرکت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ نخست، 1389.
ثامنی، جعفر، « نظامی و قرآن»، مجموعه مقالات کنگره بین المللی حکیم نظامی گنجوی، تبریز، انتشارات دانشگاه تبریز، 1370.
ثروت، منصور، «گلایه ای از اقبال نامه نظامی»، مجموعه مقالات کنگره بین المللی حکیم نظامی گنجوی، تبریز، انتشارات دانشگاه تبریز،1370.
ثروت، منصور، گنجینۀ حکمت در آثار نظامی، چاپ اوّل، تهران، انتشارات امیر کبیر،1370.
ثروتیان، بهروز، نفایس الفنون، تبریز، انتشارات دانشگاه،1352.
ثروتیان، بهروز، آیینه غیب نماي نظامی در مخز ن الاسرار، تهران، انتشارات کلمه، 1369.
جوادی آملی، عبدالله، مفاتیح الحیات، انتشارات مرکز نشر اسرا، چاپ یکصد و نوزدهم، 1392.
جوادى، محسن؛ نظريۀ ايمان در عرصه كلام و قرآن، معاونت اموراساتید دروس معارف اسلامی قم، چاپ اول، زمستان 1376
جودی، اکرم، «عاطفه دینی و دیانت نظامی گنجوی»، ندای صادق، ش 15، سال چهارم.
[چلبی، جلال الدین]، دیوان مجنون لیلی، چاپ مصر، 1937، مقدّمه زکی مبارک.
حبیبی، حسن، «سیری در افکار و آثار نظامی»، مجموعه مقالات کنگره بین المللی حکیم نظامی گنجوی، ج یک، تبریز، انتشارات دانشگاه تبریز، 1370.
حسینی، مریم، ریشههای زن ستیزی در ادبیّات کلاسیک فارسی، تهران، سرچشمه،1387.
حمیدی شیرازی، مهدی، بهشت سخن، انتشارات پاژنگ، چاپ دوم، تهران1371.
حمیدیان، سعید، آرمانشهر زیبایی، انتشارات علم و دانش، چاپ دوم، 1388.
خواص، امیر؛ حسینی قلعه بهمن، اکبر؛ دبیری، احمد؛ شریفی، احمد حسین؛ پاکپور، علی؛ فلسفه اخلاق، انتشارات دفتر نشر معارف، چاپ سیزدهم،1389.
دستگردی، وحید، «اخلاق حکیم نظامی»، سال بیستم، خرداد ماه 1318، مچله ارمغان، شماره 3.
دهخدا، علی اکبر، لغت نامۀ دهخدا، تهران، دانشگاه تهران، 1370.
دهقان، اکبر، هزار و یک نکته از قرآن کریم، نشر مرکز فرهنگی درسهایی از قرآن، 1379.
صفا، ذبیح‌الله، گنج سخن، جلد۲، انتشارات دانشگاه تهران، 1339.
راد فر، ابوالقاسم، «بررسی و تحلیل مخزن الاسرار»، نشریه فرهنگ، پاییز1371.
رزمجو، حسین، «جمال و جلال خداوند در آینه پنج گنج نظامی»، مجموعه مقالات کنگره بین المللی بزرگداشت نهمین سده تولد نظامی گنجوی، ج2.
رضایی، غلامرضا، «حکیم نظامی گنجوی و عرفان»، برگرفته از پرتال جامع علوم انسانی، چاپ شده در مجلۀ آشنا، شماره3، 1370.
روشن، محمّد، «نظامي گنجهاي»، ماهنامۀ كلك، شماره13، فروردين1370.
ریاضی، حشمت الله، داستانها و پیام های نظامی گنجوی، چاپ اوّل، انشارات حقیقت، تهران،1385.
زرّین کوب، عبدالحسین، با کاروان حله (مجموعه نقد ادبی)، سازمان انتشارات جاویدان، چاپ پنجم، تهران،1362.
زرّین کوب، عبدالحسین، پیرِگنجه در جستجوی ناکجا آباد، انتشارات سخن، چاپ اوّل،1372.
زنجانی، برات، احوال و آثار و شرح مخزن الاسرار نظامی گنجوی، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ ششم،1381.
سمرقندي، امير دولتشاه، تذكره الشعراء، به همّت محمّد رمضاني، انتشارات پديده خاور، سال1366.
شاکر، کمال مصطفی، ترجمه خلاصۀ تفسیر المیزان علّامه طباطبائی، ترجمه فاطمه مشایخ، انتشارات اسلام، ج1، 1389.
شهابی، علی اکبر، نظامی شاعر داستان سرا، تهران، ابن سینا،1334.
[شیخ حر عاملی]، محمّد ابن الحسن، وسائل الشيعه، تحقیق موسسه آل بیت، قم، 1409 ق.
[شیخ صدوق، محمّد بن علی]، علل الشرائع، چاپ اوّل، قم انتشارات بیتا، 1386.
صالحی، شیخ حسنعلی، درس هایی از قرآن، انتشارات دین و دانش اصفهان، چاپ اوّل، مهر 1370.
[صدوق، محمّد]، الامالی، مشهد، آستان قدس رضوی و بنیاد پژوهش های اسلامی، 1408ق.

دانلود پایان نامه ارشد — (95)

هدف............................................................................................................................................................................................................1
مقدمه..........................................................................................................................................................................................................2
TOC o "1-5" h z u فصل اول) حامل های فضایی PAGEREF _Toc422502677 h 51-1- مقدمه PAGEREF _Toc422502678 h 61-2- مروری بر فعالیت‌های انجام‌گرفته PAGEREF _Toc422502679 h 61-3- تعريف موشک حامل PAGEREF _Toc422502680 h 91-4- تقسیم‌بندی موشک‌های حامل PAGEREF _Toc422502681 h 101-4-1- کلاس وزني موشک‌های حامل PAGEREF _Toc422502682 h 101-4-2- محدوده کاربردي موشک‌های حامل PAGEREF _Toc422502683 h 111-4-3- بار محموله موشک‌های حامل PAGEREF _Toc422502684 h 111-4-4 تعداد دفعات مصرف PAGEREF _Toc422502685 h 111-4-5- نحوه ترکيب ساختاري موشک‌های حامل PAGEREF _Toc422502686 h 111-4-5-1- تعداد مراحل PAGEREF _Toc422502687 h 111-4-5-2- نوع ترکيب موشک‌های حامل PAGEREF _Toc422502688 h 131-5- صنايع توليد بخش‌هاي مختلف حامل فضايي PAGEREF _Toc422502689 h 131-5-1- بخش طراحي و تحقيقات PAGEREF _Toc422502690 h 141-5-2- صنايع موتور PAGEREF _Toc422502691 h 141-5-3- صنايع سازه PAGEREF _Toc422502692 h 141-5-4 صنايع پیشران PAGEREF _Toc422502693 h 151-5-5- صنايع هدايت و كنترل PAGEREF _Toc422502694 h 151-5-6- صنايع تجهيزات پرتاب PAGEREF _Toc422502695 h 151-6- طراحي حامل‌های فضايي PAGEREF _Toc422502696 h 151-7- جمع بندی PAGEREF _Toc422502697 h 16 فصل دوم) مبانی و مفاهیم PAGEREF _Toc422502698 h 172-1- طراحی بهینه چند موضوعی PAGEREF _Toc422502699 h 182-1-1- مقدمه PAGEREF _Toc422502700 h 182-1-2- لزوم استفاده از طراحی بهینه چند موضوعی PAGEREF _Toc422502701 h 192-1-3- انواع روش های طراحی بهینه چند موضوعی PAGEREF _Toc422502702 h 222-1-3-1- روش امکان پذیری چند موضوعی PAGEREF _Toc422502703 h 232-1-3-2- روش امکانپذیری تک موضوعی PAGEREF _Toc422502704 h 242-1-3-3- روش همه در یک مرتبه PAGEREF _Toc422502705 h 252-1-3-4- روش مشارکتی PAGEREF _Toc422502706 h 262-1-3-5- روش بهینه‌سازی همزمان در زیرفضا PAGEREF _Toc422502707 h 282-1-3-6- روش ترکیب سیستم جامع دو مرحله‌ای PAGEREF _Toc422502708 h 302-2- روش‌های بهینه‌سازی PAGEREF _Toc422502709 h 312-3- عدم قطعیت در طراحی PAGEREF _Toc422502710 h 332-3-1- تعریف عدم قطعیت PAGEREF _Toc422502711 h 332-3-2- منابع و دسته بندی عدم قطعیت ها PAGEREF _Toc422502712 h 362-3-3- تحلیل عدم قطعیت PAGEREF _Toc422502713 h 382-3-4- بررسی کلی روش‏های طراحی بر مبنای عدم قطعیت در دسترس PAGEREF _Toc422502714 h 382-3-4-2- طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان PAGEREF _Toc422502715 h 402-3-4-3- طراحی مقاوم PAGEREF _Toc422502716 h 402-3-4-3-2- مقاومت هدف PAGEREF _Toc422502717 h 432-3-4-3-3- مقاومت امکان‌پذیری PAGEREF _Toc422502718 h 432-3-4-3-4- تخمین میانگین و واریانس تابع عملکرد PAGEREF _Toc422502719 h 442-3-4-3-5- بهینه سازي چند هدفی PAGEREF _Toc422502720 h 442-4- جمع‌بندی PAGEREF _Toc422502721 h 45فصل سوم) مدل سازی زیرسیستم ها و شبیه سازی پرواز حامل فضایی PAGEREF _Toc422502722 h 463-1- مقدمه PAGEREF _Toc422502723 h 473-2- زیرسیستم‌های طراحی PAGEREF _Toc422502724 h 473-2-1- مأموریت PAGEREF _Toc422502725 h 473-2-1-1- نوع مدار PAGEREF _Toc422502726 h 483-2-1-2- پایگاه پرتاب PAGEREF _Toc422502727 h 493-2-2- احتراق PAGEREF _Toc422502728 h 503-2-3- طراحی موتور PAGEREF _Toc422502729 h 553-2-3-1- طراحی محفظه احتراق PAGEREF _Toc422502730 h 563-2-3-2- طراحی نازل PAGEREF _Toc422502731 h 583-2-4- طراحی هندسه PAGEREF _Toc422502732 h 593-2-5- تخمین جرم PAGEREF _Toc422502733 h 603-2-6- شبیه‌سازی پرواز حامل‌ها PAGEREF _Toc422502734 h 623-2-6-1- شبیه‌سازی جاذبه PAGEREF _Toc422502735 h 673-2-6-2- شبیه‌سازی اتمسفر PAGEREF _Toc422502736 h 683-2-6-3- برنامه زاویه فراز[36] PAGEREF _Toc422502737 h 703-2-6-3-1- پرواز عمودی PAGEREF _Toc422502738 h 713-2-6-3-2- پرواز مرحله اول PAGEREF _Toc422502739 h 713-2-6-3-3- جدايش مرحله اول PAGEREF _Toc422502740 h 713-2-6-3-4- پرواز مراحل بعد PAGEREF _Toc422502741 h 723-2-6-3-5- جدايش مراحل بعد PAGEREF _Toc422502742 h 723-2-6-3-6- جمع بندي محدودیت‌ها و قيود برنامه فراز PAGEREF _Toc422502743 h 723-3- جمع بندی PAGEREF _Toc422502744 h 72فصل چهارم) طراحی حامل و بررسی نتایج PAGEREF _Toc422502745 h 744-1- مقدمه PAGEREF _Toc422502746 h 754-2- مثال ریاضی PAGEREF _Toc422502747 h 764-3- طراحی حامل به روش مشارکتی PAGEREF _Toc422502748 h 794-4- طراحی حامل به روش امکان‌پذیری چند موضوعی PAGEREF _Toc422502749 h 884-5- بررسی اثر عدم قطعیت‌ها روی حامل طراحی‌شده PAGEREF _Toc422502750 h 904-6- طراحی بهینه مقاوم مشارکتی یک حامل فضایی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502751 h 935- پیشنهادات PAGEREF _Toc422502752 h 1116- مقالات PAGEREF _Toc422502753 h 1127- منابع PAGEREF _Toc422502754 h 113
فهرست اشکال
TOC h z t "شکل ها,1" شکل1-1 شمای موشک حامل سفیر PAGEREF _Toc422502755 h 9شکل1-2 تقسیم‌بندی موشک حامل[15] PAGEREF _Toc422502756 h 10شکل1-3 تأثیر پارامترها بر انتخاب تعداد مراحل حامل فضایی PAGEREF _Toc422502757 h 12شکل1-4 بلوک های حامل فضایی ساترن PAGEREF _Toc422502758 h 12شکل1-5 ساختار سری و ساختار خورجینی در موشک حامل PAGEREF _Toc422502759 h 13شکل1-6 روند طراحی حامل فضایی PAGEREF _Toc422502760 h 16شکل2-1 طراحی هواپیما از نگاه متخصصان زیرسیستم ها [16] PAGEREF _Toc422502761 h 20شکل2-2 تداخل موضوعات دخیل در طراحی [17] PAGEREF _Toc422502762 h 21شکل2-3 منطق تصمیم گیری برای انتخاب روش های بهینه سازی چند موضوعی [18] PAGEREF _Toc422502763 h 22شکل2-4 روش امکان پذیری چند موضوعی[13] PAGEREF _Toc422502764 h 23شکل2-5 روش تک موضوعی ممکن[13] PAGEREF _Toc422502765 h 25شکل2-6 روش همه در یک مرتبه[13] PAGEREF _Toc422502766 h 25شکل2-7 روش مشارکتی[13] PAGEREF _Toc422502767 h 28شکل2-8 بهینه‌سازی همزمان در زیرفضا[13] PAGEREF _Toc422502768 h 29شکل2-9 ترکیب سیستم جامع دو مرحله‌ای[13] PAGEREF _Toc422502769 h 30شکل2-10 روند کامل یک فرایند بهینه سازی تحت عدمقطعیت[23] PAGEREF _Toc422502770 h 39شکل2-11 حوزه کاربرد مسائل طراحی مقاوم و طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان[6] PAGEREF _Toc422502771 h 42شکل2-12 تفاوت نقطه بهینه در طراحی مقاوم و طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان[28] PAGEREF _Toc422502772 h 43شکل3-1 مدار بیضوی[29] PAGEREF _Toc422502773 h 48شکل3-2 تعدادی از پایگاه های پرتاب فضایی در دنیا[30] PAGEREF _Toc422502774 h 49شکل3-3 نمودار تغییرات ضربه خلأ بر حسب نسبت ترکیب اکسید کننده به سوخت برای پیشران های مختلف[31] PAGEREF _Toc422502775 h 52شکل3-4 اثر تغییرات فشار محفظه احتراق بر دمای ادیاباتیک شعله برای پیشران N2O4/UDMH PAGEREF _Toc422502776 h 53شکل3-5 اثر تغییرات نسبت اتمیسیته بر فشار محفظه احتراق برای پیشران N2O4/UDMH PAGEREF _Toc422502777 h 53شکل3-6 اثر تغییرات نسبت جرم مولکولی گاز ناشی از احتراق بر فشار محفظه احتراق برای پیشران N2O4/UDMH PAGEREF _Toc422502778 h 54شکل3-7 اثر تغییرات نسبت اکسید کننده به سوخت بر فشار محفظه احتراق برای پیشران N2O4/UDMH PAGEREF _Toc422502779 h 54شکل3-8 تاثیر تغییرات فشار محفظه احتراق و نسبت گرمایی ویژه بر ضربه ویژه PAGEREF _Toc422502780 h 57شکل3-9 تاثیر تغییرات فشار محفظه احتراق و فشار خروجی از نازل بر ضربه ویژه PAGEREF _Toc422502781 h 58شکل3-10 نحوه چینش باک های پیشران[33] PAGEREF _Toc422502782 h 59شکل3-11 قسمت های مختلف تشکیل دهنده در طول یک حامل فضایی[32] PAGEREF _Toc422502783 h 60شکل3-12 نیروهای وارد بر موشک حامل PAGEREF _Toc422502784 h 64شکل3-13 اثر دوران زمین بر آزیموت پرتاب PAGEREF _Toc422502785 h 66شکل3-14 نمودار تغییرات شتاب جاذبه بر حسب تغییرات ارتفاع PAGEREF _Toc422502786 h 68شکل3-15 نمودار تغییرات چگالی بر حسب تغییرات ارتفاع PAGEREF _Toc422502787 h 70شکل4-1 روندنمای طراحی در این پایان‌نامه PAGEREF _Toc422502788 h 75شکل4-2 فضای سه بعدی تابع هدف و قیود PAGEREF _Toc422502789 h 76شکل4-3 اثر قیود بر فضای طراحی PAGEREF _Toc422502790 h 77شکل4-4 ساختار روش مشارکتی برای حل مثال ریاضی PAGEREF _Toc422502791 h 78شکل4-5 متغیرهای طراحی برنامه زاویه فراز PAGEREF _Toc422502792 h 81شکل4-6 روندنمای کلی طراحی بهینه مشارکتی حامل فضایی PAGEREF _Toc422502793 h 83شکل4-7 تغییرات ارتفاع برحسب زمان حامل طراحی‌شده PAGEREF _Toc422502794 h 86شکل4-8 تغییرات سرعت برحسب زمان حامل طراحی‌شده در دستگاه سرعتی و اینرسی PAGEREF _Toc422502795 h 86شکل4-9 تغییرات زوایای حمله، فراز و مسیر برحسب زمان حامل طراحی‌شده PAGEREF _Toc422502796 h 87شکل4-10 نمودار تغییرات دینامیکی نسبت به زمان PAGEREF _Toc422502797 h 88شکل4-11 نمودار تغییرات جرم برحسب زمان PAGEREF _Toc422502798 h 88شکل4-12 ساختار طراحی امکان‌پذیری چند موضوعی حامل فضایی PAGEREF _Toc422502799 h 89شکل4-13 روندنمای اعمال عدم قطعیت‌ها روی حامل طراحی‌شده PAGEREF _Toc422502800 h 91شکل4-14 نمودار تغییرات ارتفاع برحسب زمان تحت تأثیر عدم قطعیت‌ها PAGEREF _Toc422502801 h 92شکل4-15 نمودار تغییرات زاویه حمله برحسب زمان تحت تأثیر عدم قطعیت‌ها PAGEREF _Toc422502802 h 92شکل4-16 نمودار تغییرات سرعت برحسب زمان تحت تأثیر عدم قطعیت‌ها در دستگاه سرعتی PAGEREF _Toc422502803 h 93شکل4-17 روندنمای طراحی بهینه مقاوم مشارکتی حامل فضایی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502804 h 96شکل4-18 نمودار تغییرات ارتفاع برحسب زمان حامل طراحی شده به روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502805 h 98شکل4-19 نمودار تغییرات سرعت بر حسب زمان حامل طراحی شده به روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502806 h 98شکل4-20 نمودار تغییرات زوایای حمله، مسیر و فراز بر حسب زمان حامل طراحی شده به روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502807 h 99شکل4-21 نمودار تغییرات جرم بر حسب زمان حامل طراحی شده به روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502808 h 99شکل4-22 نمودار تغییرات هد دینامیکی بر حسب زمان حامل طراحی شده به روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502809 h 100شکل4-23 نمودار مقایسه ای تغییرات ارتفاع بر حسب زمان حامل های طراحی شده به روش مشارکتی و روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502810 h 102شکل4-24 نمودار مقایسه ای تغییرات سرعت بر حسب زمان حامل های طراحی شده به روش مشارکتی و روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502811 h 103شکل4-25 نمودار مقایسه ای تغییرات زوایای حمله، فراز و مسیر بر حسب زمان حامل های طراحی شده به روش مشارکتی و روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502812 h 103شکل4-26 نمودار مقایسه ای تغییرات هد دینامیکی بر حسب زمان حامل های طراحی شده به روش مشارکتی و روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502813 h 104شکل4-27 نمودار مقایسه ای تغییرات جرم بر حسب زمان حامل های طراحی شده به روش مشارکتی و روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502814 h 105
فهرست جداول
جدول الف پرتاب‌کننده‌های حامل فضایی از ابتدا تاکنون...............................................................................................................2
TOC h z t "جدول ها,1" جدول3-1 مزایا و معایب انواع موتور در حامل های فضایی[15] PAGEREF _Toc422502815 h 55جدول4-1 مشخصات بهینه سازها برای حل مثال PAGEREF _Toc422502816 h 78جدول4-2 نتایج به دست آمده پس از حل مسئله PAGEREF _Toc422502817 h 79جدول4-3 متغیرهای طراحی بهینه‌ساز PAGEREF _Toc422502818 h 83جدول4-4 پارامترهای طراحی PAGEREF _Toc422502819 h 84جدول4-5 مشخصات حامل طراحی‌شده به روش طراحی بهینه مشارکتی PAGEREF _Toc422502820 h 85جدول4-6 مقایسه نتایج طراحی به روش امکان‌پذیری چند موضوعی و مشارکتی PAGEREF _Toc422502821 h 90جدول4-7 نحوه اعمال عدم قطعیت‌ها PAGEREF _Toc422502822 h 91جدول4-8 مشخصات حامل طراحی شده به روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502823 h 97جدول4-9 جدول مقایسه‌ای مشخصات حامل های طراحی شده به روش مشارکتی و روش مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی PAGEREF _Toc422502824 h 101 جدول پ1- موشک های حامل فعال یا درحال توسعه دنیا.....................................................................................................110
جدول پ2- حامل های فضایی جمهوری اسلامی ایران.............................................................................................................113
هدف
هدف از انجام این پایان‌نامه، طراحی یک حامل به کمک روش‌های نوین برای بالا بردن سطح کیفیت و بهینه کردن پرتابگرها است. به این منظور روش طراحی بهینه چند موضوعی انتخاب شد تا با ترکیب با روش طراحی مقاوم، بتوانیم حاملی بهینه به لحاظ جرم و همچنین مقاوم در مقابل عدم قطعیت‌ها طراحی نماییم.
مزیت طراحی بهینه چند موضوعی با ساختار مشارکتی در این است که این روش انعطاف پذیر می باشد و طراحان می توانند در صورت نیاز یک موضوع طراحی را بدون وابستگی به سایر موضوعات اضافه و یا کم نمایند یا آن را تغییر دهند. طراحی مقاوم نیز سبب می شود که نامعینی های ناشی از تاثیرات محیطی و یا نقص اطلاعات در طراحی یا فرضیات ساده سازی، در نظر گرفته شده و طرح خروجی طرحی با قابلیت اعتماد بالاتر باشد.

مقدمه
دستیابی به فضا، رویای همیشگی انسان بود که در سال 1957 شوروی موفق شد به این آرزو جامه عمل بپوشاند و راه را برای دستیابی به فضا باز کند. به دنبال آن سایر کشورها نیز سعی کردند سهمی از فضا و فعالیت‌های فضایی داشته باشند؛ اما چون این عرصه نیازمند داشتن سطح تکنولوژی بالا و زیرساخت‌های لازم است تاکنون تنها چند کشور معدود توانستند محموله‌های فضایی را خود به فضا ارسال کنند. جدول الف پرتاب‌کننده‌های حامل فضایی از ابتدا تاکنون را نشان می‌دهد.
جدول الف پرتاب‌کننده‌های حامل فضایی از ابتدا تاکنون
ردیف پرتاب‌کننده تاریخ اولین پرتاب
1 شوروی 1957
2 ایالات‌متحده آمریکا 1958
3 فرانسه 1965
4 ژاپن 1970
5 چین 1970
6 انگلیس 1971
- آژانس فضایی اروپا 1979
7 هند 1980
8 رژیم اشغالگر قدس 1988
- اوکراین 1991
- روسیه 1992
9 جمهوری اسلامی ایران 2009
10 کره شمالی 2012
گام اول برای طراحی یک حامل فضایی، طراحی مفهومی این سیستم پیچیده است. مهندس سیستم در فاز طراحی مفهومی آزادی عمل دارد و تنها عاملی که می‌تواند او را محدود کند، قیودی است که کارفرما برای طراح تعیین می‌کند و یا سطح تکنولوژی در دسترس می‌باشد؛ اما در ادامه هر چه جلوتر برویم آزادی عمل کم می شود تا نهایتا کلیاتی از زیرسیستم‌ها طراحی گردد. این کلیات به هرکدام از واحدهایی که قرار است جزئیات آن زیرسیستم را طراحی نمایند ابلاغ گردیده و آن‌ها موظف خواهند بود طرح کلی ابلاغی را به ثمر نشانند؛ بنابراین ملاحظه می‌شود که برای انتخاب روش طراحی، دست متخصصان سیستم باز می‌باشد. بنابراین این متخصصان باید روشی را انتخاب کنند که ضمن تحقق نتیجه، طرح بهینه‌ای را در مدت‌زمان حداقلی به‌عنوان خروجی ارائه کنند و هزینه موردنیاز را در کمترین سطح ممکن نگهدارند.
حامل‌های فضایی پیچیدگی‌های زیادی دارند و طراحی و ساخت آن‌ها توسط تعداد زیادی از متخصصان انجام می‌گیرد. هر حامل فضایی متناسب با مأموریت خود طراحی می‌گردد. این مأموریت‌ها می‌توانند قرار دادن ماهواره در مدارهای چند صد کیلومتری از سطح زمین باشند یا می‌توانند برای انتقال انسان به فضا برنامه‌ریزی شوند. درهرصورت طراحان یا طراحی جدیدی را آغاز می‌کنند یا به بهینه‌سازی طرح‌های قبلی روی می‌آورند؛ اما متغیرهای هزینه، قابلیت اطمینان و افزایش توان حمل محموله، از مهم‌ترین پارامترهای مدنظر طراحان است. به همین دلیل لازم است متخصصان بر روش‌های نوین طراحی حامل اشراف کامل داشته باشند تا بتوانند با انتخاب یک روش مناسب برای طراحی، کار خود را به‌خوبی انجام دهند. در میان این روش‌ها، طراحی بهینه چند موضوعی از مهم‌ترین روش‌های طراحی میباشد. با توجه به این‌که کشور ما امروز توانسته است در شرایط خاص موجود و در اوج تحریم‌ها و کارشکنی‌ها، به تکنولوژی طراحی و تولید و پرتاب حامل فضایی دست یابد، لازم دانستیم روش‌ نوینی برای طراحی را بررسی نماییم تا ان‌شاءالله در طراحی‌های بعدی با بهره‌گیری از آن‌ بتوانیم حامل‌های پیشرفته‌تر و با کارایی بهتر و بهینه‌تر تولید نماییم.
به این منظور در فصل اول مقدماتی را در خصوص حامل‌های فضایی، ساختار و نحوه تقسیم‌بندی آن‌ها آورده‌ایم. در فصل دوم مفاهیم مرتبط با طراحی بهینه چند موضوعی آمده است. همچنین اطلاعاتی در خصوص عدم قطعیت‌ها و مفهوم طراحی مقاوم آورده شده است. فصل سوم به مباحث مرتبط با طراحی زیرسیستم‌های حامل می‌پردازد. بخش شبیه‌سازی حامل نیز در این فصل ارائه شده است. در فصل چهارم به طراحی حامل پرداخته شده است. برای این کار ابتدا ساختار مشارکتی تشکیل شده و یک مثال ریاضی در آن حل شده است. سپس حامل فضایی با این ساختار طراحی شده و نتایج به دست آمده برای بررسی صحتشان با نتایج حاصل از طراحی حامل به روش امکان‌پذیری چند موضوعی مقایسه شده‌اند. در ادامه اثر عدم قطعیت‌ها روی حامل فضایی تحلیل می‌شود و پس‌ازآن برای دست‌یابی به حاملی با ساختار مقاوم نسبت به عدم قطعیت‌ها، روش مشارکتی را با روش طراحی مقاوم ترکیب می‌کنیم. در این روش رویکرد حل مسئله به‌صورت چند هدفی است و نهایتاً حاملی طراحی می‌شود که ضمن تلاش برای کاهش جرم اولیه، مقاوم در برابر عدم قطعیت‌ها باشد.
در نهایت و در قالب جمع بندی و نتیجهگیری، حامل های طراحی شده به روش مشارکتی و مقاوم مشارکتی با یکدیگر مقایسه می شوند.
این مقدمه را با کلامی از مولا علی علیه‌السلام به پایان می‌برم. ایشان می‌فرمایند:
«العلم سلطان، من وجده صال به و من لم یجده صیل علیه»
علم، سلطنت و قدرت است. هر که آن را بیابد، با آن یورش برد و هر که آن را پیدا نکند، بر او یورش برند./
شرح نهج‌البلاغه، ابن ابی الحدید، جلد 20، ص 319.
فصل اولحامل های فضایی
مقدمهحامل‌های فضایی به روش‌های مختلفی طراحی می‌شوند. نوع مأموریت و رویکرد طراحان از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر انتخاب روش طراحی هستند. در این پایان‌نامه نگاه نویسنده، استفاده از روش‌های نوین طراحی حامل و همچنین طراحی یک حامل قابل‌اعتماد در مقابل عدم قطعیت‌ها است. بنابراین قصد داریم به کمک روش طراحی بهینه چند موضوعی و ساختار مشارکتی و همچنین روش طراحی مقاوم یک حامل فضایی طراحی نماییم.
بدین منظور در این فصل ابتدا مروری بر فعالیت‌های صورت گرفته در این زمینه خواهیم داشت و در ادامه به معرفی حامل‌ها و انواع آن‌ها می‌پردازیم. سپس توضیحاتی در خصوص طراحی سیستمی بیان می‌شود.
مروری بر فعالیت‌های انجام‌گرفتهبا توجه به این‌که در این پایان‌نامه، طراحی حامل با روش طراحی بهینه چند موضوعی با ساختار مشارکتی و ترکیب آن با روش طراحی مقاوم انجام می‌شود، در این بخش سعی شده است فعالیت‌های مرتبط با این حوزه مرور گردد.
اولین بار آقاي سیوز بحث بهینه‌سازی چند موضوعی اتفاقی را در سال 1995 مطرح کرد. این مقوله در سال 1998 توسط آقاي جیو مجدداً مطرح شد و ایشان در سال 1999 حل یک مسئله چند موضوعی را ازنظر مقاومت از روش بدترین وضعیت بهبود داد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Gu</Author><Year>2000</Year><RecNum>145</RecNum><DisplayText>[1]</DisplayText><record><rec-number>145</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">145</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Gu, Xiaoyu</author><author>Renaud, John E</author><author>Batill, Stephen M</author><author>Brach, Raymond M</author><author>Budhiraja, Amarjit S</author></authors></contributors><titles><title>Worst case propagated uncertainty of multidisciplinary sys--s in robust design optimization</title><secondary-title>Structural and Multidisciplinary Optimization</secondary-title></titles><pages>190-213</pages><volume>20</volume><number>3</number><dates><year>2000</year></dates><isbn>1615-147X</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1] .به دنبال آن در سال2000 و 2001 مقالاتی در زمینه مسئله چند موضوعی مقاوم توسط کخ و ماوریس منتشر شدند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Koch</Author><Year>2000</Year><RecNum>146</RecNum><DisplayText>[2, 3]</DisplayText><record><rec-number>146</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">146</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Koch, Patrick N</author><author>Wujek, Brett</author><author>Golovidov, Oleg</author></authors></contributors><titles><title>A multi-stage, parallel implementation of probabilistic design optimization in an MDO framework</title><secondary-title>AIAA paper</secondary-title></titles><volume>4805</volume><dates><year>2000</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>DeLaurentis</Author><Year>2000</Year><RecNum>147</RecNum><record><rec-number>147</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">147</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>DeLaurentis, Daniel A</author><author>Mavris, Dimitri N</author></authors></contributors><titles><title>Uncertainty modeling and management in multidisciplinary analysis and synthesis</title><secondary-title>AIAA paper</secondary-title></titles><pages>5</pages><volume>422</volume><dates><year>2000</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2, 3]. چن و همکارانش در سال 2000 ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Du</Author><Year>2000</Year><RecNum>148</RecNum><DisplayText>[4]</DisplayText><record><rec-number>148</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">148</key></foreign-keys><ref-type name="Conference Proceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>Du, Xiaoping</author><author>Chen, Wei</author></authors></contributors><titles><title>Concurrent subsys-- uncertainty analysis in multidisciplinary design</title><secondary-title>The 8th AIAA/NASA/USAF/ISSMO symposium on multidisciplinary analysis and optimization. Long Beach, CA</secondary-title></titles><dates><year>2000</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]کارهاي قبلی خود و سایر پژوهشگران قبلی را در زمینه تلفیق طراحی بهینه چند موضوعی با طراحی مقاوم تکمیل کردند و روشی به نام تحلیل عدم قطعیت یکپارچه زیرسیستم اصلاح‌شده (MCSSUA) را معرفی کردند که بهبودیافته کارهاي قبلی یعنی تحلیل عدم قطعیت یکپارچه زیرسیستم (CUSSA) بود. چن و همکارانش در سال 2001 ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Du</Author><Year>2001</Year><RecNum>150</RecNum><DisplayText>[5]</DisplayText><record><rec-number>150</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">150</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Du, Xiaoping</author><author>Chen, Wei</author></authors></contributors><titles><title>A hierarchical approach to collaborative multidisciplinary robust design</title><secondary-title>Department of Mechanical Engineering, University of Illinois at Chicago</secondary-title></titles><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5] طراحی مقاوم را وارد ساختار بهینه‌سازی مشارکتی کردند و یک ساختار سلسه‌مراتبی ابداع نمودند که شامل سه سطح سیستم، زیرسیستم، و سطح تحلیل عدم قطعیت می‌شد. آن‌ها گزارش کردند که اگرچه این روش کارآمد است، ولی به دلیل وجود مشکل همگرایی بهینه‌سازی مشارکتی و حساسیت به نقطه شروع در بهینه‌سازی زیرسیستم، در برخی از مسائل با مشکل مواجه می‌شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].
یکی از کارهاي ارائه‌شده و قابل‌دسترس در زمینه طراحی ماهواره‌بر در یک پایان‌نامه دکتري توسط آقاي مک کورمیک در سال 2001 ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>McCormick</Author><Year>2001</Year><RecNum>151</RecNum><DisplayText>[7]</DisplayText><record><rec-number>151</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">151</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>McCormick, David Jeremy</author></authors></contributors><titles><title>Distributed uncertainty analysis techniques for conceptual launch vehicle design</title></titles><dates><year>2001</year></dates><publisher>Georgia Institute of Technology</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7] انجام شده است. در این کار که براي مرکز تحقیقاتی لانگلی انجام شده است، عدم قطعیت با روش احتمالات در طراحی یک ماهواره‌بر چند بار مصرف با روش بهینه‌سازی مشارکتی اعمال ‌شده است. در این پژوهش کار نسبتاً کاملی ازلحاظ مباحث طراحی بهینه چند موضوعی با توجه به نرم‌افزارهای قوي در دسترس محقق انجام شده است. در سال 2006 آقاي لینشو و همکارش بهینه‌سازی مقاوم یک ماهواره‌بر چندمرحله‌ای را انجام دادند. هدف اصلی این مقاله این است که روش تکاملی را براي طراحی مفهومی مقاوم یک ماهواره‌بر با در نظر گرفتن بهینه‌سازی مسیر به کار ببرند. در این روش بهینه‌سازی مقاوم تکاملی، ایده اساسی تعریف یک همسایگی براي یک حل و بنابراین تعیین میانگین و واریانس موضعی یک حل می‌باشد. بنابراین به کمک بهینه‌سازی چند هدفی تکاملی می‌تواند تعاملی بین بهینگی و مقاومت برقرار شود. ساختار مدل‌سازی طراحی بهینه چند موضوعی به‌صورت همه در یک مرحله است و از روش الگوریتم ژنتیک براي بهینه‌سازی استفاده‌شده است. به‌علاوه مدل‌های به‌کاررفته بسیار ساده می‌باشند. به‌عنوان‌مثال براي شبیه‌سازی مسیر از روابط دو درجه آزادي، آیرودینامیک روابط تجربی ساده، وزن روابط آماري و پیشران روابط تحلیلی ساده استفاده‌شده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Akhtar</Author><Year>2006</Year><RecNum>152</RecNum><DisplayText>[8]</DisplayText><record><rec-number>152</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">152</key></foreign-keys><ref-type name="Conference Proceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>Akhtar, Saqlain</author><author>Linshu, He</author></authors></contributors><titles><title>An efficient evolutionary multi-objective approach for robust design of multi-stage space launch vehicle</title><secondary-title>11th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference, Portsmouth, Virginia</secondary-title></titles><pages>6-8</pages><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]. در سال 2007 آقاي ماهادوان و همکارش روشی مجزا براي بهینه‌سازی طراحی چند موضوعی تحت عدم قطعیت ارائه دادند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Chiralaksanakul</Author><Year>2007</Year><RecNum>153</RecNum><DisplayText>[9]</DisplayText><record><rec-number>153</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">153</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Chiralaksanakul, Anukal</author><author>Mahadevan, Sankaran</author></authors></contributors><titles><title>Decoupled approach to multidisciplinary design optimization under uncertainty</title><secondary-title>Optimization and Engineering</secondary-title></titles><pages>21-42</pages><volume>8</volume><number>1</number><dates><year>2007</year></dates><isbn>1389-4420</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]. در سال 2008 آقاي لینشو و همکارانش مقاله‌ای تحت عنوان روش طراحی مقاوم ممکن بر مبناي شبیه‌سازی براي طراحی یک ماهواره‌بر چندمرحله‌ای ارائه کردند. در این مقاله ذکر شده است که در سال‌های اخیر، در مقالات روش‌هایی براي دست یافتن به طراحی مقاوم ارائه شده است اما یا این روش‌ها ازنظر محاسباتی هزینه‌بر هستند یا نیاز به اطلاعات مشتق‌گیری دارند، درحالی‌که اکثر توابع به‌کاررفته در کارهاي مختلف شدیداً غیرخطی هستند و یا پیچیده‌اند و داراي ناپیوستگی و نقاط نوک‌تیزند که غیرقابل مشتق‌گیری می‌باشند. در این مقاله، یک روش طراحی مقاوم کارآمد ارائه‌ شده است که حضور عدم قطعیت‌ها را نسبت به سطح مطلوبی از مقاومت مدیریت می‌کند و آن را طراحی مقاوم ممکن نامیده‌اند. از روش بدترین وضعیت سازگاري براي تخمین عدم قطعیت تولیدشده در پیشگویی عملکرد استفاده‌شده است و به‌منظور به دست آوردن تخمین بدترین وضعیت، ماتریس طراحی متعامد مرتبه اول به‌صورت یکپارچه‌شده با الگوریتم ژنتیک به کار گرفته‌شده است. برعکس کارهاي انجام‌شده در مقالات قبل، روش ارائه‌شده از اطلاعات مشتق‌گیری استفاده نمی‌کند. در این مقاله نیز از همان مدل‌های ساده به‌کاررفته در مقاله سال 2006 استفاده‌شده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Akhtar</Author><Year>2008</Year><RecNum>154</RecNum><DisplayText>[10]</DisplayText><record><rec-number>154</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">154</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Akhtar, Saqlain</author><author>Linshu, He</author><author>Akhtar, Vaqar</author></authors></contributors><titles><title>Simulation-Based Feasible Robust Design Approach for Multi-Stage Space Launch Vehicle</title><secondary-title>AIAA Paper</secondary-title></titles><pages>7-10</pages><volume>902</volume><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]. در سال 2011، آقاي زمن و همکارانش مقاله‌ای با عنوان بهینه‌سازی طراحی بر مبناي مقاومت تحت عدم قطعیت در اطلاعات ارائه کرده‌اند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Zaman</Author><Year>2011</Year><RecNum>136</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>136</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">136</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Zaman, Kais</author><author>McDonald, Mark</author><author>Mahadevan, Sankaran</author><author>Green, Lawrence</author></authors></contributors><titles><title>Robustness-based design optimization under data uncertainty</title><secondary-title>Structural and Multidisciplinary Optimization</secondary-title></titles><pages>183-197</pages><volume>44</volume><number>2</number><dates><year>2011</year></dates><isbn>1615-147X</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]. این مقاله فرمول‌بندی و الگوریتمی براي بهینه‌سازی طراحی تحت هر دو نوع عدم قطعیت، شانسی (یعنی تغییرپذیري فیزیکی یا طبیعی) و شناختی (یعنی اطلاعات احتمالی غیردقیق)، از منظر مقاومت سیستم پیشنهاد می‌کند. در این مقاله یک روش مجزا ارائه شده تا طراحی بر مبناي مقاومت را از آنالیز متغیرهاي شناختی غیر طراحی براي رسیدن به کارایی محاسباتی جدا کند. روش پیشنهادشده براي مسئله طراحی مرحله فوقانی یک ماهواره‌بر دومرحله‌ای به کار رفته است، که در آن اطلاعات درباره ورودی‌های تصادفی طراحی فقط به‌صورت داده‌هایی پراکنده یا بازه‌ای در دسترس هستند. نظر به این‌که جمع‌آوری اطلاعات بیشتر عدم قطعیت را کاهش اما هزینه را افزایش می‌دهد، اثر اندازه نمونه روي بهینگی و مقاومت راه‌حل نیز مطالعه شده است. در این مقاله روشی توسعه داده شده است تا اندازه نمونه بهینه را براي تعداد داده‌های پراکنده‌ای که منجر به حلی از مسئله طراحی می‌شوند که کمترین حساسیت به تغییرات در متغیرهاي ورودي تصادفی را داشته باشد تعیین کند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].
البته درزمینه طراحی مشارکتی با رویکرد چند هدفی آقای ولف در سال 2005 ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Wolf</Author><Year>2005</Year><RecNum>156</RecNum><DisplayText>[12]</DisplayText><record><rec-number>156</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">156</key></foreign-keys><ref-type name="Report">27</ref-type><contributors><authors><author>Wolf, Robert A</author></authors></contributors><titles><title>Multiobjective collaborative optimization of sys--s of sys--s</title></titles><dates><year>2005</year></dates><publisher>DTIC Document</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12] پژوهش‌هایی داشته است. همچنین آقای بالسدنت نیز درزمینه طراحی بهینه چند موضوعی یک حامل در سال 2011 تز دکترای خود را ارائه نموده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Balesdent</Author><Year>2011</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">109</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>Balesdent, M</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of launch vehicles</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>Phd thesis, Ecole Centrale de Nantes</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]. حسینی و همکاران نیز در سال 2011 توانستند یک حامل فضایی دومرحله‌ای را به روش مشارکتی و باهدف کاهش جرم اولیه پرتاب طراحی نمایند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Hosseini</Author><Year>2011</Year><RecNum>123</RecNum><DisplayText>[14]</DisplayText><record><rec-number>123</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">123</key></foreign-keys><ref-type name="Conference Proceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>Hosseini, Majid</author><author>Toloie, Alireza</author><author>Nosratollahi, Mehran</author><author>Adami, Amir</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of an expendable launch vehicle</title><secondary-title>Recent Advances in Space Technologies (RAST), 2011 5th International Conference on</secondary-title></titles><pages>702-707</pages><dates><year>2011</year></dates><publisher>IEEE</publisher><isbn>1424496179</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14]. آقای بطالبلو در سال 2013 ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6] نیز عملیات طراحی مقاوم یک ماهواره‌بر سوخت مایع را با احتساب عدم قطعیت انجام داده است.
بنابراین با نگاهی به مراجع مرور شده می توان دریافت که اعمال عدم قطعیت ها در بدو مسیر طراحی مدنظر طراحان قرار گرفته است. همچنین مطالعاتی در زمینه ترکیب طراحی بهینه چند موضوعی و طراحی مقاوم انجام شده است. اما به طور خاص حضور عدم قطعیت ها در ساختار مشارکتی منجر به پیچیده شدن مسیر همگرایی می گردد. در این پایان نامه سعی کردیم با ترفندهایی مسیر همگرایی را بهبود بخشیم.
در ادامه به معرفی موشک حامل و ساختار و نحوه تقسیم‌بندی آن می‌پردازیم.
تعريف موشک حاملموشک‌های حامل عبارتنداز موشک‌هایی كه براي حمل يک محموله يا بار مفید از روي زمين به مدار اطراف زمين مورد استفاده قرار می‌گیرند. موشک‌های حامل بکار گرفته‌شده تا به امروز از دو مرحله يا بيشتر تشکیل‌شده‌اند. اين موشک‌ها براي انجام مأموریت خود به‌صورت عمودي از زمين جداشده و با زاويه صفر درجه نسبت به افق محلي بار محموله خود را در مدار اطراف زمين قرار می‌دهند. REF _Ref409458494 r h ‏ شکل1-1 شمای موشک حامل سفیر را نشان می‌دهد.

شمای موشک حامل سفیرتقسیم‌بندی موشک‌های حاملموشک‌های حامل در دسته‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. همان‌طور که از REF _Ref409458542 r h ‏ شکل1-2 پیداست، موشک‌های حامل بر اساس نحوه طراحی، نحوه ترکیب ساختاری، تعداد دفعات استفاده، نوع محموله، محدوده کاربرد و کلاس وزنی به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌گردند که هرکدام را به‌اختصار توضیح می‌دهیم.

تقسیم‌بندی موشک حامل ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>میرشمس</Author><Year>1391</Year><RecNum>121</RecNum><DisplayText>[15]</DisplayText><record><rec-number>121</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">121</key></foreign-keys><ref-type name="Report">27</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مهران میرشمس</style></author><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">حسن ناصح</style></author></authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جزوه درسی طراحی سیستمی ماهواره بر</style></title></titles><dates><year>1391</year></dates><pub-location><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">تهران</style></pub-location><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style><style face="normal" font="default" size="100%">&#xD;</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]کلاس وزني موشک‌های حاملموشک‌های حامل ازنظر کلاس وزني به چهار گروه سبک، متوسط، سنگين و فوق سنگين تقسيم می‌شوند. موشک‌های حامل کلاس سبک، موشک‌هایی هستند که قابليت حمل جرم بار محموله آن‌ها به مدار ارتفاع پايين زمين (LEO) کمتر از 1 تن و موشک‌های حامل کلاس متوسط، موشک‌هایی هستند که جرم بار محموله قابليت حمل جرم بار محموله آن‌ها به مدار ارتفاع پايين زمين بيشتر از 1 تن و کمتر از 10 تن و موشک‌های حامل کلاس سنگين، موشک‌هایی هستند که قابليت حمل جرم بار محموله آن‌ها به مدار ارتفاع پايين زمين بيشتر از 10 تن و کمتر از 20 تن و موشکهاي حامل کلاس فوق سنگين، موشک‌هایی هستند که جرم بار محموله آن‌ها بيشتر از 20 تن باشد.
محدوده کاربردي موشک‌های حاملموشک‌های حامل ازنظر محدوده کاربردي به سه دسته طبقه‌بندی می‌شوند. دسته اول داراي محدوده کاربردي نزديک زمين، دسته دوم داراي محدوده کاربردي بين سیاره‌ای و دسته سوم نيز داراي محدوده کاربردي خارج منظومه شمسي می‌باشند.
بار محموله موشک‌های حاملموشک‌های حامل ازنظر نوع بار محموله به دو دسته سرنشين دار و بدون سرنشين تقسیم‌بندی می‌شوند. موشک‌های حامل سرنشين دار موشک‌هایی هستند كه براي حمل سفاين فضايي باسرنشین از آن‌ها استفاده می‌گردد و در مقابل موشک‌های حامل بدون سرنشين براي حمل انواع محموله‌های فضايي بدون سرنشين مورداستفاده قرار می‌گیرند. معمولاً کلاس اين نوع موشک‌ها از نوع سنگين و فوق سنگين می‌باشند.
تعداد دفعات مصرفازنظر تعداد دفعات مصرف موشک‌های حامل به دو دسته یک‌بارمصرف و چند بار مصرف تقسیم‌بندی می‌شوند. معمولاً موشک‌های حامل چند بار مصرف داراي اين قابليت هستند که پس از بازيابي به‌صورت كلي يا جزئی دوباره مورداستفاده قرار گيرند. برای مثال موشک حامل سفیر یک‌بارمصرف و شاتل فضایی چند بار مصرف می‌باشد.
نحوه ترکيب ساختاري موشک‌های حاملترکيب ساختاري موشک‌های حامل به تعداد مراحل، نحوه چيدمان مراحل و ساختار مقاومتي سازه موشک حامل برمی‌گردد.
تعداد مراحلموشک‌های حامل امروزی جزء حامل‌های چندمرحله‌ای هستند؛ به‌عبارت‌دیگر تاکنون حداقل مراحل لازم برای رسیدن به‌سرعت و ارتفاع مداری و قرار دادن محموله در مدار، از دو مرحله به بالا بوده است؛ اما تحقیقات برای ساخت حامل‌های تک‌مرحله‌ای انجام‌شده تا شاید بشر بتواند در آینده به فناوری ساخت حامل تک‌مرحله‌ای دست پیدا کند. REF _Ref409458642 r h ‏ شکل1-3 تأثیر پارامترها بر انتخاب تعداد مراحل حامل فضایی را نشان می‌دهد.

تأثیر پارامترها بر انتخاب تعداد مراحل حامل فضاییدر REF _Ref409458717 r h ‏ شکل1-4 شمای مأموریتی یک حامل سه مرحله‌ای را می‌بینید.

بلوک های حامل فضایی ساترننوع ترکيب موشک‌های حاملترکیب ساختاری موشک حامل به دو بخش ساختار سری و ساختار خورجینی طبقه‌بندی می‌شود. موشک‌های سبک‌تر ساختار سری دارند. در این نوع ساختار باک‌های پیشران روی یکدیگر قرار می‌گیرند و همین مسئله منجر به افزایش طول حامل می‌گردد که مشکلات سازه‌ای را به همراه خواهد داشت. درعین‌حال سادگی، سبکی و کوچک بودن عملگرهای کنترلی از محاسن ساختار سری می‌باشد. در ساختار خورجینی باک‌های پیشران در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند به همین دلیل طول موشک کوتاه‌تر می‌گردد. اما مشکلات کنترلی و افزایش قطر موشک را در پی خواهد داشت. در REF _Ref409459953 r h ‏ شکل1-5 دو موشک با ساختار سری و خورجینی مشاهده می‌شود.

ساختار سری و ساختار خورجینی در موشک حامل صنايع توليد بخش‌هاي مختلف حامل فضايي با توجه به پیچیدگی و گستردگی طراحی و ساخت یک حامل فضایی، متخصصین و مهندسان زیادی در بخش‌های مختلف عملیات طراحی و ساخت را به عهده می‌گیرند. در ادامه به معرفی تعدادی از این بخش‌ها می‌پردازیم.
بخش طراحي و تحقيقات 
پس از تعیین مأموریت و ارسال سفارش به صنعت از سوی کارفرما، کار طراحی آغاز می‌گردد. در فاز طراحی مهندسان سیستم، با توجه به محدودیت‌ها و قیود موجود، سعی می‌کنند مناسب‌ترین طرح را استخراج کنند. طراحی به دو صورت امکان‌پذیر است. طراحان در حالت اول بر اساس حامل‌های موجود، حامل متناسب با مأموریت را طراحی می‌نمایند و یا در حالت دوم یک طرح جدید را ارائه می‌کنند. البته حالت اول مرسوم‌تر است و بسیاری از حامل‌های موجود، بر اساس حامل‌های سابق طراحی شده‌اند. پس‌ازاین که طراحی مفهومی انجام شد، طرح کلی اولیه به صنایع مرتبط ارسال شده و هر صنعت موظف است طرح دقیق زیرسیستم مربوطه را ارائه نماید. با توجه به اینکه چهارچوب اصلی حامل در فاز طراحی مفهومی شکل می‌گیرد، انتخاب روش طراحی برای دستیابی به بهینه‌ترین طرح بسیار مهم است. بر این اساس طراحان با توجه به آزادی عملی که در این فاز دارند، متناسب باهدف اصلی و مدنظر کارفرما مثل کاهش هزینه، کاهش جرم اولیه حامل و یا افزایش قابلیت اطمینان روش طراحی را انتخاب می‌کنند.
صنايع موتور 
در این بخش با توجه به تراست موردنیاز و ابعاد به‌دست‌آمده از فاز طراحی مفهومی، موتور یا موتورهای متناسب برای حامل طراحی و ساخته می‌شوند و یا از میان موتورهای موجود انتخاب می‌گردند. آنچه در طراحی و یا انتخاب موتورها باید به آن توجه داشت مقدار ضربه ویژه موتور می‌باشد. ضربه ویژه یکی از مشخصات موتور بوده و برابر است با مدت زمانی که یک نیوتون پیشران در موتور مورد نظر بتواند با احتراق خود نیرویی معادل یک نیوتون تولید کند. معمولاً موتورهایی که از پیشران مایع استفاده می‌کنند ضربه ویژه بالاتری نسبت به موتورهای با پیشران جامد دارند.
صنايع سازه 
سازه حامل‌های فضایی باید سبک و درعین‌حال مقاوم باشد. در برخی حامل‌ها با توجه به اینکه باک پیشران دراز بوده و قسمت زیادی از حجم حامل را به خود اختصاص می‌دهد، بدنه باک را طوری می‌سازند که دیگر نیازی به استفاده از پوسته نبوده و پوشش باک همان پوشش خارجی حامل است. البته بدیهی است که ابعاد و ضخامت سازه حامل باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که در مقابل تنش‌ها و فشارها و همچنین خیز موشک مقاومت کرده و از هم نپاشد.
صنايع پیشرانوظیفه صنایع پیشران تولید پیشران متناسب با نوع سیستم پیشرانش می‌باشد. پیشران‌ها به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. پیشران‌های جامد، مایع، هیبرید و هیبرید معکوس از نمونه دسته‌بندی پیشران‌ها هستند.
صنايع هدايت و كنترل 
مجموعه قطعات الکتریکی و الکترونیکی و همچنین عملگرهای کنترلی در این قسمت ساخته می‌شوند. کامپیوتر پرواز، ژیروسکوپ‌ها، شتاب سنج‌ها و تجهیزات ناوبری که وظیفه تشخیص موقعیت دقیق موشک را بر عهده دارند، از خروجی‌های این قسمت می‌باشند.
صنايع تجهيزات پرتاب 
کلیه تجهیزات موردنیاز برای حمل، آماده‌سازی و پرتاب حامل در این بخش تهیه می‌شود. طراحی برج سرویس مستقر در سایت پرتاب نیز در این بخش صورت می‌گیرد.
طراحي حامل‌های فضاييهمان‌طور که گفته شد بخش تحقيقات و طراحي، يکي از بخش‌های اصلي و مهم در صنايع توليد حامل‌های فضايي به شمار می‌رود. اين بخش با دريافت يک سفارش به بررسي روش‌های مختلف طراحي حامل فضايي می‌پردازد تا درنهایت به کمک يکي از روش‌های موردبررسی واقع‌شده، طراحي کلي حامل فضايي را انجام دهد. سيکل طراحي و توسعه بيشتر پروژههاي فضايي داراي پنج فاز زير ميباشد:
فاز اول) طراحی مفهومی
فاز دوم) طراحی اولیه
فاز سوم) طراحی دقیق
فاز چهارم) آزمایش
فاز پنجم) ساخت نمونه
در فاز اول مشخصات کلی حامل از قبیل تعداد مراحل و محدوده‌های تراست، جرم و ابعاد هر مرحله و همچنین ضرایب جرمی انرژیتیک به دست می‌آید. اطلاعات به‌دست‌آمده در این فاز ممکن است با مقادیر نهایی حدود 25 درصد اختلاف داشته باشد. در فاز دوم اطلاعات به‌دست‌آمده در فاز اول برای هر زیرسیستم با دقت بیشتری تحلیل و بررسی می‌شوند و نهایتاً مشخصات جزئی‌تری از حامل به دست می‌آید. در فاز طراحی دقیق، ابعاد دقیق زیرسیستم‌ها و نقشه‌های ساخت آن‌ها و همچنین جانمایی آن‌ها در حامل تعیین می‌شود. پس از تست و آزمایش این زیرسیستم‌ها به‌طور جداگانه و باهم و تطبیق عملکرد آن‌ها در کنار یکدیگر، نمونه اولیه تولید می‌گردد. نهایتاً پس از رضایت از عملکرد نمونه اولیه، تولید تعداد دلخواه از این حامل‌ها آغاز می‌گردد. ( REF _Ref381449360 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل1-6)

روند طراحی حامل فضاییدر پیوست نیز جهت آشنایی، لیست موشک‌های حامل فعال یا درحال توسعه دنیا به همراه جزئیاتشان در جدول پ1 و مشخصات حاملهای فضایی جمهوری اسلامی ایران در جدول پ2 آورده شده است.
جمعبندیبا توجه به توضیحاتی که در این فصل آورده شد، در این پایان نامه به دنبال طراحی یک حامل با پیشران مایع و در کلاس متوسط هستیم. محدوده کاربردی حامل برای پرتاب محموله بدون سرنشین به مدار نزدیک به زمین می باشد. حامل از نوع حامل های یک بار مصرف خواهد بود و دومرحله ای می باشد. ساختار حامل مدنظر سری هست و نوع طراحی نیز طراحی جدید می باشد. سطح طراحی نیز در فاز طراحی مفهومی خواهد بود.
فصل دوممبانی و مفاهیم

طراحی بهینه چند موضوعیمقدمهبرای طراحی سیستم‌های بزرگ و پیچیده مانند حامل‌های فضایی، نیاز داریم تا بین اهدافی که مدنظر داریم تعادل ایجاد کنیم. زیرا گاهی برخی اهداف با اهداف دیگر در تعارض هستند و تلاش برای ارضای یک هدف ممکن است به فاصله گرفتن از اهداف دیگر بینجامد. این اهداف می‌توانند بهبود عملکرد، افزایش قابلیت اطمینان، ساده‌سازی طرح و یا کاهش هزینه‌ها باشند.
طراحی مفهومی یک حامل فضایی، پیکربندی و خلاصه‌ای از وضعیت کلی حامل را ارائه می‌دهد. معمولاً این طراحی در جهت رسیدن به عملکرد مناسب (یا به تعبیری کاهش وزن حامل) برای ارضاء شرایط یک مأموریت تعریف‌شده خواهد بود. پیکربندی را می‌توان شامل موارد زیر دانست:
مشخص کردن تعداد بلوک و مراحل ماهواره‌بر
انتخاب نوع فناوری
توزیع جرمی و بیان جزئیات جرم‌ها
پیش‌بینی عملکرد حامل
نوع سناریوی عملیاتی
تخمین هزینه‌ها
اما طراحی مفهومی مشکلات و نواقصی نیز دارد که آن‌ها را می‌توان این‌گونه برشمرد:
طراحی مفهومی، سیستم را در سطح پایینی توصیف می‌کند.
ارتباط بین اهداف طراحی و پارامترهای طراحی مفهومی معمولاً به‌خوبی مدل نمی‌شوند.
فلذا این نتایج گاهی در طراحی ناکارآمد خواهند بود. برای بهبود دادن به این نتایج در طول فاز طراحی مفهومی حداقل دو نکته باید در نظر گرفته شود:
بهبود آنالیز موضوعی و مدل کردن طرح با درجه اعتبار کافی
ارتقای روش‌های ایجاد هماهنگی بین آنالیز موضوعی و بهینه‌سازی کلی حامل فضایی
هدف دوم به کمک روش طراحی بهینه چند موضوعی در فاز طراحی مفهومی قابل دست‌یابی خواهد بود. رابطه متقابل و پیچیده‌ای بین آنچه می‌خواهیم به آن برسیم و همچنین قیود و محدودیت‌هایی که داریم، شکل مسیر پروازی، پیشرانش، وزن‌ زیرسیستم‌ها و نیروها با ناسازگاری‌هایی که هدف را تحت تأثیر قرار می‌دهند وجود دارد. البته این ناسازگاری‌ها به کمک یک برنامه بهینه‌سازی مناسب قابل اصلاح خواهند بود. طراحی بهینه چند موضوعی میان موضوعات مختلف طراحی، هماهنگی لازم را برای رسیدن به طرح مناسبی در طول فاز طراحی مفهومی ایجاد می‌کند.
این روش به مهندس سیستم اجازه می‌دهد تا در بازه وسیعی از فضای موجود و البته به‌صورت هوشمند، به بررسی شرایط بپردازد و تعداد زیادی از حالات ممکن طراحی را در فاز طراحی مفهومی و قبل از نهایی شدن طرح برتر، مورد ارزیابی قرار دهد. در ادامه تعدادی از روش‌های طراحی بهینه چند موضوعی با محوریت طراحی حامل فضایی آورده شده‌اند.
لزوم استفاده از طراحی بهینه چند موضوعیسیستم‌های پیچیده‌ای مثل حامل‌های فضایی که شامل تعداد بسیار زیادی قطعه هستند، از زیرسیستم‌های مختلفی ساخته‌شده‌اند. همان‌طور که پیش‌تر نیز به آن اشاره شد، هر زیرسیستم توسط مهندسین متخصص و مرتبط با همان زیرسیستم طراحی می‌گردد. به همین دلیل معمولاً هر زیرسیستم به‌طور مستقل طراحی گردیده و هدف مدنظر طراحان این بخش‌ها، دستیابی به طرحی برای تحقق اهداف ابلاغی فارغ از تأثیر آن بر سایر زیرسیستم‌ها می‌باشد. برای مثال در طراحی یک هواپیما، متخصصان بخش‌های مختلف از نگاه خود، زیرسیستم‌های مربوطه را مطابق REF _Ref384719466 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-1 طراحی می‌کنند. نتیجه این خواهد بود که غالب زیرسیستم‌ها با یکدیگر همخوانی نداشته و در تعارض خواهند بود. برای نمونه ملاحظه می‌شود که طرح زیرسیستم سازه، به‌هیچ‌عنوان با طرح زیرسیستم آیرودینامیک تطابق ندارد.
بنابراین حضور مهندسین سیستم و طرحی که بین این ساختارها تعادل ایجاد کند به‌خوبی احساس می‌گردد. مهندس سیستم این تعادل را به‌خوبی برقرار می‌سازد؛ به این نحو که با در نظر گرفتن الزامات طراحی هر زیرسیستم و بررسی حالات مختلف طراحی در یک فضای گسترده طراحی، می‌تواند بهینه‌ترین طرح را ارائه کند. طرح بهینه مجموعه متعادلی از ابعاد و ویژگی‌های مختص هر زیرسیستم خواهد بود.

طراحی هواپیما از نگاه متخصصان زیرسیستم ها ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Kroo</Author><Year>2004</Year><RecNum>108</RecNum><DisplayText>[16]</DisplayText><record><rec-number>108</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">108</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Kroo, I</author></authors></contributors><titles><title>Collectives and complex sys-- design</title><secondary-title>Von Karman Institute (VKI) Lecture Series on Optimization Methods &amp; Tools for Multicriteria/Multidisciplinary Design</secondary-title></titles><pages>15-19</pages><dates><year>2004</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[16]طراح سیستم برای رسیدن به طرح متعادل و بهینه، باید ضمن تسلط بر موضوعات مختلف طراحی، ارتباط آن‌ها را با یکدیگر در نظر گرفته و طرح ایده آل را استخراج نماید. REF _Ref384729429 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-2 قسمتی از ارتباط بین موضوعات طراحی را نشان می‌دهد. موضوعات مختلفی می‌توانند مدنظر طراحان قرار گیرند. معمولاً به جهت پیچیدگی‌های کار، چند موضوع مهم انتخاب گردیده و تمرکز طراحی بر روی این موضوعات خواهد بود. ازجمله این موضوعات می‌توان به ابعاد و وزن، پیشرانش، آیرودینامیک و یا دینامیک پرواز اشاره کرد. REF _Ref384729429 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-2 به‌خوبی قسمتی از نحوه تبادل اطلاعات بین موضوعات و ارتباط آن‌ها را نشان می‌دهد.
طراحی بهینه چند موضوعی روشی است که می‌تواند این موضوعات را همزمان در نظر گرفته و ضمن توجه به تأثیراتشان بر یکدیگر، طرح بهینه را ارائه کند.

تداخل موضوعات دخیل در طراحی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Blair</Author><Year>2001</Year><RecNum>106</RecNum><DisplayText>[17]</DisplayText><record><rec-number>106</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">106</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Blair, JC</author><author>Ryan, RS</author><author>Schutzenhofer, L</author></authors></contributors><titles><title>Launch vehicle design process: characterization, technical integration, and lessons learned</title><secondary-title>2001.</secondary-title></titles><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[17]طراحی بهینه چند موضوعی شامل روش‌های مختلفی می‌شود. اما وجه مشترک این روش‌ها استفاده از بهینه‌ساز است. در بعضی روش‌ها یک بهینه‌ساز وجود دارد که به این روش‌ها، روش‌های تک سطحی گفته می‌شود. در برخی دیگر نیز چند بهینه‌ساز وجود دارد که به آن‌ها روش‌های چند سطحی اطلاق می‌گردد. انتخاب روش حل و انتخاب روش بهینه‌سازی باید بر اساس اصول و منطق باشد زیرا در غیر این صورت با توجه به حجم بالای محاسبات ممکن است فرآیند طراحی بسیار زمان‌بر شده و منجر به تحمیل هزینه زیادی گردد. همچنین احتمال عدم همگرایی فرایند حل وجود داشته و ممکن است به جواب نرسیم.
در REF _Ref384761892 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-3 یک نمونه از منطق تصمیم‌گیری برای انتخاب روش حل و روش بهینه‌سازی پیشنهاد گردیده است. برای مثال اگر نیاز به سیستمی داریم که اغتشاشات تأثیر زیادی روی عملکرد آن نداشته باشند باید از روش طراحی مقاوم استفاده نماییم. یا اگر تابع هدف دارای تعداد زیادی کمینه محلی باشد استفاده از الگوریتم ژنتیک برای اجرای فرایند بهینه‌سازی توصیه می‌گردد.

منطق تصمیم گیری برای انتخاب روش های بهینه سازی چند موضوعی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Rowell</Author><Year>2003</Year><RecNum>99</RecNum><DisplayText>[18]</DisplayText><record><rec-number>99</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">99</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Rowell, Lawrence F</author><author>Korte, John J</author></authors></contributors><titles><title>Launch vehicle design and optimization methods and priority for the advanced engineering environment</title><secondary-title>NASA Technical Report NASA/TM-2003</secondary-title></titles><volume>212654</volume><dates><year>2003</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[18]انواع روش های طراحی بهینه چند موضوعیتاکنون روش‌های زیادی برای طراحی بهینه چند موضوعی ارائه‌شده است. هرکدام از این روش‌ها کاربردهای خاص خود را دارند و تلاش برای معرفی یک روش به‌عنوان روش برتر معقول به نظر نمی‌رسد. به همین دلیل مقایسه آن‌ها هم یک جواب واحد نمی‌دهد و بسته به نوع مسئله، ممکن است هرکدام معایب و یا محاسن متفاوتی نشان دهند. در این بخش به معرفی روش‌های شناخته‌تر شده خواهیم پرداخت. روش‌های طراحی بهینه چند موضوعی به دو دسته روش‌های تک سطحی (شامل یک بهینه‌ساز) و روش‌های چند سطحی (شامل چند بهینه‌ساز) تقسیم می‌شوند. در ادامه فرمول‌بندی هر روش و نقاط قوت و ضعف آن آورده شده است.
روش‌های تک سطحیاز شناخته‌شده‌ترین روش‌های تک سطحی می‌توان به روش‌های امکان‌پذیری چند موضوعی، امکانپذیری تک موضوعی و همه در یک مرتبه اشاره نمود. در این سه روش، هر موضوع به‌طور جداگانه طراحی نمی‌گردد و تحلیل بهینه‌سازی برای تمام موضوعات به‌صورت هم‌زمان و توسط یک بهینه‌ساز صورت می‌گیرد. در ادامه جزئیات بیشتری از این سه روش آورده شده است.
روش امکان پذیری چند موضوعیروش امکانپذیری چند موضوعی که به‌اختصار MDF نیز نامیده می‌شود، رایج‌ترین روش در طراحی بهینه چند موضوعی است. ساختار این روش مشابه ساختار یک مسئله بهینه‌سازی سنتی می‌باشد که تنها یک زیرسیستم را شامل شده است؛ با این تفاوت که در MDF به‌جای آن زیرسیستم، یک تحلیلگر چند موضوعی قرارگرفته است که با هر تکرار مسئله را تحلیل می‌کند ( REF _Ref385021058 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-4). در هر تکرار پس از تحلیل موضوعات، نتایج به بهینه‌ساز منتقل می‌گردد و در آنجا تابع هدف و قیود محاسبه می‌گردند. این روند در هر تکرار ادامه پیدا می‌کند تا زمانی که تابع هدف کمینه گردد و یا شرایط توقف ارضا گردد.

روش امکان پذیری چند موضوعی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Balesdent</Author><Year>2011</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">109</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>Balesdent, M</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of launch vehicles</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>Phd thesis, Ecole Centrale de Nantes</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]
نقطه قوت اصلی روش MDF ساده بودن آن است زیرا از تعداد محدودی از متغیرهای بهینه‌سازی استفاده می‌کند (تنها متغیرهای طراحی z در بهینه‌ساز اداره می‌شوند). اما در روند بهینه‌سازی مسئله‌ای که موضوعات با اثر متقابل بر یکدیگر دارد، مناسب عمل نمی‌کند.
روش امکانپذیری تک موضوعیدر روند طراحی به کمک روش امکانپذیری تک موضوعی یا IDF در هر بار تکرار، تحلیل موضوعات به‌صورت کامل و از ابتدا انجام نمی‌گیرد. مشابه روش IDF، یک بهینه‌ساز در سطح سیستم قرار داده شده است و مجموعه تحلیلگر موضوعات نیز در زیرسیستم‌های جداگانه‌ای عملیات تحلیل را انجام می‌دهند. تفاوت اصلی بین روش IDF با روش MDF در این است که در IDF، بهینه‌ساز مسئول هماهنگی بین زیرسیستم‌ها نیز خواهد بود و برای این کار از متغیرهای اضافی (متغیرهای درگیر y) استفاده می‌کند ( REF _Ref385061945 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-5). این روش قادر است مسئله را به چند زیرسیستم تقسیم کند. گسسته سازی در این روش باعث می‌شود تعداد متغیرها به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش یابد اما درعین‌حال سرعت پردازش کامپیوتری نیز بالا می‌رود و عمل موازی‌سازی کامپیوتری جهت تسریع در سرعت حل امکان‌پذیر خواهد بود. همچنین فرایند حل در این روش تا زمان همگرایی و دستیابی به جواب نباید متوقف گردد.
اگر تعداد متغیرهای درگیر نسبتاً کم باشد، روش IDF کاربردی خواهد بود و مسئله را در زمان محاسباتی محدودی حل خواهد کرد. بهینه‌ساز با تک‌تک زیرسیستم‌ها ارتباط مستقیم دارد و نتایج را مستقیماً به آن‌ها تزریق می‌کند. همچنین با توجه به اینکه فرایند تحلیل چند موضوعی حذف گردیده، حلقه تجزیه‌وتحلیل داخلی نیز شکسته شده است. به‌این‌ترتیب، اگر بهینه‌ساز نیاز پیدا کرد تا یک زیرسیستم را با حساسیت محاسباتی بیشتری بررسی کند، سایر زیرسیستم‌ها دخیل نخواهند شد و به‌این‌ترتیب زمان تلف نمی‌گردد. به‌علاوه اینکه اگر نیاز به تمرکز بالا برای حل یک مسئله بهینه‌سازی چند موضوعی داشتیم، این روش کارآمد خواهد بود. در کاربردهای با مقیاس بزرگ‌تر که زیرسیستم‌ها تحت نظارت مهندسین طراح مربوطه هستند، دستورات مدیریتی در سطح سیستم درIDF نسبت به روش MDF درجه اعتبار کمتری دارند. زیرا هر گروه تنها با مدیر بخش خود هماهنگ است. به همین خاطر و با توجه به حذف تحلیل چند موضوعی، گروه‌های مختلف ملزم به توقف تا رسیدن نتایج از سوی سایر گروه‌ها نیستند و فعالیت موازی در جریان است؛ اگرچه این استقلال کاری محدود می‌باشد زیرا امکان‌سنجی صحت جواب‌ها در سطح سیستم صورت می‌گیرد و نتایج هر گروه باید به سطح سیستم ارجاع شود.

روش تک موضوعی ممکن ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Balesdent</Author><Year>2011</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">109</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>Balesdent, M</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of launch vehicles</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>Phd thesis, Ecole Centrale de Nantes</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]
روش همه در یک مرتبهروش همه در یک‌مرتبه یکی دیگر از روش‌های تک سطحی طراحی بهینه چند موضوعی است که به‌اختصار AAO نامیده می‌شود. AAO مسئله بهینه‌سازی و همچنین معادلات مربوط به زیرسیستم‌های مختلف را به‌صورت همزمان حل می‌کند. این معادلات در هر تکرار ارضا نمی‌شوند بلکه ارضای آن‌ها فقط در فاز همگرایی خواهد بود (ساختار طراحی تنها در فاز همگرایی پایدار خواهد شد). کنترل روند طراحی در دست بهینه‌سازی است که در سطح سیستم تعریف شده است و هدف آن بهینه کردن یک تابع هدف جامع می‌باشد و این کار به کمک ارزیابی از هرکدام از زیرسیستم‌ها میسر می‌گردد. این بهینه‌ساز، وظیفه خود را به کمک متغیرهای طراحی z، متغیرهای درگیر y و متغیرهای وضعیت x انجام می‌دهد. در سطح زیرسیستم نیز تحلیلگرهای موضوعی با ارزیاب‌های موضوعی جایگزین شده‌اند. این طراحی و ارزیابی‌ها در سطح سیستم و زیرسیستم به‌صورت همزمان انجام می‌گیرد. ( REF _Ref385081706 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-6)

روش همه در یک مرتبه ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Balesdent</Author><Year>2011</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">109</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>Balesdent, M</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of launch vehicles</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>Phd thesis, Ecole Centrale de Nantes</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]
روش AAO روش زیاد پیچیده‌ای برای حل مسائل طراحی بهینه چند موضوعی نیست زیرا تفاوتی بین متغیرهای مختلفی که در یک سطح در حال پردازش هستند قائل نمیشود. بااین‌وجود این روش نقاط ضعفی را در حل مسائل با مقیاس بزرگ‌تر از خود نشان داده است. برای مثال در مسائلی که زیرسیستم‌های زیاد و پیچیده‌ای دارند، تعداد متغیرها بسیار زیاد می‌شود و همین امر سبب ناکارآمدی این روش می‌گردد. همچنین در حالتی که هنوز همگرایی اتفاق نیفتاده است AAO مانند روش IDF نمی‌تواند طرحی را ارائه کند که در آن قیود ارضا شده‌اند. در مسائل نسبتاً کوچک نیز می‌توان پردازش موازی انجام داد که این امر سبب کاهش زمان حل می‌گردد.
روش‌های چند سطحی
در این بخش به معرفی سه روش شناخته‌شده چند سطحی یعنی روش مشارکتی، روش بهینه‌سازی همزمان در زیرفضا و روش ترکیب سیستم جامع دومرحله‌ای می‌پردازیم.
روش مشارکتیروش مشارکتی یا همان CO که توسط آقای برون گسترش یافت، یک روش بهینه‌سازی دوسطحی است. این روش برای اعطای استقلال بیشتر به زیرسیستم‌ها به‌منظور برآورده ساختن قیود بین آن‌ها ایجاد شد. در این روش مسئله بهینه‌سازی به چند زیرمساله تقسیم می‌شود. برای هر زیرمساله، یک بهینه‌ساز محلی قرار دارد که ویژگی‌های زیر را دارد:
متغیرهای طراحی داخلی را کنترل می‌کند.
نسبت به ارضای قیود داخلی حساس است.
اطلاعاتی از متغیرها و قیود دیگر زیرسیستم‌ها ندارد.
هر بهینه‌ساز موضوعی متغیرهای خود را به‌منظور یافتن یک تعادل با سایر زیرسیستم‌ها بهبود می‌دهد. برای رسیدن به این هدف، تابع هدف خاصی در سطح زیرسیستم، خطای نسبی بین اطلاعات خروجی از تحلیلگر موضوعی و اطلاعاتی که از سطح سیستم ارسال شده است را نشان می‌دهد. در سطح سیستم، یک بهینه‌ساز مسئول هماهنگی بین تمام روند حل مسئله بوده و یک تابع هدف کلی را بهینه می‌کند ( REF _Ref385093205 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-7). هدف اصلی این روش این است که متخصصان این موضوعات می‌توانند در یک زیرسیستم دخالت کنند بدون اینکه توسط سایر زیرسیستم‌ها محدود شوند. زیرسیستم‌ها برای حل معادلات داخلی خود هم می‌توانند از تحلیلگر استفاده نمایند و هم می‌توانند از ارزیاب‌ها بهره گیرند. فرمول‌بندی روش CO در یک مسئله طراحی بهینه چند موضوعی به شکل زیر است:
در سطح سیستم REF _Ref409462606 r h ‏معادله 2-1 برقرار می‌باشد:
f(y,z)Minimize
(y,z)∈y×zWith respect to
∀i∈1,…,n,Ji*z*,z,yi,ciyi,zi*=0Subject to
Ji* تابع هدف بهینه‌شده مربوط به زیرسیستم i ام و z* مشابه داخلی متغیر z است. برای زیرسیستم i ام، REF _Ref409462666 r h ‏معادله 2-2 برقرار است:
Jizi,zi*,yi,ciyi,zi*=zi*-zi22+yij-cij(yi,zi*)22Minimize
zi*∈ziWith respect to
giyi,zi*≤0hiyi,zi*=0Subject to
yij متغیر درگیر از i امین زیرسیستم به j امین زیرسیستم است.
روش CO نقاط قوت معنی‌داری را نسبت به روش‌های تک سطحی به نمایش می‌گذارد. زیرمسالهها می‌توانند به کمک بهترین و مناسب‌ترین روش بهینه گردند. زیرمساله ها می‌توانند نسبتاً به‌آسانی اضافه شوند و یا ارتقا یابند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Rowell</Author><Year>2003</Year><RecNum>99</RecNum><DisplayText>[18]</DisplayText><record><rec-number>99</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">99</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Rowell, Lawrence F</author><author>Korte, John J</author></authors></contributors><titles><title>Launch vehicle design and optimization methods and priority for the advanced engineering environment</title><secondary-title>NASA Technical Report NASA/TM-2003</secondary-title></titles><volume>212654</volume><dates><year>2003</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[18]. زیرا موضوعات مستقیماً با یکدیگر در ارتباط نیستند. به همین دلیل اضافه کردن یک موضوع نیاز به‌صرف زمان زیادی برای تغییر روند بهینه‌سازی ندارد. پس می‌توان گفت که این روش یک روش انعطاف‌پذیر است. همچنین تعداد زیادی از متغیرها می‌توانند در عین کارآمدی وارد محاسبات گردند. هر چه تعداد متغیرهای موضوعی افزایش یابد و تعداد متغیرهای درگیر کم شود، عملکرد این روش بهبود می‌یابد. از معایب روش CO می‌توان به عدم همگرایی آن در برخی مسائل اشاره کرد. در کل هر چه تعداد متغیرهای درگیر افزایش یابد کارایی این روش کم می‌شود. از دیگر ویژگی این روش، کاربرد آن در مراکز صنعتی است به این صورت که می‌توان هر زیرسیستم را در یک صنعت و به‌طور مستقل طراحی نمود به‌طوری‌که شاید فاصله این مراکز از یکدیگر چند صد کیلومتر باشد. همه این مراکز باید به یک مرکز متصل باشند تا عملیات بهینه‌سازی در سطح سیستم صورت پذیرد.

روش مشارکتی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Balesdent</Author><Year>2011</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">109</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>Balesdent, M</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of launch vehicles</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>Phd thesis, Ecole Centrale de Nantes</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]
روش بهینه‌سازی همزمان در زیرفضاروش بهینه‌سازی همزمان در زیرفضا که به‌اختصار CSSO نامیده می‌شود، بر اساس منطق گسسته سازی سیستم شکل گرفته است. این منطق به زیرسیستم‌ها اجازه می‌دهد که به‌طور مستقل در روند بهینه‌سازی شرکت نمایند. مسئله کلی توسط یک بهینه‌ساز در سطح سیستم حل می‌شود. این بهینه‌ساز زیرسیستم‌های مختلف را هماهنگ می‌کند و در کل به دنبال ایجاد یک مصالحه بین نتایج مختلف پیشنهادی در سطح زیرسیستم‌ها است. از تخمین متغیرهای درگیر در زیرسیستم‌های مختلف برای بررسی تأثیر آن‌ها روی تابع هدف و همچنین قیود تساوی و قیود نامساوی استفاده می‌شود. به کمک این روش، هنگام اجرای بهینه‌سازی برای زیرسیستم‌ها، تأثیرات تغییر یک متغیر در یک زیرسیستم روی قیود سایر زیرسیستم‌ها آشکار می‌گردد REF _Ref385106421 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-8).

بهینه‌سازی همزمان در زیرفضا ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Balesdent</Author><Year>2011</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">109</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>Balesdent, M</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of launch vehicles</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>Phd thesis, Ecole Centrale de Nantes</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]
مشخصه اصلی روش CSSO استفاده از مدل‌های تخمین موضوعی برای برآورد کردن تأثیرات متغیرها روی سایر موضوعات است. این مدل‌های تخمین یک بانک اطلاعاتی برای استفاده بهینه سازهای داخلی می‌سازند تا اهداف را بهینه کرده و قیود را برآورده سازند. به‌عبارت‌دیگر CSSO می‌تواند زمان انجام محاسبات را کاهش دهد. درعین‌حال کارآمدی این روش به‌شدت وابسته به مدل‌های تخمین متغیرهای درگیر است؛ یعنی در مسائل با مقیاس بزرگ، زمان موردنیاز برای ساختن این مدل‌ها، طولانی‌تر از زمان موردنیاز برای ذخیره آن‌ها به‌منظور استفاده از این متغیرها میباشد. این ویژگی سبب شده است CSSO روش جذابی نسبت به روش‌های دیگر MDO نباشد.
روش ترکیب سیستم جامع دو مرحله‌ایاین روش یا همان BLISS اولین بار توسط سوبیژنسکی-سوبیسکی ارائه شد. BLISS یک روش چند سطحی است که در یک بهینه‌ساز کلی در سطح سیستم و تعدادی بهینه‌ساز هم در سطح زیرسیستم قرار داده شده است. این روش بر اساس دیدگاه گرادیانی می‌باشد و سهم هرکدام از متغیرهای طراحی اشتراکی و فردی را در تابع هدف بهینه می‌کند ( REF _Ref385107957 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل2-9).

ترکیب سیستم جامع دو مرحله‌ای ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Balesdent</Author><Year>2011</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">109</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>Balesdent, M</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of launch vehicles</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>Phd thesis, Ecole Centrale de Nantes</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]
مزیت اصلی این روش جداسازی بهینه‌سازی سطح سیستم و بهینه‌سازی‌های مختلف در سطح زیرسیستم‌هاست. بنابراین استفاده از ابزارهای بهینه‌سازی خاص برای هر زیرسیستم ممکن خواهد بود. زیرا موضوعات به‌عنوان یک جعبه سیاه توسط بهینه‌ساز سیستم دیده می‌شوند و تنها منبع اطلاعاتی برای بهینه‌ساز سطح سیستم از این زیرسیستم‌ها، خروجی‌های زیرسیستم‌ها می‌باشند. روش BLISS مشابه سایر روش‌های گرادیان پایه، نیازمند متغیرهای بهینه‌سازی محدود می‌باشد. این به این معنی است که این روش در شرایطی که فضای جستجو خیلی بزرگ باشد یا ضعیف تعریف شده باشد قادر به همگرایی نخواهد بود. این روش برای مسائل با تعداد متغیرهای کم مناسب است و اگر گسسته سازی مسئله به‌خوبی صورت گرفته باشد، در زمان محدودی جواب را ارائه می‌کند. ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Balesdent</Author><Year>2011</Year><RecNum>109</RecNum><DisplayText>[13]</DisplayText><record><rec-number>109</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">109</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>Balesdent, M</author></authors></contributors><titles><title>Multidisciplinary design optimization of launch vehicles</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>Phd thesis, Ecole Centrale de Nantes</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]
روش‌های بهینه‌سازیهمان طور که ذکر شد در ساختار این شش روش، حضور بهینه ساز الزامی می باشد. الگوریتم های بهینه سازی مختلفی برای این منظور وجود دارند که بسته به نوع ساختار، هر کدام نقاط قوت و ضعفی را دارا هستند. برای بهینه‌سازی مسائل گوناگون روش‌های گوناگونی وجود دارد. برخی از این روش‌ها برای حل مسائل تک متغیره کاربرد دارند و برخی دیگر قادر به حل مسائل چند متغیره هستند. برخی تنها قادر به حل مسائل نامقید هستند و برخی می‌توانند مسائل مقید را تحلیل و حل نمایند. از مهم‌ترین روش‌های بهینه‌سازی می‌توان به الگوریتم ژنتیک، الگوریتم تبرید شبیه‌سازی‌شده، الگوریتم لانه مورچگان، الگوریتم مهاجرات پرندگان و روش سیمپلکس اشاره کرد. در ادامه به معرفی دو روش‌ استفاده‌شده در این پایان‌نامه می‌پردازیم.
الگوریتم ژنتیک
این الگوریتم در ابتدا با مجموعه‌ای از جواب‌های تصادفی(کروموزوم) که به آن جمعیت اولیه گفته می‌شود، آغاز و سپس مقدار شایستگی هر کروموزوم با توجه به تابع شایستگی تعیین می‌گردد. کروموزوم‌های با شایستگی بالاتر شانس بیشتري براي تولید فرزندان دارند. بر همین اساس، عمل انتخاب والدین انجام می‌گیرد و سپس فرزند به‌وسیله عمل تقاطع روي والدین به وجود می‌آید، سرانجام بعضی از ژن‌های فرزند با عمل جهش تغییر می‌یابد و بعد فرزند جدید جانشین ضعیف‌ترین کروموزوم در مجموعه اولیه می‌شود.
گام‌های اصلی در پیاده‌سازی الگوریتم ژنتیک به‌صورت زیر هستند:
شکل کروموزوم
جمعیت اولیه
تابع شایستگی براي محاسبه تناسب جمعیت
استراتژی‌های انتخاب
عملگرهاي ژنتیک ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>فخرزاد</Author><Year> بهار و تابستان 1391</Year><RecNum>138</RecNum><DisplayText>[19]</DisplayText><record><rec-number>138</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">138</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">محمدباقر فخرزاد</style></author><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%"> مهدی عظیم زاده</style></author></authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">الگوریتم ژنتیک برای مساله زمان بندی تک ماشین با جرایم زودکرد خطی و دیرکرد توان دوم و با در نظر گرفتن زمان بیکاری و شکست کار</style></title><secondary-title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مدیریت تولید و عملیات، دوره سوم، پیاپی(4)، شماره(1)</style></secondary-title></titles><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%"> بهار و تابستان 1391</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[19]
الگوريتم ژنتیک با انبوهي از جواب‌ها سروکار دارد و به‌واسطه داشتن همين خصوصيت امكان اجراي موازي الگوريتم و همچنين مهاجرت بين زير جمعیت‌ها را كه باعث تنوع ژنتيكي می‌شوند فراهم می‌آورد. در اين الگوريتم نقاط بر روي مجموعه 0,1k تعريف می‌شود يعني اعداد به‌صورت رشته‌های باينري و به طول k بيان می‌شوند. الگوريتم ژنتيك روشي است بر مبناي جستجو در فضاي0,1k و با استفاده از تابع توزيع احتمال كه اين تابع در طول اجراي الگوريتم مرحله‌به‌مرحله به سمت محدوده‌ای كه جواب در آن قرار دارد همگرا می‌شود. امروزه الگوريتم ژنتيك دراین‌بین شناخته‌شده‌ترین نوع الگوريتم تكاملي به‌حساب می‌آید، چراکه الگوریتم‌های ژنتيكي اخيراً به‌دقت قابل‌ملاحظه‌ای دست‌یافته‌اند.
امروزه كاربرد الگوریتم‌های ژنتيكي حوزه وسيعي از مسائل بهینه‌سازی در زمینه‌های مختلف فني مهندسي، علوم اجتماعي را در برمی‌گیرد. الگوريتم ژنتيك را می‌توان هم براي مسائل مقید و هم براي مسائل نامقید بكار برد. براي مسائل بهینه‌سازی استاندارد، صرفاً روشي براي به دست آوردن يك جواب می‌باشد. همچنين می‌توان آن را براي مسائل خطي، غيرخطي و برنامه‌ریزی احتمالي كه داراي متغیرهای تصادفي و درجه‌ای از عدم قطعيت است استفاده نمود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>فقیه</Author><Year> پاييز و زمستان 1387</Year><RecNum>137</RecNum><DisplayText>[20]</DisplayText><record><rec-number>137</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">137</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">نظامالدین فقیه</style></author><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">محمدمهدی منتظری</style></author></authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">موازنه خط مونتاژ با رويكرد الگوريتم ژنتيك</style></title><secondary-title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">نشريه مديريت صنعتي، دوره 1، شماره 1</style></secondary-title></titles><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%"> پاييز و زمستان 1387</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[20].
الگوریتم تبرید شبیه‌سازی‌شده
در سال 1953 متروپلیس، الگوریتمی را برای ارزیابی تغییرات دمای جسم جامد ارائه داد. او در ابتدا، دمای جسم را بالا برده تا جسم به حالت مذاب درآید و سپس برای کاهش انرژی درونی جسم، اتم‌های جسم را جابجا نموده تا انرژی جسم کاهش یابد. این جابجایی مابین دو اتم انجام می‌گیرد. سپس در همسایگی این اتم، اتم دیگری را انتخاب نموده و با این اتم جابجا کند، انتخاب اتم جهت جابجایی، کاملاً تصادفی صورت می‌گیرد و هیچ ترتیبی برای این کار در نظر گرفته نمی‌شود. در این دما، چندین جابجایی صورت می‌گیرد و وقتی هیچ تغییری در انرژی حاصل نشد، دمای جسم را کاهش می‌دهند. قبل از این‌که دمای جسم را کاهش دهند، تست تعادلی انجام می‌گیرد. درصورتی‌که در اثر جابجایی، انرژی جسم کاهش یابد جابجایی پذیرفته‌ شده ولی در صورت عدم کاهش انرژی این جابجایی با یک احتمال پذیرفته می‌شود.
بعدها در سال 1983، کرک پاتریک، با مشابه‌سازی این الگوریتم، بین کمینه کردن تابع هزینه یک مسئله و سرد کردن جسم تا زمان رسیدن آن به حالت انرژی پایه، از آن برای حل مسائل بهینه‌سازی استفاده کرد. با این جای گذاری، او و همکارانش الگوریتمی به نام تبرید شبیه‌سازی‌شده را برای حل مسائل بهینه‌سازی ترکیبی معرفی کردند. تعبیر فیزیکی تبرید تدریجی، مربوط به فرایند تبرید شبیه‌سازی‌شده در جامدات هست. فرایند تبرید شبیه‌سازی‌شده که منجر به کاهش انرژی در یک جامد است، توسط زگردی و همکارانش به‌صورت زیر تعریف‌ شده است:
در هر مرحله، یک اتم به میزان کمی جابجا شده که این کار منجر به تغییر در انرژی سیستم می‌گردد که با ∆E نمایش می‌دهند. اگر ∆E≤0 باشد، جابجایی دو اتم پذیرفته شده و ساختار جامد یا اتم جابجا شده به‌عنوان نقطه شروع مرحله بعد مورداستفاده قرار می‌گیرد. در حالتی که ∆E>0 باشد، به‌صورت احتمالی برخورد میشود، بدین معنی که احتمال این‌که ساختار جامد پذیرفته شود با استفاده از REF _Ref410482765 r h ‏معادله 2-3 تعیین می‌گردد.
P∆E=e-∆EkbTکه در آن T درجه حرارت و kb ثابت بولتزمن است. در اینجا یک عدد تصادفی با توزیع یکنواخت در فاصله (1,0) انتخاب‌ شده و یا با P∆E مقایسه می‌گردد . اگر عدد به‌دست‌آمده کمتر از P∆E باشد، ساختار جدید پذیرفته ‌شده و جهت شروع مرحله بعد استفاده می‌گردد. در غیر این صورت ساختار جدید رد می‌شود. این فرایند ادامه پیدا می‌کند تا این‌که به یک سطح تعادل دست پیدا کند، در آن حالت درجه حرارت مطابق با نحوه تبرید، کاهش داده می‌شود. این فرایند ادامه پیدا می‌کند تا این‌که سیستم به حالت‌ جامد تبدیل شود. در هر درجه حرارت، باید فرایند نحوه تبرید به‌گونه‌ای باشد که جهت رسیدن به یک شرط تعادل، به تعداد کافی تعویض انجام شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>مهرجردی</Author><Year>1390</Year><RecNum>139</RecNum><DisplayText>[21]</DisplayText><record><rec-number>139</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">139</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">یحیی زارع مهرجردی</style></author><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">شاهین برقی</style></author><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%"> حجتا... مومنی</style></author></authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">به کارگیری روش فوق ابتکاری شبیه سازی تبرید تدریجی برای حل مسایل زنجیره تامین</style></title><secondary-title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مجله تحقیق در عملیات و کاربردهای آن، سال هشتم، شماره 3،پیاپی 30</style></secondary-title></titles><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[21].
عدم قطعیت در طراحیتعریف عدم قطعیتطراحان متناسب باهدف مأموریت، سیستم‌هایی با عملکرد مشخص طراحی می‌کنند. به همین منظور باید ورودی‌های پیش‌بینی‌شده به سیستم داده شود تا خروجی مورد انتظار دریافت گردد. در شرایط واقعی در اغلب موارد عدم قطعیت‌هایی نیز به همراه ورودی‌های پیش‌بینی‌شده وارد سیستم می‌گردند و باعث می‌شوند تا مأموریت به‌خوبی انجام نگردد. به همین دلیل اگر طراحان از بدو طراحی این مسئله را در نظر بگیرند و تدابیر لازم را اتخاذ کنند مشکلی ایجاد نمی‌شود در غیر این صورت این عدم قطعیت‌ها بسیار مشکل‌ساز خواهند بود. برای مثال اگر موتور مرحله اول یک حامل بنا به دلایلی نیروی پیشران لازم را با حدود یک درصد خطا تولید کند ممکن است درنهایت محموله به ارتفاع لازم نرسد و آنگاه برای جبران خطا از تراسترهای موجود در مرحله آخر باید کمک گرفته شود که هزینه‌بر خواهد بود.
برای عدم قطعیت تعاریف مختلفی ذکرشده است. برای مثال در مرجع ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1389</Year><RecNum>130</RecNum><DisplayText>[22]</DisplayText><record><rec-number>130</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">130</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">طراحی وسایل هوافضایی با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">سمینار کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1389</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[22] عدم قطعیت این‌طور تعریف شده است:
"عدم قطعیت یک پدیده‌ی ناشناخته در دنیاي طبیعی و فناوري می‌باشد. مهندسان به‌طور مستمر در طراحی‌های خود با آن مواجه می‌شوند، بااین‌حال یک تعریف واحد براي آن وجود ندارد. یک تعریف کلی براي عدم قطعیت عبارت است از: فاصله اطلاعاتی بین آنچه میدانیم و آنچه براي تصمیم‌گیری بهینه با کمترین ریسک لازم است بدانیم."
درکل عدم قطعیت را می‌توان یک نقص بالقوه در سیستم دانست که احتمال بالفعل شدن آن نیز بسیار زیاد است. نسبت دادن لفظ نقص به عدم قطعیت‌ها حداقل تا زمانی که منبع ناشناخته داشته باشند و قابل‌پیشگیری نباشند چندان هم متعصبانه و سختگیرانه نیست.
علت اصلی بروز عدم قطعیت‌ها این است که برای مدل‌سازی هر پدیده طبیعی عموماً دو فرایند صورت میگیرد:
ایده آل سازی
فرضیات ساده‌سازی
که این دو فرایند منجر به‌راحتی کار و البته انتشار خطا در مدل می‌شوند. زیرا استفاده از این دو فرایند باعث می‌شود در مدل‌سازی ریاضی یک سیستم، برخی وقایع و پدیده‌ها مدل نشود و بنابراین پیش‌بینی مناسبی برای مواجهه با آن‌ها صورت نگیرد.
اصولاً در توصیف و مدل کردن هر سیستم واقعی مهندسی، چند درجه عدم قطعیت اجتناب‌ناپذیر وجود دارد. در حین طراحی و تحلیل یک سیستم، توصیف قطعی ویژگی‌های سیستم و محیط آن ممکن است به دلایل زیادی ممکن نباشد، برای مثال می‌توان از عدم قطعیت در ویژگی‌های مواد ناشی از ناهمگنی استاتیکی ساختمان میکروسکوپی، عدم قطعیت در رسیدن به یک مدار هدف به علت تلورانس‌های پرتابگر، عدم قطعیت در گشتاورهای اغتشاشی وارده به یک سامانه فضایی ناشی از شرایط محیطی متغیر نام برد.
در یک روند طراحی ما معمولاً با پارامترهایی سروکار داریم که مقدار ثابتی فرض شدهاند. درصورتی‌که در واقعیت ممکن است این پارامترها متغیر باشند و تغییراتی در خروجی طرح ایجاد کنند. مخصوصاً وقتی‌که با طرح‌هایی سروکار داریم که شدیداً بهینه‌شده‌اند این موضوع تشدید میشود به این خاطر که یک حل بهینه معمولاً تمایل دارد روی یک قید (محدودیت) مرزی باشد. درنتیجه اغتشاشات کوچک ممکن است منجر به تغییرات قابل‌توجه در عملکرد یا تجاوز از قید یا محدودیت‌های طراحی شوند. درواقع در چنین شرایطی، یک طرح بهینه بدون در نظر گرفتن عدم قطعیتها، می‌تواند یک ریسک بزرگ در طرح باشد که الزامات طراحی را ارضا نکند.
یک راه محافظت در مقابل عدم قطعیت به کار گرفتن محدودیت‌های دقیقی است که به‌طور ایده آل اعمال خواهند شد. به‌طور مثال وقتی‌که یک سیستم سازه‌ای طراحی میکنیم، برای اطمینان از اینکه طرح نهایی نمیشکند، محدودیتهای طراحی اغلب روی تنشها اعمال میشوند (σactual< σallowable). برای به‌حساب آوردن عدم قطعیت‌های مختلف، محدودیتها ممکن است به‌صورت ( FS σactual< σallowable ) نوشته شوند که FS ضریب اطمینان نامیده میشود. عموماً برای ضریب اطمینان مقادیری بین 2/1 تا 3 در نظر می‌گیرند. مقدار واقعی اغلب بر اساس تجارب قبلی در مورد مواد مورد استفاده و طرح‌های مشابه انتخاب میشود. درواقع، طرح بهینه جدید با افزایش ضریب اطمینان خیلی محافظه‌کارانه میشود، ازاین‌رو نقطه بهینه از قید مرزی اصلی دورتر می‌شود. در زمینه طراحی سازه های هوافضایی استفاده از ضریب اطمینان بالا به دلیل جریمه افزایش وزن مطلوب نیست. ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ساغری</Author><Year>1390</Year><RecNum>129</RecNum><DisplayText>[23]</DisplayText><record><rec-number>129</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">129</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">اسد ساغری</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مهران میرشمس</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">الگوريتم طراحي ماهواره نمونه با احتساب عدم قطعيت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23]
ازآنجایی‌که در مراحل مقدماتی و روند طراحی مفهومی یک مأموریت فضایی، عدم اطلاع کافی از عدم قطعیتهای یک پارامتر ممکن است منجر به یک تصمیم‌گیری نادرست و یا تردید امکانپذیری مأموریت شود، تلاش برای شناسایی و لحاظ کردن عدم قطعیتهای هر یک از پارامترهای موجود در روند طراحی قابل توجیه و دفاع است.
با توجه به مطالب مطرح‌شده درزمینه طراحی با در نظر گرفتن عدم قطعیت می‌توان طراحان را به سه دسته کلی تقسیم‌بندی نمود:
طراح محافظه‌کار: این نوع طراحان معمولاً میدانند که عدم قطعیتهایی وجود دارد ولی تخمین درستی از محدوده آن نداشته و خروجی طراحی آنان یک سیستم یا محصول محافظه‌کارانه با هزینه‌های اضافی و دور از نقطه بهینه واقعی است.
طراح سهل‌انگار: این نوع طراحان معمولاً اهمیت کمی برای عدم قطعیت‌ها در نظر میگیرند و با اعتمادبه‌نفس کاذب تصور میکنند همه‌چیز را در نظر گرفتهاند و میدانند. خروجی طراحی آنان معمولاً دارای ریسک و احتمال خرابی بالایی است.
طراح هوشمند: این نوع طراحان از وجود عدم قطعیت‌ها مطلع هستند و تلاش میکنند محدوده اثر آن‌ها را شناسایی کنند و با روش صحیحی در روند طراحی وارد کنند، خروجی طراحی آنان معمولاً یک طرح متعادل، نزدیک به نقطه بهینه واقعی و با قابلیت اطمینان بالا است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ساغری</Author><Year>1390</Year><RecNum>129</RecNum><DisplayText>[23]</DisplayText><record><rec-number>129</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">129</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">اسد ساغری</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مهران میرشمس</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">الگوريتم طراحي ماهواره نمونه با احتساب عدم قطعيت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23].
منابع و دسته بندی عدم قطعیت هادر یک روند طراحی، عدم قطعیتهای گوناگونی به مسئله طراحی ربط داده می‌شوند که باید مشخص و مدیریت شوند. درزمینه مدل‌سازی و شبیه‌سازی محاسباتی، دو دسته‌بندی از عدم قطعیتها وجود دارد. یک دسته‌بندی، بین عدم قطعیت در پارامترها و عدم قطعیت شکل مدل وجه تمایز قائل می‌شود. عدم قطعیت در پارامترها، عدم قطعیتهایی هستند که به داده‌های ورودی (شرایط مرزی یا شرایط اولیه) و یا به پارامترهای اساسی‌ای که یک فرایند محاسباتی داده‌شده را تعریف میکنند، وابسته‌اند. عدم قطعیت‌های شکل مدل، عدم قطعیتهایی هستند که به معتبر بودن مدل وابسته‌اند به‌عنوان‌مثال مدل ریاضی نامی به‌اندازه کافی به فیزیک مسئله نزدیک باشد. روندهای سیستماتیک برای تشخیص دادن و مدیریت عدم قطعیتها در فعالیتهای آزمایشی شامل طراحی آزمایش و روشهای کنترل فرایند آماری به کار میروند.
عدم قطعیتهای پارامتری عموماً در ترم‌هایی از توابع چگالی احتمال، توابع عضویت یا فواصل مرزی مشخص شدهاند. تشخیص عدم قطعیت در شکل مدل خیلی مشکل است. روشهایی کلی برای تخمین اثرات عدم قطعیت روی عملکرد سیستم در دسترس هستند و برخی روشهای بهینه‌سازی نیز می‌توانند برای عدم قطعیتها به کار روند. اما مطمئناً توسعه روش‌های جدید و موجود در آیرودینامیک، کنترل، سازه و موضوعهای تحلیل سیستم برای فعالیتهای وسایل هوافضایی شدیداً موردنیاز است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Hemsch</Author><Year>2002</Year><RecNum>131</RecNum><DisplayText>[24]</DisplayText><record><rec-number>131</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">131</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Michael J. Hemsch</author><author>Mark W. Hilburger</author><author>Sean P. Kenny</author><author>James M. Luckring</author><author>Peiman Maghami</author><author>Sharon L. Padula</author><author>W. Jefferson Stroud</author><author>Thomas A. Zang</author></authors></contributors><titles><title>Needs And Opportunities For Uncertainty-Based Multidisciplinary Design Methods For Aerospace Vehicles</title><secondary-title>NASA</secondary-title></titles><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[24].
ارل و همکارانش در سال 2005 عدم قطعيت را ازنظر پيچيدگي در طراحي به چهار گروه تقسیم‌بندی كرده‏اند:
عدم قطعيت‏هاي معلوم
عدم قطعيت‏هاي نامعلوم
عدم قطعيت در اطلاعات (شامل اندازه‏گيري‏ها)
عدم قطعيت در توصیف
عدم قطعيت‏هاي معلوم آن‌هایی هستند كه مي‏توانند توصيف شوند و به‌خوبی بر اساس موارد گذشته به‌کاربرده شوند. در عدم قطعيت‏هاي نامعلوم حادثه‏اي خاص يا نوعي از حوادث نمي‏توانند پيش‏بيني شوند. عدم قطعيت در اطلاعات شامل عواملي همچون کمال، دقت، سازگاری و كيفيت اندازه‏گيري اطلاعات مي‏شود. اين متفاوت از عدم قطعيت در توصيف يك سيستم است، كه روي ابهام در توصيف‏ها، انتخاب المان‏ها و واضح نبودن هدف نهايي تمركز كرده است و اين تفاوت مهمي در مدل‌سازی عدم قطعيت است، به اين دليل كه اطلاعات فقط مي‏توانند براي انتخاب بخش مختصری از فضاي مسئله به كار روند. اگر فاكتورها نامعلوم هستند، آن‌ها نمي‏توانند در ليست المان‏هاي توصيف يك سيستم به شمار آيند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Eckert</Author><Year>2007</Year><RecNum>132</RecNum><DisplayText>[25]</DisplayText><record><rec-number>132</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">132</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Claudia Eckert</author><author>John Clarkson</author><author>Olivier de Weck</author></authors></contributors><titles><title>A Classification Of Uncertainty For Early Product And Sys-- Design</title><secondary-title>International Conference on Engineering Design ICED</secondary-title></titles><dates><year>2007</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[25].
در مرجع ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Bergman</Author><Year>2009</Year><RecNum>133</RecNum><DisplayText>[26]</DisplayText><record><rec-number>133</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">133</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Bergman, Bo</author><author>de Mare, Jacques</author><author>Svensson, Thomas</author><author>Loren, Sara</author></authors></contributors><titles><title>Robust design methodology for reliability: exploring the effects of variation and uncertainty</title></titles><dates><year>2009</year></dates><publisher>John Wiley &amp; Sons</publisher><isbn>047074880X</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[26] منابع اصلی عدم قطعیت این‌طور آورده شده است.
عدم قطعیت‌های ناشی از خطای انسان: مانند استفاده نادرست، عوامل فیزیکی پیش‌بینی‌نشده یا اتفاقات فاجعه‌بار پیش‌بینی‌نشده. این نوع از عدم قطعیت‌ها بیشترین اهمیت را در تعیین قابلیت اطمینان در موفقیت یا شکست را دارند. هرچند شرح این نوع مسائل در قالب روابط ریاضی دشوار است.
عدم قطعیت‌های ناشی از جهل یا بی‌خبری: مانند بی‌خبری از رفتارهای فیزیکی معین، و تغییرات در کاربردهای آینده. در برخی مراجع این عدم قطعیت‌ها به نام عدم قطعیت‌های شناختی خوانده شده است. عدم قطعیت‌های ناشی از نقص آگاهی را میتوان با مدل کردن خطاهای ناشناخته با استفاده از احتمالات آماری وارد مسئله کرد.
عدم قطعیت‌های ناشی از تغییرات اتفاقی در مشخصه‌های تولید و شرایط کاربرد: این نوع عدم قطعیت‌ها را میتوان با استفاده از روش‌های احتمالاتی آماری و شبیه‌سازی‌های احتمالاتی وارد مسئله کرد.
تحلیل عدم قطعیتیکی از روش‌های مرسومی که برای تحلیل عدم قطعیت‌ها به کار می‌رود و در این پایان‌نامه از آن استفاده‌شده است، استفاده از روش مونت‌کارلو می‌باشد. روش شبیه‌سازی مونت‌کارلو به‌عنوان ابزاری جهت تحلیل و بررسی یکپارچه و همزمان ترکیبات مختلف عدم قطعیت‌ها استفاده می‌گردد. این روش، ابزار قدرتمندی جهت بررسی پیامد رخداد انواع حالات عدم قطعیت‌ها می‌باشد که مزایای قابل‌توجهی ازجمله در نظرگیری رخداد توأم عدم قطعیت‌ها و قابلیت ارائه ابعاد گوناگون تابع مطلوبیت را دارا است.
اساس روش شبیه‌سازی مونت‌کارلو، نمایش ترکیبات تصادفی حالات ممکنه از عدم قطعیت‌هایی است که در یک پروژه رخ می‌دهند. در این روش از قدرت و سرعت رایانه جهت نمایش حالات مختلفی که برای عدم قطعیت‌ها رخ می‌دهند؛ استفاده می‌شود. در این روش ابتدا تابع توزیع احتمالات انواع عدم قطعیت‌هایی که در مراحل قبلی مدیریت ریسک شناسایی‌شده‌اند؛ توسط کارشناسان تیم مدیریت پروژه و گاهی تجربیات پروژه‌های گذشته تعیین می‌گردند. در مرحله دوم ابتدا تعداد اجراهای شبیه‌سازی تعیین می‌گردند که تعداد آن‌ها بسته به پیچیدگی و ابعاد پروژه و اهمیت ریسک‌های مورد بررسی انتخاب میگردد.
در این روش، در هر اجرا برای هریک از عدم قطعیت‌ها یک مقدار احتمالی بین حد پایین و بالای عدم قطعیت‌های مربوطه تولید می‌شود که فراوانی آن، از تابع توزیع احتمالات آن عدم قطعیت‌ها پیروی می‌کند. بدین طریق در هر اجرا، یک مجموعه جواب که در تناظر یک‌به‌یک با عدم قطعیت‌ها می‌باشد تولید می‌شود که بیانگر یکی از حالات ممکن مطلوبیت است. اجراهای دیگر شبیه‌سازی، وضعیت‌های بیشتری از حالات ممکن مطلوبیت را ارائه می‌دهند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>گرئي</Author><Year>1385</Year><RecNum>135</RecNum><DisplayText>[27]</DisplayText><record><rec-number>135</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">135</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">ابوطالب گرئي</style></author><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مجتبي طيبات</style></author><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مجيد شخص نيايي</style></author><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">كامران رضايي</style></author></authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">ارائه مدلي براي درنظرگيري وابستگي عدم قطعيت ها در شبيه سازي مونت كارلو به منظور بهبود فرآيند تحليل كمي ريسك پروژه</style></title><secondary-title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کنفرانس بین المللی مدیریت پروژه</style></secondary-title></titles><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1385</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[27].
بررسی کلی روش‏های طراحی بر مبنای عدم قطعیت در دسترساستفاده از روش‏های طراحی بر پایه عدم قطعیت نیازمند آن است که عدم قطعیت‌های گوناگون مربوط به مسئله طراحی تشخيص داده‌ شده و مدیریت شوند.
برای دخالت دادن عدم قطعیت‌ها در فاز طراحی مفهومی یک سیستم، باید پس از مدل‌سازی ریاضی سیستم، عدم قطعیت‌ها را به متغیرهای طراحی ارتباط داد و عملیات بهینه‌سازی را تحت تأثیر عدم قطعیت انجام داد. REF _Ref409462897 r h ‏ شکل2-10 این موضوع را نشان می‌دهد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ساغری</Author><Year>1390</Year><RecNum>129</RecNum><DisplayText>[23]</DisplayText><record><rec-number>129</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">129</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">اسد ساغری</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مهران میرشمس</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">الگوريتم طراحي ماهواره نمونه با احتساب عدم قطعيت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23].

روند کامل یک فرایند بهینه سازی تحت عدمقطعیت ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ساغری</Author><Year>1390</Year><RecNum>129</RecNum><DisplayText>[23]</DisplayText><record><rec-number>129</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">129</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">اسد ساغری</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مهران میرشمس</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">الگوريتم طراحي ماهواره نمونه با احتساب عدم قطعيت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23]روش‌های قديمي براي كاهش خطا در خروجي، از روش شش سیکما استفاده مي‏كردند به‌طوری‌که يك انحراف استاندارد 6± بين مقدار ميانگين و نزدیک‌ترین محدوديت مشخص در نظر مي‏گرفتند. سابقه استفاده از روش شش سیکما به‌عنوان يك ابزار استاندارد در انحراف و تغييرپذيري به سال 1920 مربوط مي‏شود زماني كه شیوارت اثبات كرد كه استفاده از روش سه سيگما نیاز به تصحيح شدن دارد. در سال 1980 شركت موتورولا با استفاده كردن از روش شش سیکما به بيش از 16 ميليون دلار صرفه‌جویی در هزینه دست يافت. در بيست سال گذشته روش‏هاي غير‏قطعي براي رسيدگي به عدم قطعيت‏هاي طراحي گسترش يافتند. اين روش‏ها مي‏توانند به دو دسته با عنوان‏هاي روش‏هاي بر مبناي قابليت اطمينان و روش‏هاي بر مبناي طراحي مقاوم تقسيم شوند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Bergman</Author><Year>2009</Year><RecNum>133</RecNum><DisplayText>[22, 26]</DisplayText><record><rec-number>133</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">133</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Bergman, Bo</author><author>de Mare, Jacques</author><author>Svensson, Thomas</author><author>Loren, Sara</author></authors></contributors><titles><title>Robust design methodology for reliability: exploring the effects of variation and uncertainty</title></titles><dates><year>2009</year></dates><publisher>John Wiley &amp; Sons</publisher><isbn>047074880X</isbn><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1389</Year><RecNum>130</RecNum><record><rec-number>130</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">130</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">طراحی وسایل هوافضایی با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">سمینار کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1389</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[22, 26].
طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان:در طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان، طراح سعی می‌کند تا طرحی را ارائه نماید که در آن، احتمال شکست مأموریت از یک مقدار مشخص کمتر باشد. بر این اساس طراح روند زیر را طی می‌کند:
تعیین قابلیت اطمینان موردنظر که معمولاً از سوی کارفرما تعیین می‌گردد.
حدس اولیه از چیدمان طرح
تخصیص قابلیت اطمینان به زیرسیستم‌ها و یا اجزا
تحلیل قابلیت اطمینان سیستم
بهبود قابلیت اطمینان تخصیص‌یافته به زیرسیستم‌ها
روش‏هاي بر مبناي قابليت اطمينان توزيع احتمال پاسخ‏هاي سيستم را بر مبناي توزيع احتمال‏هاي معلوم از پارامترهاي تصادفي تخمين مي‏زنند و به‌طور عمده براي آناليز ريسك به‌واسطه احتمال شكست يك سيستم به كار مي‏روند. ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].
طراحی مقاوم:یک مسئله طراحی مقاوم، طرحی را جستجو میکند که در آن شاخص عملکرد به تغییرات کوچک در کمیتهای نامعین حساسیت کمی داشته باشد. طراحي مقاوم كيفيت يك محصول را به‌واسطه کمینه كردن اثر منابع تغييرات و ناپايداري‏ها بدون حذف كردن اين منابع بهبود مي‏دهد. هدف آن متفاوت از روش‏هاي بر مبناي قابليت اطمينان است و عملكرد متوسط را بهينه و تغييرات و ناپايداري‏ها را کمینه مي‏كند درحالی‌که امكان‏پذيري قيدهاي احتمالي را حفظ مي‏كند. اين به‌واسطه بهينه كردن محصول و فرايند طراحي به دست مي‏آيد تا اينكه حساسيت عملكرد به منابع گوناگون تغييرات و ناپايداري را کمینه كند. ازاین‌رو طراحي مقاوم روي توزيع احتمال نزديك به حد واسط تمركز مي‏كند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].
طراحی نامعین به دو گروه به نام‌های نوع یک و نوع دو تقسیم می‌شود. در طراحی مقاوم نوع یک هدف مینیمم کردن تغییرات ایجادشده توسط فاکتورهاي نویز کنترل ناپذیر است. یک فاکتور نویز، یک پارامتر طراحی است که کنترل آن شدیداً هزینه‌بر یا غیرممکن است. فاکتورهاي نویز معمولاً شامل فاکتورهاي محیطی خارجی و فاکتورهاي بار هستند. اغلب ممکن است که بتوان رفتار یک فاکتور نویز را با استفاده از انواع مختلف توزیع‌های احتمالی توصیف کرد. نوع دوم طراحی مقاوم علاقه‌مند به کاهش اثر تغییرات در فاکتورهاي کنترل است که نوعی از پارامترهاي طراحی هستند که طراح در انتخاب آن‌ها آزاد است. فاکتورهاي کنترل معمولاً متغیرهاي طراحی نامیده می‌شوند. مقاوم بودن طراحی نسبت به فاکتورهاي کنترل اهمیت دارد زیرا طراح ممکن است فقط قادر باشد مقادیر متغیر طراحی را براي یک تلورانس معین تعیین کند و البته ممکن است این مقادیر به دلیلی بدتر شوند یا به سمتی سوق پیدا کنند.
به کمک طراحی مقاوم از نوع اول محصولی طراحی می‌شود که در سرتاسر محدوده وسیعی از شرایط قابل‌اجرا باشد. براي مثال یک موتور جت باید قادر باشد در محدوده وسیعی از تغییرات در شرایط اتمسفري به‌طور کارآمد کار کند. موتور باید قادر باشد براي محیط‌های با دماي بالا و ارتفاع برخاست زیاد تراست کافی تولید کند درحالی‌که در سطح دریا تحت شرایط هوایی سرد نیز باید بتواند به‌طور کارآمد عمل کند. طراحی مقاوم نوع دوم به طراح اجازه می‌دهد که بدون از دست دادن کیفیت محصول، تلورانس را روي فاکتورهاي کنترلی افزایش دهد. در اصل طراح می‌تواند یک محدوده از مقادیر را براي متغیر طراحی انتخاب کند درحالی‌که کیفیت ثابت یا نزدیک به ثابت خواهد ماند. بنابراین این روش طراحی اجازه می‌دهد که از موادي با درجه پایین و ارزان‌تر استفاده کنیم ضمن آنکه کیفیت حفظ شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].
روش طراحي مقاوم براي بهبود بهره‌وری مهندسي ضروري است و اولین کار مربوط به سال 1920 است، زمانی که فیشر و یاتس يك روش طراحي آزمايش‏ آماري براي بهبود محصولات كشاورزي انگلستان ارائه كردند. در سال 1950 و اواخر 1960، تاگوچي شالوده‏اي از طراحي مقاوم را براي رسيدگي به چالش توليد محصولاتي با کیفیت بالا ارائه كرد. در سال 1980 او روش خود را در صنعت ارتباط تلگرافي آمريكا به كار برد و بعدازآن روش طراحي مقاوم تاگوچي به‌طور موفقیت‌آمیز در زمينه‏هاي صنعتي گوناگون مانند الكترونيك، صنعت خودروسازي، عكاسي و ارتباط مخابراتي از راه دور به كار گرفته شد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ساغری</Author><Year>1390</Year><RecNum>129</RecNum><DisplayText>[23]</DisplayText><record><rec-number>129</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">129</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">اسد ساغری</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مهران میرشمس</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">الگوريتم طراحي ماهواره نمونه با احتساب عدم قطعيت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23].
REF _Ref409462976 r h ‏ شکل2-11 نشان‌دهنده حوزه کاربرد هر یک از این دسته مسائل است. دو فاکتور اصلی برای کاربرد مطرح است: تواتر اتفاقات و اهمیت آن‌ها. سیستمی که هرروز دچار سوانح فاجعه‌آمیز شود کاربرد مهندسی ندارد. برای اتفاقاتی با احتمال رخداد زیاد و خطرات کم، طراحی مقاوم به کار می‌رود درصورتی‌که برای اتفاقات فاجعه‌آمیز و احتمال رخداد کم، طراحی با قابلیت اطمینان بالا موردنیاز است. به‌عنوان‌مثال یک هواپیما ازنظر آیرودینامیکی می‌بایست طراحی مقاوم داشته باشد زیرا در هر پرواز شرایط متفاوتی را تجربه می‌کند و نبود طرحی مقاوم ممکن است باعث افزایش هزینه پرواز گردد. لیکن چنانچه یک جزء سازه‌ای از هواپیما دارای قابلیت اطمینان کافی نباشد سرنوشت مسافران با مخاطره جدی روبرو است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].

حوزه کاربرد مسائل طراحی مقاوم و طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]یک موضوع قابل‌توجه در تمایز قائل شدن بین مقاومت و قابلیت‏اطمینان آن است که روش‏های ریاضی به‌کاربرده شده برای حل مسائل طراحی مقاوم به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای از روش‏های به‌کاربرده شده برای حل مسائل بر پایه قابلیت‏اطمینان متفاوت هستند. روش‏های ریاضی برای روندهای طراحی مقاوم نسبت به آن‌هایی که برای روندهای طراحی بر پایه قابلیت‏اطمینان به کار رفته‏اند کمتر توسعه یافته‏اند و این کار هنوز به‌طور وسیع به مطالعات آکادمیک محدود شده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>ساغری</Author><Year>1390</Year><RecNum>129</RecNum><DisplayText>[23]</DisplayText><record><rec-number>129</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">129</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">اسد ساغری</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">مهران میرشمس</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">الگوريتم طراحي ماهواره نمونه با احتساب عدم قطعيت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23].
همان‌طور که پیش‌تر نیز توضیح داده شد در طراحی مقاوم به دنبال کم کردن اثر عدم قطعیت‌ها بر عملکرد سیستم هستیم. به همین دلیل نقطه طراحی در نقطه‌ای قرار می‌گیرد که ضمن آن‌که نقطه بهینه باشد، اما در صورت ایجاد عدم قطعیت‌ها، در عملکرد سیستم کمترین تاثیر ایجاد شود. این بدان معنی است که ممکن است نقطه طراحی بر روی مرز طراحی بیفتد. درحالی‌که در طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان به دنبال فاصله گرفتن از مرزهای طراحی هستیم؛ یعنی با بررسی احتمال ایجاد عدم قطعیت‌ها، همواره نقطه طراحی را انتخاب می‌کنیم که ضمن بهینه بودن، حتی در صورت ایجاد عدم قطعیت، از مرز طراحی عبور نکند. REF _Ref409463007 r h ‏ شکل2-12 این موضوع را بیان می‌کند.

تفاوت نقطه بهینه در طراحی مقاوم و طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Brevault</Author><Year>2013</Year><RecNum>134</RecNum><DisplayText>[28]</DisplayText><record><rec-number>134</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">134</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Loic Brevault</author><author>Mathieu Balesdent</author><author>Nicolas Bérend</author><author>Rodolphe Le Riche</author></authors></contributors><titles><title>Challenges and future trends in Uncertainty-based Multidisciplinary Design Optimization for space transportation sys-- design</title><secondary-title>5th EUROPEAN CONFERENCE FOR AEROSPACE SCIENCES</secondary-title></titles><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[28]عناصر اصلی طراحی بهینه مقاوم عبارت‌اند از ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Zaman</Author><Year>2011</Year><RecNum>136</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>136</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">136</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Zaman, Kais</author><author>McDonald, Mark</author><author>Mahadevan, Sankaran</author><author>Green, Lawrence</author></authors></contributors><titles><title>Robustness-based design optimization under data uncertainty</title><secondary-title>Structural and Multidisciplinary Optimization</secondary-title></titles><pages>183-197</pages><volume>44</volume><number>2</number><dates><year>2011</year></dates><isbn>1615-147X</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]:
حفظ مقاومت در تابع هدف (مقاومت هدف)
حفظ مقاومت در قیود
تخمین میانگین و برآورد تابع عملکرد
بهینه‌سازی چند هدفی
مقاومت هدفدر بهینه‌سازی مقاوم، معمولاً مقاومت تابع هدف توسط بهینه‌سازی همزمان میانگین و مینیمم کردن واریانس آن به دست می‌آید. دو معیار اصلی براي مقاومت در مطالعات در دسترس هستند: یکی واریانس است که در تمام مطالعات مطرح شده است و دیگري بر مبناي درصد اختلاف است.مقاومت امکان‌پذیریمقاومت امکان‌پذیری یعنی مقاومت در قیود که می‌تواند به‌عنوان برآورده ساختن قیود طراحی در حضور عدم قطعیت تعریف شود. دیو و چن در سال 2000 روش‌های حفظ مقاومت امکان‌پذیری را به دو گروه تقسیم‌بندی کردند:
1- روش‌هایی که از آنالیز احتمال و آمار استفاده می‌کنند، براي مثال، فرمول‌بندی امکان‌پذیری احتمالی و فرمول‌بندی تطبیقی ممان.
2- روش‌هایی که نیازي به احتمال و آمار ندارند، براي مثال، آنالیز بدترین حالت، ارزیابی فضاي گوشه و الگوهاي تغییرات ساخت.
یک روشی که به‌طور رایج استفاده می‌رود، روش کاهش ناحیه ممکن می‌باشد. این ‌یک روش طراحی مناسب است که در آن پهناي فضاي امکان‌پذیر در هر جهت توسط مقدار kσ کاهش داده می‌شود، که k یک قید تعریف‌شده توسط کاربر است وσ انحراف استاندارد از تابع عملکرد است.
تخمین میانگین و واریانس تابع عملکرددر مطالعات انجام‌شده روش‌های متفاوتی براي تخمین میانگین و واریانس تابع عملکرد گزارش‌شده است. این روش‌ها می‌توانند به سه دسته اصلی تقسیم شوند:
روش بسط سري تیلور
روش‌های بر مبناي نمونه‌برداری
روش‌های برآورد نقطه‌ای
روش بسط سري تیلور یک روش ساده است. به‌هرحال، براي یک تابع عملکرد غیرخطی، اگر واریانس‌های متغیرهاي تصادفی بزرگ باشند، این تخمین ممکن است باعث به وجود آمدن خطاهاي بزرگی شود. روش‌های بر مبناي نمونه‌برداری نیاز به اطلاعاتی روي توزیع‌های متغیرهاي تصادفی دارند و هزینه‌بر هستند. روش‌های نمونه‌برداری کارآمد مانند نمونه‌برداری محسوس، نمونه‌برداری مکعبی لاتینی و غیره و مدل‌های بدلی ممکن است براي کاهش تلاش محاسباتی استفاده شوند. روش برآورد نقطه‌ای به مشکلات مربوط به محاسبه مشتقات موردنیاز در بسط سري تیلور فائق آمده است. گونه‌های متفاوتی از این روش برآورد نقطه‌ای ارائه‌شده است. یک روش قدیمی‌تر براي تخمین میانگین و واریانس تابع عملکرد روش کاهش بعد می‌باشد.
بهینه سازي چند هدفیبهینه‌سازی بر مبناي مقاومت دو هدف را مدنظر قرار می‌دهد: بهینه کردن میانگین تابع هدف و مینیمم کردن واریانس آن. یک بررسی وسیع روي روش‌های بهینه‌سازی چند هدفی در مقاله مارلر و آرورا در سال 2004 ارائه شده است. در میان روش‌های در دسترس، روش مجموع وزنی رایج‌ترین روش براي بهینه‌سازی چند هدفی است و در همه‌جا در زمینه بهینه‌سازی طراحی مقاوم به کار گرفته‌شده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>بطالبلو</Author><Year>1390</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">128</key></foreign-keys><ref-type name="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">علی بطالبلو</style></author></authors><tertiary-authors><author><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">جعفر روشنی یان</style></author></tertiary-authors></contributors><titles><title><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">بهینه سازی طراحی مقاوم یک ماهواره بر سوخت مایع با احتساب عدم قطعیت</style></title></titles><volume><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">کارشناسی ارشد</style></volume><dates><year><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">1390</style></year></dates><publisher><style face="normal" font="default" charset="178" size="100%">دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی</style></publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].
با تفاسیر فوق معادله طراحی بهینه مقاوم به شکل REF _Ref409463061 r h ‏معادله 2-4 نوشته می‌شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Zaman</Author><Year>2011</Year><RecNum>136</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>136</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">136</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Zaman, Kais</author><author>McDonald, Mark</author><author>Mahadevan, Sankaran</author><author>Green, Lawrence</author></authors></contributors><titles><title>Robustness-based design optimization under data uncertainty</title><secondary-title>Structural and Multidisciplinary Optimization</secondary-title></titles><pages>183-197</pages><volume>44</volume><number>2</number><dates><year>2011</year></dates><isbn>1615-147X</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11].
min fμ,σ=w*μf+v*σfs.t. LB+kσgid,z≤Egid,z≤UB-kσgid,z : for all i lb+kσxi≤di≤ub-kσxi : for i=1,2,…,nrdv lb≤di≤ub : for i=1,2,…,nddvدر این روابط d بردار متغیرهای طراحی قطعی، x میانگین مقدار متغیرهای طراحی نامعین، nrdv و nddvتعداد متغیرهای طراحی اتفاقی و تعداد متغیرهای طراحی قطعی و z بردار متغیرهای اتفاقی ورودی غیر طراحی هستند که مقدار میانگین آن‌ها به‌عنوان بخشی از طراحی ثابت گرفته می‌شود. w و v بزرگ‌تر از صفر بوده و ضرایب وزنی می‌باشند. gid,z iامین قید و Egid,z و σgid,z به ترتیب میانگین و انحراف معیار iامین قید است. LB و UB بردارهای کران پایین و کران بالای قیدها هستند و همچنین lb و ub کران پایین و کران بالای متغیرهای طراحی هستند. σx بردار انحراف معیار متغیرهای اتفاقی و k متغیری است که مقاوم بودن روش را نسبت به محافظه‌کاری راه‌حل نشان می‌دهد. این ضریب ناحیه مناسب برای طراحی را با ایجاد تغییراتی در متغیرهای طراحی کوچک می‌کند و به‌احتمال ارضای قیود وابسته است. برای مثال اگر یک متغیر طراحی یا تابع قید دارای توزیع نرمال باشد، اگر k مساوی یک شد نشان می‌دهد که احتمال به 8413/ رسیده و اگر k برابر دو شد، احتمال به مقدار 9772/ می‌رسد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Zaman</Author><Year>2011</Year><RecNum>136</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>136</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">136</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Zaman, Kais</author><author>McDonald, Mark</author><author>Mahadevan, Sankaran</author><author>Green, Lawrence</author></authors></contributors><titles><title>Robustness-based design optimization under data uncertainty</title><secondary-title>Structural and Multidisciplinary Optimization</secondary-title></titles><pages>183-197</pages><volume>44</volume><number>2</number><dates><year>2011</year></dates><isbn>1615-147X</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11].
جمع‌بندیدر این فصل به معرفی روش طراحی بهینه چند موضوعی پرداخته شد و به لزوم استفاده از آن در مسائل پیچیده طراحی اشاره گردید. در مورد شش روش اصلی MDO نیز به‌اختصار توضیحاتی آورده شد و بیان گردید که این روش‌ها بر اساس نحوه بهینه‌سازی به دو دسته تک سطحی و چند سطحی تقسیم می‌شوند و برای هرکدام نیز تعدادی از ویژگی‌های مثبت و نکات منفی‌شان برشمرده شد. برای این پایان‌نامه روش مشارکتی انتخاب شده است. این روش، روش مناسبی برای طراحی‌های صنعتی بوده به‌طوری‌که با این روش دفاتر طراحی در اقصا نقاط کشور قادر به همکاری در یک پروژه فضایی می‌باشند. همچنین به معرفی عدم قطعیت‌ها پرداخته شد و تأثیر آن‌ها در طراحی بیان گردید و اشاره شد که در طراحی مقاوم به دنبال کاهش اثر عدم قطعیت‌ها در طرح نهایی هستیم درحالی‌که در طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان هدف، فاصله گرفتن از قیود و دستیابی به قابلیت اطمینان معین می‌باشد.
فصل سوممدلسازی زیرسیستم‌ها و شبیه‌سازی پرواز حامل فضایی
مقدمهتولید سیستم‌های بزرگ و صنعتی نیازمند پرداخت هزینه‌های هنگفت و توجه و دقت زیاد حین فرآیند تولید می‌باشد. به همین دلیل و برای افزایش قابلیت اطمینان و طراحی دقیق سیستم‌ها، ابتدا فرآیند طراحی در سطح سیستم انجام ‌شده و سپس به زیرسیستم‌ها می‌رسد. به همین دلیل طراحان باید تسلط کافی بر زیرسیستم‌ها و نحوه عملکردشان به‌صورت مجزا و همچنین در تعامل با یکدیگر داشته باشند. این زیرسیستم‌ها پس از طراحی به‌صورت مجزا به کمک رایانه شبیه‌سازی شده و تست می‌گردند. پس از شبیه‌سازی مجموعه سیستم در رایانه و اطمینان از عملکرد موفق آن، ساخت و تست نمونه اولیه انجام می‌گردد. واضح است که طراحی زیرسیستم‌ها باید با توجه به تجربیات گذشته انجام گردد و فرآیند شبیه‌سازی نیز باید از دقت لازم برخوردار باشد تا نتایج شبیه‌سازی با نتایج نهایی و تست عملی اختلاف زیادی نداشته باشد.
طراحی و تولید حامل فضایی نیز از همین اصول پیروی می‌کند. در این پایان‌نامه، رویکرد ما طراحی حامل با پیشران مایع بوده و به همین دلیل لازم می‌دانیم در خصوص مدل‌سازی زیرسیستم‌ها و شبیه‌سازی مجموعه توضیحاتی را ارائه دهیم.
زیرسیستم‌های طراحیدر این پایان‌نامه، زیرسیستم‌های طراحی شامل مأموریت، احتراق، طراحی موتور، طراحی هندسه، تخمین جرم و شبیه‌سازی پرواز حامل موردبررسی قرارگرفته است. در ادامه این زیرسیستم‌ها را معرفی می‌کنیم.
مأموریتاولین گام برای طراحی یک حامل، تعیین مأموریت است؛ به‌عبارت‌دیگر، نوع نیاز سبب طراحی یک حامل با ویژگی‌های خاص می‌شود. واضح است که یک حامل با مأموریت قرار دادن محموله در مدار نزدیک به زمین با حاملی باهدف ارسال محموله به مدار زمینآهنگ متفاوت است. فلذا نوع مأموریت بسیار مهم بوده و این مأموریت است که ویژگی‌ها و محدودیت‌های طراحی را تعیین می‌کند.
با توجه به این موضوع هنگام سفارش کارفرما و عقد قرارداد برخی پارامترها به‌عنوان ورودی باید مشخص و تعیین گردند. برای مثال تعدادی از این پارامترها عبارت‌اند از:
جرم و ابعاد محموله و آداپتور
تعیین نوع مدار و همچنین نقاط حضیض و اوج
شیب مداری
مختصات و محدودیت‌های پایگاه پرتاب
سطح تکنولوژی در دسترس
در ادامه مدار و پایگاه پرتاب را دقیق‌تر بررسی می‌کنیم.
نوع مدارمحموله‌های فضایی بر اساس نوع کاربرد خود به مدارهای مختلفی تزریق می‌گردند. یکی از عمومی‌ترین مدارهای کاربردی، مدارهای بیضوی شکل می‌باشند.

مدار بیضوی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Curtis</Author><Year>2013</Year><RecNum>114</RecNum><DisplayText>[29]</DisplayText><record><rec-number>114</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="50wxdpzd9vd5r7e9t5b595djrfpttrxw9avp">114</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Curtis, Howard</author></authors></contributors><titles><title>Orbital mechanics for engineering students</title></titles><dates><year>2013</year></dates><publisher>Butterworth-Heinemann</publisher><isbn>0080977480</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[29]
با توجه به REF _Ref404376384 r h * MERGEFORMAT ‏ شکل3-1 سرعت موردنیاز برای استقرار محموله در نقطه حضیض مدار بیضوی از معادله 3-1 به دست می‌آید.
Vorbit=2μ(1RE+HP-1a)که در آنRE شعاع زمین و μ ثابت جاذبه بوده و تقریباً برابر با ×109398600 می‌باشد. HP ارتفاع نقطه حضیض مدار بوده و a برابر با نیم قطر بزرگ مدار است که از REF _Ref405572147 r h ‏معادله 3-2 به دست می‌آید.
a=RE+Ha+(RE+Hp)2در REF _Ref405572147 r h ‏معادله 3-2، Ha برابر با ارتفاع نقطه اوج مدار بیضوی است.
واضح است که برای مدار دایروی، سرعت مداری از REF _Ref405572331 r h ‏معادله 3-3 به دست می‌آید.
Vorbit=μRE+hدر REF _Ref405572331 r h ‏معادله 3-3، h برابر با ارتفاع مدار دایروی از سطح زمین است.
پایگاه پرتابپایگاه‌های پرتاب برحسب نوع موشکی که ازآنجا پرتاب می‌شوند به سه دسته پایگاه‌های پرتاب زیرمداری، نظامی و فضایی تقسیم می‌شوند. امروزه باگذشت حدود 60 دهه از آغاز فعالیت‌های فضایی بشر، پایگاه‌های پرتاب فضایی زیادی در دنیا احداث گردیده است ( REF _Ref404384675 n h * MERGEFORMAT ‏ شکل3-2). گاهی پایگاه‌های پرتاب محدودیت‌هایی را برای انجام مأموریت ایجاد می‌کنند. این محدودیت‌ها شامل جرم موشک حامل، قطر موشک، نوع سیستم حمل‌ونقل، مقدار شیب مداری، پنجره پرتاب و ... هستند. به همین دلیل طراحان باید از محل پایگاه پرتاب مطلع باشند تا موشک حامل برای انجام مأموریت به بهترین شکل طراحی و آماده‌سازی شود.

دانلود مقاله — (94)

1-4-1-3- ستون ‌وآون‌ستون 21
1-4-1-4- سامانه آشکارساز 22
1-4-2- کروماتوگرافی گازی/طیف‌سنج جرمی (GC-MS) 22
1-4-2-1- طیف‌سنج جرمی چهارقطبی 23
1-4-3- شاخص بازداری کواتس 23
1-5- ارزیابی سمیت سلولی 25
1-6- فعالیت ضد میکروبی 26
1-6-1- میکروارگانیسم‌ها 27
1-6-1-1- باکتری‌ها 27
1-6-1-2- قارچ‌ها 27
1-6-2- محیط‌های کشت میکروبی 28
1-6-3- حساسیت آنتی‌بیوتیکی 29
1-6-3-1- روش دیسک دیفیوژن 29
1-6-3-2- روش حداقل غلظت ممانعت کننده رشد (MIC) 29
1-7- گیاه‌شناسی 30
1-7-1- خصوصيات گياه شناسي راسته چتريان (Apiales) 30
1-7-2- خصوصيات گياه شناسي خانواده چتريان (Apiaceae) 30
1-7-3- ویژگی های گیاه شناسی طايفه Smyrneae 31
1-7-4- ویژگی های گیاه شناسی شوکران‌ باغی 31
1-7-5- ویژگی های گیاه شناسی خار عروس 32
فصل دوم: دستگاه ها، مواد و روشها 34
2-1- دستگاه ها، مواد و وسایل مورد استفاده 35
2-1-1- دستگاه‌ها و وسایل مورد استفاده 35
2-1-2- مواد شیمیایی مورد استفاده 36
2-1-3- میکروارگانیسم‌ها و آنتی بیوتیک‌های مورد استفاده 37
2-2- منابع گیاهی مورد استفاده 38
2-2-1-‌ جمع آوري وآماده سازي نمونه‌های گياهي 38
2-3- جداسازي واستخراج عصاره از نمونه گياهي 38
2-3-1- عصاره گيري از نمونه گياه 38
2-3-2- تعيين بازده عصاره‌گيري 39
2-4- استخراج ترکیبات فرار گیاهی 39
2-4-1- تعيين بازده اسانس‌گيري 40
2-4-2- شناسايی ترکيب‌های فرار گیاه با دستگاه GC-MS 40
2-5- بررسي فعاليت ضد اكسيداني 41
2-5-1- بررسي فعاليت ضد اكسيداني به روش DPPH 41
2-5-2- اندازه‌گيري مقدار كل تركيبات فنلي 42
2-5-3- آزمایش بی‌رنگ شدن بتاکاروتن در حضور لینولئیک‌اسید 44
2-6- فعالیت ضدمیکروبی 46
2-6-1- روش انتشار در آگار (دیسک دیفیوژن) 46
2-6-2- تعیین حداقل غلظت مهارکنندگی رشد 46
2-7- آزمون سمیت سلولی 47
فصل سوم: بحث و نتیجه گیری 48
3-1- ترکیبات ‌فرار گیاهی 49
3-1-1- استخراج ترکیبات ‌فرار گیاهی 49
3-1-2- شناسایی ترکیبات فرار گیاه 50
3-2- استخراج عصاره متانولی از گیاه 53
3-3- آزمون‌های سنجش فعالیت ضد اکسیدانی 54
3-3-1- آزمون DPPH 54
3-3-2- بررسی کل ترکیب‌های فنلی به روش Folin-Ciocalteu 61
3-3-3- آزمون بتاکاروتن-لینولئیک‌اسید 63
3-4- بررسی فعالیت ضدمیکروبی 64
3-5- سمیت سلولی 66
نتیجه‌گیری 67
پیشنهادها 68
منابع و مآخذ 69
فهرست شکل‌ها

صفحه
8
10
10
13
16
32
33 عنوان
شکل1-1: ساختار ترکیبات اسانسی
شکل 1-2: مسیرهای بیوسنتز پیش‌سازهای ترپنوئیدها
شکل 1-3: مسیر بیوسنتز شیکمیک اسید در فنیل‌پروپانوئیدها
شکل1-4: دستگاه سوکسله
شکل1-5: دستگاه تقطیر و استخراج همزمان
Physospermum Cusson ex Juss. شکل1-6: گیاه
Morina persica L. گیاه شکل 1-7:
صفحه
20
55
56
57
58
59
60
61
62

63 عنوان
در حضور ضد اکسیدان DPPHنمودار 1-1: نمودار جذب- طول‌موج برای
نمودار 3-1: نمودار درصد مهار- منفی‌لگاریتم غلظت برای استاندارد BHT
نمودار 3-2: نمودار درصد مهار در برابر منفی ‌لگاریتم غلظت عصاره اندام هوايي خار عروس
نمودار 3-3: نمودار درصد مهار- منفی ‌لگاریتم غلظت عصاره ساقه و برگ شوكران باغي
نمودار 3-4: نمودار درصد مهار - منفی ‌لگاریتم غلظت عصاره ميوه شوكران باغي
نمودار 3-5: نمودار درصد مهار- منفی ‌لگاریتم غلظت عصاره میوه فاقد چربي شوكران باغي
نمودار 3-6: مقایسه نتایج DPPH عصاره‌ های متانولی گیاه شوكران باغي و خار عروس
نمودار 3-7: نمودار جذب در برابر غلظت استاندارد گالیک اسید
نمودار 3-8: مقایسه معادل گالیک‌اسید ترکیبات فنلی در عصاره‌های شوكران باغي و خار عروس
نمودار3-9: مقایسه درصدهای مهار لینولئیک‌اسید عصاره‌های شوكران باغي و خار عروس
فهرست نمودارها
327025-569595فهرست جدولها
00فهرست جدولها
صفحه
35
36
37
38
49
50
52
53
54
55
56
56
57
58
58
59
59
60
60
61
62
63
64 عنوان
جدول2-1: دستگاه‌های مورد استفاده
جدول2-2: انواع مواد شیمیایی مورد استفاده
جدول2-3: انواع میکروارگانیسم‌های مورد استفاده
جدول2-4: آنتی بیوتیک‌های مورد استفاده
جدول3-1: مقایسه بازده استخراج ترکیبات فرار
جدول3-2: ترکیب درصد اجزای فرار در شوکران باغی
جدول3-3: ترکیب درصد اجزای فرار در خار عروس
جدول3-4 : مقایسه بازده عصاره‌گیری
جدول3-5: درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از نمونه استاندارد BHT
جدول3-6: نتایج آزمون DPPH برای نمونه استاندارد BHT
جدول3-7 : درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از عصاره اندام هوايي خار عروس
جدول3-8 : نتایج آزمون DPPH برای اندام هوايي خار عروس
جدول3-9: درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از عصاره ساقه و برگ شوكران باغي
جدول3-10: نتایج آزمون DPPHبرای عصاره عصاره ساقه و برگ شوكران باغي
جدول3-11: درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از عصاره ميوه شوكران باغي
جدول3-12: نتایج آزمون DPPHبرای عصاره ميوه شوكران باغي
جدول3-13: درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از عصاره میوه فاقد چربي شوكران جدول3-14: نتایج آزمون DPPH برای عصاره میوه فاقد چربي شوكران باغي
جدول3-15: نتایج آزمون DPPH عصاره گیاه خار عروس و عصاره هاي شوكران باغي
جدول3-16: جذب مربوط به غلظت‌های متفاوت گالیک‌اسید
جدول3-17: محتوای فنولی عصاره‌های گیاهی
جدول3-18: درصد مهار لینولئیک اسید عصاره های گیاهی
جدول3-19 : نتایج مربوط به تعیین فعالیت ضدمیکروبی عصاره‌های گیاهی
علایم و اختصارات
Isoprenyl diphosphate
Dimethylallyl diphosphate
Mevalonic acid
1-Deoxy-D-xylulose-5-phosphate
2C-methyl-D-erythritol-4-phosphate
Geranyl pyrophosphate
Neryl pyrophosphate
Farnesyl pyrophosphate
Phenyl alanine ammonialyase
Simultaneous distillation–extraction
parts-per-billion
Deoxy ribonucleic acid
Adenosine triphosphate
Folin–Ciocalteu Reagent
potential of Hydrogen
2,2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl
half maximal inhibitory concentration
Gas Chromatography
Flame Ionization Detector
Gas chromatography– Mass Spectrometry
direct current
alternating current
Retention Time
Kovats Index
National Cancer Institute
Minimum Inhibitory Concentration
Disk Diffusion
Ultraviolet-Visible
Dimethyl Sulfoxide
Butylated hydroxytoluene
Colony-forming unit
International Unit
National Committee for Clinical Laboratory Standards
Brain-heart infusion
Sabouraud dextrose agar
Potato dextrose agar
Nutrient agar
median Lethal Concentration
Ferric reducing antioxidant power
Thiobarbituric acid IPP
DMAPP
MVA
DXP
MEP
GPP
NPP
FPP
PAL
SDE
ppb
DNA
ATP
FCR
pH
DPPH
IC50
GC
FID
GC-MS
dc
ac
RT
KI
NCI
MIC
DD
UV-Vis
DMSO
BHT
CFU
I.U.
NCCLS
BHI
SDA
PDA
NA
LC50
FRAP
TBA

فصل اول
مباحث نظری
مقدمه
گیاهان دارویی از سابقهای بسیار درخشان به ویژه درکشورهای باستانی مانند چین، یونان، مصر، ایران و هندوستان برخوردار است. در ایران باستان استفاده از گیاهان به عنوان دارو، ضدعفونی کننده و معطرکننده مرسوم بوده است [1].
تاریخ اسانس‌ها از شرق آغاز شد. فن اسانس‌گیری به روش تقطیر در مشرق زمین به خصوص در مصر، ایران و هندوستان پی‌ریزی و اجرا شد [2]. خدمات علما و دانشمندان مسلمانی نظیر جابربن‌حیان، زکریای‌رازی، ابونصرفارابی، ابوعلی‌سینا که سرآمد علوم شیمی، پزشکی وداروسازی عصر خود بودند؛ به اندازه ای است که هنوز هم جوامع انسانی از پرتو آنها در زمینه‌های مذکور استفاده می‌کنند. شاید اولین داروخانه گیاهی در قرن سوم هجری در بغداد شکل گرفت. اما به دلیل اینکه تا آن زمان دانش بشری فاقد معیارها و استانداردهای لازم برای تشخیص درست گونه‌های گیاهی بود، گاهی گونه‌ها و گیاهان متعددی با یک عنوان ولی با خواص متفاوت به مردم ارائه می‌شدند. بعدها مواد مؤثر موجود در گیاهان دارویی جایگزین مواد خام گیاهی گردید و به تدریج باب شیمی گیاهی گشوده شد تا اینکه امروزه تعداد زیادی از داروهای مدرن از منابع گیاهی استخراج می‌شوند [3].
کیمیاگران اسانس را جوهره گیاه نامیدهاند و بر اساس این تفکر اسانس شکل مادی نیروهای حیاتی و روحی موجود در گیاهان است. با گسترش این علم، استخراج اسانس مورد توجه بیشتر قرار گرفت و به همراه عصارههای گیاه، قرنها به عنوان پایه بیشتر داروها و یا به تنهایی به عنوان دارو جهت درمان بیماریهای مزمن و همگانی بکار میرفتند [4].
کشور ما در زمینه درمان گیاهی و استفاده از گیاهان دارویی تاریخ و پیشینه‌ای درخشان دارد. با وجود این، آن‌چنان‌که شایسته است، حاصل قرن‌ها تجربیات گذشتگان را ارج ننهاده‌ایم. با توجه به اینکه کشور ایران از ذخیره غنی گیاهی برخوردار است و بسیاری از گیاهان این سرزمین از لحاظ قابلیت‌های مختلف فیتوشیمیایی، ضدمیکروبی، دارویی و غیره مورد بررسی قرار نگرفته لذا شایسته است قابلیت گیاهان بکر آن ارزیابی شود که دو گیاه Morina persica L. و Physospermum cornubiense (L.) DC. از اين جمله مي باشند.
1-1- ترکیبات طبیعی سال‌هاست که منشأ، خواص و فواید مربوط به فرآورده‌های طبیعی توجه پژوهشگران را به خود معطوف کرده است.فرآورده‌های طبیعی معمولاً به دو دسته‌ی بزرگ متابولیت‌های اولیه و متابولیت ثانویه تقسیم می‌شوند. متابولیت‌های اولیه متشکل از مولکول‌های لازم و ضروری برای زندگی هستند و عمدتاً شامل پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و نوکلئیک اسیدها می‌باشد. این مولکول‌ها از مسیرهای متابولیکی که در بیشتر موجودات زنده رایج هستند، تشکیل می‌شوند. از این رو مسیرهای متابولیت اولیه مرتبط با فرایندهایی هستند که موجب سنتز، تجزیه، و تبدیل این متابولیت‌های اولیه می‌گردد.در مقابل، فراوانی متابولیت‌های ثانویه معمولاً کمتر است و اغلب منحصر به گونه‌های خاصی می‌باشند [6]. در بیشتر موارد، ترکیبات طبیعی به متابولیت‌های با جرم مولی کمتر از 2000 واحدجرم اتمی اطلاق می‌شود که برای ادامه حیات موجودات زنده ضروری نیستند ازجمله ؛ آلکالوئیدها، فلاونوئیدها، کومارین‌ها، گلیکوزید‌ها، لیگنان‌ها، استروئیدها و غیره [7]. ترکیبات طبیعی را براساس ساختار مولکولی، فعالیت فیزیولوژی، کموتاکسونومی و مبدأ بیوسنتز می‌توان تقسیم‌بندی کرد [8].
1-1-1- آلکالوئیدگیاهان حاوی آلکالوئید گستره وسیعی از داروها را در بر میگیرند. آلکالوئیدها از نظر ساختمان شیمیایی اختلاف زیادی با هم دارند ولی وجود یک ازت بازی وجه مشترک تمامی آنها میباشد. آلکالوئیدهای معمول که از گیاهان به دست میآیند، نوعی ترکیب بازی هستند که دارای یک یا بیش از یک اتم ازت ( معمولاً در حلقهی هتروسیکل ) میباشند. این ترکیبها دارای اثرات فیزیولوژیک برجستهای روی انسان و حیوان میباشند [9].
دو دسته کلی از آلکالوئیدها وجود دارند:
1-آلکالوئیدهای غیرهتروسیکل یا آلکالوئیدهای نامعمول و غیرشاخص که گاهی اوقات آنها را پروتو‌آلکالوئید یا آمین‌های بیولوژیک می‌نامند.
2-آلکالوئیدهای هتروسیکل یا آلکالوئیدهای معمول و شاخص که برمبنای ساختار حلقوی طبقه‌بندی می‌شوند.
1-1-2- فلاونوئیدهافلاونوئیدها ترکیبات پلی فنول شامل 15 کربن با دو حلقهی آروماتیک که با یک پل 3 کربنه به هم متصل شدند. در 5 گروه میتوانند قرار گیرند. فلاونول، فلاونون، آنتوسیانین، فلاون، فلاون-3-ال و ایزو فلاون. فلاونها ومشتقات آنها (فلاونوئیدها) موادی هستند که بصورت آزاد در بسیاری از گیاهان و یا بصورت ترکیب با گلیکوزیدها وجود دارند. عموما محلول در آب هستندو مهمترین مشتقات فلاونها به رنگ زرد می باشند. فلاون ها در گیاهان خانوادهی کاسنی، پروانه آسا، سداب و برخی خانوادههای دیگر یافت میشوند [10و11].
1-1-3- کومارین‌هاکومارین‌ها متعلق به خانواده گسترده‌ای از متابولیت‌های گیاهی به نام بنزوپیرانون‌ها با بیش از 1500 ترکیب شاخص در بیش از 800 گونه گیاهی است. این مشتق‌های 1-بنزوپیرانی، عمدتاً در گیاهان عالی یافت می‌شوند. بیشتر کومارین‌های طبیعی در موقعیت کربن7 اکسیژن‌دار هستند. در گیاهان، این ترکیبات در پوشش بذر، ریشه‌ها، برگ‌ها، ساقه و بیشتر در گل‌ها و میوه یافت می‌شوند. کومارین‌ها به عنوان ترکیبات دفاعی گیاه، ضدمیکروبی و مانع جوانه‌زنی نیز شناخته می‌شوند [12 و 13]. 1-1-4- گلیکوزیدهاگلیکوزیدها در مسیرهای مختلف متابولیکی به شکلهای گوناگونی ساخته میشوند.این مواد دارای ساختمان شیمیایی پیچیده و مخصوصی هستند و در بدن انسان اثرهای خاصی نیز بر جای میگذارند.گلیکوزیدها پس از هیدرولیز به ترکیبات قندی (گلیکون) و غیر قندی (آگلیکون) تبدیل میشوند. آگلیکونها مصارف فراوانی در داروسازی دارند. یکی از مهمترین ترکیبات گلیکوزیدی، گلیکوزیدهای سیانوژنتیک هستند که از مهمترین آنها میتوان آمیگدالین را نام برد که بطور وسیعی در گیاهان خانوادهی گل سرخ، پروانه آسا، کتان و برخی خانوادههای دیگر وجود دارد. یکی دیگر از گلیکوزیدهای مهم آنتراکینونها هستند که نقش عمدهای در درمان یبوست دارند. ازدیگر گلیکوزیدها میتوان به گلیکوزیدهای قلبی ، ساپونینی، فلاونوئیدی، کومارینی و غیره نام برد [10].
1-1-5- لیگنان‌هالیگنان‌ها ترکیبات دیمری هستند که اساساً از اتحاد دو مولکول فنیل‌پروپان تشکیل می‌شوند. زمانی این اعتقاد وجود داشت که لیگنان‌ها واسطه‌های پیش از تشکیل لیگنین هستند ولی امروزه مشخص شده است که این ترکیبات انشعابی از مسیر بیوسنتز لیگنین می‌باشند. لیگنان‌ها برخلاف لیگنین ترکیباتی با فعالیت نوری هستند و احتمالاً طی یک واکنش مزدوج شدن احیایی از نوع فضاویژه بین کربن‌های میانی موجود در زنجیره جانبی مونومر به وجود می‌آیند. از مهمترین مثال‌های دارویی، ترکیبات لیگنانی موجود در گونه پودوفیلوم است که به نظر می‌رسد از دو مولکول کونیفریل الکل یا اسید مربوط ایجاد شده باشند [9].
1-1-6- استروئیدهااستروئیدها، گروهی از ترکیبات آلی هستند که از تری‌ترپن‌های چهار حلقه‌ای مشتق می‌شوند و دارای ساختار کلی سیکلوپنتا پرهیدرو فنانترن می‌باشند. معمولاً گروه‌های متیل در کربن‌های 10و13 وجود دارند و در کربن 17 زنجیر جانبی الکیلی ممکن است وجود داشته باشد. تنوع در استروئیدها ناشی از تعداد گروه‌های متیل افزایشی، پیکربندی زنجیر جانبی و گروه‌های عاملی متصل به حلقه‌هاست [13 و 14].
1-1-7- اسانس‌هااسانس‌ها، ترکیبات کم و بیش فرار با بوی ویژه هستند که با روش‌های تقطیر با آب، بخارآب، آب ‌و بخارآب، تقطیر خشک و غیره از گیاه خام به استثنای مرکبات (استخراج اسانس با روش‌های مکانیکی) بدست می‌آیند [16]. این گروه از مواد مؤثر گیاهی، از نظر ترکیب شیمیایی همگن نیستند. بلکه به صورت مخلوطی از ترکیبات مختلف می‌باشند. اسانس‌ها براساس مبدأ بیوسنتز و ساختار شیمیایی قابل تقسیم‌بندی هستند.
1-1-7-1- شیمی اسانس‌هاترکیبات اسانسی ‌برمبنای ساختار شیمیایی به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند [15 و 17]. در شکل (1-1) نمونه ساختارهایی از ترکیبات اسانسی مذکور آورده شده است.
1- n-آلکان‌ها: تترادکان در اسانس گل‌نرگس
2- اسیدهای آزاد: ترانس-سینامیک اسید در اسانس دارچین
3- الکل‌های آزاد: ایزوآمیل‌الکل در اسانس بابونه
4- آلدهیدی: بنزآلدهید در اسانس بادام تلخ
5- کتونی: لیمونن در اسانس زیره
6- استری: متیل‌سالیسیلات در اسانس گیاه همیشه‌سبز
7- فنیل پروپانوئیدی: آنتول در اسانس شوید
8- لاکتونی: سیکلوپنتا دکانولید در اسانس ریشه گل‌پر
9- فتالیدی: سدانولید در اسانس کرفس
10- هیدروکربن‌های نیتروژن‌دار: متیلN-متیل آنترانیلات در اسانس ماندارین
11- هیدروکربن‌دار گوگردی: 4-مرکاپتو-4-متیل-پنتانون در اسانس انگور فرنگی‌
سیاه
12- هیدروکربن‌های گوگردی‌نیتروژن‌دار: آلیل ایزوسیانات در اسانس خردل
13- اتری: سافرول در اسانس ساسافراس
14- فنلی: تیمول در اسانس آویشن
15- پراکسیدی: آسکاریدول در اسانس کنوپودیوم
16- ترپن‌ها: ترپن‌ها یا ایزوپرنوئیدها، از بزرگترین دسته‌ ترکیبات طبیعی هستند که از اتصال دو یا بیشتر مولکول ایزوپرن (C5 H8) ساخته می شوند. ایزوپرن به عنوان همی‌ترپن‌ محسوب می‌شود. مونوترپن‌ها از دو واحد ایزوپرن به هم‌چسبیده تشکیل می‌شوند. سزکوئی‌ترپن‌ها شامل سه واحد ایزوپرن هستند. ترکیباتی که از چهار واحد ایزوپرن ساخته شده‌اند؛ دی‌ترپن نامیده می‌شوند. در ادامه تقسیم‌بندی مفصل‌تری از ترپن‌ها ارائه می‌شود.

683166032501438646473710

شکل1-1: ساختار ترکیبات اسانسی
1-1-7-2- بیوسنتز اسانس‌هاترکیبات اسانسی براساس مبدأ بیوسنتز عمدتاً به دو دسته: ترپنی و فنیل‌پروپانوئیدی تقسیم بندی می شوند که از مسیرهای بیوسنتزی ذیل منتج می‌شوند:
مسیرهای موالوناتی و غیرموالوناتی
ترپن‌ها از لحاظ زیست‌زادی از ایزوپرنیل‌دی‌فسفات (IPP)‌ و دی‌متیل‌آلیل‌دی‌فسفات (DMAPP) به وجود می‌آیند. این دو قسمت ساده 5 کربنه به عنوان پیش‌سازهای معمول برای بیوسنتز ترپن‌ها هستند. آنها از سه واحد استیل‌کوآنزیمA از طریق مسیر موالونیک‌اسید (MVA) بیوسنتز می‌شوند. چندین سال پیش، وجود مسیر دومی که منجر به IPP و DMAPP می‌شود، شامل 1-دئوکسی-D-گزیلولوز-5-فسفات (DXP) و C2-متیل-D-اریتریتول-4-فسفات (MEP) کشف شد.این مسیر غیر‌موالوناتی یا دئوکسی‌گزیلولوز با تراکم گلیسرآلدهیدفسفات و پیروات شروع می‌شود که به تولید DXP می‌انجامد (شکل1-2). IPPو DMAPP به ژرانیل‌پیروفسفات (GPP) منجر می‌شود که پیش‌ساز آغازی مونوترپن‌هاست. تشکیل نریل‌پیروفسفات (NPP) ازGPP طیف گسترده‌ای از ساختارهای غیرحلقوی، حلقوی، دوحلقه‌ای یا سه‌حلقه‌ای را پدید می‌آورد. واکنش‌هایی مثل نوآرایی، اکسایش، کاهش و آبدار شدن از طریق آنزیم سیکلاز ترپن‌های مختلف به تشکیل مشتقات ترپنی متنوع منجر می‌شود. تراکمGPP و IPP به تشکیل فارنسیل‌پیروفسفات (FPP) می‌انجامد که پیش‌ساز آغازی سزکوئی‌ترپنوئیدهاست. همچنین FPP و IPP به تشکیل دی‌ترپنوئیدها منجر می‌شوند. مسیر غیرموالوناتی در بیشتر باکتری‌ها و همه موجودات زنده فتوتروپیک وجود دارد. در گیاهان عالی و بیشتر جلبک‌ها، هر دو مسیر بیوسنتز به‌طور مستقل عمل می‌کند. مسیر موالوناتی در سیتوپلاسم واقع شده و مسئول بیوسنتز بیشتر سزکوئی‌ترپنوئیدهاست. در مقابل، مسیر غیرموالوناتی به کلروپلاست محدود می‌شود و مونوترپن‌ها و دی‌ترپن‌ها از این مسیر بیوسنتز می‌شوند [17].
شکل 1-2: مسیرهای بیوسنتز پیش‌سازهای ترپنوئیدها
مسیر شیکمیک‌اسید
فنیل‌پروپانوئیدها از مسیر شیکمیک‌اسید بیوسنتز می‌شوند.این مسیر سبب تولید آمینو‌اسید فنیل‌آلانین می‌شوند و سپس بر اثر فعالیت آنزیم فنیل‌آلانین آمونیالیاز (PAL) به ترانس-سینامیک‌اسید تبدیل می‌شود. که با اثر فعالیت آنزیم‌های مختلف مثل هیدرولاز، اتیل‌ترانسفراز، اکسیدو رداکتاز و لیگاز طیف وسیعی از فنیل‌پروپانوئیدها بیوسنتز می‌شوند (شکل1-3). فنیل‌پروپانوئیدها شامل یک یا بیشترC3-C6 است که واحد C6 حضور حلقه بنزن را نشان می‌دهد. فنیل‌پروپانوئیدهای ساده، از اجزای اسانس‌های طبیعی هستند. روش طبقه‌بندی پذیرفته‌شده‌ای برای این دسته از ترکیبات وجود ندارد. فنیل‌پروپانوئیدهای مهم از این قرارند: آنتول، متیل‌چاویکول، اوژنول، سینامیک‌آلدهید و وانیلین [17].

شکل 1-3: مسیر بیوسنتز شیکمیک اسید در فنیل‌پروپانوئیدها
1-1-7-3- کاربردهای اسانس‌های طبیعیامروزه اسانس‌های طبیعی دارای مصارف مختلفی در صنایع شیمیایی، عطرسازی، غذایی، تهیه و ساخت فرآورده‌های آرایشی- بهداشتی و دارویی می‌باشند و تحقیقات بیانگر فعالیت‌های ضدحشره، ضدمیکروبی، ضد اکسیدانی آنهاست.
مهمترین مصرف گیاهان اسانس‌دار و مواد اسانسی حاصل از آنها برای معطرسازی می‌باشد. در صنایع عطرسازی، اسانس‌ها جزء اصلی مواد اولیه عطرها محسوب می‌شوند. مانند فنیل‌اتیل‌الکل که یکی از مواد اصلی عطرها بوده و در صنعت تهیه عطر مصنوعی استفاده می‌شود.
از کاربرد این مواد در صنایع غذایی می‌توان به خوشبوکننده‌ها و طعم‌دهنده‌های محصولات غذایی اشاره کرد. انواع مختلف ادویه‌ها در این دسته قرار می‌گیرند. علاوه‌براین اسانس‌ها به عنوان ضد ‌اکسیدان در فرآورده‌های غذایی کاربرد دارند به‌طور مثال؛ اسانس‌های میخک و آویشن حاوی اوژنول و تیمول در فرآورده‌های غذایی مثل کره به عنوان ضد اکسیدان مصرف می‌شوند. تیمول اثر ضد هیدرولیتیکی داشته و از هیدرولیز آنزیمی جلوگیری می‌کند. همچنین از اسانس‌ها در تهیه محصولات آرایشی- بهداشتی، دهان‌شویه‌ها، خمیردندان و فرمولاسیون شامپوهای طبی استفاده می‌شود [15].
1-2- عصاره‌های گیاهیعصاره‌ها فراورده هايي هستند كه از گياهان با حلال هاي مناسب مانند الكل اتيليك، آب، اتيلن گليكول اتر وباروش هاي متفاوت به دست مي آيند. درصورتي كه كليه مواد موجود در گياه عصاره گيري شده و عصاره حاوي تمام تركيب هاي موجود در گياه باشد، عصاره تام ناميده مي شود ودر صورتي كه شرايط استخراج (نوع حلال، روش استخراج ودستگاه) به نحوي انتخاب شود كه قسمتي از موادگياه استخراج شود، عصاره داراي برخي خواص گياه مي‌باشد. هم چنين در صورتي كه گياه طي تجزيه به دو يا چند قسمت تقسيم شود و يا قسمتي از مواد مورد نظر آنها استخراج گردد، عصاره غيرتام مي نامند [18] .
1-2-1- استخراج عصاره گیاهی با توجه به اینکه منابع گیاهی، مجموعه پیچده‌ای از متابولیت‌ها هستند؛ روش استخراج ایده‌ال باید قابلیت استخراج کامل متابولیت‌های گیاهی را داشته و سریع، ساده و تکرارپذیر باشد. انتخاب روش استخراج به ماهیت منبع گیاهی و ترکیبات استخراجی بستگی دارد [7]. در اینجا به چند مورد از روش‌های مورد استفاده در جداسازی عصاره‌های گیاهی اشاره می‌شود:
1-خیساندن
2-نفوذ-تراوش
3-استخراج گرم‌ومداوم
4-استخراج با حلال تحت فشار
5-استخراج با حلال و امواج فراصوت
6-استخراج با سیال فوق‌بحرانی
7-فرایند فیتونیک
8-استخراج جریان مخالف
ازآنجایی که در این پژوهش از روش استخراج گرم ‌و مداوم (سوکسله) استفاده شده است؛ به توضیح آن می‌پردازیم.
1-2-1-1- استخراج گرم ‌و مداوم (سوکسله)این روش در استخراج متابولیت‌های گیاهی به علت راحتی آن به طور گسترده استفاده می‌شود و در استخراج مقیاس‌های کوچک و بزرگ کاربرد دارد. پودر گیاهی در یک بسته سلولزی (کارتوش) در محفظه استخراج قرار می‌گیرد که بر روی فلاسک جمع‌آوری کننده حلال حاوی متابولیت واقع می‌شود و خنک‌کننده در بالای کارتوش قرارداده می‌شود. و حلال مناسبی به فلاسک افزوده و حرارت زیر آن تنظیم می‌شود. وقتی که سطح معینی از حلال در تیمبل جمع می‌شود؛ حلال به سمت محفظه پایین فلاسک مکیده می‌شود (شکل1-4).
مزیت عمده این روش، مداوم بودن فرایند استخراج است. ازآن‌جایی‌که حلال حاوی متابولیت به داخل فلاسک تخلیه می‌شود؛ حلال تازه بازتولیدی ناشی از مبرد، فرایند استخراج از مواد در کارتوش را به طور پیوسته ادامه می‌دهد.
9975851426210این روش در مقیاس با خیساندن و پرکولاسیون به زمان و حلال مصرفی کمتری نیاز دارد. عیب عمده استخراج سوکسله این است که عصاره به طور مستقیم در نقطه جوش حلال حرارت می‌بیند که در این حالت امکان آسیب به ترکیبات حساس به گرما وجود دارد و ممکن است؛ شروعی برای تشکیل متابولیت‌های مصنوعی باشد [19].
شکل1-4 : دستگاه سوکسله
1-2-2- استخراج اسانس‌های طبیعی مواد معطر موجود در گیاهان که بیشترین قسمت آن را اسانس‌ تشکیل می‌دهد، مخلوطی از ترکیبات متنوع است که جداسازی و شناسایی این مواد تلفیقی ازسه عنصر: هنر، شیمی و روش‌های تجزیه دستگاهی است. امروزه برای جداسازی ترکیبات اسانس‌های طبیعی از روش‌های مختلفی استفاده می‌گردد که بر حسب عواملی نظیر نوع گیاه، محل قرارگیری اسانس در اندام‌های گیاهی، نوع مواد و ترکیبات تشکیل دهنده و سرانجام درجه خلوص مواد نهایی روش مناسب انتخاب می‌شود [15]. در اینجا، به روش‌های متنوع اسانس‌گیری اشاره می‌شود [17،16 و 20].
روش‌های تقطیر: تقطیر با آب، تقطیر با آب‌وبخارآب، تقطیر با بخارمستقیم، تقطیر با امواج میکرو ویو، تقطیرواستخراج‌همزمان
روش‌های فشاری: فشاری‌اسفنجی، فشاری‌با پیاله‌مخصوص، فشاری‌ماشینی (اسفوماتریسی، پلاتریسی و فرایند براون)
روش‌های استخراج ‌با حلال: خواباندن در میان چربی، خیساندن، سیال‌فوق‌بحرانی
روش‌های استخراج ‌با امواج ‌فراصوت، استخراج با امواج‌میکرو ویو (MHG، SFME)
روش‌های نمونه‌برداری و استخراج در مقیاس میکرو (SPME، DHS، SHS، VHS، SBSE)
ازآنجایی که برای استخراج ترکیبات فرار در این پژوهش از روش SDE استفاده شده است؛ به توضیح آن می‌پردازیم.
1-2-2-1- تقطير همزمان با استخراج حلال آلي (SDE)يكي از روش‌هاي خاص براي جدا سازي مواد فرار از گياهان، موادغذايي و ديگر توليدات كشاورزي روش تقطير با بخار و حلال است . دراين روش استخراج به طور مكرر با آب وحلال آلي دنبال مي گردد. اين روش (دو گردش به طور همزمان) توسط نیکرسون و لیکنز (1964) طراحي ومورد تأييد قرار گرفته است (شکل1-5). مزيت اين روش به غلظت خيلي از تركيب هاي كم در حد ppb در مايعات بوده است كه با يك گردش دريك ساعت صورت گرفت و البته دراين آزمايش مقدار خيلي كمي از حلال به كاربرده شد.
ویلیامز (1969) روش تجزيه مشابهي را با دستگاه پيچيده تري طراحي و ساخته است . دراين روش براي سرد كردن بخارسطح مبرد بيشتر از ديگر روش‌ها با بخار درتماس است البته حلال استخراجي در مرحله بعد جدا مي گردد . ماده در روش استخراج وتقطير به طور همزمان در مرحله مايع تغليظ شده و دائماً به بالن‌هاي مربوطه‌شان كه بين قسمت مشترك تشكيل دو مرحله در لوله جداكننده (مركز لوله پايين مبرد) وكمي پايين‌تراز قسمت زير مبرد ودرآخر بازو كه حلال برگشت مي شود؛ استخراج مي گردد [4].
امروزه با توسعه روش‌ها علاوه بر SDE در فشار اتمسفر، روش‌های دیگری مثل SDE در مقیاس‌میکرو، SDEدر مقیاس تهیه‌ای و SDE در فشار کاهش‌یافته یا خلأ به کار گرفته شده است. از مزایای استخراج ‌و تقطیر همزمان؛ تک‌مرحله‌ای بودن، سرعت عمل، حجم حلال مصرفی کم به‌خاطر بازیافت مداوم و اسانس‌های عاری از ترکیبات غیرفرار مثل کلروفیل است و در روش SDEبا مقیاس ‌میکرو ضمن مصرف حلال کم، نیازی به غلیظ‌سازی عصاره نیست که باعث کاهش هدررفت ترکیبات فرار می‌شود [17،21 و 22].

شکل1-5: دستگاه تقطیر و استخراج همزمان
1-3- تركيب‌هاي ضد اكسيدان
ضد اكسيدان‌ها موادي هستند كه در غلظت كم و با سازوكاري ويژه از عمل اكسايش جلوگيري مي كنند ويا باعث كاهش ويا به تأخير افتادن آن مي شوند [23] .
سال‌های سال است که به منظور جلوگیری از تخریب مواد غذایی که به دلیل اکسایش چربی‌های غیراشباع و سایر عوامل روی می‌دهد، ضد ‌اکسیدان‌ها را به فراورده‌های غذایی می‌افزایند. به هر حال بسیاری از ضد ‌اکسیدان‌های مصنوعی که طی 50 سال اخیر مورد استفاده بوده‌اند، برای مصرف‌کنندگان امروزی که به دنبال مواد غذایی هرچه طبیعی‌تر می‌گردند، دیگر قابل‌قبول نیستند. این امر باعث جستجو برای یافتن ضد ‌اکسیدان‌های طبیعی شد که جزء اصلی سازنده‌شان مواد فنلی می‌باشد [5].
ويژگي‌هاي اكسيدكنندگي اكسيژن نقش حياتي در اعمال بيولوژيكي متفاوت مثل استفاده از غذا، انتقال الكترون براي توليد ATPدارد، در حالي كه اكسيژن براي حيات ضروري است، همچنين مي‌تواند باعث اكسيد كردن مواد درون سلول شود و نقش تخريب كننده داشته باشد. اكسيژن مي‌تواند به اشكال بسيار فعال مثل راديكال‌هاي سوپراكسيد، راديكال‌هاي هيدروكسيل و هيدروژن پراكسيد تبديل شود و به اين صورت مي‌تواند به DNA آسيب برساند، یا اينكه آنزيم‌هاي ضروري و پروتئين‌هاي ساختاري را تخريب كند. همچنين مي‌تواند واكنش‌هاي زنجيره‌اي از كنترل خارج شده مثل واكنش‌هاي اکسایش خود به خودی و پراكسيداسيون را برانگيزد.
902335-1908175-
00-
پلي فنل‌ها انواعي از ضد ‌اكسيدان‌ها هستند كه در جلوگيري از بسياري بيماري‌ها از جمله سرطان نقش دارند، اين تركيبات بسيار متنوع هستند واثرات متفاوتي دارند. تركيبات فنلي شامل ويتامين‌ها، رنگدانه‌ها و فلاونوئيدها، ويژگي‌هاي ضدجهشي ودر نتيجه ضد سرطاني و همچنين فعاليت كاهش قند خون را برعهده دارند [24].
1-3-1- روش هاي سنجش فعاليت ضد ‌اكسيدانی اين روش‌ها بر دو اصل استوار است كه عبارتند از:
الف) روش هايي كه مبناي آن‌ها انتقال اتم هيدروژن است .
اين سنجش‌ها براساس توانايي ماده ضد اكسيدان براي رقابت با ماده شيميايي مستعد اكسايش (جز مورد عمل) درانتقال اتم هيدروژن به راديكال هاي آزاد ارزيابي مي شود . دراين روش اغلب از يك توليد كننده راديكال كه راديكال هاي پايدار با طول عمر كوتاه توليد مي‌كند؛ استفاده مي شود همچنين علاوه بر ضد اكسيدان، مولكول قابل اكسايش نيز استفاده مي‌شود . ضد اكسيدان هاي اضافه شده با جز مورد عمل براي گرفتن راديكال آزاد رقابت مي‌كنند. از آن جايي كه در بررسي ظرفيت ضد اكسيداني عصاره از آزمايش مهار اكسايش لينولئيك اسيد استفاده شد [25] . دراين جا به شرح اين روش پرداخته مي شود.
1-3-1-1- آزمون بي‌رنگ شدن بتا كاروتن در حضور لينولئيك اسيددراين روش لينولئيك اسيد در محيط آبي اشباع از اكسيژن مولكولي (O2) اكسيد شده وبه راديكال آزاد مربوطه LOO. تبديل مي شود. اين راديكال آزاد در مرحله بعد با جذب هيدروژن اتمي (H· ) ازبتاكاروتن موجب اكسيد شدن آن و زايل شدن رنگ زرد نارنجي ناشي ازآن مي شود . وجود ماده ضد اكسيدان در محيط مي تواند با بتاكاروتن در دادن هيدروژن اتمي رقابت نموده واز زايل شدن رنگ جلوگيري نمايد . اين آزمايش نمونه اي از سنجش به روش انتقال اتم هيدروژن است ودرآن ميزان زوال رنگ بتا كاروتن با سنجش ميزان جذب نور آن در طول موج 470 نانومتر معين مي شود [26و27] .

ب) روش‌هايي كه مبناي آن‌ها انتقال الكترون است.
1-3-1-2- سنجش مقدار تام فنل با FCR
اين روش ابتدا براي پروتئين‌ها به كار رفت واساس آن تمايل به باقي مانده تيروزين است (آمینو اسید تيروزين داراي يك گروه فنلي است.) چند سال بعد سینگلتون وهمكارانش اين روش را براي آناليز مقدار تام فنل در شراب به كار بردند و به تدريج اين روش كاربرد زيادي پيدا كرد.
معرف فولين سيوكالتيو از جوشيدن مخلوط سديم تنگستات (Na2WO4.2H2O) ، سديم موليبدات (Na2MnO4.2H2O)، اسيد كلريدريك غليظ و اسيد فسفريك 85% به همراه افزودن آب تهيه مي شود و سپس ليتيم سولفات (li2SO4.4H2O) به مخلوط اضافه مي شود تا مخلوط زردرنگ كه همان معرف است؛ تهيه شود. وجود احيا كننده در محيط باعث ايجاد رنگ سبز رنگ و اضافه كردن اكسيد كننده مثل برومين رنگ زرد را حفظ مي كند . طبيعت شيميايي دقيق واكنشگر FC ناشناخته است . عقيده بر اين است كه حاوي هتروپلي فسفو تنگستات است. در اثر واكنش هاي برگشت پذير كاهش، گونه‌هاي آبي رنگي به وجود مي آيد كه احتمال مي رود به دليل تشكيل 4- (PMoW11O40 ] [ باشد. دراين روش اعتقاد براين است كه موليبدينيوم به آساني در مخلوط احيا مي شود و واكنش انتقال الكترون بين احيا كننده و موليبدينيوم اتفاق مي‌افتد.
Mo (VI)yellow+e Mo (V)green
معرف فولين- سيوكالتيو يك معرف غير اختصاصي است و خيلي از تركيب هاي غيرفنلي را هم احيا مي كند كه از معايب آن به شمار مي رود. براي شناسايي تركيب هاي فنلي محيط را با محلول سديم كربنات تا PH حدود 10 قليايي مي‌كنند؛ در ضمن واكنش پروتون فنلي تبديل به آنيون فنلات مي شود كه اين آنيون قادر است معرف فولين – سيو كالتيو را احيا كند وآن را به رنگ سبز درآورد. سپس به روش رنگ سنجي مقدار تام فنل سنجيده مي شود. تركيبات آبي رنگي كه بين فنلات و واكنشگر FC تشكيل مي شود؛ مستقل از ساختار تركيب هاي فنلي است وكمپلكس بين تركيب هاي فنلي وفلز مركزي تشكيل مي شود [29-28].
1-3-1-3- سنجش ظرفيت به دام انداختن راديكال DPPH روش ساده، سریع و ارزان برای اندازه‌گیری فعالیت ضد ‌اکسیدانی که شامل استفاده از رادیکال 2، 2-دی‌فنیل -1-پیکریل‌هیدازیل (DPPH) است. این راديكال آزاد وپايدار است كه مي تواند يك الكترون و يا راديكال هيدروژن قبول كند وبه يك مولكول خنثي و پايدار تبديل شود . اين ماده به دليل دارا بودن الكترون منفرد داراي جذب قوي در طول موج 517 نانومتر مي باشد كه دراين مرحله، محلول متانولي آن بنفش رنگ است . در حضور ضد ‌اكسيدان با استفاده از اين تغيير جذب مي توان توانايي مولكول هاي مختلف را به عنوان مهار كننده راديكال آزاد سنجيد؛ درواقع ميزان تغيير در جذب هرنمونه به قدرت و توانايي جاذب راديكال بستگي دارد . احيا شدن DPPH و كاهش جذب در طول موج 517 نانومتر در دماي اتاق و پس از گذشت 5 دقيقه از شروع واكنش صورت مي گيرد . مزيت کاربرد DPPH اين است كه در زمان كوتاهي مي توان تعداد زيادي نمونه را اندازه گيري نمود و همچنين از حساسيت كافي برخوردار است.
نمودار صفحهی بعد احيا شدن DPPH را با يك نمونه ضد اكسيدان نشان مي‌دهد:
نمودار 1-1 : نمودار جذب- طول‌موج برای DPPH در حضور ضد اکسیدان
جذب راديكال DPPH در طول موج 517 نانومتر از قانون بير- لامبرت تبعيت مي كند و كاهش ميزان جذب آن با ميزان ماده ضد اكسيدان رابطه خطي دارد. به عبارتي در ازاي افزايش هرچه بيشتر ماده ضد اكسيداني، DPPH بيشتري مصرف مي شود و رنگ آن از بنفش به زرد مي گرايد. غلظتي از ضد اكسيدان كه باعث كاهش 50% از غلظت DPPH ابتدايي مي‌شود با IC50 تعريف مي شود . ميزان IC50 وخاصيت ضد اكسيداني با يكديگر نسبت عكس دارند؛ به صورتي كه هرچه ميزان IC50 كمتر باشد خاصيت ضد اكسيداني نمونه بيشتر است . اين روش نقاط ضعفي هم دارد . گزارش‌ها نشان مي دهد كه واكنش DPPH با اوژنول برگشت پذير است بنابراين براي نمونه هاي حاوي اوژنول وديگر فنل‌ها با ساختاري مشابه با اوژنول ظرفيت ضد اكسيداني را پايين‌تر از آنچه هست؛ نشان مي دهد [27 ،30 و 31].
1-4- کروماتوگرافی‌گازیاز متداول ترین روش ها برای آنالیز ترکیبات فرار گیاهی، استفاده از کروماتوگرافی گازی (GC) است. در این کروماتوگرافی‌ نمونه تبخیر و به سر ستون کروماتوگرافی ترزیق می‌شود. شویش با جریانی از فاز متحرک گازی بی‌اثر انجام می‌شود. برعکس اکثر انواع دیگر کروماتوگرافی، فاز متحرک با مولکول‌های آنالیت برهم‌کنش ندارد و فقط به عنوان وسیله‌ای برای گذار مولکول‌ها از داخل ستون عمل می‌کند. کروماتوگرافی گاز- مایع کاربرد گسترده‌ای در تمام رشته‌های علوم دارد و معمولاً با نام مختصر کروماتوگرافی گازی نامیده می‌شود. این کروماتوگرافی بر پایه تقسیم آنالیت بین یک فاز متحرک گازی و یک فاز تثبیت شده بر سطح یک جامد بی‌اثر بنا شده است.
1-4-1- اجزای اصلی دستگاه کروماتوگرافی گازی1-4-1-1- مخزن گاز حاملگازهای حامل که باید از نظر شیمیایی بی‌اثر باشند، عبارتند از هلیم، نیتروژن، و هیدروژن. انتخاب گاز معمولاً با توجه به آشکارساز به کار رفته انجام می‌شود. به همراه مخزن گاز، شیرهای تنظیم فشار، اندازه‌نماها و‌جریان‌سنج‌‌ها در دسترس قرار می‌گیرند.
1-4-1-2- سیستم تزریق نمونهکارایی ستون به این نیاز دارد که اندازه نمونه مناسب باشد و به صورت توپی از بخار وارد شود؛ تزریق آهسته مقدار زیاد نمونه سبب پهن شدن نوار و کاهش تفکیک می‌شود. متداول‌ترین روش تزریق نمونه، استفاده از یک ریزسرنگ برای تزریق نمونه‌های مایع یا گازی از طریق یک درپوش غشایی خودبند یا دیافراگم لاستیکی سیلیکونی به درون دریچه تبخیرکننده آنی نمونه است که در سر ستون قرار دارد.
1-4-1-3- ستون ‌وآون‌ستوندر کروماتوگرافی گاز-مایع دو نوع ستون داریم؛ لوله‌پرشده و لوله‌باز یا مویین. طول ستون‌های کروماتوگرافی از کمتر از 2 متر تا50 متر یا بیشتر تغییر می‌کند. ستون‌ها از فولاد زنگ‌نزن، شیشه، سیلیس ‌جوش‌نخورده یا تفلون ساخته می‌شوند. برای جا دادن ستون‌ها در داخل آون‌های دماپای، معمولاً به شکل حلقه‌های با قطر 10تا30 سانتی‌متر ساخته می‌شوند.
دمای ستون متغیری مهم است که باید تا چند دهم درجه برای انجام کارهای دقیق کنترل شود و بنابراین ستون معمولاً در یک آون دماپا جا داده می‌شود. بهترین دما برای ستون به نقطه جوش نمونه و درجه جداسازی مورد نیاز بستگی دارد.تقریباً دمای معادل یا کمی بالاتر از متوسط نقطه جوش نمونه، به یک زمان شویش مناسب منجر می‌شود. برای نمونه‌های با گستره وسیع نقطه جوش، برنامه‌ریزی دما به کار گرفته می‌شود که در آن دمای ستون به طور پیوسته و یا مرحله‌ای افزایش می‌یابد، همچنان‌که جداسازی انجام می‌شود.
1-4-1-4- سامانه آشکارساز
طی توسعه کروماتوگرافی گازی، آشکارسازهای زیادی مورد بررسی قرار گرفته است؛ آشکارسازها نه تنها برای آشکارسازی حضور آنالیت‌ها در انتهای ستون به کار می‌روند بلکه همچنین اطلاعاتی در رابطه با تعیین هویت آنها در اختیار می‌گذارند.
آشکارساز یونش شعله (FID)
از متداول‌ترین آشکارسازهای مورد استفاده که عموماً برای کروماتوگرافی گازی اعمال‌پذیر است. سیال خروجی از ستون با هیدروژن مخلوط و سپس به طور الکتریکی مشتعل می‌شود. اکثر ترکیبات آلی، موقعی که در دمای شعله هیدروژن/هوا تفکافت شوند، یون‌ها و الکترون‌هایی تولید می‌کنند که الکتریسیته را از درون شعله هدایت می‌کنند. پتانسیلی چند صد ولتی در عرض نوک مشعل و الکترود جمع کننده در بالای شعله اعمال می‌شود. سپس جریان الکتریکی حاصل برای اندازه‌گیری به تقویت‌کننده عملیاتی با آمپدانس بالا هدایت می‌شود. یونش ترکیبات کربن در شعله، فرایندی است که کاملاً درک نشده است. اگرچه مشاهده شده که تعداد یون‌های تولیدی تقریباً متناسب با تعداد اتم‌های کربن کاهیده شده در شعله است. از آنجایی‌که آشکارساز یونش شعله‌ای به تعداد اتم‌های کربن وارد شده به آشکارساز در واحد زمان جواب می‌دهد؛ وسیله‌ای حساس به جرم است تا حساس به غلظت.
آشکارساز یونش شعله‌ای حساسیت بالا، گستره جواب خطی وسیع و نوفه کم از خود نشان می‌دهد و عیبش این است که نمونه را تخریب می‌کند.
1-4-2- کروماتوگرافی گازی/طیف‌سنج جرمی (GC-MS)
چند سازنده، دستگاه کروماتوگراف گازی عرضه می‌کنند که مستقیماً می‌تواند به انواع مختلف طیف‌سنج‌های جرمی با پویش سریع متصل ‌شود. سرعت جریان از ستون مویین عموماً به اندازه‌ای کم است که خروجی از ستون را می‌توان به طور مستقیم به محفظه یونش طیف‌سنج جرمی خوراند. اکثر طیف‌سنج‌های جرمی با قطاع مغناطیسی و چهارقطبی قابلیت اتصال به کروماتوگراف گازی را دارند.
1-4-2-1- طیف‌سنج جرمی چهارقطبیاین طیف‌سنج جرمی معمولاً فشرده‌تر، ارزان‌تر ومحکم‌تر از مشابه‌های قطاع مغناطیسی خود هستند. از محاسن این دستگاه‌ها آن است که زمان‌های رانش پایینی دارند (ms100>) که این امر به‌ویژه برای پویش بی‌درنگ پیک‌های کروماتوگرافی مفید است.
قلب دستگاه چهار قطبی، چهار میله استوانه‌ای موازی است که به عنوان الکترود به کار می‌روند.میله‌های مقابل یکدیگر از نظر الکتریکی متصل شده‌اند؛ یک زوج به پایانه مثبت منبع dc متغیر و زوج دیگر به پایانه منفی متصل می‌شود. علاوه براین، پتانسیل‌های ac با فرکانس رادیویی که 180درجه خارج از فازند، به هر زوج از میله‌ها اعمال می‌شوند. برای به ‌دست آوردن یک طیف جرمی با این وسیله، یون‌ها با پتانسیل 5 تا 10 ولت به درون فضای بین میله‌ها شتاب داده می‌شود. در این هنگام، ولتاژهای ac وdc روی میله‌ها هم‌زمان افزایش می‌یابند، درحالی که نسبت آنها ثابت باقی می‌ماند. در هر لحظه معین، تمام یون‌ها به آنهایی که مقدار مشخص m/z دارند، به میله‌ها برخورد می‌کنند و به مولکول‌های خنثی تبدیل می‌شوند. بنابراین یون‌ها با گستره محدودی از مقادیر m/z به ترانسدیوسر می‌رسند و به طور کلی دستگاه‌های چهارقطبی به سهولت یون‌هایی را تفکیک می‌کنند که جرم آنها با یک واحد متفاوت است [32].
1-4-3- شاخص بازداری کواتس
شاخص بازداری کواتس (I) اولین‌بار در سال 1958 توسط کواتس به عنوان یک پارامتر برای شناسایی مواد حل‌شده با استفاده از کروماتوگرام‌ها تعریف شد. شاخص بازداری هر ماده حل‌شده با استفاده از مخلوطی از اجسام حل‌شده را می‌توان با حداقل دو آلکان نرمال که زمان بازداری آنها در دو طرف زمان بازداری ماده حل‌شده قرار دارد؛ به‌دست آورد. آلکان‌های نرمال، استانداردهایی هستند که درجه‌بندی شاخص بازداری بر پایه آنها بنا شده است. بنا برتعریف شاخص بازداری یک آلکان نرمال برابر 100 ضربدر تعداد کربن‌های موجود در ترکیب، بدون توجه به مواد پرکننده ستون، دما و سایر شرایط کروماتوگرافی درنظر گرفته شود. شاخص بازداری برای تمام ترکیبات علاوه بر آلکان نرمال، اغلب اوقات با متغیرهای ستون، چند صد واحد شاخص بازداری تغییر می‌کند.
از مدت‌ها قبل مشخص شده است که در بین یک سری ترکیبات همرده، نمودار لگاریتم زمان بازداری تنظیم شده بر حسب تعداد اتم‌های کربن، اگر پایین‌ترین عضو سری حذف شود، خطی است. معمولاً روش نموداری برای تعیین شاخص‌های بازداری لازم نیست. در مقابل، داده‌های زمان بازداری تعیین شده از درون‌یابی کروماتوگرام مخلوطی از ماده حل‌شده مورد نظر و دو یا چند استاندارد آلکان نرمال به دست می‌آید.
بازگویی این مطلب مهم است که شاخص بازداری برای یک آلکان نرمال مستقل از دما و مواد پرکننده ستون است. ولی شاخص بازداری تمام مواد حل‌شده دیگر، اغلب از ستونی به ستون دیگر تغییر می‌کند. سیستم شاخص بازداری، این امتیاز دارد که برپایه مواد مرجعی بنا شده است که به آسانی در دسترس قرار دارند. وگستره نقطه جوش وسیعی را می‌پوشانند علاوه براین، وابستگی شاخص بازداری آنهابه دما نسبتاً خیلی کم است [32].کواتس رابطه لگاریتمی را برای محاسبه شاخص بازداری پیشنهاد کرد که برای آنالیز GC در دمای ثابت به کار می‌رود:

محققی دیگر رابطه فوق را برای آنالیز GC با برنامه‌ریزی دمایی به صورت زیر فرموله کرد [32 و 33]:

I : شاخص بازداری برای آنالیز GC در دمای ثابت
IT : شاخص بازداری برای آنالیز GC با برنامه‌ریزی دمایی
: t́Riزمان بازداری تصحیح شده برای پیک نمونه
t́RZ : زمان بازداری تصحیح شده برای n-آلکان خروجی قبل از پیک نمونه
t́R (Z+1): زمان بازداری تصحیح شده برای n-آلکان خروجی بعد از پیک نمونه
:Z تعداد کربن پیک –nآلکان خروجی قبل از پیک نمونه
tTRi: زمان بازداری پیک نمونه
tTRZ: زمان بازداری برای n-آلکان خروجی قبل از پیک نمونه
tTR (Z+1): زمان بازداری برای n-آلکان خروجی بعد از پیک نمونه
1-5- ارزیابی سمیت سلولیسرطان به عنوان يكي از مهم ترين عوامل مرگ و مير درجهان محسوب مي شود و همه ساله منجر به مرگ بيش از 6 ميليون نفر مي شود. امروزه مبارزه با سرطان، به خصوص در مورد تومورهايي كه رشد سريع دارند با توفيق نسبتاً خوبي همراه بوده است. درمان سرطان به دليل محدوديت‌هاي بنيادي با مشكلات زيادي مواجه بوده است . به منظور دست‌يابي به تركيبات داراي خاصيت ضدسرطان نياز به يك سري آزمون هاي غربالگري است. از آنجایی که تحقيقات در زمينه دست‌يابي به تركيبات ضد سرطان از منابع گياهي هر روزه ابعاد گسترده‌تري پيدا مي‌كند؛ كشف داروهايي مانند آلكالوئيدهاي حاصل از ‌گياه پروانش يا دی‌ترپن تاكسول از پوست درخت سرخدار كه در درمان سرطان مورد استفاده قرار مي گيرند؛ انگيزه مضاعفي را برای تحقيق در زمينه جستجوي داروهاي ضدسرطان با منشأ گياهي ايجاد كرده است. در اين مطالعات آزمون هاي سميت سلولي به دليل سرعت بخشيدن به روال تحقيق و صرف هزينه هاي كمتر برای جستجوي تركيبات سيتوتوكسيك استفاده می‌شود. يكي از معتبرترين اين آزمون‌ها، آزمون سميت ميگوي آب شور يا سميت لارو ميگوي آب شور «آرتمیا سالینا» مي‌باشد كه مورد تأیید موسسه ملي سرطان درآمريكا (NCI) است. اين آزمون با استفاده از لارو ميگوي‌آب شور، براي ارزيابي اوليه سميت انواعي از عصاره‌هاي گياهي، فلزات سنگين، حشره‌كش‌ها، افزودنی‌هاي مواد غذايي و يا تركيبات دارويي به كار مي‌رود [34].
آرتميا صدها ميليون سال است كه بر روي كره زمين زيست مي كند و در حال حاضر در 500 درياچه شور مناطق گرمسيري و نيمه گرمسيري جهان يافت مي‌شود. در شرايط طبيعي اين موجودات توليد سيست مي‌كنند. سيست‌هاي آنها داراي يك پوسته و پوشش غشايي در اطراف جنين است. اين سيست‌ها به‌طور معمول داراي 6 تا 10 درصد رطوبت و داراي قابليت بقا تا 50 سال مي‌باشند. سيست‌ها پس از قرار گرفتن در آب دريا براي 15-20 ساعت توليد موجوداتي به نام لارو يا ناپلي مي‌كنند كه در حدود 5/2 ميلي‌متر طول داشته و داراي يك جفت چشم مي‌باشند. 12 ساعت پس از تفرج، لارو وارد مرحله دوم ميشود. در حدود دو هفته طول مي‌كشدتا ناپلي‌ها بالغ گردند.
اگرچه آزمون آرتميا سالينا برای تفسير و توضيح مكانيسم‌هاي سميت كافي نيست اما يك روش مفيد در ارزيابي مقدماتي و تعيين سميت تركيبات مختلف آنها است. اين روش نيازمند تجهيزات پيچيده و فن آسپتيك نيست. آزمون آرتميا سالينا قابل اطمينان، سريع، ارزان و اقتصادي است . از اين آزمون در تست‌هاي غربالگري و جداسازي تركيبات سيتوتوكسيك فعال گياهان و شناسايي بيشتر آنها استفاده مي‌گردد [35 و 36].
1-6- فعالیت ضد میکروبییکی از مشکلات عمده اي که بشر از ابتداي خلقت با آن دست به گریبان بوده بیماري‌هاي عفونی است . با توجه به پدیده بروز مقاومت میکروبی در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها ضرورت دست‌یابی به ترکیبات طبیعی با فعالیت ضد میکروبی بیشتر احساس می‌گردد . از آنجایی که برخی عصاره‌هاي گیاهی و ترکیبات شیمیایی آنها داراي اثرات ضدمیکروبی بوده و برای درمان عفونت‌ها به کار می‌روند، بررسی گیاهان با این هدف ضروری به نظر می‌رسد. در ابتدا به معرفی کلی دو دسته از میکروارگانیسم‌‌ها (باکتری‌ها و قارچ‌ها) می‌پردازیم.
1-6-1- میکروارگانیسم ‌ها1-6-1-1- باکتری‌هاباکتری‌ها به عنوان ارگانیسم‌های دارای ساختمان سلول‌های پروکاریوت تعریف می‌شوند. اینها شامل باکتری‌های حقیقی، سیانوباکتری‌ها (قبلاً جلبک‌های سبز آبی نامیده می‌شدند.) و آرکی‌باکتری‌ها (اخیراً تحت عنوان گروهی شناخته می‌شوند که شامل متانوژن و سایر ارگانیسم‌هایی هستند که به‌نظر می‌رسد از نظر سیر تکاملی از سایر باکتری‌ها مجزا می‌باشند) هستند.گروه‌های تاکسونومیک باکتری‌ها عمدتاً براساس ویژگی‌های مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی تشخیص داده می‌شوند. همچنین باکتری ها بر اساس توانایی افتراقی در رنگ آمیزی با کریستال ویوله- ید به دنبال افزودن حلال‌های آلی نظیر الکل یا استون به دو دسته گرم مثبت و گرم منفی تقسیم می شوند. واکنش مختلف این دو گروه نسبت به رنگ آمیزی گرم مربوط به تفاوت های اساسی در ساختار و ترکیب دیواره آنهاست. [37].

1-6-1-2- قارچ‌هاقارچ‌ها میکروارگانیسم‌های یوکاریوت هتروتروف می‌باشند. اینها بدون کلروفیل هستند. زندگی انگلی یا ساپروفیتی دارند. اینها می‌توانند تک‌سلولی باشند اما بیشتر ساختمان‌های رویشی رشته‌ای دارند که معمولاً به وسیله دیواره سلولی ساخته شده از کیتین یا سایر پلی‌ساکاریدها احاطه می‌شوند. تکثیر به‌وسیله اسپور انجام می‌شود و به‌ طور معمول قارچ‌ها دو نوع تکثیر جنسی و غیرجنسی را نشان می‌دهند. طبقه‌بندی قارچ‌ها بیشتر براساس تکثیر آنها استوار است که شامل ماهیت چرخه زندگی، ساختمان‌ها و اسپورهای تکثیر می‌باشد. به‌طور قراردادی مخمرها به‌عنوان اجزای جداگانه‌ای از قارچ‌ها شناخته نمی‌شوند و به همراه اشکال رشته‌ای مکملشان طبقه‌بندی می‌شوند. عمدتاً مخمرها به طور تیپیک از قارچ‌های رشته‌ای در سیستم طبقه‌بندی و سیستم شناسایی مجزا می‌باشند [37].
1-6-2- محیط‌های کشت میکروبیمحیط‌های کشت معمولاً با نام‌های غیرانتخابی، انتخابی، افتراقی‌ و انتخابی- ‌‌افتراقی تعریف می‌شوند.محیط‌های کشت غیرانتخابی از نظر مواد مغذی غنی و معمولاً برای شمارش مجموع کل یا برای انتقال و نگه‌داری میکروارگانیسم‌های خالص شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک محیط کشت انتخابی تنها به میکروارگانیسم‌های خاص (میکروارگانیسم‌های هدف) اجازه رشد داده و باعث مهار رشد میکروارگانیسم‌های رقیب می‌گردند.عوامل انتخابی مناسب (نظیر: کریستال ویوله که عامل انتخابی علیه باکتری‌های گرم مثبت است.) برای این نوع از محیط‌های کشت ضروری می‌باشد. محیط‌های کشت افتراقی معمولاً برای تمایز جمعیت‌های میکروبی موجود در نمونه ماده غذایی با خصوصیات بیوشیمیایی مشابه است. باکتری‌های پروتئولیتیک و غیرپروتئولیتیک، لیپولیتیک و غیرلیپولیتیک، تولیدکننده‌های اسید و غیرتولیدکننده‌ اسید توسط یک محیط افتراقی ساده و با استفاده از مواد افتراقی مناسب شناسایی و شمارش می‌شوند. یک محیط کشت حاوی هر دو عامل انتخابی و افتراقی باعث می‌گردد تا در محیط پیچیده میکروارگانیسم‌ها، میکروارگانیسم دلخواه و هدف انتخاب و تشخیص داده شود. محیط‌های کشت به صورت‌های مایع (براث) و جامد (آگار)2 براساس اهداف مورد آزمایش استفاده می‌گردند [38].
تلقیح روی محیط‌های آگاردار شامل روش‌هایی نظیر کشت خطی، پورپلیت و کشت پر (منتشر) است. این امکان وجود دارد که روش‌های تلقیح روی تفسیر داده‌ها و نتایج تأثیر بگذارند. به‌عنوان مثال: با استفاده از روش کشت خطی تنها اطلاعات کیفی بدست می‌آید ولی با کشت پورپلیت و کشت پر، اطلاعات برای شمارش میکروارگانیسم‌ها به دست می‌آید (اطلاعات کمی). کشت پلیت به روش خطی شامل روش‌های معمول ذیل است.
1-استریک ‌کردن‌ به ‌روشT
2-استریک ‌کردن‌ به‌ روش ‌چهار قسمتی
3-استریک‌کردن ‌به ‌روش‌ شعاعی است [37].
1-6-3- حساسیت آنتی‌بیوتیکی1-6-3-1- روش دیسک دیفیوژنیک راه ساده برای تعیین حساسیت یک ارگانیسم به یک آنتی‌بیوتیک تلقیح آن به محیط کشت آگار است و اینکه به آنتی‌بیوتیک اجازه دهند تا در آگار محیط انتشار یابد. یک صفحه فیلتر که با یک آنتی‌بیوتیک آغشته شده است، به کار می‌رود و روی سطح پلیت آگار حاوی ارگانیسم مورد آزمایش قرار می‌گیرد. همین‌طور که ماده از کاغذ صافی به آگار انتشار می‌یابد؛ غلظت به نسبت مجذور فاصله انتشار یافته کاهش می‌یابد. در فواصل خاصی از هر دیسک آنتی‌بیوتیک تا حدی رقیق شده که دیگر مانع رشد میکروب‌ها نمی‌شود. تأثیر یک آنتی‌بیوتیک خاص با وجود مناطق ممانعت از رشد نشان داده می‌شود. این هاله‌های ممانعت به صورت مناطق شفاف در اطراف دیسکی که ماده ضدمیکروبی از آن انتشار یافته، دیده می‌شوند. قطر هاله‌ها را می‌توان با یک خط‌کش اندازه گرفت و نتایج چنین آزمایشی یک آنتی‌بیوگرام را ایجاد می‌کند.
روش انتشار در آگار استفاده گسترده‌ای دارد و راه ساده‌ای برای بررسی یک ماده است تا تعیین شود که آیا فعالیت ضدمیکروبی مهمی دارد یا خیر. البته اندازه هاله ممکن است با چگالی یا ویسکوزیته محیط کشت، سرعت انتشار آنتی‌بیوتیک، غلظت آنتی‌بیوتیک موجود در دیسک کاغذی، حساسیت ارگانیسم به آنتی‌بیوتیک و واکنش بین آنتی‌بیوتیک و محیط کشت تغییر کند.
1-6-3-2- روش حداقل غلظت ممانعت کننده رشد (MIC)حداقل غلظت ممانعت کننده (MIC) که کمترین غلظتی از یک آنتی‌بیوتیک است که هنوز می‌تواند از رشد یک ارگانیسم خاص جلوگیری کند، با استفاده از روش‌های رقیق‌سازی قابل تعیین است. این روش غلظتی از یک آنتی‌بیوتیک را که در جلوگیری از رشد پاتوژن مؤثر است، مشخص می‌کند و مقداری از آنتی‌بیوتیک را که می‌تواند در کنترل عفونت در بیمار مؤثر باشد، نشان دهد.
یک تلقیح میکروبی استاندارد به لوله‌های حاوی رقت‌های متوالی از آنتی‌بیوتیک انجام می‌شود و رشد میکروارگانیسم‌ها با تغییر کدورت نشان داده می‌شود. در این روش نقطه شکست یا حداقل غلظت ممانعت کننده از آنتی‌بیوتیک که جلوی رشد میکروارگانیسم‌ها به بروتنی را می‌گیرد، تعیین می‌شود. MIC را با استفاده از یک غلظت آنتی‌بیوتیک با مقایسه نرخ رشد میکروارگانیسم‌ها در لوله‌های کنترل و تیمار شده با آنتی‌بیوتیک می‌توان تعیین کرد. افزایش در کدورت می‌تواند رشد میکروارگانیسم‌ها و این حقیقت را که آنتی‌بیوتیک درآن غلظت در رشد میکروارگانیسم تأثیر منفی ندارد، نشان دهد. درحالی‌که نقص در رشد نشانگر این است که به آنتی‌بیوتیک در غلظت مشخص حساس بوده‌اند [37].
1-7- گیاه‌شناسی1-7-1- خصوصيات گياه شناسي راسته چتريان (Apiales):
اغلب گياهان متعلق به راسته چتريان، به صورت گياهان علفي، بوتهاي و درختچهاي ميباشند. گلها داراي كاسبرگهاي كوچك و يا تحليل رفته هستند. گلبرگها آزاد به تعداد 5 عدد و تعداد پرچمها نيز 5 عدد ميباشند. مادگي گل دو برچهاي و هر يك داراي يك تخمك هستند [40 ،45].
1-7-2- خصوصيات گياه شناسي خانواده چتريان (Apiaceae):
گياهان متعلق به اين خانواده اغلب علفي، بوتهاي پايا، دو ساله و يا يكساله هستند. ساقهها افراشته، داراي خطوط طولي برجسته و داراي لوله و يا مجراي ترشحي سرتاسري هستند. برگها متناوب، داراي نيام بسيار رشد يافته و گاهي بزرگتر از پهنك است. پهنك برگ داراي بريدگيهاي كم تا بريدگيهاي شانهاي عميق و حتي بصورت رشتههاي نازك نخي شكل ديده ميشوند. كاسبرگها تحليل رفته و يا فاقد كاسبرگ، 5 عدد گلبرگ با پهنك وسيع و ناخنك كوتاه، 5 عدد پرچم زودرس كه نسبت به ساير اندام گل بزرگتر است. مادگي گل دو برچهاي كه هريك واجد يك تخمك هستند. ميوه به صورت فندقه كه از دو مريكارپ به هم پيوسته تشكيل شدهاند. گلها به صورت گلآذين چتري ساده و يا مركب آرايش يافتهاند. گياهان متعلق به خانواده چتريان بيش از 150 جنس و بالغ بر 3000 گونه ميباشند كه عموما در مناطق معتدله دو نيمكره ميرويند. بيش از 100 جنس از اين خانواده در ايران گزارش شده است. اندامهاي رويشي و زايشي گياهان اين خانواده داراي مجاري و يا كيسههاي ترشحي اسانس ميباشند [40 ، 45 ، 46].
1-7-3- ویژگی های گیاه شناسی طايفه Smyrneae:
اغلب گياهان متعلق به اين طايفه گياهي، داراي برگهاي با تقسيمات متعدد، خطي بسيار باريك و نخي شكل، گلآذين چتري مركب، گلها داراي گلبرهاي سفيد رنگ، در حاشيه داراي دو لبه، با تقسيمات برگشته در پائين و تقريبا" دور از هم ميباشند. كاسبرگهاي گل متورم، كامل و تا حدي در برخي از جنسها دندانهاي است [40].
1-7-4- ویژگی های گیاه شناسی شوکران‌ باغی:جنس شوکران‌باغی (Physospermum Cusson ex Juss.) متعلق به طایفه Smyrneae، خانواده چتریان (Apiaceae)، راسته Apiales و رده Magnoliopsida میباشد [40 ، 47]. این جنس در ایران تنها دارای یک گونه Physospermum cornubiense (L.) DC. می‌باشد. نام مترداف این گونه در برخی منابع گیاهشناسی P. kopetdaghensis آمده است. انتشار جغرافیائی شوکران‌باغی، در استانهای چهارمحال و بختیاری، آذربایجان، اصفهان و مرکزی میباشد [43 ، 47]. همچنین علاوه بر ایران در آناتولی، قبرس، قفقاز، ماورای قفقاز و جنوب شرقی بخش اروپائی روسیه پراکنش یافته است [43]. نام محلی این گیاه در منطقه مراو‌ه‌تپه استان گلستان "غازایاقی" ذکر شده است. ساقه تازه این گیاه، خوراکی بوده و دارای ارزش داروئی می‌باشد ]39[.
شوکران باغی (Physospermum cornubiense)، گیاهی علفی پایا، دارای برگهای قاعدهای منقسم و سه بار شانهای عمیق هستند. حاشیه هر تقسیم به نوبه خود دارای دندانههای ارهای است. برگهای بالائی ساقه تقریبا" بدون پهنک و به غلافی پولک مانند کاهش یافته است. گلآذین چتر مرکب، شامل گریبان و گریبانکی با براکته فراوان میباشند. گلها سفید رنگ و نر ماده هستند. کاسه گل شامل پنج دندانه کوتاه و یا تقریبا" فاقد آن است. گلبرگها پهن دراز یا واژتخم مرغی، با لبهای شکافته و شامل دو بخش نسبتا" بلند و برگشتهاند. میوه تخم مرغی یا قلبی شکل و در طرفین فشرده یا دو بخشی و در سطح الصاق فشرده است. میوه مریکارپ در مقطع عرضی مدور و دارای پنج پره اولیه نازک و غیر برجسته است. شیار بین آنها دارای یک مجرای ترشح کننده نسبتا" وسیع است. سطح داخلی دانه مقعر و مقطع عرضی آن هلالی است. این گیاه اغلب در نواحی جنوب شرق کشور رویش دارد [40]. شوکران باغی یکی از گیاهان نسبتا" رطوبت‌پسندی به‌شمار می‌آید که اغلب در حاشیه اراضی کشاورزی، باغ‌ها و مزارع کوهستانی که از میزان رطوبت بیشتری برخوردار است، پراکنش دارد [41]. این گیاه معمولا" در مناطق کوهستانی قمصر، قهرود، جوینان، کامو و آزران کاشان می‌روید [42].

شکل 1-6: گیاه Physospermum Cusson ex Juss.
1-7-5- ویژگی های گیاه شناسی خار عروس:
جنس خار عروس یا گل چرخهای (Morina L.) یکی از جنسهای خانواده Morinaceae میباشد. نام این جنس به افتخار Louis-Pierre Morin، پزشک و گیاهشناس فرانسوی در سالهای 1643 تا 1715 نامگذاری شده است [48]. نام خارعروس یا گل چرخهای در منابع انگلیسی Whorl-flower آمده است. این جنس در ایران دارای یک گونه انحصاری و بومی میباشد [43]. انتشار این گونه علاوه بر ایران، در آسیای مرکزی، شرق اروپا، از جنوب شرقی اروپا تا شبه قاره هند (آلبانی، بلغارستان، یوگسلاوی سابق، یونان، ترکیه، ایران، لبنان، سوریه، کشمیر، افغانستان، هیمالیا، تاجیکستان، پاکستان، هند) نیز می روید[48].
Morina persica L. گیاه بوتهای چندساله، ارتفاع آن بین 50 تا 150 سانتیمتر، ریشه اصلی ضخیم و بلند است. ساقه گلدهنده بین 50 تا 60 سانتیمتر و حتی تا 100 سانتیمتر میرسد. برگهای طوقهای به طول 15 تا 20 و عرض یک تا 3 سانتیمتر، مستطیلی- نیزهای، توام با لوبهای شکافت خورده میباشند. برگهای طوقهای زمستانه گیاه تا اواسط بهار و یا تابستان رشد میکنند. برگهای روی ساقه بصورت چرخهای، کوچکتر از برگهای طوقهای و بدون دمبرگ است. گلها به رنگ سفید، بنفش کمرنگ و صورتی، به طول 5/3 تا 4 سانتیمتر، در گلآذین چرخهای متراکم که توسط براکتهها محافظت میشوند. گلها دارای عطر بسیار دلپذیری است. لوبهای کاسه گل تخم مرغی، کامل و یا دارای تورفتگی است. گلهای بسیار زیبا، جام گل سفید و یا سفید متمایل به صورتی کم رنگ و پرچمها کم و بیش برابر با جام گل و یا بلندتر از آن است. دوره گلدهی این گیاه اردیبهشت و خرداد است. اغلب در دامنههای صخرهای روبه جنوب و مناطق کوهستانی (در محدوه ارتفاعی 2500 تا 3200 متر از سطح دریا) رویش مییابد [49].

شکل 1-7: گیاه .Morina persica L

فصل دوم
دستگاه ها،مواد و روش ها
19140332034851
2-1- دستگاه ها، مواد و وسایل مورد استفاده2-1-1- دستگاه‌ها و وسایل مورد استفادهدر این پژوهش علاوه بر لوازم عمومی آزمایشگاهی مانند بالنهای 1 لیتری و 2 لیتری، بالن ژوژه رنگی و روشن در حجمهای مختلف، بشر در حجمهای مختلف، پتری دیش، پی‌پتهای مدرج، لوله‌های آزمایش در اندازه‌های متفاوت، پوآر، ویال برای نگه‌داری اسانسها و عصارهها، پلیت 96خانه، سوآپ، دیسک میکروبی و غیره. انواعی از دستگاه‌ها نیز استفاده شده است که نام و مشخصات این دستگاهها در جدول ذیل آمده است.

جدول2-1: دستگاههای مورد استفاده
نام دستگاه مدل شركت سازنده کشور
کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنج جرمی GC: HP-6890
MS: HP-5973 Agilent امریکا
اسپکتروفتومتر
ماورای بنفش- مرئی Cintra 6 GBC استرالیا
ترازوی آناليتيکی AX 200 SHIMADZU ژاپن
ترازو P 1504001 A & D ژاپن
تبخیرکن دوار (روتاری) Rotavapor R- 200 BUCHI آلمان
همزن ارتعاشی TTS 2 IKA امریکا
آون UFE 400 Memert آلمان
آون UNB 400 Memert آلمان
شوف بالن ER BIBBY انگلستان
سمپلر Reference AG Ependrof آلمان
آسياب برقي SK 1 RetschGmbh آلمان
آون خلأ VO400 Memert آلمان
گرمخانه (انکوباتور) RS 120JIV Memert آلمان
اتوکلاو INE 500 Reyhan Teb ایران
پمپ هوادهی آکواریوم RS-510 -- چین
هود میکروبی INE500 JAL TEB-Laminar Flow ایران
بن ماری WNB 14 Memert آلمان
كپسول نيتروژن -- -- --
سوکسله -- -- ایران
SDE -- اشک شیشه ایران
2-1-2- مواد شیمیایی مورد استفادهدر جدول (2-2) مواد شیمیایی مورد استفاده در آزمایش‌های فیتوشیمیایی و میکروبی آورده شده است.
جدول2-2: انواع مواد شیمیایی مورد استفاده
نام ماده شرکت سازنده کشور
متانول کيان کاوه ایران
متانول Merck آلمان
کلروفرم Merck آلمان
استون کيان کاوه ایران
دی اتيل اتر کيان کاوه ایران
سديم سولفات بدون آب Merck آلمان
۱و ۱- دی فنيل- ۲- پيکريل هيدرازيل Fluka امریکا
بوتيليتد هيدروکسی تولوئن Sigma-Aldrich امریکا
گاليک اسيد Acros امریکا
معرف فولين سيکالتو Merck آلمان
سديم کربنات Merck آلمان
اتانول Merck آلمان
β-کاروتن Sigma-Aldrich امریکا
لینولئیک اسید Sigma-Aldrich امریکا
توئین ٤۰ Merck آلمان
دی متیل سولفو کسید Merck آلمان
سدیم کلرید Merck آلمان
منیزیم کلرید ٦ آبه Merck آلمان
-nپنتان Merck آلمان
کلسیم کلرید ٢ آبه Merck آلمان
پتاسیم کلرید Merck آلمان
تخم آرتمیا INC, Salt Lake City,UTAH 84126 آمریکا
محیط کشت آب‌گوشتی (BHI) Merck آلمان
محیط کشت آگار(SDA، PDA، NA) Merck آلمان
2-1-3- میکروارگانیسم‌ها و آنتی بیوتیک‌های مورد استفادهجدول2-3: انواع میکروارگانیسمهای مورد استفاده
ردیف میکروارگانیسم
1 Escherichia coli (ATCC 10536)
2 Bacillus subtilis (ATCC 6633)
3 Staphylococcus aureus (ATCC 29737)
4 Klebsiella pneumoniae (ATCC 10031)
5 Staphylococcus epidermidis (ATCC 12228)
6 Shigella dysenteriae (PTCC 1188)
7 Proteus vulgaris (PTCC 1182)
8 Salmonella paratyphi-A serotype (ATCC 5702)
9 Candida albicans (ATCC 10231)
10 Aspergillus niger (ATCC 16404)
11 Aspergillus brasiliensis (PTCC 5011)
جدول2-4: آنتی بیوتیکهای مورد استفاده
آنتی‌بیوتیک شرکت کشور
Gentamicine پادتن طب ایران
Tetracycline پادتن طب ایران
Rifampin پادتن طب ایران
2-2- منابع گیاهی مورد استفادهدر این پژوهش از اندام‌های مختلف (ساقه و برگ _ دانه) گياه شوكران باغي و اندام هوايي (ساقه و برگ) گياه خار عروس استفاده شده است.
2-2-1-‌ جمع آوري وآماده سازي نمونه‌های گياهيگياهان Morina persica L. و Physospermum cornubiense (L.) DC. در ماه‌های خرداد و تیر 1392 از روستای گردبيشه در ارتفاع 2200 متری از سطح دریا از شهرستان بروجن جمع‌آوري شد و پس از شناسايي جنس وگونه آن توسط گياه شناس باغ گیاه شناسی کاشان به آزمايشگاه منتقل گرديد ودر شرايط مناسب وبه دور از نور خورشيد خشك گرديده و آسياب شد .
2-3- جداسازي واستخراج عصاره ازنمونه گياهي
در اين پروژه عمل استخراج به روش سوكسله وبا حلال متانول صورت گرفت كه مراحل مختلف كار در ادامه آورده شده است.
2-3-1- عصاره گيري از نمونه هاي گياهي
در مورد گیاه خارعروس gr40 از آن توزین شد و با كارتوش به دستگاه سوكسله انتقال ودر محل مخصوص خود (تيمبل) قرار گرفت . عمل عصاره گيري با افزودن 600 ميلي ليتر حلال متانول به داخل بالن دستگاه سوكسله وپس از اطمينان از برقراري جريان آب سرد در مبرد دستگاه عمل عصاره گيري با دماي 70-60 درجه سانتي گراد آغاز شد وبه مدت 8 ساعت به طول انجاميد . محلول بدست آمده با تبخيركن دوار در دماي 50 درجه سانتي گراد وفشار كاهش يافته، تغليظ گرديد تا به حجم 5-4 ميلي ليتر برسد . عصاره تغليظ شده براي خشك شدن كامل به پتري‌ديش منتقل و ابتدا درآون معمولي در دماي 50 درجه سانتي گراد به مدت 24 ساعت نگهداري شدتا بقيه حلال تبخير شود و سپس به آون خلأ براي حذف باقي مانده مواد فرار موجود درعصاره انتقال داده شد. عصاره‌های متانولي حاصل از گياه با اسپاتول تراشيده و به ظروف در‌پوش‌دار و غير قابل نفوذ منتقل گرديد و به منظور جلوگيري از تجزيه و يا از بين رفتن مواد موثر موجود در عصاره‌ها تا انجام آزمايش هاي بعدي در يخچال نگه‌داري شد.
عصاره بدست آمده از دانه هاي گياه شوكران باغي را در 150 ميلي ليتر آب حل كرده و 3 بار با 50 ميلي ليتر هگزان توسط قيف دكانتور استخراج كرده تا روغن و چربي وارد فاز هگزاني شود وعمل حلال زدايي را مانند قسمت بالا انجام داده در يخچال نگهداري مي كنيم.
2-3-2- تعيين بازده عصاره‌گيريبا استفاده از وزن گياه خشك مورد استفاده در عصاره گيري و وزن عصاره بدست آمده بازده عصاره به صورت نسبت وزني/ وزني w/w ) (محاسبه شد كه حاصل‌ضرب اين نسبت در 100 راندمان عصاره‌گيري رابرحسب درصد مشخص مي كند.

2-4- استخراج ترکیبات فرار گیاهی
876935320865522
0022
براي استخراج ترکیبات فرار بخش‌های مختلف گیاه، از روش تقطير واستخراج همزمان و از دستگاه SDE استفاده شد. 200 گرم از گياه خشك آسياب شده را پس ازتوزين به بالن 2 ليتري منتقل شد و برروي آن آنقدرآب اضافه شد كه مجموع نمونه گياهي وآب حدود 23 حجم بالن را اشغال نمايد . حدود 35 ميلي ليتر پنتان دربالن 100 ميلي ليتري دستگاه ريخته وبالن‌ها رادرون شوف بالن (منتل) قرارداده ودستگاه اسانس‌گيري راه اندازی شد . پس از برقراري جريان آب سرد درمبرد دستگاه و تنظيم درجه حرارت بالن‌ها عمل اسانس گيري به مدت 2 ساعت ادامه یافت. پس از اتمام عمل استخراج مقداری سدیم سولفات بدون آب درون اسانس همراه با پنتان برای جذب آب احتمالی موجود در آن اضافه شد، سپس اسانس حاصل به مدت 24 ساعت درون یخچال قرار دادهوپس از مدت حدوداً 24 ساعت درون ویال تیره رنگی سرریز شد و به منظور تغلیظ اسانس و تبخیر حلال ساعاتی در دمای آزمایشگاه قرار داده شد و در دمای 4+ درجه سانتی گراد برای تزریق به دستگاه GC نگهداری شدند. در ضمن از تفاضل وزن ويال پس از جمع آوري اسانس درآن و قبل از آن، وزن خالص ترکیبات فرار محاسبه گرديد.
2-4-1- تعيين بازده اسانس‌گيري
با استفاده از وزن گياه خشك مورد استفاده در اسانس گيري و وزن اسانس بدست آمده بازده اسانس به صورت نسبت وزني/وزني (w/w) محاسبه شد كه حاصل ضرب اين نسبت در 100، بازده اسانس گيري را برحسب درصد مشخص مي كند.
2-4-2- شناسايی ترکيب‌های فرار گیاه با دستگاه GC-MSنمونههای ترکیبات فرار گیاهی با دستگاه GC/MS حاوي ستون HP- 5MS (طول 30 متر، قطر داخلی 25/0 میلیمتر، ضخامت لايه ساکن ۲۵/0 میکرومتر) و گاز حامل هليم با درجه خلوص ۹۹999/۹۹ آناليز شدند. در ضمن سرعت جريان گاز حامل 5/1 میلی‌لیتر بر دقيقه و انرژی يونيزاسيون در طيفسنج جرمی ۷۰ الکترون ولت انتخاب گرديد. برنامه دمايی دستگاه به اين صورت تنظيم گرديد: ابتدا دما به مدت ۲ دقيقه در 60 درجه سانتیگراد نگه داشته شد، سپس به دمای 246 سانتیگراد با سرعت 3 درجه بر دقيقه افزايش يافت، و به مدت ۲ دقيقه دراين دما باقی ماند، سپس به دمای ۲8۰ سانتیگراد افزايش يافته و به مدت 10 دقيقه در اين دما باقی ماند .
برای شناسايی ترکيبهاي فرار گياه، مراحل زير انجام گرفت.
الف) با توجه به پيشنهادهايی که کتابخانه دستگاه GC-MS ارائه داد؛ هر يک از آنها جداگانه مورد بررسی قرار گرفت.
ب) طيف‌های جرمی به دست آمده با طيف‌های موجود در کتاب Adams مقايسه گرديد [50].
ج) با توجه به زمان بازداری هر پيک، ضريب بازداری کواتس KI ) (هر يک از طريق معادله مربوط به محاسبه ضريب کواتس به دست آمد و با ضریب کواتس موجود در منابع (کتاب Adams و سایت NIST) در شرايط مشابه مقايسه گرديد.
2-5- بررسي فعاليت ضد اكسيداني2-5-1- بررسي فعاليت ضد اكسيداني به روش DPPHدر اين پروژه خاصيت ضد اكسيداني عصاره اندام‌های مختلف گياهان Morina persica L. و Physospermum cornubiense (L.) DC. از طريق اندازه گيري ظرفيت كاهش راديكال DPPH (2، 2- دي فنيل-1-پيكريل هيدرازيل) مورد بررسي قرار گرفت. دراين ارزيابي توانايي عصاره گياهي (به عنوان ضد اكسيدان) در دادن الكترون به راديكال DPPH مورد سنجش قرار گرفت.
تهيه محلول‌ها
محلول DPPH : ميزان 7/4 ميلي گرم از DPPH با ترازوي آناليتيكي به طور دقيق وزن ودربالن ژوژه 50 ميلي ليتري تيره رنگ بامتانول به حجم رسید . محلول بدست آمده رنگ ارغواني داشت.
محلول شاهد : ميزان 1 ميلي‌ليتر از متانول كه به آن 1 ميلي ليتر از محلول DPPH اضافه شد. (جذب آن باید در بازه 7/1-1/1باشد.)
الف) نمونه استانداردBHT
برای بررسی خاصيت ضد اکسيدانی عصارههای گياهی، مقايسه نتايج به دست آمده از اين عصارهها، با مواد ضد اکسيدان استاندارد، امری ضروری است. يکی از اين مواد استاندارد بوتيل هيدروکسی تولوئن میباشد.
غلظت‌های 1، 8/0، 5/0، 25/0، 1/0، 05/0،0 005/0، 0005/0و 00005/0 میلی گرم بر میلی لیتر در 8 عدد بالن ژوژه 10 میلی لیتر تهيه گرديد. سپس 8 عدد بالن ژوژه 5 میلی لیتر هم تهیه شد که 1 میلی لیتر از هر کدام از این محلولها را به درون بالنها انتقال یافت. بعد 1 میلی لیتر از محلول DPPH تهیه شده به این بالنها اضافه شد. همچنین در یک بالن 5 میلی‌لیتر دیگر 1 میلی لیتر متانول و 1 میلی لیتر از DPPH به عنوان شاهد اضافه گردید. پس از 30 دقیقه، محلول‌های با غلظت ضد اکسیدان بیشتر در اثر احيا از بنفش به زرد تغيير رنگ پيدا کرد. سپس جذب هر کدام از محلولها را با صفر کردن توسط محلول متناظر، در طول موج 517 نانو متر با دستگاه UV/Vis خوانده شد. براي خواندن جذب محلول شاهد از متانول مرک به عنوان استاندارد برای صفر کردن دستگاه استفاده شد. پس از محاسبه درصد مهار برای هر غلظت طبق رابطه مذکور در قسمت بعدی، نمودار درصد مهار بر حسب منفی لگاریتم غلظت (میلی گرم بر میلی لیتر) رسم شد.
ب) عصاره‌های گیاهی : از عصاره‌های گياهی به‌طور مجزا يك غلظت پايه تهيه شد به اين ترتيب كه 25 ميلي‌گرم از هر عصاره به‌طور جداگانه توزين شد ودريك بالن ژوژه 25 ميلي ليتر با متانول به حجم رسانده شد. پس ازتهيه محلول پايه براي عصاره چند غلظت رقيقتر هم طبق غلظت هایی که در مورد BHT گفته شد تهیه گردید. تهيه محلولهاي عصاره از محلول پايه به روش رقيق سازي متوالي انجام شد. به 1 ميلي ليتر از هر محلول عصاره 1 ميلي ليتر از محلول DPPHاضافه شد. محلولهاي شاهد وعصاره به مدت نيم ساعت در فضاي تاريك نگه داري شد ودر طول اين مدت مقداري تكان داده شد تا محلولها كاملاً همگن شوند. جذب هريك از اين محلول ها با دستگاه UV/Vis در طول موج 517 نانومتر قرائت شد. درهرمرحله از خواندن جذب به شاهدي براي صفر كردن دستگاه لازم است كه حاوي مواد شيميايي يكسان با آن ( حلال و نمونه گياهي ) وفاقد راديكال آزاد DPPH است. در صد مهار با فرمول زير محاسبه شد:

در اين فرمول Ablank و Asample به ترتيب ميزان جذب شاهد ونمونه مي باشند . مقدار IC50 نشان دهنده غلظتي از تركيب است كه موجب 50% بازدارندگي در ظرفيت راديكالي مي‌گردد سپس منحني درصد مهار برحسب منفي لگاريتم غلظت رسم شد و با كمك آن IC50 قابل محاسبه است. (این آزمون سه مرتبه تکرار شد).
در مورد گياه Physospermum cornubiense (L.) DC. همه غلظت هاي عصاره گياهي سر شاخه 2 برابر شده تا درصد مهار غليظ ترين محلول بيشتر از 90٪ باشد.
2-5-2- اندازه‌گيري مقدار كل تركيبات فنلي
براي اندازه گيري مقدار كل تركيبات فنلي از روش فولین- سیکالتو و گالیک اسید به عنوان استاندارد استفاده شد .
تهيه محلول 2% سديم كربنات : ميزان 7/2 گرم از سديم كربنات در بالن ژوژه 50 ميلي ليتري با آب تقطير شده به حجم رسید .
تهيه محلول شاهد : 2/0 سي سي حلال DMSO، یک ميلي ليتر معرف فولين سيوكالتو وپس از گذر سه دقیقه زمان، 3 ميلي ليتر محلول سديم كربنات 2% به بالن ژوژه 50 ميلي ليتري منتقل و با آب مقطر به حجم رسید.
محلول‌های استاندارد گالیک‌اسید: محلول‌هایی از گالیک‌اسید با غلظت‌های 1، 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 9 و10 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر تهیه شد. 1/0میلی‌لیتر از هریک از محلول‌ها به بالن‌های50 میلی‌لیتری حاوی آب مقطر افزوده شد. سپس به همه بالن‌ها 1میلی‌لیتر معرف فولین‌سیوکالتو اضافه شد. بعد از 3 دقیقه، 3 میلی‌لیتر محلول سدیم‌کربنات %2 افزوده و بالن‌ها با آب مقطر به حجم رسانده شد و به مدت 2 ساعت در محیط آزمایشگاه نگه داشته شد.
تهيه محلول از عصاره : ميزان 10 ميلي گرم از عصاره مورد نظر به طور دقيق با ترازوي آناليتيكي وزن و در لوله آزمايش ريخته شد سپس ميزان 2 ميلي ليتر حلال DMSO به آن افزوده و در اثر هم زدن پيوسته با همزن ارتعاشي حل گرديد .
سه نمونه از عصاره در سه بالن ژوژه50 ميلي ليتري با مشخصات ذيل تهيه گرديد.
ميزان 2/0 ميلي ليتر از محلول عصاره را برداشته وداخل بالن ژوژه 50 ميلي ليتر ريخته و بر روي آن حدود 35 ميلي ليتر آب مقطر اضافه نموده وسپس 1 ميلي ليتر از معرف فولين- سيكالتو افزوده و به خوبي مخلوط گرديد . بعد از 3 دقيقه، 3 ميلي ليتر از محلول سديم كربنات 2% افزوده و با آب مقطر به حجم 50 میلی لیتر رسید. محلول‌ها به مدت 2 ساعت در دماي آزمايشگاه نگه داشته شد. در طول اين مدت مقداري تكان داده شد تا محلول‌ها كاملاً همگن شوند پس از صفركردن جذب با محلول شاهد جذب هريك از محلول‌ها بادستگاه اسپكتروفتومتر در طول موج 760 نانومتر قرائت شد .
با استفاده از جذب‌های به دست آمده از محلول‌های استاندارد گالیک‌اسید، نمودار جذب- غلظت رسم شد و معادله خط آن محاسبه گردید. با قراردادن مقدار جذب عصاره‌ها در این معادله، مقدار معادل گاليك اسيد تركيب هاي فنلي گياه به دست آمد. مقدار كل تركيب هاي فنلي هم ارز با وزن گاليك اسيد در عصاره گياه، از طريق معادله خط منحني كاليبراسيون زير به صورت محاسباتي قابل تعيين است .
Absorbance = 0012/0 × Gallic acid (µg/mg) 0033/0 +
2-5-3- آزمایش بی‌رنگ شدن بتاکاروتن در حضور لینولئیک‌اسیدالف. برای انجام این آزمایش ابتدا محلولهای زیر تهیه شد.
میزان 250 میلی لیتر آب مقطر در ارلن ریخته و جریان مداومی از گاز اکسیژن به مدت 1 ساعت همراه با اختلاط به داخل آن وارد شد تا از اکسیژن اشباع شود.
مقدار 20 میلی‌گرم از هر یک از نمونهها در 10 میلی لیتر دی متیل سولفوکسید حل گردید.
مقدار 20 میلی‌گرم از شاهد مثبت BHT در 10 میلی لیتر دی متیل سولفوکسید حل گردید.
مقدار 7/5 میلی گرم بتاکاروتن در یک بالن ژوژه 10 میلی لیتر ریخته و با کلروفرم (HPLC g--e) به حجم رسانده شد.
مقدار 38/56 میلی گرم لینولئیک اسید در بالن ژوژه 5 میلی لیتر ریخته و با کلروفرم به حجم رسانده شد.
بالن‌اول: مقدار 300 میلی گرم توئین 40 در بالن 250 میلی لیتر و بالن‌دوم : مقدار200 میلی گرم توئین 40 در بالن 250 میلی لیتر دیگر ریخته شد.
ب. تهیه محلولهای نهایی و انجام آزمایش
به بالن اول مقدار 3 میلی لیتر و به بالن دوم مقدار 2 میلی لیتر از محلول شماره 5 اضافه شد.همچنین به بالن اول حاوی توئین مقدار 5/1 میلی لیتر از محلول شماره 4 اضافه شد.
با استفاده از تبخیر کننده دوار حلال کلروفرم موجود در هر دو بالن تبخیر و به بالن اول 150 میلی لیتر و به بالن دوم 100 میلی لیتر از آب مقطر اشباع از اکسیژن اضافه و خوب مخلوط شد.
برای هریک از نمونهها، شاهد مثبت وشاهد منفی 3 عدد لوله آزمایش هرکدام حاوی مقدار 350 میکرولیتر از نمونهها (محلول شماره الف-2)، شاهد مثبت (محلول شماره الف-3) و شاهد منفی (حلال مورد استفاده برای تهیه نمونهها) تهیه گردید. همچنین برای هر یک از نمونهها، شاهد مثبت و شاهد منفی یک لوله آزمایش حاوی مقدار 700 میکرولیتر از نمونهها (محلول شماره 2)، شاهد مثبت (محلول شماره 3) و شاهد منفی (حلال مورد استفاده برای تهیه نمونهها) تهیه شد (محلولهای شاهد). به سری 3 تایی لولهها مقدار 5/2 میلی لیتر از محلول بالن 250 میلی لیتر اول و به سری یک تایی مقدار 5 میلی لیتر از محلول بالن 250 میلی لیتر دوم اضافه گردید.
قبل از افزودن محلول (4-الف) به لوله‌های آزمایش عصاره‌ها و شاهد مثبت، این محلول به لوله‌های شاهد منفی افزوده و پس از 2 ساعت ماندن در دمای 50 درجه سانتی‌گراد، اسپکتروفتومتر (UV-Vis) با سری یکتایی محلول‌های شاهد منفی در طول موج 470 نانومتر صفر و جذب سری سه تایی شاهد منفی در این طول موج سه بار خوانده شد. میانگین جذبها در طول موج نام برده باید بین 4/0 -3/0 به دست آید.
تمامی نمونهها و شاهدهای مثبت و منفی به مدت 2 ساعت در دمای 50 درجه سانتیگراد نگه داری شدند. پس از این مدت دستگاه را هر بار با محلولهای موجود در لولههای تکی مربوط به نمونهها، شاهد مثبت و منفی در طول موج 470 نانومتر صفر نموده و جذب مجموعههای سه تایی نمونهها و شاهدهای مثبت و منفی در این طول موج خوانده شد و با استفاده از رابطه ذیل درصد مهار لینولئیک ‌اسید محاسبه ‌گردید.
%I={1- (As (t=0) - As (t=2h))/ (Ac (t=0) - Ac (t=2h)) } 100
جذب نمونه‌ها در لحظه صفر : As (t=0)
جذب نمونه‌ها پس از 2 ساعت: As (t=2h)
جذب شاهد منفی در لحظه صفر:Ac (t=0)
جذب شاهد منفی پس از 2 ساعت:Ac (t=2h)
درصد مهار :%I
2-6- فعالیت ضدمیکروبی2-6-1- روش انتشار در آگار (دیسک دیفیوژن)تعیین فعالیتهای ضدمیکروبی عصارههای گیاهی با روش انتشار در آگار )1997، NCCLS) انجام شد. عصاره خشک گیاه در DMSO با غلظت نهایی 30 میلی گرم بر میلی لیتر حل شده و با فیلتر میلی‌پور 45/0 میکرومتراستریل شد. سپس 100 میکرولیتر از سوسپانسیون حاوی ml/CFU 108 از باکتری ها، CFU/ml 106 از مخمر و spore/ml104 بر روی محیط‌های کشت نوترینت آگار، سابرو دکستروز و پوتیتو دکستروز آگار اسپری شد. دیسک (با قطر6 میلیمتر) با 10 میکرولیتر از محلولهایی از عصاره‌ها آغشته شده (g/discµ300) و DMSO (به عنوان کنترل منفی) در آگار تلقیح شده قرار داده شد. صفحات آغشته شده به مدت 24 ساعت در 37 درجه سانتیگراد برای سویه‌های باکتریایی و در دمای 30 درجه سانتیگراد به مدت 48 ساعت و 72 ساعت برای سویههای مخمر و کپک به صورت جدا در انکوباتور بودند. بر روی هر دیسک 10 میکروگرم از جنتامیسین و 5 میکروگرم از ریفامپین برای باکتری‌ها و I.U.100 نیستاتین برای قارچ به عنوان گروه کنترل مثبت مورد استفاده قرار گرفت. قطرهاله مهار با استفاده از خط‌کش آنتی‌بیوگرام اندازه‌گیری شد و به عنوان معیاری برای فعالیت ضد میکروبی مورد استفاده قرار گرفت. در هر مورد دیسک‌گذاری دو بار تکرار شد.
2-6-2- تعیین حداقل غلظت مهارکنندگی رشددر این روش حداقل غلظت مهارکنندگی رشد (MIC) برای میکروارگانیسمهای حساس به عصارههای گیاهی با روش رقت‌سازی در محیط کشت مایع محاسبه گردید. برای این منظور صفحههای 96 خانهای استریل تهیه شد. به هر یک از خانهها 95 میکرولیتر محیط کشت مایع BHI، 5 میکرولیتر سوسپانسیون باکتریایی با رقت 5/0 مک فارلند و 100 میکرولیتر از غلظتهای مختلف عصاره (500-8/7 میکرو گرم بر میلی لیتر) افزوده شد و سپس در انکوباتور با دمای 37 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت گذاشته شد. رشد میکروبی با حضور کدورت در ته‌چاهک مشخص میشود. مقدار MIC کمترین غلظت عصاره مورد نیاز برای مهار رشد هر میکروارگانیسم تعریف می‌شود.
2-7- آزمون سمیت سلولی
تخم‌هاي آرتمیا سالینا (Ar--ia salina)، برای باز شدن در آب شور مصنوعي دریا در آكواریوم تحت نور و هوادهي مداوم و دمای 30 درجه سانتی‌گراد بن ماری، برای 48 ساعت قرار داده شدند. آب شورمصنوعی از انحلال نمک‌های زیر در 2 لیتر آب مقطر حاصل شد.
g) 22) H2O6MgCl2.، (g 8 ) Na2SO4، g)6/2) H2O2CaCl2.، g)4/1)KCl، (g46)NaCl
pH آب شور برابر 9 تنظیم شد که در صورت کم بودن pH از سدیم کربنات برای بالا بردن آن استفاده می‌شود. لاروهاي با استفاده از ویژگي فوتوتروپي از پوسته‌ها و تخمهاي تفریخ نشده جدا شدند. مقدار 05/0 گرم از عصاره در 8/0 میلی‌لیتر DMSO حل شده و با آب شور به حجم 25 رسید. برای اطمینان از خنثی بودن اثر حلال بر روی لاروها، شاهد DMSO هم مورد آزمایش قرار گرفت. به هر لوله آزمایش 10 لارو آرتمیا اضافه شد (برای جدا کردن‌لاروها از پیپت پاستور استفاده شد) و رقتهایی از محلول‌های استوک ‌نمونههای گیاهی (10، 300، 500، 700، 1000 میکروگرم بر میلی لیتر) در لولههای آزمایش تهیه نموده و حجم آنها با آب دریا به 5 میلی لیتر رسید. در لولههای آزمایش کنترل منفی آب دریا و حلال DMSO به تنهایی اضافه شد. و لوله‌های آزمایش در بن‌ماری با دمای 30 درجه سانتی‌گراد قرار گرفت بعد از 24 ساعت تعداد لاروهای مرده در لوله آزمایش بررسی شد. از روی شمارش لاروهای مرده درصد مرگ‌ومیر و نمودار غلظت-درصدکشندگی حاصل می‌شود و LC50 (غلظتی که درصد کشندگی 50 را دارد) قابل محاسبه است.

فصل سوم
نتایج، بحث و نتیجهگیری

مقدمه
پس از آماده‌سازی گیاه جمع آوری شده از مناطق اطراف بروجن، با دستگاه SDE ترکیبات فرار آن و با سوکسله عصاره غیرفرار استخراج شد که نتایج مربوط در جدول‌های 3-1 و 3-4 گزارش شده است. سپس تجزیه و تحلیل ترکیبات فرار استخراجی با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی گازی-طیف نگار جرمی، محاسبه زمان بازداری کواتس در طیف GC-MS و مقایسه طیف‌های جرمی نمونه با طیف‌های جرمی استاندارد صورت گرفت و ترکیب‌های فرار مشخص گردید. در ادامه کار، اثرات ضد اکسیدانی، ضدمیکروبی، محتوای تام فنلی و سمیت سلولی با استفاده روش‌های مشروح در فصل دوم ارزیابی شد و نتایج در این فصل گزارش شده است.
3-1- ترکیبات ‌فرار گیاهی3-1-1- استخراج ترکیبات ‌فرار گیاهیدر اين پژوهش استخراج اسانس از گياهان مذكور با دستگاه SDE در حضور حلال آلي انجام گرفت . نتايج و بازده اسانس گيري در جدول ذيل نشان داده شده است.
جدول 3-1: مقایسه بازده استخراج ترکیبات فرار
گیاه اندام‌ گیاهی مورد استفاده میزان گیاه (گرم) میزان ترکیبات فرار (گرم) بازده (w/w%)
شوكران باغي ساقه و برگ 200 1132/0 05685/0
میوه 200 0153/0 00765/0
روغن عصاره دانه 50 6575/1 315/3
خار عروس ساقه 200 0431/0 02155/0
3-1-2- شناسایی ترکیبات فرار گیاه
ترکیبات فرار گیاهان برداشتی با روش SDE استخراج شد و با دستگاه کروماتوگرافی گازی جفت شده با طیف‌نگار جرمی مورد شناسایی قرار گرفت. نتایج حاصل در جدول 3-2 ذکر شده است.
جدول3-2: ترکیب درصد اجزای فرار در شوكران باغي
درصد اجزای فرار در شوكران باغي
روغن عصاره دانه ميوه ساقه و برگ اندیس کواتس مرجع اندیس کواتس محاسباتی ترکیبات فرار ردیف
52/2 801 806 n-Hexanal 1
52/1 855 857 2-Hexenal 2
85/0 902 908 n-Heptanal 3
62/0 939 940 α-Pinene 4
66/0 965 983 Octen-5-yne, 2-methyl-,(3E)- 5
28/5 26/14 990 1000 β-Myrcene 6
92/16 - 1009 Coniine 7
58/0 37/2 998 1010 Octanal 8
75/0 1026 1032 o-Cymene 9
96/0 23/2 1029 1036 Limonene 10
54/2 - 1040 Piperidine, 1,2-dimethyl- 11
08/1 55/2 1037 1044 β -Z-Ocimene 12
36/5 15/8 1050 1056 β-E-Ocimene 13
87/1 32/0 1100 1105 Undecane 14
82/1 83/4 1100 1114 n-Nonanal 15
66/3 1200 1205 n-Dodecane 16
99/2 - 1238 Naphthalene, decahydro-1,5-dimethyl- 17
18/3 92/1 1300 1307 Tridecane 18
05/2 64/2 1376 1386 α-Copaene 19
61/4 25/8 1388 1397 β-Bourbonene 20
13/2 1400 1408 n-Tet--ecane 21
37/0 1408 1419 Dodecanal 22
89/1 63/2 1412 1425 Funebrene 23
00/4 47/6 1419 1432 Caryophyllene 24
55/0 94/0 1433 1440 β-gurjunene 25
73/0 1454 1465 Humulene 26
07/1 22/1 1475 1478 Aco--iene 27
98/11 25/13 1485 1496 GERMACRENE-D 28
34/15 96/1 1500 1505 Pentadecane 29
49/0 - 1520 Farnesene 30
49/0 1523 1537 δ-Cadinene 31
14/2 1589 1588 1-Hexadecene 32
32/1 74/5 1583 1598 Caryophyllene oxide 33
34/2 1594 1608 salvial-4(14)-en-1-one )Mint ketone( 34
59/4 1600 1609 n-Hexadecane 35
06/3 1608 1627 Atlantol 36
78/2 - 1679 6(E),8(E)-Heptadecadiene 37
90/1 69/9 - 1690 cis-8-Heptadecene 38
04/2 1688 1703 Eudesma-4(15),7-dien-1 β-ol 39
41/2 12/9 32/1 1700 1705 Heptadecane 40
63/0 1900 1905 n-Nonadecane 41
44/1 1921 1933 Hexadecanoic acid, methyl ester 42
43/9 1960 1982 Hexadecanoic acid 43
17/4 2085 2099 Methyl linoleate 44
04/15 - 2106 Methyl petroselinate 45
94/23 2133 2160 Linoleic acid 46
21/6 - 2484 Tritetracontane 47
14/1 - 2531 Docosanoic acid, methyl ester 48
3/94 49/96 51/92 مجموع‌درصد ترکیبات فرار
جدول3-3: ترکیب درصد اجزای فرار در خار عروس
ردیف ترکیبات فرار اندیس کواتس محاسباتی اندیس کواتس مرجع درصد اجزای فرار در خار عروس
1 n-Hexanal 806 801 25/1
2 2-Hexenal, (E)- 860 855 62/4
3 3-Hexen-1-ol, (Z)- 865 859 25/3
4 2-Hexen-1-ol, (E)- 879 862 08/6
5 Benzaldehyde 971 960 67/0
6 Furan, 2-pentyl- 1000 984 55/0
7 2,4-Heptadienal, (E,E)- 1021 1007 01/1
8 1,8-Cineole 1040 1031 79/0
9 Benzene acetaldehyde 1055 1042 90/0
10 n-Nonanal 1113 1100 48/1
11 n-Decanal 1215 1201 72/0
12 Verbenone 1224 1205 00/2
13 Dihydroedulan II (cis) 1305 - 40/1
14 α-Copaene 1387 1376 97/1
15 β-Bourbonene 1397 1388 90/4
16 β-Elemene 1403 1390 90/0
17 Aristolene 1431 - 13/3
18 β-Gurjunene 1449 1433 37/23
19 Germacrene-D 1495 1485 77/6
20 β-Ionone 1498 1488 91/0
21 Bicyclogermacrene 1510 1500 44/2
22 δ-Cadinene 1536 1523 23/2
23 Maaliol 1581 1567 64/0
24 Spathulenol 1596 1578 70/5
25 Salvia-4(14)-en-1-one 1608 1594 11/1
26 α- Cadinol 1671 1654 98/1
27 Eudesma-4(15),7-dien-1β-ol 1704 1688 69/2
28 Farnesol, (2Z,6E)- 1735 1723 98/0
29 Aristolone 1778 1763 22/1
30 Benzyl benzoate 1782 1760 44/2
31 Perhydrofarnesyl acetone 1854 - 64/1
32 Hexadecanoic acid 1989 1960 05/2
33 n-Tricosane 2303 2300 32/1
مجموع ‌درصد ترکیبات فرار 11/93
3-2- استخراج عصاره متانولی از گیاه از ميوه گیاه شوكران و اندام هوايي هر دو گياه با حلال متانول و روش سوکسله عصاره‌گیری شد. بازده عصاره‌گیری در جدول3-3 آورده شده است.
جدول3-4: مقایسه بازده عصاره‌گیری
گياه اندام گیاهی مورد استفاده میزان گیاه (گرم) میزان عصاره (گرم) بازده (وزنی/وزنی %)
شوكران
باغي ساقه وبرگ 40 08/6 2/15
میوه 50 11/7 22/14
خار عروس ساقه و برگ 20 5/3 55/19
3-3- آزمون‌های سنجش فعالیت ضد اکسیدانی3-3-1- آزمون DPPHاستاندارد BHT
جذب محلول‌های BHT تهیه شده طبق دستورالعمل با دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. درصدهای مهار هر غلظت و نتایج حاصل در جدول 3-4 ارائه شده است و نمودار درصدمهار-غلظت با استفاده از این داده‌ها رسم گردید. غلظت نظیر درصد مهار 50 برحسبg/ml µ بیانگر IC50 می‌باشد.
جدول3-5: درصدهای مهارDPPH برای هر غلظت از نمونه استاندارد BHT
غلظت محلول(mg/ml) درصد مهار BHT
مرتبه اول مرتبه دوم مرتبه سوم
1 16/96 36/94 26/95
8/0 67/95 22/94 72/93
5/0 62/95 72/93 90/92
25/0 75/93 38/93 55/92
08/0 88/87 00/87 90/85
1/0 44/85 59/82 74/79
05/0 90/72 38/73 94/71
005/0 72/14 56/18 49/13
0005/0 34/1 24/2 79/2
00005/0 32/1 26/1 44/2

نمودار 3-1: نمودار درصد مهار- منفی‌لگاریتم غلظت برای استاندارد BHT
جدول 3-6: نتایج آزمون DPPHبرای نمونه استاندارد BHT
نمونه استاندارد BHT IC50 (µg/ml) میانگین
23/22 28/20 91/22 4/1±81/21
عصاره‌های گیاهی
جذب محلول‌های تهیه شده از هریک از عصاره‌ها همانندBHT با دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. درصدهای مهار هر غلظت در جدول‌ 3-7 ارائه شده است و نمودار درصدمهار- غلظت با استفاده از این داده‌ها رسم گردید.
جدول 3-7 : درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از عصاره اندام هوايي خار عروس
غلظت محلول (میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) درصد مهار اندام هوايي خار عروس
مرتبه اول مرتبه دوم مرتبه سوم
1 54/95 58/94 14/96
8/0 33/94 80/93 97/94
5/0 53/75 63/75 72/84
25/0 75/43 51/37 62/47
1/0 30/24 18/17 28/30
05/0 36/14 54/7 21/13
005/0 10/7 07/3- 95/4
0005/0 50/1 19/3- 96/4

نمودار 3-2: نمودار درصد مهار در برابر منفی ‌لگاریتم غلظت عصاره اندام هوايي خار عروس
جدول 3-8 : نتایج آزمون DPPH برای اندام هوايي خار عروس
عصاره اندام هوايي خار عروس IC50 (µg/ml) میانگین
02/263 22/316 83/281 97/26±02/287
جدول 3-9: درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از عصاره ساقه و برگ شوكران باغي
غلظت محلول (میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) درصد مهار ساقه و برگ شوكران باغي
مرتبه اول مرتبه دوم مرتبه سوم
2 78/97 90/96 43/97
6/1 80/95 24/95 29/95
1 39/76 90/72 52/75
5/0 27/47 28/44 45/44
2/0 11/24 96/21 51/21
1/0 49/13 05/11 07/6
01/0 94/4 92/1 39/0
001/0 50/2 56/0 40/3-

نمودار3-3 : نمودار درصد مهار- منفی ‌لگاریتم غلظت برای عصاره ساقه و برگ شوكران باغي
جدول 3-10 : نتایج آزمون DPPHبرای عصاره ساقه و برگ شوكران باغي
عصاره ساقه و برگ شوكران باغي IC50 (µg/ml) میانگین
03/537 55/602 36/562 04/33±3/567
جدول 3-11: درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از عصاره ميوه شوكران باغي
غلظت محلول (میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) درصد مهار ميوه شوكران باغي
مرتبه اول مرتبه دوم مرتبه سوم
1 08/95 41/94 86/95
8/0 37/94 26/94 22/95
5/0 67/93 79/92 52/94
25/0 94/92 49/92 13/94
1/0 58/83 27/83 87/69
05/0 36/43 63/28 03/28
005/0 99/9 55/3 19/10
0005/0 40/1 27/0 58/6

نمودار 3-4: نمودار درصد مهار در برابر منفی ‌لگاریتم غلظت برای عصاره ميوه شوكران باغي
جدول3-12: نتایج آزمون DPPHبرای عصاره ميوه شوكران باغي
عصاره ميوه شوكران باغي IC50 (µg/ml) میانگین
25/60 44/72 43/79 00/0±7/70
غلظت محلول (میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) درصد مهار میوه فاقد چربي شوكران
مرتبه اول مرتبه دوم مرتبه سوم
1 63/95 67/94 11/95
8/0 05/95 18/94 11/94
5/0 76/94 88/93 80/93
25/0 29/94 40/93 50/92
1/0 56/92 31/92 02/92
05/0 36/47 92/48 81/59
005/0 55/5 09/6 10/6
0005/0 19/0- 42/0 13/0-
جدول 3-13 : درصدهای مهار DPPH برای هر غلظت از عصاره میوه فاقد چربي شوكران باغي

نمودار 3-5: نمودار درصد مهار در برابر منفی ‌لگاریتم غلظت برای عصاره میوه فاقد چربي شوكران باغي
جدول 3-14: نتایج آزمونDPPH برای عصاره میوه فاقد چربي شوكران باغي
عصاره میوه
فاقد چربي شوكران
IC50 (µg/ml) میانگین
7/53 11/50 48/35 00/0±43/46
نتایج کلی آزمون : DPPH
جدول 3-15: نتایج آزمون DPPH عصاره گیاه خار عروس و عصارههاي شوكران باغي
IC50
(µg/ml) BHT اندام هوايي خارعروس ساقه و برگ شوكران ميوه شوكران میوه فاقد چربي شوكران
4/1±81/21 97/26±02/287 04/33±3/567 00/0±7/70 00/0±43/46

نمودار 3-6: مقایسه نتایج آزمون DPPH برای عصاره‌ های متانولی گیاه شوكران باغي و خار عروس
مطابق نتایج حاصل از جدول‌ها و نمودارها، IC50 برحسب میکرو‌گرم بر میلی‌لیتر برای‌ عصاره‌های ساقه و برگ خار عروس و ساقه و برگ و میوه شوکران باغی به ترتیب 02/287 ، 2/567 ، 7/70 و 43/46 می‌باشد که در مقایسه باBHT (µg/ml81/21IC50= ) عصاره های ساقه و برگ خار عروس و شوکران باغی فعالیت ضد اکسیدانی ضعیفی دارند؛ در مقایسه عصاره‌های میوه و میوه فاقد چربی شوکران باغی با BHT ، این عصارها فعالیت ضد اکسیدانی خیلی بیشتری دارند.
3-3-2- بررسی کل ترکیب‌های فنلی به روش Folin-Ciocalteuپس از خواندن جذب محلولهای گالیک اسید با غلظتهای مختلف (جدول 3-15) نمودار خطی جذب بر حسب غلظت مربوط به استاندارد گالیک اسید (نمودار 3-7) رسم شد و معادله خط نیز بدست آمد. برای تعیین میزان کل ترکیبهای فنلی موجود در عصارههای گیاهی، این آزمون سه بار بر روی هر نمونه تکرار شد و با نمونه استاندارد گالیک اسید مقایسه شد که نتایج در جدول 3-16 آورده شده است.
جدول 3-16: جذب مربوط به غلظت‌های متفاوت گالیک‌اسید
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 گالیک‌اسید (gµ)
054/1 0193/1 965/0 7987/0 7374/0 5782/0 5041/0 3576/0 1817/0 جذب

نمودار 3-7 : نمودار جذب در برابر غلظت استاندارد گالیک اسید
با استفاده از داده‌های جدول (3-15) نمودار جذب در برابر غلظت استاندارد گالیک اسید رسم شد و معادله خط بدست آمد. از این معادله خط برای تخمین محتوای فنلی عصاره‌های گیاهی برحسب میکروگرم معادل گالیک اسید در میلی‌گرم عصاره استفاده می‌شود.
جدول 3-17 : محتوای فنلی عصاره‌های گیاهی
عصاره گیاهی محتوای فنلی موجود در عصاره گیاهی معادل با گالیک اسید ((µg/mg میانگین
شوكران باغي
ساقه وبرگ 05/14 58/14 44/14 27/0±35/14
ميوه 33/96 02/115 11/88 79/13±82/99
میوه فاقد چربي 66/140 19/126 66/126 22/8±17/131
خار عروس 52/26 02/15 58/16 23/6±37/19

نمودار 3-8: مقایسه معادل گالیک‌اسید ترکیبات فنلی در عصاره‌های گیاهی شوكران باغي و خار عروس
همان‌طور که از نتایج در جدول (3-16) مشاهده می‌شود، عصاره‌های اندام‌های مختلف گیاه در رویشگاه‌های متفاوت، محتوای فنلی بالایی ندارند. بررسی ترکیبات فنلی در عصاره متانولی اندام هوایی و ریشه این گیاه در گزارشی از ترکیه بیانگر محتوای فنلی (g/mlµ ) 78/3±3/67 و 1±/33 می‌باشد که مؤید نتایج در این آزمایش است [39].
3-3-3- آزمون بتاکاروتن-لینولئیک‌اسیداین آزمایش مطابق دستورالعمل (2-5-3) انجام شد و نتایج حاصل در جدول ذیل آورده شده است.
جدول 3-18: درصد مهار لینولئیک اسید عصاره های گیاهی
عصاره گیاهی درصد مهار
شوكران باغي ساقه و برگ 49/1±94/68
میوه 37/4±17/69
ميوه فاقد چربي 26/2±77/64
خار عروس ساقه و برگ 45/3±61/52
شاهد مثبت (BHT) 25/3±75/77
شاهد منفی (DMSO) 33/2±00/22

نمودار3-9: مقایسه درصدهای مهار لینولئیک‌اسید عصاره‌های گیاهی شوكران باغي و خار عروس
براساس این نتایج، عصاره‌های گیاه در آزمون بی‌رنگ شدن بتاکاروتن در حضور لینولئیک‌اسید، فعالیت ضد اکسیدانی خوبی دارند.و نیز محتوای فنلی و فعالیت‌های ضداکسیدانی در آزمون DPPH، نشانگر این است که قابلیت ضد اکسیدانی قابل‌توجهی در عصاره‌های متانولی میوه گیاه شوکران باغی وجود دارد.
3-4- بررسی فعالیت ضدمیکروبیدر روش دیسک دیفیوژن (انتشار در آگار) قطر هاله عدم رشد مطابق دستورالعمل (2-6) اندازه‌گیری شد. برای عصاره‌های گیاهی که قطر هاله عدم رشد بزرگتر از 10 میلی‌متر دارند؛ MIC نیز محاسبه می‌گردد. و نتایج در جدول(3-18) گزارش شده است.
جدول3-19 : نتایج مربوط به تعیین فعالیت ضدمیکروبی عصاره‌های گیاهی
آنتی‌بیوتیک عصاره‌های گیاهی میکرو ارگانیسم
نیستاتین جنتامایسین ریفامپین خار عروس شوكران باغي ساقه و برگ میوه فاقد چربي ساقه و برگ میوه MIC DD MIC DD MIC DD MIC DD MIC DD MIC DD MICb DDa باکتری‌های گرم مثبت
NA NAc 500 21 62/15 13 - - - - - - - - B. subtilis
NA NA 500 35 250 40 - - 1000< 11 - - - - S. epidermidis
NA NA 500 21 250 10 - - > 1000 14 - - > 1000 12 S. aureus
باکتری‌های گرم منفی
NA NA 500 20 500 11 - - - - - - - - E. coli
NA NA 250 22 250 7 - - - - - - - - k. pneumonia
NA NA 500 18 250 8 - - - - - - - - S. dysenteriae
NA NA 500 23 - 10 - - - - - - - - P. vulgaris
NA NA 500 21 - - - - 1000< 12 - - - - S. paratyphi-
A serotype
قارچ‌ها
125 33 NA NA NA NA - - - - - - - - C. albicans
25/31 27 NA NA NA NA - - - - - - - - A. niger
NTd NT 500 23 NA NA - - - - - - - - A. brasilienis
a: قطر هاله عدم رشد برحسب میلی‌متر
b: حداقل غلظت مهارکنندگی برحسب میکرو گرم بر میلی‌لیتر
c: غیرقابل اجرا
d: آزمایش نشده
- : فاقد فعالیت میکروبی
از بین 11 سویه میکروبی مورد آزمایش، 3 سویه به نمونه‌ها حساسیت نشان دادند. بیشترین هاله ممانعت از رشد، در حد 14 میلی متر برای میکروبStaphylococcus aureus و 12 میلی متر برای میکروب Salmonella paratyphi-A serotype و 11 میلی متر برای میکروب Staphylococcus epidermidis در عصاره میوه فاقد چربی شوکران باغی و در حد 12 میلی متر برای میکروب Staphylococcus aureus در عصاره میوه شوکران باغی مشاهده شد. هیچ کدام از عصاره ‌های گیاهی نتوانستند مانع رشد میکروب های دیگر شوند و MIC برای همه نمونه‌های گیاهی در مهار باکتری‌ها، بالاتر از 1000 میکروگرم بر میلی‌لیتر گزارش شد. به طور کلی عصاره‌های گیاه .Morina persica L فعالیت ضدمیکروبی ویژه‌ای ندارند.
3-5- سمیت سلولینتایج آزمون کشندگی لارو میگوی آب شور برای عصاره‌های Morina persica L. و Physospermum cornubiense (L.) DC. در گستره غلظتی مورد آزمایش فعالیت سمیت سلولی ضعیفی را نشان می‌دهد. تاکنون از سنجش فعالیت ضدسرطانی و سمیت سلولی گونه هایی از این جنس گزارش نشده است.
نتیجه‌گیریدر این پژوهش، ترکیبهای فرار استخراجی از گیاه Morina persica L. و Physospermum cornubiense (L.) DC. شناسایی شد. در این ارزیابی ترکیبهای Pentadecane (34/15%)، β-Myrcene (26/14%) و Germacrene-D (25/13%) برای ساقه و برگ، Germacrene-D (98/11%)، cis-8-Heptadecene (69/9%) و Heptadecane (12/9%) برای میوه و Linoleic acid (94/23%)، Coniine (92/16%) و Methyl petroselinat (04/15%) برای روغن عصاره دانه گیاهPhysospermum cornubiense (L.) DC. و همچنین β-Gurjurene (37/23%) برای گیاه Morina persica L. به عنوان اجزاء اصلی اسانس محاسبه شد. فعالیت ضد اکسیدانی، ضدمیکروبی، سمیت‌سلولی و محتوای فنلی عصاره متانولی از ساقه و برگ گیاه Morina persica L. ارزیابی شد که داده‌های حاصل، فعالیت قابل‌توجهی را نشان نمی‌دهند. فعالیت ضد اکسیدانی، ضدمیکروبی، سمیت‌سلولی و محتوای فنلی عصاره متانولی از ميوه و ساقه و برگ گیاه و Physospermum cornubiense (L.) DC. ارزیابی شد که داده‌های حاصل، فعالیت ضد اكسيداني و ضد ميكربي قابل‌توجهی را در ميوه اين گياه نشان مي دهد.
پیشنهادها1- بررسی فعالیت‌های بیولوژیک و فیتوشیمیایی اندام‌های دیگر گیاه (گل، برگ و ریشه)
2- عصاره گیری از گیاه با روش هایی دیگر نظیر خیساندن و ارزیابی فعالیت ‌های بیولوژیک عصاره گیاه
3- عصاره‌گیری از گیاه با حلال‌هایی دیگر مثل اتیل‌استات و بررسی فیتوشیمیایی عصاره آن
4- بررسی فعالیت های بیولوژیک ترکیبات ‌فرار استخراجی از گیاه
5- سنجش فعالیت ضد اکسیدانی گیاه با روش‌های دیگر مثلFRAP و TBA
منابع و مآخذ1- هرمز دیار کیانمهر، شناخت گیاهان دارویی، چاپ اول، نشر آییژ، تهران 1387.
2- محسن‌ بهپور، مریم خیاط کاشانی، اسانس‌های طبیعی.
3- کتاب سال گیاهان دارویی، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع، چاپ اول، 1375، صفحه2.
4- كامكار جايمند، محمد باقر رضايي، اسانس، دستگاههاي تقطير، روش هاي آزمون وشاخص هاي بازداري درتجزيه اسانس، انجمن گياهان دارويي ايران، تهران، 1385.
5- رابرت هی، پیتر واترمن، گیاهان اسانس‌دار، ترجمه کامبیز بقالیان و حسنعلی نقدی‌بادی، نشر اندرز، تهران، چاپ اول، 1379، صفحه 9 و 153.
6- استفان استفانفورت، شیمی فرآورده‌های طبیعی در یک نگاه، ترجمه افشین فصیحی و شیرین فصیحی، نشر راه کمال-سبزآرنگ، تهران، چاپ اول، 1389، صفحه 1.
7- S. D. Sarker, Z. Latif, A. I. Gray, Natural Products Isolation, Humana Press Inc.,Totowa, New Jersey, 2th Ed, 2006, P. 2.
8- Z.Yibralign, Thesis :PHYTOCHEMICAL INVESTIGATION ON THE STEM BARK OF CROTON MACROSTACHYUS (BISANA), Addis Ababa University, 2007.
9- ویلیام چارلز اوانس، فارماکوگنوزی، ترجمه سلیمان افشاری‌پور، جلد دوم، انتشارات دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، چاپ چهاردهم،1386، صفحه 286 و 288.
10- امیدبیگی، رضا، تولید و فراوری گیاهان دارویی، مشهد: شرکت به نشز،جلد اول، 1384، صفحه 70-61.
11- A. Crozier, M. N. Clifford, H. Ashihara, Plant Secodary Metabolites, Blackwell Publishing, 2006, 1-9.
12- B. Buchanan, W. Gruissem, R. Jones, Eds., Biochemistry & Molecular Biology of Plants, American Society of Plant Physiology Press, Rockville, 2000, P. 1308.
13- J. Buckingham, Dictionary of Natural Products, CRC Press, USA, 1993, P. 49.
14- J. R. Hanson, Natural Products: The Secondary Metabolites, Royal Society of Chemistry, Cambridge,UK, 2003, V. 17, P. 3.
15- سهیلا صداقت، شیمی اسانس، انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، چاپ اول، 1387، صفحه 7 .
16- K. H. C. Baser, G. Buchbauer, Handbook of essential oils, CRC Press, USA, 2000, P. 85.
17- R. G. Berger, Flavours and Fragrances, Springer, Berlin, Germany, 2006, PP. 43-86.

منابع و ماخذ مقاله — (92)

2-9 اطلاعات مربوط به ساختار اجکتور و کندانسورها..............................................................................42
2-10 عیب یابی اجکتور...................................................................................................................................44
2-11 کاربرد اجکتور در تبرید........................................................................................................................45
فصل سوم: مروری بر کارهای گذشته
3-1 مقدمه..........................................................................................................................................................47
3-2 کارهای مرتبط با طراحی اجکتور..........................................................................................................47
3-3 طراحی تحلیلی.........................................................................................................................................50
فصل چهارم: معادلات حاکم و روش حل
4-1 معادلات حاکم...........................................................................................................................................52
4-1-1 مدلسازی توربولانس...................................................................................................................54
4-2 شبیه سازي جریان به روش دینامیک سیالات محاسباتی................................................................56
4-3 شرایط مرزی حاکم بر مسئله..................................................................................................................58

فصل پنجم: بررسی نتایج حل عددی
5-1 بررسی استقلال نتايج عددی از مش بندی.......................................................................................... 61
5-2 مقايسه نتايج عددی با تجربی و اعتبار دهی به نتايج عددی.......................................................... 61
5-3 تحلیل جریان درون اجکتور................................................................................................................... 63
5 – 3 – 1 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات ماخ ........................................................ 67
5 – 3 – 2 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات فشار ..................................................... 73
4 – 3 – 3 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات دمایی ...................................................... 78
پیشنهادات .................................................................................................................................................................. 83
فهرست مراجع ........................................................................................................................................................... 84
فهرست اشکال
شکل 2-1: نمونه یک اجکتور و بخش های مختلف آن............................................................................. 5
شکل 2-2: نمودار تغییرات سرعت و فشار در طول اجکتور...................................................................... 11
شکل 2-3: منحنیهای طراحی برای اجکتورهای تکمرحلهای............................................................... 12
شکل 2-4: یک نمونه ترموکمپرسور............................................................................................................... 18
شکل 2-5: منحنی محاسبه مقدار بخار مورد نیاز بر حسب فشار مکش اجکتور.................................. 23
شکل 2-6: اجکتور تک مرحله اي ................................................................................................................. 24
شکل 2-7: اجکتور دو مرحله اي با کندانسورهاي داخلی بارومتریک..................................................... 24
شکل 2-8: اجکتور دو مرحله اي با کندانسور سطحی............................................................................... 25
شکل 2-9: منحنی محاسبه مقدار بخار مورد نیاز بر حسب فشار مکش اجکتور ................................ 26
شکل 2-10: منحنی تخمین مقدار بخار مورد نیاز اجکتورها................................................................... 27
شکل 2-11: منحنی ظرفیت اجکتور تک مرحله ای................................................................................. 29
شکل 2-12: فاکتورهای اصلاحی اجکتور تک مرحله ای........................................................................... 29
شکل 2-13 منحنی ظرفیت اجکتور دو مرحله ای..................................................................................... 30
شکل 2-14: فاکتورهای اصلاحی اجکتور دو مرحله ای............................................................................ 31
شکل 2-15 فشار مکش اجکتور بر حسب میزان مصرف بخار با فشار psig 100............................... 32
شکل 2-16: تعیین فاکتور K.......................................................................................................................... 32
شکل 2-17: تعیین فاکتور فشار F ............................................................................................................... 33
شکل 2-18 نمودار کمینه پسفشار بر حسب بیشینه فشار تخلیه .................................................... 33
شکل 2-19: تعیین تعداد اجکتورهای لازم برای ایجاد خلأ مورد نیاز ................................................... 36
شکل 2-20 نمودار تعیین پسفشار مطلق.................................................................................................... 37
شکل 2-21: تعداد پیش کندانسور، کندانسورهای میانی و کندانسور انتهایی ..................................... 38
شکل 2-22: نمودار تخمین اولیه مقدار هوای نفوذی استفاده ................................................................ 40
شکل 2-23: یک نمونه از کاربرد اجکتور در سیکل تبرید......................................................................... 45
شکل 4-1: نماي شماتیک اجکتور و توزیع فشار در آن.............................................................................. 52
شکل 4-2: الگوریتم حل تفکیکی بکار گرفته شده در حل معادلات....................................................... 55
شکل 4-3: مدل عددی ساخته شده در نرم افزار گمبیت.......................................................................... 57
شکل 5-1: مطالعه استقلال از مش بندی بر مبنای نسبت مکش .......................................................... 61
شکل 5-2: مطابقت نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تحلیلی کومار در راستای خط مرکز........... 62
شکل 5-3: مطابقت نتایج حاصل از حل عددی با نتایج آزمایشگاهی کومار در راستای خط مرکز.. 62
شکل 5-4: نمایش دو بعدی بردارهای سرعت در ناحیه اختلاط دو جریان (فشار ثانویه 1/0 بار).... 64
شکل 5-5: نمایش دو بعدی بردارهای سرعت در ناحیه اختلاط دو جریان (فشار ثانویه 1 بار)........ 64
شکل 5-6: تغییرات عدد ماخ در راستای محور تقارن اجکتور................................................................... 65
شکل 5-7: تغییرات ماخ در تمامی نواحی اجکتور...................................................................................... 65
شکل 5-8: تغییرات فشار استاتیکی در تمامی نواحی اجکتور................................................................. 66
شکل 5-9: شکل شماتیک تغییراتماخ و موج ضربه ای در اجکتور........................................................ 67
شکل 5-10: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 8/0 بار در ناحیه اختلاط..................................... 68
شکل 5-11: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 1 بار در ناحیه اختلاط......................................... 68
شکل 5-12: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 2/1 بار در ناحیه اختلاط..................................... 69
شکل 5-13: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 4/1 بار در ناحیه اختلاط...................................... 69
شکل 5-14: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 5/1 بار در ناحیه اختلاط...................................... 70
شکل 5-15: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 8/0 بار............................................... 70
شکل 5-16: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 1 بار................................................... 71
شکل 5-17: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 2/1 بار............................................... 71
شکل 5-18: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 4/1 بار............................................... 72
شکل 5-19: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 5/1 بار............................................... 72
شکل 5-20 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 8/0 بار.................................................................. 73
شکل 5-21 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 1 بار...................................................................... 74
شکل 5-22 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 2/1 بار.................................................................. 74
شکل 5-23 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 4/1 بار.................................................................. 75
شکل 5-24 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 5/1 بار.................................................................. 75
شکل 5-25 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 8/0 بار.............................................. 76
شکل 5-26 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 1 بار.................................................. 76
شکل 5-27 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 2/1 بار.............................................. 77
شکل 5-28 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 4/1 بار.............................................. 77
شکل 5-29 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 5/1 بار.............................................. 78
شکل 5-31 : کانتور دمایی برای فشار ثانویه 8/0 بار.................................................................................. 79
شکل 5-32 : کانتور دمایی برای فشار ثانویه 1بار....................................................................................... 79
شکل 5-33 : کانتور دمایی برای فشار ثانویه 2/1 بار.................................................................................. 80
شکل 5-34 :کانتور دمایی برای فشار ثانویه 4/1 بار................................................................................... 80
شکل 5-35 :کانتور دمایی برای فشار ثانویه 5/1 بار................................................................................... 81
فهرست جداول
جدول 1-1 کاربرد انواع اجکتورها .................................................................................................................. 20
جدول 1-2: مقادیر شدت هوای نفوذی ........................................................................................................ 42
جدول 1-3: عیبیابی اجکتور.......................................................................................................................... 44
جدول 3-1: ابعاد هندسی اجکتور مدل شده................................................................................................ 58
فصل اول
مقدمه
1-1 مقدمه
با توجه به میزان خلأ مورد نیاز، خلأسازی توسط انواع گوناگون پمپهای خلأ و یا اجکتور صورت میگیرد. پمپ خلأ، دستگاهی است که قادر است، بخارات سیّال را مکش نموده و ایجاد خلأ نسبی نماید. این نوع پمپها دارای انواعی چون جابجایی، پمپهای انتقال مومنتوم و پمپهای تلهای میباشد. اجکتور وسیله ای میباشد که قادر است با ایجاد خلأ، جریان گاز، مایع و یا جامد را انتقال دهد. اجکتور در واقع نوعی پمپ خلأ است و تنها تفاوت آن این است که اساس کار آن بر پایه تبدیل انرژی سرعتی و فشاری به یکدیگر میباشد. قسمتهای اصلی اجکتور، شامل نازل سیال محرک، محفظه سیال محرک، بخش مکش و دیفیوزر می باشد. در یک اجکتور جهت ایجاد خلأ از یک سیال پر فشار (سیال محرک) استفاده میشود. این سیال که میتواند بخار، هوا و یا آب باشد از طریق نازل وارد اجکتور میشود و در حین عبور از نازل، انرژی فشاری آن به انرژی سرعتی تبدیل میشود. این امر سبب میشود سرعت سیال افزایش یافته، فشار آن افت کند و در خروجی نازل اصطلاحاً ایجاد جت یا مکش نماید. به این ترتیب سیالی که قرار است مورد مکش قرار گیرد، از قسمت مکش به سمت محفظه اجکتور کشیده میشود و با سیال محرک مخلوط میگردد. مخلوط سیال محرک و سیال مکش یافته پس از گذشتن از بخش دیفیوزر، در اثر تبدیل انرژی سرعتی به فشاری، با فشار زیاد از اجکتور خارج میگردد.
در این مطالعه با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه به دستگاه اجکتور و تأثیر تغییرات این پارامترها بر رفتار سیال از جمله فشار و عدد ماخ پرداخته می شود. معادلات بنیادی میدان جریان بوسیله کد استاندارد نرم افزار فلوئنت و با یک مدل تراکم پذیر دو بعدی متقارن محوری و توربولانس با مدل استاندارد k-ε حل گردیدهاند. به منظور درک و بررسی تأثیر پارامتر های فوق الذکر بر رفتار سیال، به ازای فشار های مختلف ورودی ثانویه، نتايج استخراج و تحلیل میشوند.

1-2 ساختار پایان نامه
در این رساله که مشتمل بر شش فصل می باشد، در فصل دوم به معرفی دستگاه اجکتور، اساس عملکرد اجکتور ساختار و کاربردها، مزایا و معایب آن، تعیین نسبت سطح مقطع گلوگاه دیفیوزر به گلوگاه نازل و تعیین سایز اجکتور و میزان بخار مورد نیاز بعنوان سیال محرک در اجکتورهای تک مرحلهایی و دو مرحله ای پرداخته شده است. در فصل سوم به تاریخچه ای از کارهای انجام شده مرتبط با آن ذکر خواهد شد. در فصل چهارم به بررسی معادلات حاکم و روش عددی به کار رفته در این پایان نامه پرداخته خواهد شد. در فصل پنجم نتایج بدست آمده از تحلیل نرم افزاری به بحث و بررسی گذاشته می شود. نهایتا فصل ششم به نتیجه گیری کلی و پیشنهادات برای کارهای آتی اختصاص دارد.
فصل دوم
معرفی اجکتور و کاربردهای آن
مقدمه
با توجه به میزان خلأ مورد نیاز، خلأسازی توسط انواع گوناگون پمپهای خلأ و یا اجکتور صورت میگیرد. پمپ خلأ، دستگاهی است که قادر است، بخارات سیّال را مکش نموده و ایجاد خلأ نسبی نماید. این نوع پمپها دارای انواعی چون جابجایی، پمپهای انتقال مومنتوم و پمپهای تلهای میباشد.
اجکتور یا اینجکتور، وسیله ای است که قادر میباشد با ایجاد خلأ، جریان گاز، مایع و یا جامد مانند پودر، گرانول و لجن را انتقال دهد، که البته براساس نوع کاربری که میتواند ایجاد خلأ به تنهایی، انتقال مواد، اختلاط مواد و ... باشد، به آن ترموکمپرسور، ادکتور یا مکنده هیدرولیکی (Hydraulic exhauster) نیز گفته میشود، و لیکن اساس عملکرد آنها یکسان میباشد. اجکتور در واقع نوعی پمپ خلأ است و تنها تفاوت آن این است که اساس کار آن بر پایه تبدیل انرژی سرعتی و فشاری به یکدیگر میباشد. قسمتهای اصلی اجکتور، شامل نازل سیال محرک، محفظه سیال محرک، بخش مکش و دیفیوزر می باشد که در شکل 2-1 یک نمونه اجکتور به همراه اجزای تشکیل دهنده آن نمایش داده شده است.

شکل 2-1 نمونه یک اجکتور و بخش های مختلف آن [1]
در یک اجکتور جهت ایجاد خلأ از یک سیال پر فشار (سیال محرک) استفاده میشود. این سیال که میتواند بخار، هوا و یا آب باشد از طریق نازل وارد اجکتور میشود و در حین عبور از نازل، انرژی فشاری آن به انرژی سرعتی تبدیل میشود. این امر سبب میشود سرعت سیال افزایش یافته، فشار آن افت کند و در خروجی نازل اصطلاحاً ایجاد جت یا مکش نماید. به این ترتیب سیالی که قرار است مورد مکش قرار گیرد، از قسمت مکش به سمت محفظه اجکتور کشیده میشود و با سیال محرک مخلوط میگردد. مخلوط سیال محرک و سیال مکش یافته پس از گذشتن از بخش دیفیوزر، در اثر تبدیل انرژی سرعتی به فشاری، با فشار زیاد از اجکتور خارج میگردد.
اجکتورها در مقایسه با پمپهای خلأ دارای هزینه اولیه و تعمیر کمتر و نگهداری سادهتری میباشد و از آنجا که اجکتورها هیچ قسمت متحرکی ندارند، بنابراین در صورت عدم وجود خوردگی نیاز به تعمیر پیدا نمیکنند. نصب اجکتورها بسیار آسان است و کنترل عملیات نیز ساده میباشد. یکی از خصوصیات اجکتور، اختلاط سیال محرک با سیال فرایندی است که در طراحی فرایند اهمیت داشته و لازم است مورد توجه قرار گیرد. لازم به ذکر است اجکتورها قابلیت انتقال مواد جامد و دوفازی را نیز دارند و این در حالیست که پمپهای خلأ قادر به انجام این کار نیستند. پمپ های خلأ در مقایسه با اجکتورها دارای محاسن زیر هستند:
شرایط بخار تغذیه هیچ تأثیری بر روی سیستم عملکرد پمپ ندارد.
راه اندازی حتی در صورت نبود بخار نیز انجام پذیر است.
سیستم پمپ خلأ قابلیت عملیات کاملاً اتوماتیک را دارد.
سرعت عملیاتی پمپ خلأ بسیار بالاست.
عدم اختلاط سیال فرایندی با بخار یا ناخالصیهای دیگر.
به طور کلی موارد مصرف اجکتورها در سه دسته کلی قابل توصیف میباشند:
ایجاد خلأ
انتقال مواد که شامل پمپاژ، تهویه و …می شود.
ایجاد اختلاط بین مواد که به منظور افزایش فشار سیالات یا تبادل حرارت بین آنها میباشد.
اساس عملکرد اجکتور
اساس کار اجکتور بر پایه اصل اولر میباشد. بر طبق اصل اولر، مقدار انرژی یک جریان پایدار و بدون لزجت، ثابت بوده و مقدار آن برابر است با مجموع انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل و انرژی فشاری.
2-1 V22+gz+dPρ=Cبراساس قانون بقای انرژی، این مقدار انرژی در صورت عدم اتلاف در اثر اصطکاک همواره مقداری ثابت است. اگر در جایی بدلیل تغییر سطح مقطع، سرعت سیال کاهش یابد، این مقدار انرژی به انرژی فشاری تبدیل میگردد و بالعکس با افزایش سرعت، فشار کاهش مییابد.
افزایش و کاهش سرعت سیال در تجهیزاتی که سطح مقطع عبور سیال در آنها تغییر مینماید، امکانپذیر میباشد. شکل هندسی این تجهیزات بصورت همگرا یا واگرا میباشد و وظیفه آنها تبدیل آنتالپی سیال به انرژی جنبشی و بالعکس است. برحسب اینکه سرعت سیال در ورودی این تجهیزات کمتر یا بیشتر از سرعت صوت باشد، دستگاه براساس شکل هندسی آن سبب افزایش یا کاهش سرعت سیال میشود.
در تجهیزات همگرا، سطح مقطع در امتداد جریان کم میشود. حال اگر سرعت سیال ورودی به این دستگاه کمتر از سرعت صوت باشد، سرعت سیال در امتداد جریان افزایش مییابد. در این حالت به دستگاه که سبب افزایش سرعت میشود نازل گفته میشود. در واقع نازلها به دستگاههایی گفته میشود که با تبدیل فشار سیال به سرعت سبب افزایش سرعت سیال میشوند. هر چه نسبت فشار ورودی نازل به فشار خروجی بیشتر باشد، سرعت سیال در قسمت انتهایی نازل افزایش خواهد یافت، تا حدی که به سرعت صوت میرسد.
حال اگر سرعت سیال ورودی به تجهیز همگرا بیشتر از سرعت صوت باشد، سرعت آن در حین عبور از مسیر کاهش و فشار آن افزایش مییابد. در این حالت به دستگاه که سبب کاهش سرعت و افزایش فشار میشود دیفیوزر گفته میشود. در واقع دیفیوزرها به دستگاههایی گفته میشود که با تبدیل سرعت سیال به فشار سبب افزایش فشار سیال میشوند.
در تجهیزات واگرا، سطح مقطع در امتداد جریان زیاد میشود. حال اگر سرعت سیال ورودی به این دستگاه کمتر از سرعت صوت باشد، سرعت سیال در امتداد جریان کاهش مییابد. بدین ترتیب چون دستگاه در جهت کاهش سرعت و افزایش فشار عمل کرده، لذا دیفیوزر میباشد.
حال اگر سرعت سیال ورودی به تجهیز واگرا بیشتر از سرعت صوت باشد، سرعت آن در حین عبور افزایش و فشار آن کاهش مییابد. در این حالت نیز، دستگاه سبب افزایش سرعت شده، بنابراین یک نازل میباشد.
براساس آنچه گفته شد، همواره باید توجه داشت که نازلها سبب افزایش سرعت و دیفیوزرها سبب افزایش فشار میشوند. پدیده تبدیل انرژی فشاری به انرژی سرعتی و بالعکس، اساس طراحی اجکتورها میباشد که به منظور ایجاد خلأ و انتقال مواد در صنعت کاربرد فراوان دارد.
برای آنکه این پدیده را به صورت ساده، مدل و تحلیل نمود، لازم است برای جریانی از سیال که از یک مجرا عبور میکند، فرضیات زیر را در نظر گرفت: (فرضیات استفاده از معادله برنولی یا اولر)
جریان یک بعدی و آدیاباتیک یعنی بدون انتقال حرارت باشد.
کار محوری بر روی آن انجام نشود.
تغییرات انرژی پتانسیل و اتلاف انرژی در طول جریان نیز ناچیز باشد.
در اینصورت میتوان معادله مقابل را برای بیان رابطه بین تغییرات سطح مقطع و سرعت آن سیال بکار برد.
2-2 M2-1duu=dAAدر اینجا M، نسبت سرعت جریان به سرعت صوت بوده و عدد ماخ نام دارد. این معادله بیان میکند، در یک جریان مادون صوت که مقدار M کوچکتر از یک است، با کاهش سطح مقطع در یک نازل، سرعت جریان افزایش مییابد.
چنانچه مقدار M بزرگتر از یک و جریان ماورای صوت باشد، سرعت جریان با افزایش سطح مقطع در نازل افزایش مییابد. بدین ترتیب با استفاده از یک نازل همگرا-واگرا، میتوان به سرعتهای بالاتر از صوت رسید. این نوع نازلها از سه بخش همگرا، گلوگاه و واگرا، تشکیل شدهاند که بخش گلوگاه کمترین سطح مقطع را دارد.
در یک جریان مادون صوت که مقدار M کوچکتر از یک است، با افزایش سطح مقطع، سرعت جریان کاهش مییابد و چنانچه مقدار M بزرگتر از یک و جریان ماورای صوت باشد، با کاهش سطح مقطع، سرعت جریان نیز کاهش مییابد.
بنابراین با استفاده از یک دیفیوزر همگرا-واگرا، میتوان سیالی را با سرعت ماورای صوت به سرعت مادون صوت و فشار بالا رساند. این نوع دیفیوزرها از سه بخش همگرا، گلوگاه و واگرا، تشکیل شدهاند که بخش گلوگاه کمترین سطح مقطع را دارد.
سیال محرک اجکتور که میتواند آب، بخار و یا هوا باشد، وارد نازل اجکتور میشود. در بخش همگرای نازل، با کاهش سطح مقطع، سرعت سیال افزایش مییابد. نازل میتواند از نوع همگرا یا همگرا-واگرا باشد. قطر قسمت انتهایی نازل همگرا بگونهای طراحی میشود که با توجه به میزان فشار ورودی سیال و فشار پایین دست آن، سرعت خروجی سیال به بیشترین مقدار ممکن برسد. چنانچه نازل از نوع همگرا-واگرا باشد، سیال پس از گلوگاه وارد قسمت واگرای نازل میشود و چنانچه قبلاً گفته شد، اگر سرعت سیال به سرعت صوت برسد، با افزایش سطح مقطع، سرعت سیال افزایش مییابد. این امر باعث میشود فشار در بخش خروجی نازل به حداقل خود رسیده و ایجاد خلأ نسبی و در نتیجه ایجاد مکش کند.
در بخش محفظه اجکتور، بلافاصله پس از نازل، بخش مکش قرار دارد. سیالی که مورد مکش قرار میگیرد از بخش مکش به سمت اجکتور کشیده شده و با سیال محرک پر سرعت مخلوط میشود. پس از اختلاط سیال محرک با سیال مکش، سرعت سیال مخلوط همچنان بالا میباشد و اگر سیال با همین سرعت بالا از اجکتور خارج گردد، موجب صدمه و آسیب به تجهیزی که بعد از اجکتور قرار گرفته است، میشود. بنابراین به نوعی باید این انرژی سرعتی بالا را به انرژی فشاری تبدیل نمود. این عمل در بخش دیفیوزر اجکتورها انجام میشود.
دیفیوزر اجکتورها به دو صورت طراحی میشوند :
در نوع اول، دیفیوزر تنها دارای یک بخش واگرا میباشد. این نوع دیفیوزرها هنگامی بکار میروند که سرعت سیال اختلاط مادون صوت باشد. بدین ترتیب، سرعت سیال اختلاط هنگام عبور از بخش واگرای دیفیوزر، با افزایش سطح مقطع، کاهش یافته و فشار افزایش مییابد. در خروجی دیفیوزر بیشتر انرژی مخلوط سیال محرک و مکش یافته، بصورت انرژی فشاری میباشد.
در نوع دوم، دیفیوزر دارای سه بخش همگرا، گلوگاه یا بخش سطح مقطع ثابت و واگرا میباشد. این نوع دیفیوزرها هنگامی بکار میروند که سرعت سیال اختلاط (سیال مکش و سیال محرک) ماورای صوت باشد. بدین ترتیب، بدلیل خاصیت سیال ماورای صوت، سرعت سیال اختلاط، هنگام عبور از بخش همگرای دیفیوزر، با کاهش سطح مقطع، کاهش مییابد و انرژی سرعت آن به انرژی فشار تبدیل میگردد. بخش سطح مقطع ثابت دیفیوزر همواره به گونهای طراحی میشود تا با ایجاد امواج شوک سرعت سیال را کاهش داده و فشار آن بطور ناگهانی افزایش یابد. در نتیجه سیال از حالت ماورای صوت، به مادون صوت میرسد. بدین ترتیب در قسمت واگرای دیفیوزر، با افزایش سطح مقطع، سرعت سیال کاهش یافته و فشار افزایش مییابد. در خروجی دیفیوزر بیشتر انرژی مخلوط سیال محرک و مکش یافته، بصورت انرژی فشاری بوده و در نتیجه از اجکتور خارج و وارد تجهیز بعدی میشوند. مقدار فشار سیال خروجی، بین فشار سیال محرک و فشار سیال مکش یافته میباشد.
شکل 2-2 تغييرات سرعت و فشار استاتيك را در طول اجكتور نشان مي دهد. سيال اوليه با فشار زیاد (Pp) وارد نازل اوليه كه یك نازل همگرا واگرا است مي شود، و سپس در این نازل شتاب مي گيرد تا در خروجي نازل، جریان به سرعت ما فوق صوت برسد. سيال اوليه در نازل اجكتور، تا فشار (P2)به صورت ایزنتروپيك منبسط مي شود و با سيال ثانویه در فشار ثابت و در محفظه اختلاط، مخلوط مي گردد. اختلاط تا قبل از ورود به ناحيه قطر ثابت كامل مي شود و سيال مخلوط شده با همان فشار (P3 = P2) با سرعت مافوق صوت به ناحيه قطر ثابت وارد مي گردد. در این ناحيه بواسطه حضور یك شوک قائم، كه اثر تراكمي قوی بر سيال دارد، فشار تا (P5) افزایش مي یابد و سيال با سرعت مادون صوت به دیفيوزر وارد شده، تا (Pc) متراكم مي گردد.

شکل 2-2 نمودار تغییرات سرعت و فشار در طول اجکتور [2]
2-3 ساختار اجکتور
چنانچه قبلاً ذکر شده، اجکتورها بخش متحرکی نداشته و شامل دو قسمت مهم نازل و دیفیوزر میباشند. جهت طراحی اجکتور میبایست سایز نازل سیال محرک، طول دیفیوزر و قطر گلوگاه آن محاسبه گردد. تعیین دقیق این پارامترها با توجه به فشارهای ورودی سیال محرک و سیال مکش یافته، فشار خروجی سیال مخلوط و دبی جرمی سیالها انجام میپذیرد. بطور مثال چنانچه طول دیفیوزر کمتر از مقدار صحیح آن محاسبه شود، در قسمت واگرای دیفیوزر و در نزدیک دیواره، پدیده جدایش ایجاد میشود. وجود پدیده جدایش که جدا شدن سیال از بدنه اجکتور میباشد، سبب میشود، مقدار کمتری از سیال مکش یافته، مکش شود و در نتیجه اجکتور، ظرفیتی کمتر از حالت عادی خود خواهد داشت.
از آنجا که عملکرد یک اجکتور به فاکتورهایی چون سطح مقطع نازل سیال محرک و گلوگاه ونتوری، فشار سیال محرک، فشار مکش، فشار خروجی، نسبت گرماهای ویژه، وزنهای مولکولی و دمای سیال مکش یافته و سیال محرک بستگی دارد، لذا برای تعیین سایز اجکتور از نمودارها و شکلهایی استفاده میشود که با توجه به فشار مکش یا در واقع خلأ مورد نیاز، فشار خروجی و فشار سیال محرک، مقدار بهینه نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل را جهت طراحی اولیه میدهد. یک نمونه از این نمودارها در شکل 2-3 مشاهده میشود.

شکل 2-3 منحنیهای طراحی برای اجکتورهای تکمرحلهای [3]
2-3-1 تعیین نسبت سطح مقطع گلوگاه دیفیوزر به گلوگاه نازل
شکل 2-3، برای تعیین نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل اجکتور، تا نسبتهای تراکم 10 و تا نسبت سطوح 100 بکار میرود. برای مثال فرض میکنیم میخواهیم هوایی با فشارLbf/in2 94/2 را با بخاری که دارای فشار Lbf/in2100 است، بوسیله یک اجکتور تخلیه کنیم طوریکه در نهایت فشار خروجی به Lbf/in27/14 برسد. بدین ترتیب5/0Po3/Pob= (نسبت فشار سیال خروجی به فشار مکش یا همان نسبت تراکم) و0294/0Pob/Poz= (نسبت فشار سیال مکش یافته به فشار سیال محرک) میباشد. از تقاطع این دو نقطه بر روی نمودار، مقدار بهینه نسبت سطحها، بین منحنیهای 10 و 15 بدست میآید که میتوان مقدار تقریبی 12 را برای آن ذکر کرد. بصورت افقی حرکت کرده تا به منحنی 12 در سمت چپ شکل برسیم. با تقاطع این نقطه و محور افقی، مقدار ωbωa بصورت تقریبی Lb 15/0 بدست میآید. بدین معنا که هر Lb بخار قادر است ، Lb 15/0 هوای مکش یافته را مکش نماید.
ω (Entrainment Ratio) یکی از پارامترهای مهم اجکتور بوده و بصورت نسبت دبی سیال مکش شده به دبی سیال محرک تعریف میشود. در واقع بهترین اجکتور، اجکتوریست که با توجه به نوع سیالهای مورد استفاده و شرایط ترمودینامیکی آنها ، بیشترین مقدار ω ر ایجاد کند و هدف اصلی در طراحی بهینه اجکتور، ماکزیمم کردن این مقدار به ازای ثابت ماندن سایر شرایط است.
البته عدد حاصل با فرض اینکه نسبت وزن مولکولی سیال محرک و مکش یافته برابر یک بوده و دمای این دو سیال نیز برابر باشد، بدست آمده است. لذا با استفاده از فرمول زیر، عدد بدست آمده را میبایست تصحیح نمود.
2-3 ωωa=ωωbTOaMbTObMaکه در اینجا:
Mb: وزن مولکولی سیال مکش یافته
Ma: وزن مولکولی سیال محرک
TOb: دمای سیال مکش یافته
TOa: دمای سیال محرک
ωb: دبی جرمی سیال مکش یافته
ωa: دبی جرمی سیال محرک
2-4 انواع اجکتورها
2-4-1 انواع اجکتورها از نظر سیال محرک
اجکتورها بر اساس اینکه در آنها از چه سیالی بعنوان سیال محرک، استفاده میشود، به سه دسته تقسیم میشوند:
1- اجکتورهای بخار 2- اجکتورهای آب یا سایر مایعات فرایندی 3- اجکتورهای هوا
عموماً برای کاربردهایی که نیاز به خلأهای بالا میباشد و یا میزان بار ورودی به اجکتور زیاد است، از اجکتورهای بخار استفاده میشود. ترموکمپرسور، هیتر، دی سوپرهیتر و سیفونها از جمله اجکتورهای بخار میباشند. در کاربردهایی که مواد خورنده وجود ندارند جنس این اجکتورها از فولاد ضد زنگ، فولاد کربن و یا چدن است. اما در مواردی که نیاز است اجکتور در مقابل مواد خورنده مقاوم باشد، از آلیاژهای مونل، هسنلوی،PVDF ،PTFE ، گرافیت و غیره در ساختار اجکتور استفاده میشود.
اجکتورهای هوا برای ایجاد خلأهای پایین مورد استفاده قرار میگیرند و از آنجا که سیال محرک مورد استفاده در آنها هوا میباشد، لذا بیشتر در مواردی کاربرد دارند که نیاز به تهویه و یا تزریق هوا یا اکسیژن به یک محیط بسته موردنظر است.
برای ایجاد خلأهای پایین و در کاربردهایی که نیاز است، ذرات آلودگی موجود در بخارات و یا گازها قبل از ورود به اتمسفر، حذف شوند، از اجکتورهای آب و مایعات فرایندی استفاده میشود. اجکتور کندانسور، گاس اسکرابر و ادکتور از جمله این نوع اجکتورها میباشند. این نوع اجکتورها معمولاً در ترکیب با یک پمپ جهت سیرکولاسیون آب با یا مایع فرایندی اجکتور به کار میروند.
2-4-2 انواع اجکتور از نظر کاربرد
2-4-2-1 ایجاد خلأ
فرایندهایی چون تقطیر و تبخیر که میتوانند تحت خلأ انجام شوند دارای کاربردهای زیادی در صنعت میباشند. زمانیکه سیال فرایندی حاوی هیدرکربنهای سنگین باشد، نقطه جوش ترکیب نسبتاً بالا میرود و لذا انرژی بیشتری برای تقطیر آن مورد نیاز میشود. از طرف دیگر، مقاومت مواد هیدروکربنی در مقابل حرارتهای زیاد، کم بوده و مورد تجزیه شدن قرار میگیرند. برای رفع این مشکل فرایند تقطیر، در فشار خلأ نسبی انجام میشود. در این صورت مواد در دمایی پایینتر از نقطه جوش معمولی خود به جوش آمده و علاوه بر اینکه به انرژی و دمای کمتر نیاز است، مولکولها نیز تجزیه نمیشوند. تبخیر تحت خلأ نیز دقیقاً مزایای تقطیر خلأ را دارد. بدین ترتیب که برای تغلیظ خوراکهایی که مواد موجود در آنها نسبت به دمای بالا حساس هستند، عمل تبخیر در خلأ انجام میگیرد، تا مواد در دمایی پایینتر از نقطه جوش معمولی، به جوش آیند.
از جمله مهمترین کاربردهای اجکتور برای ایجاد خلأ میتوان به ایجاد خلأ در برج خلأ واحد تقطیر پالایشگاه نفت اشاره نمود.
2-4-2-2 سیفون و ادکتور
از آنجا که اجکتورها با ایجاد خلأ سبب مکش سیال میشوند، در برخی از موارد، میتوان از این خصوصیت جهت انتقال سیالات استفاده نمود. اجکتورهایی که از بخار بعنوان سیال محرک جهت انتقال و پمپاژ آب یا مایعات دیگر استفاده میکنند، تحت عنوان سیفون شناخته میشوند. در اجکتورها اختلاط آب یا سیال مکش یافته با سیال محرک باعث کندانس بخار میشود.
ادکتورها نیز مانند سیفونها برای پمپ، انتقال و تخلیه مایعاتی که در سطوح پایینتر قرار گرفتهاند، بکار میروند با این تفاوت که سیال محرک مورد استفاده در ادکتورها بجای بخار، یک مایع پر فشار است. از اجکتورهای مایع، جهت انتقال مواد گرانولی یا پودری و یا اختلاط آنها با مایعات نیز استفاده میشود.
2-4-2-3 ونتیلاتور و گاس اسکرابر
همانطور که قبلاً ذکر شد، یکی از مهمترین موارد استفاده از اجکتورها، تهویه محیط و حذف ذرات آلوده موجود در سیالات میباشد. جهت تخلیه هوای آلوده از یک محیط بسته مانند تانک از یک دستگاه تهویه یا ونتیلاتور استفاده میشود. هوا و یا نیتروژن فشرده شده به عنوان سیال محرک وارد اجکتور میشوند و بدین ترتیب گازها و بخارات آلوده را از محیط، مکش نموده و خارج مینمایند.
در بعضی از موارد نیز که هدف تزریق هوای تازه به یک محیط بسته میباشد، هوای پرفشار موجود یا ایجاد شده توسط یک کمپرسور کوچک، وارد ونتیلاتور شده و پس از اختلاط با هوای آزاد مکش شده، به محیط بسته وارد میشود. لازم به ذکر است اگر قرار بود حجم هوای مورد نیاز را توسط یک کمپرسور فشار پایین و با دبی بالا، فشرده ساخته تا به محیط مورد نظر انتقال یابد، هزینه بالاتری صرف میشد.
تزریق هوا یا اکسیژن در برخی از فرایندها نیز انجام میشود. فرایندهایی از قبیل اکسیداسیون، تخمیر و فرایندهای بیولوژیکی برای انجام واکنش، نیاز به اکسیژن دارند که در اینگونه موارد از اریتور استفاده میشود. سیال محرک مورد استفاده در اریتور، آبی است که توسط یک پمپ سیرکولاسیون، پرفشار شده و وارد اجکتور میشود و بدین ترتیب هوای آزاد محیط را مکش نموده و به فرایند تزریق مینماید.
برای حذف ذرات گرد و غبار، آلودگی، بخارات و بوی بد گازهای صنعتی از گاس اسکرابر استفاده میشود. این تجهیزات معمولاً بین مراحل فرایندی و یا قبل از اینکه گاز به اتمسفر تخلیه شود، آلودگیهای مذکور را حذف میکنند. از اجکتورها میتوان به منظور جداسازی ذرات موجود در گاز استفاده نمود. در این موارد سیال محرک مورد استفاده مایعی است که قادر است ذرات معلق موجود در گاز را در خود جذب نماید. مخلوط سیال محرک و گاز حاوی ذرات آلوده به یک درام منتقل شده و در آنجا مایع از گاز جدا میشود. مایع توسط یک پمپ، مجدداً به اجکتور منتقل میشود.
2-4-2-4 اختلاط سیالات
چنانچه قبلاً ذکر شد، سیال محرک مورد استفاده در بسیاری از اجکتورها، بخار میباشد. از آنجا که بخار دارای حرارت بالا بوده و اختلاط آن با آب بعنوان سیال مکشی، مشکلی ایجاد نمینماید، لذا در بسیاری از موارد از اجکتورهای بخار جهت گرمایش آب یا سیالات فرایندی استفاده میشود. در این نوع اجکتورها، بخار بعنوان سیال محرک بطور مستقیم با آب یا هر مایع دیگر تماس پیدا کرده و پس از اختلاط کامل، آب گرم شده و بخار نیز کندانس میگردد.
در بعضی از موارد نیز از اجکتور جهت کاهش دمای بخار استفاده میشود. بخار مصرفی در واحدهای صنعتی توسط واحدهای تولید کننده بخار تولید میشود که میتواند به صورت اشباع و یا سوپرهیت باشد. بخار تولید شده که برای واحدهای مصرف کننده فرستاده میشود، معمولاً سوپرهیت بوده و باید از نظر دما و فشار کنترل گردد. لذا کنترل دما در سوپرهیت کنندهها از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. یکی از روشهای کاهش دمای بخار سوپرهیت، استفاده از دیسوپرهیتر میباشد.
دیسوپرهیترها تجهیزاتی هستند که با تماس دادن مستقیم آب خنک و بخار سوپرهیت، باعث کاهش دمای بخار سوپرهیت میگردند. در برخی از دیسوپرهیترها از یک اجکتور جهت اختلاط آب با بخار سوپرهیت استفاده میشود. بخار سوپرهیت به عنوان سیال محرک عمل کرده و آب را مکش نموده و سبب اختلاط آن با بخار و لذا کاهش دمای آن میشود.
2-4-2-5 افزایش فشار
از آنجا که سیال منتقل شونده در اجکتور ضمن عبور از دیفیوزر، فشار آن نیز افزایش مییابد، لذا یکی از کاربردهای اجکتورها افزایش فشار سیالات است. از جمله این نوع اجکتورهای بخار میتوان به ترموکمپرسور و یا بخار jet computer اشاره نمود. ترموکمپرسورها اغلب جهت کاهش انرژی مصرفی در تبخیر کنندهها استفاده میشوند. در شکل 2-4 یک نمونه از ترموکمپرسورها را مشاهده می کنید.

شکل 2-4 یک نمونه ترموکمپرسور [4]
چنانچه میدانیم تبخیر کنندهها برای غلیظ کردن محلولها کاربرد دارند و برای گرم کردن خوراک از بخار استفاده میکنند. بخار وارد لولههای تبخیرکننده شده و حرارت خود را به خوراک میدهد و سبب میشود بخشی از خوراک تبخیر شود و به این ترتیب محصول تغلیظ شده، بوجود آید. بخارات حاصل از تبخیر خوراک، از بالای تبخیر کننده خارج میشود. برای جلوگیری از اتلاف حرارتی در تبخیر کنندهها، از انرژی گرمایی بخارات حاصل از گرم کردن خوراک ورودی، میتوان استفاده نمود. بدین منظور لازم است این بخار با بخار تازه که وارد لولههای مبدل تبخیر کننده میشود، مخلوط گردد. از آنجاییکه فشار بخار ورودی به لولههای مبدل بالاتر از فشار "بخار حاصل از تبخیر خوراک" میباشد، لازم است از یک اجکتور استفاده شود تا بخارات حاصل از گرمایش خوراک را مکیده و ضمن مخلوط نمودن با بخار تازه، وارد مبدل تبخیر کننده گردد. بدین ترتیب به کمک یک اجکتور میتوان از انرژی گرمایی بخار استفاده بهینه نمود.
چنانچه میدانیم برای بالا بردن فشار گاز و انتقال آن در طول یک فرایند، از کمپرسور استفاده میشود. کمپرسورها انواع مختلفی دارند که بر حسب کاربرد، میزان فشرده سازی، ظرفیت مورد نیاز، شرایط سیال ورودی و ... نوع آن توسط طراح، انتخاب و پارامترهای مهم آن تعیین میشود. بعنوان مثال در کمپرسورهای سانتریفیوژ، فشار سیال ورودی نباید کمتر از حد معینی باشد.
در برخی از موارد احتمال دارد فشار گازی که وارد یک کمپرسور سانتریفیوژ میشود از حد پایین بخش مکش آن کمتر شود و سبب شود کمپرسور وارد سرج شده یا نهایتاً از سرویس خارج شود. همچنین احتمال دارد طراح بخواهد از یک کمپرسور سانتریفیوژ فشار بالا در فرایند استفاده نماید، اما به دلیل اینکه فشار گاز ورودی بسیار پایین است، هزینه بالایی باید صرف تهیه کمپرسور شود.در اینگونه موارد میتوان از یک اجکتور برای بالا بردن فشار گاز ورودی به کمپرسور استفاده نمود. بخشی از گاز خروجی از کمپرسور برگشت داده شده تا بعنوان سیال محرک در اجکتور مورد استفاده قرار گیرد.
یک نمونه از موارد استفاده از این طرح در بازیافت گازهای ورودی به فلر میباشد. بخش مهمی از گازهای زایدی که به سیستم فلر فرستاده میشوند، گازهایی هستند که دارای فشار بسیار کم بوده و به همین دلیل غیرقابل استفاده در فرایند میباشند. اما چنانچه فشار این گازها به حد مطلوبی برسد، میتوان مجدداً از آنها استفاده نمود.
در جدول 2-1، موارد کاربردی هریک از اجکتورهای بخار، هوا و آب ذکر شده است.

جدول 2-1 کاربرد انواع اجکتورها [5]
کاربرد سیال محرک نمونه
پمپاژ و انتقال مایعات بخار سیفونهای جت بخار
مکندههای (exhauster) جت بخار
پمپهای خلأ تک مرحلهای
هوا سیفونهای جت هوا
مکندههای جت هوا
مایع اجکتورهای جت آب
مکندههای جت آب
انتقال هوا و گازها (pump و priming) بخار بلوورهای جت بخار
مکندههای (exhauster) جت بخار
ترموکمپرسورهای جت sream
پمپهای خلأ یک مرحلهای
پمپهای خلأ چند مرحلهای
هوا بلوورهای جت بخار
مکندههای (exhauster) جت بخار
پمپهای خلأ یک مرحلهای
کمپرسورهای جت هوا
گاز کمپرسورهای جت گاز
مایع مکندههای (exhauster) جت مایع
کندانسورهای بارومتریک
کندانسورهای low level
ادکتورهای جت آب (ظرفیت پایین)
انتقالslurryها و گرانولهای جامد بخار سیفونهای جت بخار
هیترهای slurry جت بخار
پمپهای خلأ یک مرحلهای
هوا مکندههای (exhauster) جت هوا
مایع ادکتورهای جت آب
گرمایش آب (بوسیله تماس مستقیم) بخار هیترهای نوع خط لولهای
هیترهای جت بخار
هیترهای جت بخار (ظرفیت بالا)
سیفونهای جت بخار
هیترهای نوع باز
هیترهای نوع بخار (ظرفیت بالا)
مایع هیترهای نوع تانک
هیترهای جت آب
2-5 آرایش اجکتورها
برای ایجاد خلأهای نسبتاً بالا و یا زمانی که میزان بار مکش یافته زیاد و متغیر است از چندین اجکتور با آرایش سری یا موازی استفاده میشود. آرایش موازی برای مواقعی که میزان بار مکش یافته زیاد و متغیر است، بکار میرود. بدین منظور، سیال مکش یافته به چند قسمت تقسیم شده و هر قسمت وارد یک اجکتور میگردد. استفاده از آرایش موازی امکان تعمیرات در خط اجکتورها را نیز فراهم مینماید.
آرایش سری، برای مواقعی که خلأ بالایی مورد نیاز است، بکار میرود. بدین منظور، سیال خروجی از اجکتور اول، سیال مکش یافته اجکتور دوم و سیال خروجی از اجکتور دوم نیز سیال مکش یافته اجکتور سوم میباشد و به همین ترتیب اجکتورها به هم ارتباط دارند.
جهت بررسی تغییرات سرعت، فشار و دبی در یک اجکتور، از رابطه 2-4 که ترکیب معادله مومنتوم و معادله پیوستگی میباشد، استفاده میشود.
2-4 P2A2+mPVPβP+mSVSβS=mP+mSV2β2+P1A1اندیس2 مربوط به جریان خروجی، اندیس S، مربوط به سیال محرک و اندیس P، مربوط به سیال مکش یافته میباشد. اندیس1 نیز مربوط به فشار و سطح مقطع بخش مکش است.
با استفاده از این معادله میتوان نتیجهگیری نمود که برای افزایش میزان خلأیی که در بخش مکش ایجاد میشود، سه روش وجود دارد که یکی از این روشها کاهش نسبت فشار خروجی به فشار ورودی و یا به عبارت دیگر کاهش نسبت تراکم است. در معادله مذکور، فرض میکنیم همه پارامترها به جز فشار خروجی و فشار در بخش مکش، ثابت هستند. چنانچه دیده میشود، با کاهش میزان فشار خروجی دیفیوزر یعنی P2، فشار در بخش مکش یعنی P1 نیز کاهش یافته و در نتیجه میزان خلأ ایجاد شده بیشتر خواهد بود. از این خصوصیت در آرایش سری استفاده میشود تا خروجی هر اجکتور به مکش اجکتور بعدی متصل شده و به این ترتیب نهایتاً خلأ بیشتر در مرحله اول ایجاد شود.
روش دیگر جهت افزایش خلأ در بخش مکش ، افزایش دبی سیال محرک میباشد. از روی معادله مشاهده میشود که با افزایش دبی سیال محرک mS، جمله mSVSβS در عبارت سمت چپ معادله و نیز جمله mP+mSV2β2 در سمت راست معادله، افزایش خواهد یافت. اما از آنجا که سرعت سیال در خروجی یعنی V2 از سرعت سیال محرک یعنی VS بیشتر میباشد، لذا میزان افزایش در سمت راست معادله بیشتر خواهد بود. بنابراین باید در سمت راست معادله P1V1 کاهش یابد تا رابطه برقرار گردد. کاهش P1V1 به معنی کاهش فشار و افزایش خلأ در بخش مکش است.
روش سوم جهت افزایش خلأ بخش مکش، افزایش فشار سیال محرک میباشد.
استفاده از هر یک از روشهای مذکور به شرایط و امکانات موجود و همچنین شرایط طراحی بستگی دارد. در مواردی که بخار با دبی یا فشار زیاد در دسترس است، از روشهای دوم و سوم استفاده میشود. بدیهی است که با افزایش دبی سیال محرک، به اجکتور بزرگتری نیاز است. اما چنانچه با محدودیت میزان بخار مواجه باشیم، از اجکتورهای چندمرحله استفاده میشود.
بطور مثال چنانچه در شکل 2-5 ملاحظه میشود، برای ایجاد فشار mmHg 600 در بخش مکش، میزان مصرف بخار برای اجکتور یک مرحلهای، 25 پوند به ازای هر پوند هوای موجود در بار مکش خواهد بود. در صورتیکه اگر از اجکتور دو مرحلهای استفاده شود، میزان مصرف بخار 8 پوند به ازای هر پوند هوای موجود در بار مکش میباشد و این نشان میدهد که استفاده از اجکتور چند مرحلهای مزیت بیشتری دارد.
در استفاده از اجکتورها بصورت چند مرحلهای، در ابتدای مراحل، بین اجکتورها و یا در پایان مراحل میتوان از کندانسور استفاده شود. از آنجا که فشار در اجکتورهای چند مرحلهای بسیار پایین میباشد، لذا بخارات قابل کندانس، کندانس نشده و در نتیجه میزان بار ورودی به اجکتورها، زیاد خواهد بود. وجود یک کندانسور سبب میشود، بخارات قابل کندانس، کندانس شده و علاوه بر اینکه از ابعاد اجکتور کاسته میشود، با کاهش بار سیال ورودی به اجکتور، از میزان سیال محرک مورد نیاز نیز کاسته میشود. بدیهی است که فشار موجود در کندانسورها همان فشار خروجی اجکتور قبلی و یا فشار مکش اجکتورر بعدی است. در اشکال 2-6 تا 8 اجکتور یک و دو مرحله ای نمایش داده شده است.

شکل 2-5 منحنی محاسبه مقدار بخار مورد نیاز بر حسب فشار مکش اجکتور[6]

شکل 2-6 اجکتور تک مرحله اي [7]

شکل2-7 اجکتور دو مرحله اي با کندانسورهاي داخلی بارومتریک[7]

شکل 2-8 اجکتور دو مرحله اي با کندانسور سطحی[7]
در شکل 2-9 مشاهده میشود که چنانچه سیستم از دو مرحله اجکتور بدون کندانسور تشکیل شده باشد، برای ایجاد فشار mmHg 100 در بخش مکش، میزان مصرف بخار 7 پوند به ازای هر پوند هوای موجود در بار مکش خواهد بود. اما در صورتیکه سیستم از دو مرحله اجکتور و یک کندانسور میانی تشکیل شده باشد، میزان مصرف بخار 3 پوند به ازای هر پوند هوای موجود در بار مکش خواهد بود.

شکل 2-9 منحنی محاسبه مقدار بخار مورد نیاز بر حسب فشار مکش اجکتور [6]
معمولاً در انتها نیز برای کندانس بخارات مرحله نهایی از یک کندانسور استفاده میشود که البته این کندانسور تأثیری روی عملکرد و یا اقتصاد اجکتور ندارد بلکه بیشتر برای جذب بخارات بدبو و مضری است که ممکن است در بخار ونت شده به اتمسفر باشد. بدیهی است که فشار عملیاتی این کندانسور، که پس از آخرین اجکتور قرار میگیرد، تقریباً اتمسفریک است. کندانسورهای مورد استفاده برای اجکتورها یا از نوع تماسی (بارومتریک) هستند و یا از نوع سطحی (پوسته-لوله).
در کندانسور تماسی (بارومتریک)، بخار و سایر مواد قابل کندانس بوسیله اسپری آب خنک، مایع میشوند و در نتیجه سیال محرک با آب مخلوط میشود اما در کندانسورهای سطحی (پوسته-لوله) که بیشتر در مواردی به کار میروند که بار اجکتور زیاد میباشد، سیال اجکتور و سیال خنککننده، با یکدیگر مخلوط نمیشوند. بخشی از سیالات اجکتور کندانس شده و گازهای باقیمانده به اجکتور بعدی وارد میشوند.
2-5-1 تعیین سایز اجکتور و میزان بخار مورد نیاز بعنوان سیال محرک در اجکتورهای تک مرحلهایی
عموماً بخاری که بعنوان سیال محرک در اجکتورها مورد استفاده قرار میگیرد ، بخارpsig 100، با 15-10 درجه سوپرهیت است. یکی از روشهای تعیین مقدار بخار موردنیاز برای سیال محرک، استفاده از شکل 2-10 میباشد.

شکل 2-10: منحنی تخمین مقدار بخار مورد نیاز اجکتورها[6]
چنانچه در شکل دیده میشود، برای هر ترکیببندی اجکتور و کندانسور دو منحنی وجود دارد. یکی از آنها مربوط به پایینترین حد هوای موجود در بار مکش (10% هوا در مخلوط) و دیگری بالاترین حد هوا (100% هوا در مخلوط) میباشد. برای سایر درصدها، از نواحی بین این دو منحنی استفاده میگردد.
جهت تعیین مدار بخار موردنیاز، ابتدا بر روی محور افقی میزان فشار مکش را معین کرده و با توجه به تعداد مراحل اجکتور، به منحنی مربوط وصل میکنیم. عددی که نقطه مذکور بر روی محور عمودی حاصل میکند، نمایانگر میزان بخار مورد نیاز به ازای مقدار هوای موجود در بار مکش، خواهد بود. همانطور که در شکل دیده میشود، با کاهش فشار بخش مکش، یا بعبارت دیگر با افزایش خلأ، میزان بخار مورد نیاز نیز افزایش مییابد.
در واقع برای تعیین میزان بخار مورد نیاز بعنوان سیال محرک اجکتورها، از فرمول زیر استفاده میشود:
2-5 Ws=Ws'Wairدر اینجاWs' میزان مصرف بخار با فشار psig 100، به ازای میزان هوای موجود در بار مکش اجکتور است و با استفاده از فشار مکش از شکل 2-11 بدست میآید. Wair نیز کل هوای ورودی به اجکتور در قسمت مکش میباشد.
البته باید توجه داشت که برای فشارهای بسیار کم در قسمت مکش، از بخشهای راست شکل استفاده میشود.
در شکل 2-11، با داشتن فشار و بار در قسمت مکش، میتوان سایز اجکتور و میزان بخار مصرفی را برای سیال محرک مورد استفاده در یک اجکتور تک مرحلهای تخمین زد. البته عدد حاصل میزان مصرف بخاری که دارای فشار psig90 میباشد را مشخص میکند. چنانچه فشار بخار بکار رفته غیر از psig90 باشد، میبایست یک فاکتور اصلاحی (F) در میزان بخار psig90 ، Ws90 ضرب شده تا میزان بخار مصرفی Ws که دارای فشاری غیر از psig 90میباشد، تعیین گردد. فاکتورهای اصلاحی برای اجکتور یک مرحلهای در شکل 2-12، آمده است.
2-6 Ws=Ws90 F
شکل 2-11: منحنی ظرفیت اجکتور تک مرحله ای[6]

شکل 2-12: فاکتورهای اصلاحی اجکتور تک مرحله ای[6]
همانطور که در شکل 2-12 دیده میشود، با افزایش فشار سیال محرک، فاکتور اصلاحی F، کمتر میشود واین بدین معناست که با افزایش فشار سیال محرک، دبی مورد نیاز کمتر میشود. در واقع برای کاهش فشار در بخش مکش، ویا افزایش میزان خلأ، به جای بیشتر کردن دبی سیال محرک میتوان فشار سیال محرک را افزایش داد. [8]
1-5-2 تعیین سایز اجکتور و میزان بخار مورد نیاز بعنوان سیال محرک در اجکتورهای دو مرحلهای
تعیین سایز و میزان بخار مصرفی دو اجکتور سری بدون کندانسور نیز مانند اجکتور تک مرحلهای میباشد با این تفاوت که از شکل 2-13 و 2-14 استفاده میشود.

شکل 2-13: منحنی ظرفیت اجکتور دو مرحله ای[6]

شکل 2-14: فاکتورهای اصلاحی اجکتور دو مرحله ای[6]
برای تعیین میزان بخار مورد نیاز بعنوان سیال محرک اجکتورهای دو مرحلهای با یک کندانسور میانی، از فرمول زیر استفاده میشود:
2-7 Ws=Ws'Wm KFدر اینجاWs میزان مصرف بخار با فشار psig90، به ازای میزان بار ورودی به اجکتور است و با استفاده از فشار مکش از شکل 2-14، بدست میآید. Wm نیز کل بار ورودی به اجکتور در قسمت مکش میباشد که از جمله دادههای معلوم میباشد.
از آنجا که وجود گازهای غیر قابل کندانس مانند هوا بر روی میزان بخار مصرفی اثر میگذارد لذا تأثیر این گازها با استفاده از فاکتور K، در نظر گرفته میشود. برای تعیین فاکتور K، با استفاده از شکل 2-16، نسبت گازهای غیر قابل کندانس به کل بار در قسمت مکش را بر روی محور افقی تعیین کرده و پس از تقاطع آن با منحنی، میزان فاکتور K بر روی محور عمودی، تعیین میگردد.
فاکتور فشار F نیز با توجه به فشار بخاری که بعنوان سیال محرک مورد استفاده قرار میگیرد، از شکل 2-17، بدست میآید.

شکل 2-15 فشار مکش اجکتور بر حسب میزان مصرف بخار با فشار psig 100 [6]

شکل 2-16: تعیین فاکتور K [6]

شکل 2-17: تعیین فاکتور فشار F [6]
چنانچه قبلاً ذکر شده، برای کاهش فشار در بخش مکش و یا میزان افزایش میزان خلأ، به جای بیشتر کردن دبی سیال محرک میتوان فشار سیال محرک را افزایش داد.
در شکل 2-18 منحنی عمودی نشاندهنده میزان فشار در بخش مکش، منحنی افقی مربوط به فشار خروجی و منحنیهای مورب، نشاندهنده فشار سیال محرک هستند. برای یک فشار معین در خروجی، هر چه فشار سیال محرک بیشتر و به منحنی 100% نزدیکتر شود، میزان فشار مکش، کاهش یافته و خلأ ایجاد شده بیشتر میشود.

شکل 2-18 نمودار کمینه پسفشار بر حسب بیشینه فشار تخلیه [6]
2-6 عوامل ایجاد اختلال در عملکرد اجکتور
1- دما و فشار سیال محرک یکی از مهمترین فاکتورهایی است که بر روی عملکرد اجکتور تأثیر میگذارد. هم فشار کمتر از فشار طراحی و هم دمای بیشتر از دمای طراحی، حجم ویژه سیال محرک را افزایش داده و در نتیجه مقدار کمتری از سیال محرک، از نازل عبور کرده و سبب میشود مقدار خلأ ایجاد شده کاهش یابد.
افزایش فشار سیال محرک نیز باعث ایجاد مشکل میشود. در صورتیکه فشار سیال محرک به بیش از 20 درصد فشار طراحی برسد، در قسمت نازل، بخار به مقدار زیادی انبساط یافته و گلوگاه دیفیوزر را دچار خفگی میکند، و بدین ترتیب به دلیل تجمع بخار در دیفیوزر، بار کمتری از سیال مکش توسط اجکتور منتقل میگردد.
از آنجا که همیشه احتمال دارد خطوط لوله بخار، دچار نوسانات فشار شوند، لذا هنگام طراحی اجکتور، فشار سیال محرک همواره کمتر و بعنوان مثال در حدود psi10 پایینتر از فشار خطوط بخار در نظر گرفته میشود.
2- وجود رطوبت در بخار محرک، به اجکتور آسیب رسانده و سرعت بالای قطرات رطوبت باعث فرسایش و خوردگی نازل و سطوح داخلی اجکتور و حتی سوراخشدگی آنها میگردد. وجود رطوبت در بخار بر روی عملکرد اجکتور نیز تأثیر گذاشته و باعث ایجاد نوسان در تولید خلأ میشود. از آنجا که فشار مکش اجکتور کمتر از فشار اتمسفر میباشد، در نتیجه قطرات رطوبت تبخیر شده و حجم آنها افزایش مییابد و سبب میشود مقدار کمتری از بار مکش انتقال یابد.
برای جلوگیری از بوجود آمدن این مشکل، قبل از ورودی سیال محرک به اجکتور، تله بخار نصب میشود تا کندانسهای بوجود آمده را خارج نماید. در بعضی موارد نیز ممکن است از سوپرهیتر استفاده شود تا بخار اشباع را تبدیل به بخار داغ و خشک کند.
3-یکی دیگر از عوامل مؤثر بر روی عملکرد اجکتورها، عدم کارکرد صحیح کندانسورها میباشد. افزایش دمای آب خنک کننده و یا کاهش سرعت جریان آن، اختلاف دمای میانگین لگاریتمیLMTDرا کاهش میدهد و کندانسور دیگر قادر نخواهد بود بخار و هیدروکربنهای قابل کندانس را کندانس نماید و به همین دلیل بار ورودی به اجکتور بعدی افزایش مییابد. این مشکلات اغلب در فصول گرم سال که آب گرمتر است، بوجود میآید. جرم گرفتگی لولههای کندانسور بر اثر وجود ناخالصیهای آب خنک کننده نیز مشکل مشابهی را بوجود میآورد.
2-7 انتخاب اجکتور و نحوه پرکردن برگه اطلاعات [9]
بطور کلی اطلاعات مورد نیاز یک برگه اطلاعات مربوط به اجکتور به سه دسته تقسیم میشود. دسته اول اطلاعات کلی مربوط به اجکتور، دسته دوم، شرایط عملیاتی و دسته سوم اطلاعات مربوط به ساختار اجکتور و کندانسورهاست.
قسمت اول: اطلاعات کلی مربوط به اجکتور و سیال محرک
این قسمت، در برگیرنده موارد زیر میباشد:
1- نوع و کاربرد اجکتور و اینکه قرار است از این اجکتور در چه سیستمی استفاده شود:
در این قسمت باید ذکر شود که از اجکتور در کدامیک از کاربردهای زیر استفاده میشود:
1-ایجاد خلأ، 2-انتقال مواد (تهویه و حذف ذرات گرد و غبار و آلودگی، تزریق هوای تازه به یک محیط بسته، پمپ و انتقال سیالات) 3- اختلاط سیالات (کاهش دمای بخار در سوپرهیتر، بالا بردن فشار گاز، گرمایش آب یا سیالات فرایندی)
2- تعداد مراحل لازم:
جهت تعیین تعداد اجکتورهای لازم برای ایجاد خلأ مورد نیاز از شکل 2-19 استفاده میگردد. نحوه استفاده از این شکل بدین صورت است که، میزان فشار مورد نیاز در بخش مکش اجکتور بر روی محور عمودی مشخص میشود و با توجه به اینکه فشار مورد نظر در چه ناحیهای قرار میگیرد، تعداد مراحل تعیین میگردد. بطور مثال برای ایجاد فشار مطلقی در حدودkPa 8/6 در بخش مکش ، 2 مرحله مناسب خواهد بود.
تقاطع منحنی دو مرحلهای و فشار مطلق kPa 8/6 عدد 125 را روی محور افقی شکل 2-20 حاصل خواهد کرد و این بدین معنی است که برای فشار مطلق kPa 8/6، یک اجکتور 2 مرحلهای میتواند 25 درصد بیشتر از بار ورودی را نیز تحمل کند.

شکل 2-19: تعیین تعداد اجکتورهای لازم برای ایجاد خلأ مورد نیاز [6]

شکل 2-20 نمودار تعیین پسفشار مطلق [6]
3-تعداد پیش کندانسور، کندانسورهای میانی و کندانسور انتهایی و ذکر نوع آنها (بارومتریک و یا سطحی) با استفاده از شکل 2-21 و با توجه به میزان خلأ مورد نیاز در بخش مکش و دبی سیال محرک مورد استفاده، میتوان تعداد و نوع چیدمان اجکتورها و کندانسورها را تعیین نمود.

شکل 2-21: تعداد پیش کندانسور، کندانسورهای میانی و کندانسور انتهایی [6]
2-8 شرایط عملیاتی
این قسمت شامل موارد زیر میباشد:
1- خصوصیات سیال محرک شامل: نوع سیال، فشار، دما، دبی سیال و در صورت نیاز، ذکر چگالی ویژه، گرمای ویژه و سرعت جریان.
2- دمای ورودی سیال مکش یافته، دمای خروجی، فشار سیال مکش یافته، فشار مورد نیاز در بخش مکش ، دبی کل، وزن مولکولی سیال مکش یافته و مقدار گازهای قابل کندانس و غیرقابل کندانس موجود در آن و وزن مولکولی آنها.
برای تعیین میزان ظرفیت یک اجکتور میبایست مجموع همه جریانهای قابل کندانس و غیرقابل کندانس را که به قسمت مکش اجکتور وارد میگردد محاسبه نمود. گازهای غیرقابل کندانس اغلب شامل موارد زیر هستند:
هوایی که از اتمسفر اطراف به اجکتور نفوذ میکند.
گازهای غیرقابل کندانس که از فرایند و واکنش محصولات آزاد میشوند.
گازهای غیرقابل کندانس که معمولاً هوا بوده و از تزریق مستقیم آب آزاد میگردد.
گازهای غیر قابل کندانس حل شده.
موارد 2، 3 و 4 با استفاده از نمونهگیری جریان ورودی به اجکتور و تعیین مقادیر هریک از ترکیبات تعیین میشود.
2-8-1 هوای نفوذی به داخل سیستم
چنانچه میدانیم، فشار داخل اجکتورها کمتر از فشار اتمسفر بوده و در واقع خلأ نسبی حاکم میباشد. وجود خلأ باعث میشود هوا از طریق فلنچها، مهرهماسورهها و شیرها وارد سیستم گردد. از آنجاییکه هوای نفوذی جزیی از جریانیست که میبایست توسط اجکتور انتقال یابد، لذا تعیین مقدار آن برای تعیین سایز اجکتور، ضروری میباشد.
یکی از راههای تخمین اولیه مقدار هوای نفوذی استفاده از شکل 2-22 میباشد، البته باید توجه داشت که اعداد حاصل از این شکل یک تخمین اولیه بوده و مقادیر واقعی ممکن است بسیار بیشتر یا کمتر از این اعداد باشد.

شکل 2-22: نمودار تخمین اولیه مقدار هوای نفوذی استفاده [6]
روش دیگر جهت تخمین هوای نفوذ یافته به داخل سیستم استفاده از فرمولهای زیر میباشد [9]:
هوای ورودی از محل اتصالات، جوش خوردگیها و منافذ فلز:
2-8 1≤P<10 Wa'=0.026 P3/04V6/0010≤P<100 Wa'=0.032 P0.20V6/00100≤P<760 Wa'=1/006 V6/00که در اینجا :
P : فشار عملیاتی سیستم بر حسب
V : حجم سیستم بر حسب فوت مکعب
Wa': مقدار هوای نفوذی بر حسب Lb/hr2- مقدار هوای نفوذیافته ناشی از اطراف شیرها، سیلهای استاتیک و گردشی، منافذ اضافی و سایر موارد بر این اساس کهLb/hr10Wa≤.
2-9 1≤P<10 Wa=πDθ P3/0410≤P<100 Wa=1.2πDθ P0.26100≤P<760 Wa=3.986πDθکه در اینجا:
D = قطر اسمی برحسب in
Wa= شدت هوای نفوذی بر حسب lb/hr
θ= شدت هوای نفوذی ویژه بر حسب lb/hr/in
P = فشار عملیاتی سیستم بر حسب toor
مقدار شدت هوای نفوذی ویژه از جدول 2-2 تعیین میگردد.
جدول 2-2: مقادیر شدت هوای نفوذی [10]

2-9 اطلاعات مربوط به ساختار اجکتور و کندانسورها
این قسمت شامل موارد زیر میباشد:
1- سایز اجکتور و نازل سیال محرک که عموماً توسط شرکت سازنده تعیین میشود.
2- جنس بخشهای مختلف اجکتور شامل: نازل سیال محرک، محفظه مکش و دیفیوزر
3- سایز پیش کندانسور، کندانسورهای میانی و کندانسور انتهایی که عموماً توسط شرکت سازنده تعیین میشود.
4- میزان افزایش دمای آب خنک کننده کندانسورها
5- دبی آب خنک کننده مورد استفاده در هریک از کندانسورها
جهت تعیین مقدار آب مورد نیاز در کندانسورها از فرمول زیر استفاده میشود.
2-10 m=WsL/∆tWکه در اینجا Ws، مجموع دبی بخار محرک و بخارات قابل کندانس موجود در بار مکش که به کندانسور وارد میشوند. L گرمای نهان است که معمولاً مقدار آن بین 950 تا BTU/lb1000 بوده و ∆tW، نیز میزان اختلاف دمای آب خروجی و ورودی به کندانسور میباشد. برای تعیین میزان ∆tW به روش زیر عمل میکنیم:
دمای اشباع بخار ورودی به کندانسور را در فشار موجود پیدا میکنیم. برای کندانسور بارومتریک، 5 درجه و برای کندانسور پوسته لولهای 7 درجه فار نهایت از دمای اشباع کم میکنیم. این دما، همان دمای آب خنک کننده خروجی از کندانسور میباشد. با داشتن دمای آب خنک کننده ورودی، اختلاف دمای ∆tW بدست میآید.
6-تعیین جنس پوسته و سینیها و نازل اسپری برای کندانسورهای بارومتریک
7-تعیین نوع ماده گرم کننده موجود در ژاکت حرارتی اجکتور و دما و فشار آن
2-10 عیب یابی اجکتور
برای پیدا کردن عیب اجکتور از جدول 2-3 می توانیم استفاده نماییم.
جدول 2-3: عیبیابی اجکتور [12]
عیب اثر راه حل
کمتر بودن فشار سیال محرک از فشار طراحی عملکرد ضعیف اجکتور افزایش فشار بخار
بیشتر بودن فشار سیال محرک از فشار طراحی کاهش ظرفیت اجکتور و یا اتلاف بخار کاهش فشار سیال محرک و یا استفاده از نازلهایی که برای فشارهای بالا طراحی شده
بالاتر بودن دمای سیال محرک از دمای طراحی عملکرد ضعیف اجکتور افزایش فشار بخار و یا بزرگتر کردن خروحیهای نازل بخار.
بالاتر بودن فشار خروجی از فشار طراحی عملکرد ضعیف اجکتور بررسی جریان پایین دست برای عیبیابی:
1-کندانسور
2-اجکتور پاییندستی
3-گرفتگی لولههای خروجی
کاهش دمای خروجی اجکتور (دمای خروجی باید 50 درجه فارنهایت بالاتر از دمای اشباع باشد چون در غیر اینصورت رطوبت بخار بالا خواهد بود) کاهش ظرفیت اجکتور و یا عملکرد ضعیف 1-عایقبندی لولههای بخار
2-خارج کردن کندانسهای موجود در لولههای بخار
بالاتر بودن فشار مکش از فشار طراحی (با فرض اینکه کیفیت و فشار سیال محرک نرمال بوده و فشار خروجی مساوی یا کمتر از فشار طراحی باشد) بارگذاری بیشتر از مقدار طراحی و یا مشکل مکانیکی. فرسودگی اجزای داخلی و یا نشت هوا از اطراف گلوله نازل بخار. بررسی اجزای داخلی و تعویض آنها در صورت لزوم
2-11 کاربرد اجکتور در تبرید
همانطور که قبلاً در متن ذکر شده بود، ایجاد تبرید نیز یکی از کاربردهای استفاده از اجکتور است که در بخش انواع اجکتور از نظر کاربردی توضیحی در مورد آن داده شده است.
ایجاد تبرید بوسیله اجکتور با استفاده از سیکل ejector refrigeration انجام میشود که شکل شماتیک آن بصورت 2-23 است.
بطور خلاصه در این سیکل، مبرد با دما و فشار بالا از بویلر خارج شده و وارد اجکتور میشود که پس از عبور از نازل اولیه ، فشار آن افت کرده و مبرد را از اواپراتور به داخل اجکتور مکش میکند. پس از مخلوط شدن دو سیال در اجکتور، فشار آنها افزایش یافته و وارد کندانسور میشوند. در خروجی کندانسور مبرد به دو قسمت تقسیم میشود: بخشی از آن از شیر فشارشکن عبور کرده و وارد اواپراتور میشود و بخش بعدی بوسیله پمپ وارد بویلر خواهد شد.

شکل 2-23: یک نمونه از کاربرد اجکتور در سیکل تبرید [13]
فصل سوم
مروری بر کارهای گذشته
3-1 مقدمه
جهت سادگی ساختار و هزینه اولیه پایین در کنار هزینه نگهداري کم و طول عمر بالا، به دلیل عدم وجود قطعات متحرك، می تواند مورد توجه قرار بگیرند. [13]
به طور معمول ضرایب عملکرد سیستم هاي تبرید اجکتوري نسبت به سایر سیستم هاي تبرید رایج پایین تر بوده و بحرانی ترین بخش در طراحی این چرخه تبرید نیز، اجکتور می باشد. از این رو لازم است تا ضمن طراحی مناسب اجکتور مورد استفاده در این چرخه تبرید، عملکرد آن پیش بینی شده و بهینه سازي هاي لازم بر روي آن صورت بگیرد.
3-2 کارهای مرتبط با طراحی اجکتور
در میان تئوري هاي ارائه شده براي پیش بینی عملکرد اجکتور مدل هاي ماندي و باگستر [14] و هوآنگ و همکارانش [15] که بر پایه معادلات یک بعدي بقاي جرم، تکانه و انرژي است از مقبولیت گسترده اي میان محققین برخوردار است، در همین راستا برخی از محققین با استفاده از روابط ریاضی بر پایه حل تحلیلی به دست آمده به بررسی اثر پارامترهاي مختلف کارکردي پرداخته اند.
چندین پژوهش تحلیلی در این زمینه منتشر شده است در این پژوهش ها سعی شده تا با استفاده از حل تحلیلی به بررسی عملکرد اجکتور به تنهایی و یا بررسی عملکرد چرخه تبرید در شرایط مختلف پرداخته شود. این بررسی هاي تحلیلی در زمینه هاي شرایط کارکردي[ 16،17 ]، هندسه اجکتور [18]، سیال عامل [19-21] و تحلیل اگزرژي [22] می باشد که برخی از این تحلیل ها همراه با بررسی هاي آزمایشگاهی بوده که به عنوان اعتبارسنجی کارهاي تحلیلی مورد استفاده قرار گرفته است.
با بررسی مقالات منتشر شده مشاهده می گردد در چند سال اخیر روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به عنوان ابزاري مفید توسط محققین مورد استفاده قرار گرفته است. بزرگترین مزیت بررسی عددي در مقایسه با بررسی آزمایشگاهی، هزینه هاي پایین و امکان بررسی هاي گسترده در زمانی کوتاه است. در راستاي درك بهتر جریان درون اجکتور و پیش بینی دقیق عملکرد اجکتور محققین بسیاري به شبیه سازي جریان درون اجکتور به کمک CFD پرداخته اند. ریفات و همکارش [23] با استفاده از این روش، موقعیت نازل اولیه را مورد بررسی قرار داده و موقعیت بهینه برای آن را به دست آورده اند. دسواکس و همکارانش [24] به بررسی جریان درون اجکتور به روش نمایشگر لیزري و مقایسه نتایج آن با شبیه سازي عددي پرداخته اند. دسواکس و همکارانش نشان دادند که این روش به خوبی می تواند دینامیک جریان و پدیده شوك را پیش بینی کند.
راسلی و همکارانش [25] چندین اجکتور را مدل کرده تا با شبیه سازي دینامیک جریان در این اجکتورهارفتار جریانی ناشی از تغییرات هندسه اجکتور را مورد بررسی قرار دهند. آنها نتیجه گرفته اند که نسبت جرمی بیشینه کمی پیش از وقوع شوک به دست می آید. همچنین آنها نتیجه گرفتند موقعیت نازل یکی از پارامترهاي مهم در طراحی اجکتور به شمار میرود. از جمله دیگر مسائلی که مورد توجه محققین قرار گرفته است انتخاب مدل آشفتگی در شبیه سازي عددي جریان درون اجکتور می باشد. بارتوزیویچ و همکارانش [26] مدل هاي آشفتگی را مورد بررسی قرار داده و نشان دادند که انتخاب مدل آشفتگی در پیش بینی عملکرد اجکتور به خصوص در شرایط بحرانی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. همیدي و همکارانش [27] با مقایسه شبیه سازي عددي با نتایج آزمایشگاهی به این نتیجه رسیدند که مدل آشفتگی k-ε بسیار دقیق توانسته عملکرد اجکتور را پیش بینی نموده و مدل SST k-ω تنها در شرایط کارکردي خارج از شرایط طراحی می تواند جواب هاي قابل قبولی را ارائه دهد. سریویراکول و همکارانش [28] به بررسی آزمایشگاهی فرآیند اختلاط جریان در یک اجکتور بخار در چرخه تبرید اجکتوري پرداخته و با نتایج حاصل از شبیه سازي جریان به روش CFD مقایسه کردند. نتایج شبیه سازي تطابق خوبی را با نتایج آزمایشگاهی نشان دادند. نتایج مشابهی توسط پیانتونگ و همکارانش [29] به دست آمد و نشان دادند نتایج عددي نسبت جرمی با نتایج آزمایشگاهی در حدود %5 اختلاف داشتند. پیانتونگ و همکارانش نتیجه گرفتند که CFD عملکرد اجکتور را به طور دقیق پیش بینی کرده و اثر شرایط کارکردي را بر روي مساحت موثر که مستقیما به عملکرد آن ربط دارد آشکار می کند. بالاموروگان [30] یک سري از آزمایش هاي تجربی و شبیه سازي هاي عددي را به منظور درك مشخصه هاي هیدرودینامیکی هندسه اجکتور انجام داد. وي نشان داد که نسبت بهینه اي براي مساحت نازل به مساحت گلوگاه وجود دارد که در آن میزان مکش بیشینه است. براي هندسه ها و شرایط کارکردي بسیار متنوعی نسبت نرخ مایع مکش شده با اختلاف فشار بین سطح آب در محفظه مکش و خروجی گلوگاه وابسته است.
سریویراکول و همکارانش[31] با استفاده از روش CFD به بررسی عددي جریان درون اجکتور پرداخته و اثر شرایط کارکردي و هندسه اجکتور را بر پدیده هاي جریانی مورد بررسی قرار داده اند. نگید [32] اثر شرایط کارکردي و هندسه اجکتور بر روي عملکرد آن را مورد بررسی قرار داد. نتایج نشان دادند که عملکرد اجکتور با افزایش قطر نازل اولیه افزایش می یابد و جریان مکش شده در قطر به خصوصی به میزان بیشینه می رسد. موقعیت بهینه با توجه به محفظه اختلاط اجکتور و طول اختلاط تعیین گردید. لی و همکارانش [33] با استفاده از شبیه سازي رایانهاي به بررسی علت عملکرد پایین یک ترموکمپرسور و بهینه سازي آن پرداختند. در این تحقیق اثر پارمترهاي موقعیت جت خروجی، شکل دیفیوزر، اندازه دهانه مکش و مقاومت پایین دست بر نرخ جریان مکشی اجکتور مورد بررسی قرار گرفتند.
در این پایان نامه به ارائه نتایج طراحی عددی یک اجکتور هوا پرداخته می شود و با به خدمت گرفتن روش CFD رفتار سیال در اجکتور مذکور مورد بررسی قرار گرفته شده و اثر میزان فشار ورودی ثانویه به ازای دبی جرمی ورودی اولیه ثابت و پس فشار ثابت بررسی شده است، هندسه مورد استفاده در این پژوهش مطابق با کار کومار و همکاران [34] در نظر گرفته شده است که تاکنون در شبیه سازي هاي عددي مورد بررسی قرار نگرفته است.
3-3 طراحی تحلیلی
اهمیت استفاده از حل تحلیلی در اجکتورها دستیابی به یک طرح اولیه (و نه لزوماً دقیق و بهینه) میباشد در حال حاضر براي طراحی اجکتور دو روش وجود دارد. یکی استفاده از داده هاي تجربی ارائه شده توسط پاور [35] و دیگري استفاده از روش تحلیلی. یکی از اولین تحقیقات بر روي اجکتورها توسط کینن و همکارانش [36] انجام شده است. در این کار تحلیل تئوري یک اجکتور هوایی با ناحیه اختلاط ثابت بدون استفاده از دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است. آنها در ابتدا تئوري جریان یک بعدي را براساس دینامیک جریان گاز ایده آل با استفاده از اصول بقاي جرم، تکانه و انرژي توسعه داده اند. در این تئوري جریان هاي اولیه و ثانویه را گاز کامل درنظر گرفته فرآیند اجکتور را آیزنتروپیک فرض می نماید. راندمان هاي آیزنتروپیک در نازل اولیه، ناحیه ي اختلاط و فرآیند پخش به گونه اي است که نتایج تحلیلی بهترین تطابق را با نتایج آزمایشگاهی داشته باشند. با ادامه تحقیق در اجکتورها استفاده از محفظه اختلاط فشار ثابت و دیفیوزر گسترش یافت. یکی دیگر از کارهای تحلیلی بر روی اجکتور، روش تحلیلی ارائه شده توسط ال دسوکی و همکارانش [37] می باشد.
فصل چهارم
معادلات حاکم و روش حل
4-1 معادلات حاکم
مدل عددی اجکتور شبیه سازی شده با استفاده از مجموعه نرم افزار تجاري گمبیت 2.3برای تولید شبکه حل و بسته نرم افزاری فلوئنت 6.3.26 مدل شده است و معادلات بنیادی با استفاده از کد این برنامه در یک میدان دو بعدی تراکم پذیر و توربولانس حل گردیدهاند[38] .
در شکل 4-1 نمایی از یک اجکتور مافوق صوت نشان داده شده است. در این شکل سیال اولیه فشار بالا (P) در نازل اولیه شتاب گرفته و سرعت آن به مافوق صوت می رسد، در این حالت گاز منبسط شده و در خروج (موقعیت 1) فشار آن کاهش می یابد.

شکل4-1: نماي شماتیک اجکتور و توزیع فشار در آن
این ناحیه کم فشار جریان ثانویه را (S) به درون محفظه اختلاط مکش می کند. جریان اولیه خروجی از نازل و جریان ثانویه مکش شده با یکدیگر مخلوط و در انتهاي ناحیه اختلاط (موقعیت 3)، سرعت جریان مافوق صوت است، در این حالت یک شوك عمودي موجب ایجاد اثرات تراکمی شده و سرعت جریان را به مادونصوت کاهش می دهد. این افزایش فشار با عبور از دیفیوزر تقویت می شود.
معمولاً عملکرد اجکتور با مولفه نسبت مکش (ω) به صورت نسبت نرخ جرمی ثانویه (ms) به اولیه (mp) بیان می گردد و در فصل اول هم تعریف آن آورده شد:
(4-1) ω= msmpدر تحقیق حاضر از مدل کومار و همکاران [34]، استفاده شده است. معادلات مورد استفاده در تحقیقات کومار و همکاران [34] برای فرآیند جریان پایا به شرح زیر است:
فرم دیفرانسیلی معادله پیوستگی:
(4-2)
فرم دیفرانسیلی معادله تکانه:
(4-3)
فرم دیفرانسیلی معادله انرژي براي فرآیند آدیاباتیک:
(4-4) که
فرض هاي مدل عددی [37]:
- سیال اولیه و ثانویه داراي وزن مولکولی و نسبت حرارت مخصوص یکسانی می باشند.
- جریان هاي اولیه و ثانویه با سرعت هاي قابل صرف نظر در شرایط (P) و (S) وارد اجکتور می شوند.
- تلفات اصطکاکی با به کار بردن راندمان هاي نازل اولیه، دیفیوزر و فرآیند اختلاط منظور شده است.
- فرآیند اختلاط در شرایط فشار ثابت اتفاق می افتد.
- در خروجی اجکتور سرعت جریان قابل صرف نظر کردن است.
با توجه به اينكه جريان در اجکتور به شدت مغشوش ميباشد براي مدل سازي عددي جريان تراكم پذير در اجکتور، علاوه بر معادلات بقای جرم، مومنتم، انرژي و معادله حالت گاز بايستي يك مدل توربولانس نيز براي ايجاد اثر اغتشاش به كار رود. همچنین با توجه به اینکه سیال بهکار رفته هوا میباشد، از مدل گاز ایدهآل برای شبیهسازی استفاده شده است.
(4-5)
قابل ذکر است که در این شبیهسازی عددی برای حل معادلات حاکم از روش حجم محدود استفاده شده است. برای گسسته سازی ترمهای جابجایی و پخش با استفاده از روش مرتبه دوم انجام گرفته و از الگوریتم PISO استفاده شده است.
لازم به ذکر است که به علت اینکه شکل از نظر هندسی متقارن محور بوده، لذا به منظور کاهش حجم محاسبات مدل ساخته شده در فضای دو بعدی بوده و بدین منظور از حلگر متقارن محور استفاده شده است. همانطور که از ساز و کار دستگاه اجکتور برمیآید، جریان تراکم پذیر بوده و برای حل این مسئله از حلگر فشار-مبنا استفاده شده است. همچنین با فعال سازی معادله انرژی به تحلیل دمایی مسئله نیز پرداخته شده است.

4-1-1 مدلسازی توربولانس
همانطورکه ذکر شد جریان در داخل اجکتور به شدت آشفته میباشد. لذا برای مدل شبیهسازی شده باید مدل توربولانس مناسبی در نظر گرفته شود. نتایج مقالات معتبر منتشر شده و نیز تحقیقات محققان در این زمینه همگی حکایت از ارائه نتایج بهتر و نزدیکتر به نتایج تجربی در مدل توربولانس معروف ε k-نسبت به مدلهای دیگری مثل مدلهاي توربولانس k-ω و SST برای شبیهسازی اغتشاش جریان دارند. [39] همچنین مدل توربولانس ریلایزبل ε­k که برای شبیهسازی اغتشاش جریان در این طرح بکار گرفته شده است.

شکل 4-2: الگوریتم حل تفکیکی بکار گرفته شده در حل معادلات
معادلات مربوط به مدل توربولانس ε k-در معادلات 4-6 و 7 ارائه شدهاند. در این معادلات k نشان دهنده انرژی جنبشی توربولانس و ε نیز نشان دهنده نرخ اتلاف آن میباشد. لذا k و ε از معادلات انتقالی زیر محاسبه خواهند شد:
QUOTE ∂∂tρk+∂∂xiρkui=∂∂xjμ+μtσk∂k∂xj+Gk+Gb-ρε-YM (4-6)
QUOTE ∂∂tρε+∂∂xiρεui=∂∂xjμ+μtσε∂ε∂xj+C1εεkGk+C3εGb-C2ερε2k 4-7))
که در این معادلات Gk نشان دهنده تولید انرژی جنبشی توربولانس بهعلت گرادیان سرعت میانگین، Gb نشان دهنده تولید انرژی جنبشی توربولانس در اثر نیروی شناوری و YM نشان دهنده سهم نوسانات سرعت در جریان آشفته تراکم پذیر میباشد. همچنین C2ε، C1ε و C3ε ضرایب ثابتی هستند که با توجه به راهنمای برنامه فلوئنت بصورت زیر تعیین میشوند:
C1ε = 1/44, C2ε = 1/92
همچنین kσ و εσ نمایانگر عدد پرانتل توربولانس به ترتیب برای k و ε میباشند که مطابق زیر در نظر گرفته شدهاند:
σk = 1/0, σε = 1/3
ویسکوزیته توربولانس tμ نیز با توجه به مقادیر k و ε بهترتیب زیر محاسبه میگردند:
QUOTE μt=Cμρk2ε (4-8) μC ثابتی است که بصورت زیر تعیین میگردد:
Cμ = 0/09
4-2 شبیه سازي جریان در اجکتور به روش دینامیک سیالات محاسباتی
در تحلیل عددي از مجموعه نرم افزار تجاري گمبیت 2.3 براي تولید شبکه حل و فلوئنت 6.3.26 براي حل به روش حجم کنترل استفاده شده است تا با این روش معادلات حاکم بر جریان به معادلات جبري [38] تبدیل شده و به صورت عددي حل گردد. هندسه اجکتور اولیه که به وسیله نرم افزار گمبیت شده است در شکل 4-3 نشان داده شده و ابعاد آن در جدول 4-1 ارائه شده است. براي حل اجکتور به منظور کاهش حجم محاسبات به جاي استفاده از حل سه بعدي با تعداد سلول زیاد از حل دو بعدي تقارن محوري استفاده شده است که تعداد سلول اولیه در حدود 13000 سلول چهار ضلعی انتخاب گردید. دلیل این انتخاب در بخش بعدی توضیح داده خواهد شد.

شکل 4-3: مدل عددی ساخته شده در نرم افزار گمبیت
از آنجایی که سلول هاي کوچکتر توانایی بهتري در حل جریان به خصوص در نواحی شوك را دارا می باشند. با توجه به تراکم پذیر بودن جریان براي حل معادلات غیرخطی از روش فشار-مبنا استفاده شده و براي حل معادلات از الگوریتم PISO استفاده شده است. با توجه به سرعت بالاي گاز درون اجکتور و در نتیجه تراکم پذیر بودن جریان براي حل معادلات جریان نیاز به حل همزمان معادله انرژي می باشد و براي رفتار گاز نیز از رفتار گاز ایده ال بهره گرفته شده و جریان به صورت پایا حل گردیده است. براي ورودي و خروجی هاي جریان از شرط مرزي فشار-خروجی با دما و فشار همان دهانه استفاده گردیده و در دیواره هاي اجکتور فرض آدیاباتیک لحاظ شده است.
جدول 4-1: ابعاد هندسی اجکتور مدل شده
mm Geometry Parameter
4.31 Nozzle throat Diameter
6.23 Nozzle exit Diameter
10 Nozzle converging section lenghth
90 Nozzle diverging section lenghth
12.19 Mixing section inlet diameter
9.78 Mixing section exit diameter
86.5 Mixing section lenghth
9.78 diffuser inlet diameter
19.25 diffuser exit diameter
250 diffuser lenghth
4-3 شرایط مرزی حاکم بر مسئله
شرایط مرزی اعمال شده به مسئله، شرایط آزمایشگاهی کومار و همکارانش [34] می باشد. شرایط مرزی به گونه ای می باشد که با ثابت در نظر گرفتن دبی جرمی سیال ورودی اولیه به میزان 018/0 کیلو گرم بر ثانیه و پس فشار 4/1 بار، به ازای فشارهای ورودی ثانویه 8/0 ، 1 ، 2/1 ، 4/1 و 5/1 بار مدلسازی صورت گرفته است.
ورودی اولیه : دبی جرمی جریان در ورودی مقدار 018/0 کیلو گرم بر ثانیه و دمای سکون 306 کلوین درنظر گرفته شده است.
خروجی : شرایط مرزی فشار خروجی و بر اساس اندازه گیری تجربی مقدار دهی شده است. (مقدار 4/1 بار)
ورودی ثانویه : شرایط مرزی فشار ورودی و مقدار آن متغیر در نظر گرفته شده است.
دیواره : شرط عدم لغزش برای معادلات مومنتوم و آدیاباتیک برای معادلات انرژی حاکم می باشد.
فصل پنجم
بررسی نتایج حل عددی
5-1 بررسی استقلال نتايج عددی از مش بندی
برای زدودن و کاهش هرگونه خطا به علت درشتی یا ابعاد نامناسب مش بندی میدان سیال و استقلال نتایج تحلیل از تاثیرات مش بندی مدل عددی، مدلسازی با تعداد مش های متفاوت برای بررسی تأثیر تعداد مشها انجام گرفت و برای این منظور هشت مدل در تعداد مشهای مختلف ساخته شده و نتایج بر اساس پارامتر مهم نسبت مکش به دست آمده و مطابق نمودار شکل 5-1 نمایش داده شده است. نتایج حاکی از آن است که به ازای تعداد بیشتر از 13000 المان، تغییر در نتایج بسیار اندک بوده و تاثیری در حل مسئله نخواهد داشت. در نتیجه با توجه به پایداری و ثابت شدن تقریبی نتایج که استقلال نتایج تحلیل را از تأثیرات مش بندی نشان میدهد، برای کاهش زمان محاسبات از همان تعداد المان استفاده شده است.

شکل 5-1: مطالعه استقلال از مش بندی بر مبنای نسبت مکش (ω)
5-2 مقايسه نتايج عددی با تجربی و اعتبار دهی به نتايج عددی
به منظور اعتبارسنجی نتایج حاصل از حل عددی، تغییرات عدد ماخ در راستای مرکز با نتایج تحلیلی کومار و همکاران [34] مقایسه شده و همچنین تغییرات مقدار فشار استاتیکی در راستای خط مرکز با نتايج آزمايشگاهی [34] مقايسه شده است و مقايسات بين مدل و داده های تجربی و نتایج تحلیلی حاکی از مطابقت قابل قبول این دو می باشد. نتایج حاصل در نمودارهای زیر نمایش داده شده است.

شکل 5-2: مطابقت نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تحلیلی کومار [34] در راستای خط مرکز

شکل 5-3: مطابقت نتایج حاصل از حل عددی با نتایج آزمایشگاهی کومار [34] در راستای خط مرکز
5-3 تحلیل جریان درون اجکتور
برای بررسی اثر فشارجریان ثانویه، چند فشار ورودی ثانویه مختلف در محدوده 8/0 تا 5/1 بار بررسی و تحلیل شده است. برای این منظور دبی جرمی اولیه ورودی ثابت و منطبق بر نتایج تجربی و مقدار آن برابر 018/0 کیلوگرم بر ثانیه در نظر گرفته می شود. همچنین پس فشار در نظر گرفته شده در این حالت نیز برابر 4/1 بار می باشد. طبق نتایج عددی بدست آمده، با افزایش فشار ورودی ثانویه، نسبت مکش نیز افزایش می یابد. یعنی دبی جرمی سیال مکش شده ثانویه با افزایش فشار آن نیز نسبت به دبی جرمی سیال اولیه (محرک) زیاد می شود. مقادیر نسبت مکش به ازای فشارهای ثانویه 8/0 ، 1 و 2/1 ، 4/1 و 5/1 به ترتیب 6/29 ، 36 ، 7/48 و 8/60 درصد میباشد.
نکته مهم در تحقیق حاضر، تشکیل جریان برگشتی در ناحیه اختلاط دو جریان میباشد. این پدیده به علت وجود ناحیه پرفشار در این ناحیه رخ داده و باعث ایجاد تغییر و دگرگونی در الگوی جریان در ناحیه اختلاط میشود. در این تحقیق که به بررسی عملکرد دستگاه اجکتور در فشارهای مختلف ورودی ثانویه پرداخته شده است، در فشارهای پایین اعمال شده به دستگاه (8/0 بار)، همانطور که در شکل 5-4 بردارهای سرعت نمایش داده شده است، جریان به سمت ورودی ثانویه برگشته و این پدیده مبین جریان برگشتی در اجکتور میباشد. علت به وجود آمدن این پدیده پایین بودن مومنتوم سیال ورودی ثانویه و مهم تر از آن وجود ناحیه پر فشار و همچنین به وجود آمدن پدیده شوک (موج ضربه ای) در ناحیه اختلاط دو جریان میباشد. به خاطر ایجاد موج ضربه ای، جریان با یک گرادیان فشار نامطلوب مواجه می شود که باعث جدایش جریان و تولید یک گردابه می شود. این گردابه باعث بازگشت جریان می شود. ولی با افزایش فشار اعمال شده ثانویه، این مشکل حل می شود. (شکل 5-5)

شکل 5-4: نمایش دو بعدی بردارهای سرعت در ناحیه اختلاط دو جریان (Ps = 0/8 bar)

شکل 5-5: نمایش دو بعدی بردارهای سرعت در ناحیه اختلاط دو جریان (Ps = 1 bar)
مطابق شکل5-6 تغییرات عدد ماخ در راستای محور تقارن و همچنین شکل 5-7 که تغییرات ماخ را در تمامی نواحی اجکتور نشان می دهد، در ورودي اجکتور، سرعت بسیار پایین است. تا قبل از گلوگاه نازل اولیۀ اجکتور، عدد ماخ کمتر از یک و جریان زیر صوت است. در گلوگاه عدد ماخ به یک می رسد و در قسمت واگراي نازل، سرعت و عدد ماخ افزایش می یابد و جریان فراصوت به وجود می آید. در خروجی نازل، به دلیل انعکاس امواج ضربه ای در خروجی نازل اجکتور سرعت جریان (عدد ماخ) کاهش یافته و به طبع آن فشار افزایش می یابد. این روند تا قسمت خروجی اجکتور ادامه یافته و در نهایت سیال با سرعت پایین از دستگاه خارج میشود. همانطور که قبلاً نیز اشاره شد، با کاهش سرعت در راستای مرکزی دستگاه اجکتور، فشار استاتیکی جریان افزایش مییابد.

شکل 5-6: تغییرات عدد ماخ در راستای محور تقارن اجکتور

شکل 5-7: تغییرات ماخ در تمامی نواحی اجکتور
شکل 5-8 تغییرات فشار در اجکتور را نشان می دهد. مطابق شکل کاهش فشار در خروجی نازل و پس از شوك قائم در دیفیوزر مشهود است.
دقت در اشکال 5-4 تا 5-6 نشان می دهد که گرادیان شدیدی در ناحیه اختلاط اجکتور وجود دارد و امواج ضربه ای هم در آنجا رخ می دهد و اثر آن در ناحیه دورتر مستهلک شده است. بعد از ایجاد موج شوکی، فشار در مرکز اجکتور افزایش می یابد. این در حالی است که موج ضربه ای، اثر ناچیزی روی توزیع فشار در دیواره اجکتور داشته است. وجود موج انبساطی تأثیر شدیدی روی عملکرد اجکتور دارد زیرا بعد از نازل ابتدایی باید فشار کاهش یافته و ایجاد خلأ کند ولی موج انبساطی باعث افزایش فشار می شود، به همین دلیل باید در ساخت اجکتور این اثر به دقت مد نظر قرار گیرد و ناحیه ورود سیال به درستی انتخاب شود. چون جریان درون اجکتور به شدت پیچیده می باشد. شکل 5-7 نحوه انعکاس امواج را در داخل اجکتور نمایش می دهد.

شکل 5-8: تغییرات فشار استاتیکی در تمامی نواحی اجکتور

شکل 5-9: شکل شماتیک تغییرات ماخ و موج ضربه ای در اجکتور
اگر بخواهیم نتایج بدست آمده از حل عددی مسئله را به طور کلی بررسی کنیم، روند نتیجه گیری به دو بخش مجزا تقسیم می شود که این دو بخش تحت تأثیر پدیده جریان برگشتی می باشد.
جدول 5-1 : نسبت مکش دستگاه اجکتور به ازای فشار ثانویه مختلف طبق جدول 5-1 انجام شد. به علت پایین بودن مومنتوم سیال ورودی ثانویه و اثر شدید موج ضربه ای قائم، جریان برگشتی خواهیم داشت و رفته رفته رژیم جریان منظم تر می شود.
جدول 5-1 : نسبت مکش دستگاه اجکتور به ازای فشار ثانویه مختلف
نسبت مکش (%) فشار ورودی ثانویه (بار)
جریان برگشتی 8/0
6/29 1
36 2/1
7/48 4/1
8/60 5/1
5 – 3 – 1 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات ماخ
در تحقیق حاضر، رفتار سیال به ازای فشار ورودی ثانویه 8/0 تا 5/1 بار مورد بررسی قرار گرفته است. همانطور که از کانتورهای عدد ماخ پیداست، پدیده شوک در ناحیه اختلاط دو جریان به وجود می آید. مقدار یا شدت موج ضربه ای حاصل شده به ازای فشار اعمال شده در ورودی ثانویه 8/0 بار بسیار قوی بوده به طوریکه این فرآیند نامطلوب باعث اختلال در رژیم جریان شده و جریان برگشتی به وجود میآید. این روند با افزایش فشار ورودی ثانویه ادامه می یابد و همانطور که در شکل های 5-10 تا 5-14 نشان داده شده است از میزان قدرت موج ضربه ای کاسته شده و رژیم جریان منظم تر می شود. در حالت کلی با افزایش فشار ورودی ثانویه از شدت موج ضربه ای کاسته و چندین موج ضربه ای با شدت کم در ناحیه اختلاط به وجود میآید و در نهایت این موج های ضربه ای با دامنه کم به داخل نازل تزریق کشیده میشود.

شکل 5-10: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 8/0 بار در ناحیه اختلاط

شکل 5-11: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 1 بار در ناحیه اختلاط

شکل 5-12: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 2/1 بار در ناحیه اختلاط

شکل 5-13: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 4/1 بار در ناحیه اختلاط

شکل 5-14: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 5/1 بار در ناحیه اختلاط

شکل 5-15: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 8/0 بار

شکل 5-16: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 1 بار

شکل 5-17: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 2/1 بار

شکل 5-18: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 4/1 بار

شکل 5-19: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 5/1 بار
5 – 3 – 2 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات فشار
در بررسی تغییرات فشار استاتیکی، همانطور که انتظار میرود، با تغییرات سرعت در مقاطع مختلف دستگاه، فشار سیال نیز متناسب با این تغییرات دچار تغییرات می شود. بدین صورت که سيال اوليه با فشار زیاد وارد نازل اوليه كه یك نازل همگرا واگرا است مي شود، و سپس در این نازل شتاب مي گيرد تا در خروجي نازل، جریان به سرعت مافوق صوت برسد. سيال اوليه در نازل اجكتور، به صورت ایزنتروپيك منبسط ميشود و با سيال ثانویه در محفظه اختلاط، مخلوط مي گردد. اختلاط تا قبل از ورود به ناحيه قطر ثابت كامل مي شود. در این ناحيه بواسطه حضور یك شوک قائم، كه اثر تراكمي قوی بر سيال دارد، فشار افزایش ميیابد و سيال با سرعت مادون صوت به دیفيوزر وارد شده، تا فشار خروجی دیفیوزر بعد از محفظه اختلاط متراكم مي گردد. در زیر کانتورهای فشار استاتیکی به ازای فشار های مختلف ورودی ثانویه نمایش داده شده است.

شکل 5-20 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 8/0 بار

شکل 5-21 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 1 بار

شکل 5-22 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 2/1 بار

شکل 5-23 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 4/1 بار

شکل 5-24 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 5/1 بار

شکل 5-25 : نمودار فشار استاتیکی در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 8/0 بار

شکل 5-26 : نمودار فشار استاتیکی در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 1 بار

شکل 5-27 : نمودار فشار استاتیکی در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 2/1 بار

شکل 5-28 : نمودار فشار استاتیکی در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 4/1 بار

شکل 5-29 : نمودار فشار استاتیکی در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 5/1 بار
5 – 3 – 3 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات دمایی
همانطورکه از اشکال زیر بر میآید، به علت پایین بودن فشارهای سیال ورودی ثانویه و همچنین به علت بالا بودن شدت ضربه موج در ناحیه اختلاط، کانتورهای دمایی رژیم نامطلوب جریان را به خوبی نشان داده و این امر بیانگراختلاط دمایی نامطلوب در دستگاه میباشد

شکل 5-30 : کانتور دمایی برای فشار ثانویه 8/0 بار
با افزایش فشار در ورودی ثانویه دستگاه رژیم جریان در راستای محور تقارن مدل هندسی بهبود یافته و اختلاط دمایی بهتر صورت میگیرد.

شکل 5-31 :کانتور دمایی برای فشار ثانویه 1 بار

شکل 5-32 :کانتور دمایی برای فشار ثانویه 2/1 بار

شکل 5-33 :کانتور دمایی برای فشار ثانویه 4/1 بار

شکل 5-34 :کانتور دمایی برای فشار ثانویه 5/1 بار
نتیجه گیری :
در بررسی عددی حاضر با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی CFD به بررسی تأثیر پارامترهای کلیدی مانند تأثیر فشار ثانویه ورودی به دستگاه اجکتور، نسبت مکش، جریانهای برگشتی ناشی از فشار ورودی ثانویه و تأثیر تمامی این پارامترها بر رفتار سیال از جمله فشار، دما و عدد ماخ بررسی شد. معادلات بنیادی میدان جریان بوسیله کد استاندارد نرم افزار فلوئنت و با یک مدل تراکم پذیر دو بعدی متقارن محور و توربولانس با مدل ریلایزبل k-ε حل گردیدهاند. به ازای فشار های ورودی مختلف به دستگاه، نتايج استخراج و تحلیل شد، بدین منظور فشار های ورودی ثانویه 8/0، 1، 2/1، 4/1 و 5/1بار مورد بررسی قرار گرفته شد و نتایج حاکی از آن است که به ازای فشار های پایین ورودی بر اثر پدیده شوک، جریان برگشتی رخ داده و با افزایش فشار، از اثر این پدیده کاسته شده و رژیم جریان بهتر می شود. به ازای فشارهای پایین ورودی به دستگاه و متناسب با این، پایین بودن میزان مومنتوم سیال و همچنین به وجود آمدن موج ضربه ای قائم حاصل از جریان ورودی اولیه به دستگاه، جریان برگشتی به وجود آمده و این پدیده مانع از اختلاط صحیح جریان های اولیه و ثانویه می شود. برای رفع این مشکل با افزایش فشار ورودی ثانویه دستگاه، از اثر شدت موج ضربهای کاسته شده و اثرات موج ضربهای با دامنه کم به داخل نازل تزریق اولیه کشیده میشود.
پیشنهادات
بررسی تاثیر هندسه شکل در ناحیه اختلاط بر روی موج ضربه ای
تاثیر دبی ورودی اولیه بر رفتار سیال
تاثیر محل گلویی و طول دیفیوزر بر عملکرد دستگاه اجکتور
بررسی تاثیرات مقادیر پس فشار بر عملکرد دستگاه اجکتور مادون صوت
فهرست مراجع:
[1] E. E. Ludwig, “Applied Process Design for Chemical And Petrochemical”, Volume 1,3rd Edition, 1994.
[2] Walas, M.Stanley “Chemical Process Equipment Selection And Design”, 1988.
[3] T.G. Hicks “Standard Handbook Of Engineering Calculations”, 4th Edition, 1972.
[4] D.W.Green, R.H.Perry. “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 8rd Edition, 2007.
[5] C. Branan “Rules of Thumb for Chemical Engineers”, 3rd Edition, 2002.
[6] Y. Rquipos, Equirpsa Company, Technologia De Vacio-Ingenieria,
[7] http://www.transvac.co.uk/oilandgas.php.
[8] J.R. Lines Graham Corp. Batavia, NY, “Undrestanding ejector sys--s necessary
to troubleshoot vacuum distillation”, 1997.
[9] http://www.stress.com/servicetier3.php?pid=284.
[10] E. A. Avallone & Th. Baumeister “Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers”,10th Edition,1996.
[11] www.setprocess.com.
[12] M. Mohitpour & H. Golshan & A. Murray “Pipeline Design & Construction: A Practical Approach” , 2nd Edition, 2000.
[13] http://www.wikipedia.org.
[14] J. T. Munday, D. F. Bagster, A new ejector theory applied to steam jet refrigeration, Industrial Engineering Chemistry, Vol. 16, No. 4, 1977.
[15] B. J. Huang, J. M. Chang, C. P. Wang, V. A. Petrenko, A 1-D analysis of ejector performance, International Journal of Refrigeration, Vol. 22, No. 5, pp. 354-364, 1999.
[16] E. D. Rogdakis, G. K. Alexis, Investigation of ejector design at optimum operating condition, Energy Conversion and Management, Vol. 41, pp. 1841-1849, 2000.
[17] A. Dahmani, Z. Aidoun, N. Galanis, Optimum design of ejector refrigeration sys--s with environmentally benign fluids, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50, pp. 1562-1572, 2011.
[18] D.W. Sun, Variable geometry ejectors and their applications in ejector refrigeration sys--s, Energy, Vol. 21, No. 10, pp. 11, 1996.
[19] A. Selvaraju, A. Mani, Analysis of an ejector with environment friendly refrigerants, Applied Thermal Engineering, Vol. 24, No. 5–6, pp. 827-838, 2004.
[20] D.W. Sun, I. W. Eames, Performance characteristics of HCFC-123 ejector refrigeration cycles, International Journal of Energy Research,Vol. 20, pp. 871-885, 1996.
[21] A. Selvaraju, A. Mani, Analysis of a vapour ejector refrigeration sys-- with environment friendly refrigerants, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 43, No. 9, pp. 915-921, 2004.
[22] A. Sorou--in, A. S. Mehr, S. M. S. Mahmoudi, Development of new model for prediction the performance of ejector refrigeration cycle,MME Journal, Vol. 12, No. 4, pp. 133-147, 2012.
[23] S. B. Riffat, S. A. Omer, CFD modelling and experimental investigation of an ejector refrigeration sys-- using methanol as the working fluid, International Journal of Energy Research, Vol. 25, pp. 14, 2001.

مقاله رایگان — (91)

جدول 3-3- جمعیت جامعه آماری تحقیق58
جدول 4-3- تعداد پرسشنامه توزیعی هر منطقه60
جدول 1-4- توزیع جنسیتی پاسخ دهندگان63
جدول 2-4- توزیع سنی پاسخ دهندگان64
جدول 3-4- توزیع سطح تحصیلات پاسخ‌دهندگان65
جدول 4-4- توزیع ارتباط شغلی پاسخ دهندگان با گردشگری66
جدول 5-4- توزیع وضعیت تأهل پاسخ دهندگان67
جدول 6-4- مدت سکونت پاسخ دهندگان در مشهد68
جدول 7-4- سنجش پایایی پرسشنامه با استفاده از آلفای کرونباخ 69
جدول 8-4- نتایج آزمون سنجش معناداری رابطه دینداری اسلامی و ادراک اثرات فرهنگی و اجتماعی گردشگری72
جدول 9-4- نتایج آزمون سنجش معناداری رابطه دینداری اسلامی و ادراک اثرات اجتماعی گردشگری72
جدول 10-4- نتایج آزمون سنجش معناداری رابطه دینداری اسلامی و ادراک اثرات فرهنگی گردشگری 73
جدول 11-4- شاخص‌های دینداری اجتماعی جامعه میزبان74
2896235628015ج
ج
جدول 12-4- دینداری اجتماعی جامعه میزبان (آزمون تی استیودنت تک نمونهای)74
جدول 13-4- شاخص‌های دینداری شریعتی (فردی) جامعه میزبان75
جدول 14-4- دینداری (شریعتی) فردی جامعه میزبان (آزمون تی استیودنت تک نمونه‌ای)75
جدول 15-4- شاخص‌های مؤلفه مشارکت جامعه محلی75
جدول 16-4- ادراک جامعه میزبان از مؤلفه مشارکت جامعه محلی (آزمون تی استیودنت تک نمونهای)76
جدول 17-4- رابطه دینداری و مشارکت جامعه میزبان76
جدول 18-4- شاخص‌های مؤلفه ناهنجاری‌های اجتماعی 76
جدول 19-4- ادراک جامعه میزبان از مؤلفه ناهنجاری‌های اجتماعی (آزمون تی استیودنت تک نمونهای)77
جدول 20-4- رابطه دینداری و ناهنجاری‌های اجتماعی77
جدول 21-4- ادراک جامعه میزبان از حضور گردشگران (آزمون تی استیودنت تک نمونهای)78
جدول 22-4- رابطه دینداری و نگرش جامعه محلی نسبت به حضور گردشگران78
فهرست نمودارها
نمودار 1-4- توزیع جنسیتی پاسخ دهندگان63
نمودار 2-4- توزیع سنی پاسخ دهندگان64
نمودار 3-4- توزیع پاسخ دهندگان بر اساس سطح تحصیلات65
نمودار 4-4- توزیع ارتباط شغلی پاسخ دهندگان با گردشگری66
نمودار 5-4- توزیع وضعیت تأهل پاسخ دهندگان67
نمودار 6-4- توزیع پاسخ دهندگان بر اساس مدت سکونت68
فهرست شکل‌ها
شکل 1-1- چارچوب مفهومی تأثیر دینداری اسلامی روی ادراک اثرات فرهنگی اجتماعی گردشگری8
3882390628650چ
چ
شکل 1-2- چرخه حیات مقصد19
شکل 2-2- چارچوب مفهومی تأثیر دینداری اسلامی روی ادراک اثرات فرهنگی اجتماعی گردشگری45
38061907466965ح
ح

فصل اول: کلیات تحقیق
مقدمهادراک جامعه میزبان از اثراتی که جنبه‌های مختلف زندگی را تحت تأثیر قرار می‌دهند، رقم زننده نوع واکنش آن‌ها نسبت به توسعه گردشگری در یک منطقه می‌باشد. از طرفی عوامل مختلفی وجود دارند که بر ادراک جامعه از اثرات و در نتیجه ایجاد نگرش مثبت و یا منفی نسبت به توسعه گردشگری اثر می‌گذارند که این عوامل نیز مواردی ملموس و ناملموس را در برمی‌گیرد. در صورتی که توسعه گردشگری بدون توجه به فضای فرهنگی و اجتماعی حاکم بر جامعه صورت گیرد، ممکن است عدم استقبال از سوی جامعه میزبان را به اتهام زیرپا گذاشتن و نادیده گرفتن عوامل فرهنگی و اجتماعی در پی داشته باشد. از آنجا که دامنه و نوع آرمان‌های یک جامعه که چشم انداز و آینده‌ای که آن جامعه در پی رسیدن به آن می‌باشد را مشخص می‌کند، تعیین می‌کند که در راستای این آرمان‌ها و آینده، چه تغییراتی صحیح و قابل قبول و پیش برنده به سوی آن آینده هستند و با چه تغییراتی باید مقابله کرد و در واقع نوع جهت‌گیری جامعه میزبان در قبال اثرات گردشگری و چگونگی ادراکشان از اثرات فرهنگی اجتماعی را رقم می‌زند؛ بنابراین توجه به خاستگاه فرهنگ در یک جامعه اسلامی که جهان‌بینی دینی آن جامعه است و آرمان‌های آن جامعه که چگونگی ادراک ساکنان را رقم می‌زند و دامنه پذیرش تغییرات را تعیین می‌کند، در بررسی ادراک و نگرش ساکنین جامعه میزبان با دینداری اسلامی اهمیت پیدا می‌کند. از این دیدگاه، گردشگری علاوه بر اینکه باعث تغییرات مثبت و منفی فرهنگی و اجتماعی می‌گردد، در دامنه آرمان‌های برخاسته از جهان‌بینی دینی افراد، می‌تواند به تغییرات فرهنگی و اجتماعی جامعه میزبان، شامل تغییر در سیستم‌های ارزشی، سبک زندگی سنتی، ارتباطات خانوادگی، رفتار فردی یا ساختار اجتماعی، کمک کند. حضور گردشگران در یک مقصد گردشگری و تعامل آن‌ها با جامعه میزبان، منجر به تغییراتی در کیفیت زندگی افراد و جامعه میزبان، نگرش‌ها، الگوهای رفتاری و آئین‌های جامعه می‌گردد. این پژوهش با مورد بررسی قرار دادن رابطه بین دینداری اسلامی افراد با ادراک آنان از اثرات فرهنگی و اجتماعی گردشگری، با کمک گرفتن از مدل‌های مختلف ارائه شده، به دنبال بررسی این اثرگذاری و بررسی مدیریت کارآمد آن می‌باشد.
در این فصل کلیاتی پیرامون تحقیق، ضرورت و اهمیت بررسی آن، اهداف، سؤالات و مدل نظری تحقیق بیان شده است.
بیان مسئلهصنعت گردشگری به مهمان‌نوازی جامعه محلی وابسته است. برای ایجاد یک تصویر مثبت از مقصد، یک میزبان شاد که دائماً جملات مثبتی را بر زبان می‌آورد ضروری است (اسنایث و هالی، 1999) و از آنجا که نگرش میزبان بر رضایت بازدیدکننده و تکرار بازدید اثر می‌گذارد (شلدون و آبنوجا، 2001)، بنابراین، اندازه‌گیری ادراک جامعه میزبان از توسعه صنعت گردشگری نقش حیاتی در موفقیت آینده یک مقصد گردشگری بازی می‌کند ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"tOaP2W0A","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1705{}\uc0\u1575{}\uc0\u1592{}\uc0\u1605{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1382)}","plainCitation":"(کاظمی، 1382)"},"citationI--s":[{"id":56,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/82PB7I58"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/82PB7I58"],"i--Data":{"id":56,"type":"article-journal","title":"بررسی آثار اقتصادی و فرهنگی توسعه جهانگردی از دیدگاه ساکنین","container-title":"فصلنامه مطالعات جهانگردی","page":"۲ - ۱۶","issue":"۳","language":"fa","author":[{"family":"کاظمی","given":"مهدی"}],"issued":{"date-parts":[["1382"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (کاظمی، 1382).
عکس‌العمل جامعه نسبت به گردشگری ممکن است از کشوری به کشور دیگر تفاوت داشته باشد. در برخی از کشورهای اسلامی، صنعت گردشگری به عنوان پتانسیلی برای نقض ارزش‌ها و سنت‌های فرهنگی اسلامی نگریسته می‌شود، و به این ترتیب یکی از اولویت‌های اصلی توسعه محسوب نمی‌گردد (عزیز، 1995). برخی به خاطر اینکه درباره تأثیرات ثبت شده گردشگری و پیامدهای آن روی جامعه محلی نگران هستند، ترجیح می‌دهند که گردشگران غیر مسلمان نداشته باشند. این نگرش که گردشگران، مصرف‌کنندگان بیش از حد مشروبات الکلی، غذا و منابع طبیعی هستند، و این‌ها می‌توانند به عنوان علت نگرش‌های منفی در میان ساکنان نسبت به گردشگران استناد می‌شوند (گاسلینگ، 2002). با این حال، ملل اسلامی نباید به صورت همگن دیده شوند. با وجود این که آن‌ها عقاید مذهبی مشابه دارند، تفسیر از اسلام، فرهنگ خود و نقش جامعه محلی و همچنین سطح دخالت دولت در آن‌ها متفاوت است ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"jKDhUtN9","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1575{}\uc0\u1587{}\uc0\u1605{}\uc0\u1575{}\uc0\u1593{}\uc0\u1740{}\uc0\u1604{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1376)}","plainCitation":"(اسماعیلی، 1376)"},"citationI--s":[{"id":96,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/578GZ6S4"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/578GZ6S4"],"i--Data":{"id":96,"type":"article-journal","title":"اصل نخستین در برخورد با غیر مسلمانان","container-title":"فقه (کاوشی نو در فقه اسلامی)","page":"۸۱ - ۱۰۶","issue":"۱۴","language":"fa","author":[{"family":"اسماعیلی","given":"اسماعیل"}],"issued":{"date-parts":[["1376"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (اسماعیلی، 1376).
گراسپیچ(2005) رفتار گردشگری معینی را که برخلاف ارزش‌ها و سنت‌های مذهبی می‌رود و ممکن است باعث شود برخی گروه‌های مذهبی به بیگانه‌ستیزی روی آورند را رد نمی‌کند. این حرکت ممکن است تهدیدی برای صنعت گردشگری باشد. شاید یکی از بزرگ‌ترین تهدیدات برای گردشگری در کشورهای مسلمان رشد این نگرش که اسلام وابسته به تروریسم است، باشد. با وجود این که عزیز (2005) معتقد است که اسلام هیچ خصومت مستقیم یا ممانعتی نسبت به گردشگری ندارد، خطرات بالقوه این صنعت نسبت به نقض ارزش‌ها و سنت‌های فرهنگی اسلامی باید از مسائل مهم در نظر گرفته شود.
مدارک و شواهد نشان می‌دهد که رابطه بسیار قوی بین مردم مذهبی و نگرانی بیشتر برای استانداردهای اخلاقی (وبی و فلیک، 1980)، محافظه کار بودن (بارتون و وگان، 1976) و داشتن نگرش‌های سنتی (ویلک، بورنت و هوول، 1986) وجود دارد. بنابراین، می‌توان آن را مسلم فرض کرد که سطح دینداری اسلامی می‌تواند بر روی ادراک از صنعت گردشگری، و به ویژه در ارتباط با اثرات اجتماعی و فرهنگی گردشگری تأثیر داشته باشد (موسی و فراهانی، 2012). در تحقیقی که زمانی فراهانی در ماسوله (2008)، بر روی نگرش و ادراکات جامعه نسبت به گردشگری انجام داد، نشان داد که گردشگری به عنوان یک عامل عمده توسعه ماسوله توسط 79.6 درصد از جمعیت نمونه‌برداری دیده می‌شود. وی همچنین بیان می‌کند که با توجه به نگرش ساکنین نسبت به توسعه گردشگری در این منطقه، اکثریت آن‌ها (83.6٪) با آن موافق‌اند. با وجود این پتانسیل بالا نسبت به حمایت از گردشگری و با توجه به اسلامی بودن کشور ایران، و با توجه به اینکه دین یکی از مؤلفه‌های تأثیرگذار در اعتقاد و رفتار افراد است ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"71TfuKu7","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1591{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1591{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1740{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1374)}","plainCitation":"(طباطبایی، 1374)"},"citationI--s":[{"id":48,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/WT7WD5BR"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/WT7WD5BR"],"i--Data":{"id":48,"type":"book","title":"ترجمه تفسیر المیزان","publisher":"دفتر انتشارت جامعه مدرسین حوزه علمیه قم","publisher-place":"قم","volume":"۲","edition":"۵","event-place":"قم","language":"fa","author":[{"family":"طباطبایی","given":"سید محمد حسین"}],"translator":[{"family":"موسوی همدانی","given":"سید محمد باقر"}],"issued":{"date-parts":[["1374"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (طباطبایی، 1374)، این مطالعه در پی اندازه‌گیری ارتباط بین سطح دینداری اسلامی و ادراک از پیامدهای اجتماعی فرهنگی گردشگری در ایران می‌باشد تا از این طریق با روشن شدن چگونگی تأثیر اسلام بر ادراک جامعه میزبان از پیامدهای گردشگری، راهکارهایی در جهت مدیریت و برنامه‌ریزی این رابطه و در جهت تقویت گردشگری همراه با تعاملی سازنده با دین، کمک می‌کند.
در نهایت اینکه این پژوهش به دنبال پاسخ به این سؤال است که: آیا رابطه معناداری بین دینداری اسلامی افراد جامعه میزبان و نگرش آنان نسبت به اثرات فرهنگی و اجتماعی گردشگری وجود دارد؟
اهمیت و ضرورت موضوع تأثیرات اجتماعی و فرهنگی شامل تعداد زیادی از اثرات مشاهده شده، ناشی از گردشگری که از سوی ساکنان درک شده، می‌باشد (کرامپتون و آپ، 1994). اندازه‌گیری و کمی کردن پیامدها به خاطر اینکه این پیامدها در طول زمان و به تدریج رخ می‌دهند، مشکل می‌باشد. ماتیسون و وال متذکر می‌شوند که تمایز روشنی بین پدیده‌های اجتماعی و فرهنگی وجود ندارد و بسیاری از نظریه‌پردازان پیامدهای اجتماعی فرهنگی را درزمینهای وسیع طبقه‌بندی می‌کنند. برداشت‌های مختلف از اثرات گردشگری توسط ساکنان مختلف می‌تواند بینشی نسبت به ماهیت و درجه اثرات گردشگری را در یک مقصد توریستی ارائه کند. بنابراین تعجب‌آور نیست که پژوهش در مورد نگرش شهروندان نسبت به توسعه صنعت گردشگری همچنان به عنوان یک موضوع مورد توجه باشد (ویور و لاوتون، 2001).
نگرش جوامع میزبان و برداشت نسبت به توسعه گردشگری و گردشگران به طور مداوم بین منفی و مثبت در نوسان است (پیزام، 1978). هرناندز و همکاران(1996)، استدلال می‌کنند که نه تنها ساکنان مختلف ممکن است نگرش‌های متفاوتی در مورد گردشگری داشته باشند، بلکه هر فرد از ساکنین به تنهایی نیز ممکن است یک نگرش متناقض داشته باشد.
توسعه صنعت گردشگری می‌تواند به رفاه جامعه میزبان کمک مثبت و همچنین منفی بکند. از جمله مزایای اجتماعی و فرهنگی گردشگری توسعه و تبادل فرهنگی، تغییر اجتماعی، بهبود تصویر جامعه میزبان، بهبود بهداشت عمومی، بهبود اجتماعی و سازگاری، آموزش و پرورش و حفاظت می‌باشد. از طرف دیگر، هزینه‌های اجتماعی و فرهنگی عبارت از بی‌ارزش ساختن و تخریب فرهنگی، بی‌ثباتی اجتماعی، جرائم، مصرف‌گرایی، تغییرات در قانون و نظم اجتماعی، روابط تجاری شده میزبان- بازدیدکننده و تغییرات در ارزش‌های سنتی می‌باشند (لئو و وار، 1986).
امبایوا (2003)، با مورد بررسی قرار دادن اثرات اجتماعی و فرهنگی توسعه صنعت گردشگری در دلتای اوکاوانگو (بوتسوانا)، نشان داد که بهبود خدمات مختلف محلی، توسعه زیرساخت‌ها، و مشارکت جوامع محلی در گردشگری جامعه‌محور و مدیریت منابع طبیعی، از اثرات مثبت اجتماعی و فرهنگی هستند. از این طریق، اشتغال ایجاد می‌شود و فرهنگ سنتی حفاظت‌شده و تازگی می‌یابد. از جمله اثرات منفی مشاهده شده شامل نژادپرستی، تغییر مکان جوامع سنتی، شکستن ساختار و روابط سنتی خانواده، افزایش جرم و جنایت، فحشا می‌باشد.
برانت و کورنتی(1999)، اظهار داشته‌اند که گردشگری منجر به سرمایه‌گذاری بیشتر در آموزش و پرورش، پیشرفت در مراقبت‌های بهداشتی، خدمات اجتماعی و امکانات فراغتی می‌شود. همچنین آن‌ها ادعا کرده‌اند که گردشگری به افزایش درک از جرم و جنایت کمک کرده است. شلدون و وار(1984)، پی برده‌اند که پیامدهای بالقوه منفی گردشگری به عنوان تابعی از نسبت بین گردشگران و شهروندان است. نسبت بالاتر گردشگران به ساکنان، ادراک بالاتر مشکلات اجتماعی و زیست‌محیطی که گردشگری باعث آن در جامعه می‌شود را به دنبال دارد. بنابراین، گردشگری می‌تواند مزایای اجتماعی فرهنگی عظیم و همچنین هزینه‌های ویران‌کننده‌ای در برداشته باشد که برای درک بهتر نگرش جوامع میزبان نسبت به گردشگری باید باهم موردمطالعه قرار گیرند.
اگرچه محققان پیامدهای اجتماعی فرهنگی منفی و مثبت بسیاری را ذکر کرده‌اند، اما آن‌ها در این‌که کدام یک از این‌ها در ابعاد پیامدهای گردشگری می‌گنجد اتفاق نظر ندارند. این تفاوت‌ها ممکن است درنتیجه منحصر به فرد بودن هر مطالعه، شامل «مختصات منحصر به فرد» مربوط به آن مورد مطالعه، که استنتاج «اعتبار در سراسر جهان» را دشوار می‌سازد، باشد
چندین متغیر اجتماعی- جمعیت شناختی به عنوان عوامل اثرگذارنده بر ادراک پیامدهای اجتماعی فرهنگی گردشگری در میان ساکنان محلی مشاهده شده است. در میان آن‌ها تعامل در کسب و کار گردشگری (آندرسک و همکاران، 2005)، متولد شدن در منطقه مورد مطالعه، تعلق مکانی و هویت مکان (گو و رایان، 2008)، و فاصله از مرکز گردشگری وجود دارد (شلدون و وار، 1984). عوامل دیگری که بر ادراک پیامدهای اجتماعی و فرهنگی گردشگری تأثیر می‌گذارند، مشارکت در تصمیم‌گیری، سطح دانش در مورد صنعت، و سطح تماس با گردشگران، سطح مشارکت و کنترل جامعه میزبان، تعداد و نوع گردشگران بازدیدکننده از منطقه، نسبت بین گردشگران و ساکنان و اهمیت گردشگری در توسعه اقتصادی هستند (لیندبرگ و جانسون، 1997).
اگرچه دین و دینداری عوامل شناخته شده‌ای هستند که رفتار در موقعیت‌های مختلف اجتماعی را تحت تأثیر قرار داده ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"1a47q9dev1","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1580{}\uc0\u1608{}\uc0\u1575{}\uc0\u1583{}\uc0\u1740{} \uc0\u1570{}\uc0\u1605{}\uc0\u1604{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1372\uc0\u1563{} \uc0\u1591{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1591{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1740{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1417)}","plainCitation":"(جوادی آملی، 1372؛ طباطبایی، 1417)"},"citationI--s":[{"id":13,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/RUKSN3S2"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/RUKSN3S2"],"i--Data":{"id":13,"type":"book","title":"شریعت در آینه معرفت","publisher":"موسسه فرهنگی رجا","publisher-place":"قم","event-place":"قم","language":"fa","author":[{"family":"جوادی آملی","given":"عبدالله"}],"issued":{"date-parts":[["1372"]]}},"label":"page","label2":"page"},{"id":47,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/BV4V5MJQ"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/BV4V5MJQ"],"i--Data":{"id":47,"type":"book","title":"المیزان فی تفسیرالقران","publisher":"دفتر انتشارات اسلامی جامعه مدرسین حوزه علمیه قم","publisher-place":"قم","edition":"۵","event-place":"قم","language":"fa","author":[{"family":"طباطبایی","given":"سید محمد حسین"}],"issued":{"date-parts":[["1417"]]}},"label":"page","label2":"page"}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (جوادی آملی، 1372؛ طباطبایی، 1417)، با این حال تحقیقات بسیار کمی به بررسی ارتباط بین آن‌ها و اثرات گردشگری پرداخته است. دین به عنوان یک مفهوم به مسائل متنوعی در ادبیات پژوهشی گردشگری ارتباط دارد. پژوهشگران عمدتاً تمایل به تمرکز بر روی تعدادی از نگرانی‌های نظری و عملی از جمله برنامه‌ریزی‌های زیارت یا گردشگری مذهبی ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"1I6qweDh","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1605{}\uc0\u1582{}\uc0\u1604{}\uc0\u1589{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1376)}","plainCitation":"(مخلصی، 1376)"},"citationI--s":[{"id":60,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/DZH6AE9Q"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/DZH6AE9Q"],"i--Data":{"id":60,"type":"article-journal","title":"آمد و شد با جهانگرد غیر مسلمان","container-title":"فقه (کاوشی نو در فقه اسلامی)","page":"206-244","issue":"۱۴","source":"www.noormags.ir","abstract":"عباس مخلصی ; مجله: فقه ; زمستان 1376 - شماره 14 ;","language":"fa","author":[{"family":"مخلصی","given":"عباس"}],"issued":{"date-parts":[["1376"]]},"accessed":{"date-parts":[["2015",2,27]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (مخلصی، 1376)، مدیریت و تفسیر مکان‌های مقدس، پیامدهای گردشگری بر روی مکان‌های مذهبی ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"roO4L1E0","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1606{}\uc0\u1580{}\uc0\u1601{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1376)}","plainCitation":"(نجفی، 1376)"},"citationI--s":[{"id":67,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/ZJUJRW4X"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/ZJUJRW4X"],"i--Data":{"id":67,"type":"article-journal","title":"بازدید جهانگردان غیر مسلمان از مکانهای مقدس","container-title":"فقه (کاوشی نو در فقه اسلامی)","page":"۱۰۷ - ۱۵۴","issue":"۱۴","language":"fa","author":[{"family":"نجفی","given":"محمد حسن"}],"issued":{"date-parts":[["1376"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (نجفی، 1376)، اثرات اقتصادی ناشی از گردشگری مذهبی، انگیزه و الگوهای سفر گردشگران مذهبی و مراسم مذهبی دارند. با این حال، تاکنون تلاشی کمی برای بررسی تأثیر دینداری به طور کلی و یا به طور خاص دینداری اسلامی، بر ادراک تأثیرات اجتماعی و فرهنگی گردشگری صورت گرفته است.
به طور خلاصه، مطالعات انجام شده بر روی اثرات اجتماعی و فرهنگی بسیاری از اثرات مثبت و منفی ممکن که می‌تواند از صنعت گردشگری به دست آید را ذکر کرده‌اند. با این حال، آن‌ها در مورد آنچه به منزله ابعاد تأثیرات اجتماعی و فرهنگی شمرده می‌شود، اتفاق نظر ندارند. این ممکن است در نتیجه منحصر به فرد بودن هر مطالعه که اغلب ابعاد منحصر به فردی را برای هدف خاصی مورد بررسی قرار می‌دهد، باشد. مطالعات به صورت وسیعی پیامدهای عناصر جغرافیایی و اجتماعی-جمعیت شناختی را بر ادراک از پیامدهای اجتماعی و فرهنگی مورد بررسی قرار داده‌اند. با این حال، همان‌طور که گفته شد، کمتر مطالعه‌ای که به بررسی تأثیر دینداری اسلامی بر ادراک از پیامدهای اجتماعی و فرهنگی گردشگری پرداخته باشد، انجام گرفته است.
مدل نظری تحقیقدین متغیر مستقل این مطالعه است. در داخل دینداری ساختارهای اصلی مورد تحقیق، عقیده اسلامی، عمل اسلامی و اخلاق اسلامی می‌باشد ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"1dmHce7N","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1591{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1591{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1740{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1417)}","plainCitation":"(طباطبایی، 1417)"},"citationI--s":[{"id":47,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/BV4V5MJQ"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/BV4V5MJQ"],"i--Data":{"id":47,"type":"book","title":"المیزان فی تفسیرالقران","publisher":"دفتر انتشارات اسلامی جامعه مدرسین حوزه علمیه قم","publisher-place":"قم","edition":"۵","event-place":"قم","language":"fa","author":[{"family":"طباطبایی","given":"سید محمد حسین"}],"issued":{"date-parts":[["1417"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (طباطبایی، 1417). دو متغیر اول ابعاد زیربنایی دینداری هستند که در ادبیات مربوطه به دست آمده‌اند. آن‌ها مبانی دینداری اسلامی بر اساس قران و حدیث هستند ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"GVyfCcdu","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1605{}\uc0\u1589{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1581{} \uc0\u1740{}\uc0\u1586{}\uc0\u1583{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1378)}","plainCitation":"(مصباح یزدی، 1378)"},"citationI--s":[{"id":61,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/S7956AB5"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/S7956AB5"],"i--Data":{"id":61,"type":"book","title":"آموزش عقاید","publisher":"شرکت چاپ و نشر بین الملل سازمان تبلیغات اسلامی","publisher-place":"تهران","volume":"۱","event-place":"تهران","language":"fa","author":[{"family":"مصباح یزدی","given":"محمد تقی"}],"issued":{"date-parts":[["1378"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (مصباح یزدی، 1378). محققان محدوده دینداری را در 2 تا 7 بعد سنجیده‌اند. عقاید دینی شامل باورهای درونی و شخصی، چارچوب‌ها، مفاهیم و دیدگاه‌های دینی است. از سوی دیگر، اعمال مذهبی، برونی بوده و تأثیرات قابل مشاهده از ایمان مانند مطالعه کتاب مقدس، نماز، سنت‌ها و آداب و رسوم می‌باشد.
در میان محققین، استفاده از سه بعد دینداری معمول‌تر است. با این حال، همه آن‌ها در دو بعد اشاره شده توافق دارند: اعتقاد و عمل. اما در مورد بعد سوم به خاطر وجود عناصر متفاوت در سنجش، تفاوت نام‌گذاری وجود دارد. از بعد سوم با عناوینی چون تجربه دینی و معنویت نام ‌برده شده است. تیلیوم و بلگیومیدی (2009)، ابعاد دینداری اسلامی را با استفاده از متون دینی اسلامی- قران و حدیث-، مورد سنجش قرار داده‌اند. از مجموع 60 آیتم دینداری اسلامی، 4 بعد اصلی دینداری اسلامی به دست آمد. این‌ها شامل اعتقاد مذهبی، اعمال مذهبی، و غنی‌سازی مذهبی (آموزش مادام‌العمر) هستند. هرچند می‌توان گفت که غنی‌سازی مذهبی از اجزای اعمال اسلامی می‌باشد.
به طور خلاصه می‌توان گفت که استفاده از دو و سه بعد برای سنجش دینداری اسلامی رایج‌تر است. تفاوت در آن‌ها عمدتاً در نتیجه عناصر متفاوت استفاده شده در اندازه‌گیری‌هایشان است. بر اساس بررسی‌های انجام گرفته، در نهایت، مدل زیر که مدل به کار گرفته شده توسط زمانی فراهانی(2012)، همراه با تغییراتی که زیرشاخه‌های دینداری در آن بر اساس مدل شجاعی‌زند ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"JVj3zyc3","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (1385)}","plainCitation":"(1385)"},"citationI--s":[{"id":40,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/JBB4EQC4"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/JBB4EQC4"],"i--Data":{"id":40,"type":"article-journal","title":"بررسی وضعیت دینداری در بین دانشجویان","container-title":"فصلنامه مطالعات ملی 26","volume":"۷","issue":"۲","language":"fa","author":[{"family":"شجاعی زند","given":"علیرضا"},{"family":"شریعتی مزینانی","given":"سارا"},{"family":"حبیب زاده خطبه سرا","given":"رامین"}],"issued":{"date-parts":[["1385"]]}},"suppress-author":true}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (1385) می‌باشد اقتباس شده است (شکل 1-1).

شکل 1-1- چارچوب مفهومی تأثیر دینداری اسلامی روی ادراک اثرات فرهنگی اجتماعی گردشگری
(اقتباس از Zamani-Farahani, Ghazali Musa, 2012)
سؤالات پژوهشسؤال اصلی پژوهش
آیا رابطه‌ای بین دینداری اسلامی مردم محلی شهر مشهد با ادراک آنان از اثرات فرهنگی اجتماعی گردشگری وجود دارد؟
سؤالات فرعی پژوهش
آیا رابطه‌ای بین دینداری اسلامی مردم محلی شهر مشهد با ادراک آنان از اثرات اجتماعی گردشگری وجود دارد؟
آیا رابطه‌ای بین دینداری اسلامی مردم محلی شهر مشهد با ادراک آنان از به اثرات فرهنگی گردشگری وجود دارد؟
در این پژوهش 3 هدف زیر دنبال می‌شود
شناسایی سطح دینداری اسلامی در میان ساکنان محلی در منطقه موردمطالعه
بررسی ادراک جامعه میزبان نسبت به پیامدهای اجتماعی فرهنگی توسعه گردشگری
شناسایی اثر دینداری اسلامی (عقاید اسلامی و عمل اسلامی) بر ادراک افراد جامعه میزبان از پیامدهای فرهنگی اجتماعی گردشگری
فرضیه‌های پژوهشفرضیه اصلی پژوهش
دینداری اسلامی افراد جامعه میزبان اثر معناداری بر ادراک آنان از پیامدهای فرهنگی اجتماعی توسعه گردشگری دارد.
فرضیه‌های فرعی پژوهش
دینداری اسلامی در افراد جامعه میزبان اثر معناداری بر ادراک آنان از پیامدهای اجتماعی توسعه گردشگری دارد.
دینداری اسلامی در افراد جامعه میزبان اثر معناداری بر ادراک آنان از پیامدهای فرهنگی توسعه گردشگری دارد.
روش‌شناسی تحقیقاین تحقیق، به لحاظ هدف از نوع تحقیقات کاربردی است، زیرا به دنبال بررسی رابطه دینداری و ادراک افراد بومی منطقه از اثرات اجتماعی فرهنگی گردشگری می‌باشد تا با ارزیابی نتایج به دست آمده و ارائه پیشنهاد‌های لازم، بستر مناسب‌تری برای توسعه گردشگری در تعامل با دین ایجاد کند. از نوع تحقیقات مقطعی و از نظر روش گردآوری داده‌ها، پیمایشی توصیفی – همبستگی خواهد بود، زیرا وضع موجود را مطالعه و ارتباط بین متغیرها را از طریق مراجعه به جامعه میزبان بررسی می‌کند. از لحاظ ماهیت داده‌ها در گروه تحقیقات کیفی که با استفاده از طیف لیکرت کمّی شده، جای می‌گیرد.

روش گردآوری داده‌ها و ابزار مورد استفاده برای آنروش گردآوری اطلاعات مبتنی بر اطلاعات اولیه و ثانویه می‌باشد. مبانی نظری و پیشینه تحقیق با مطالعه کتب، پایان‌نامه‌ها، مقالات فارسی و لاتین و منابع علمی اینترنتی مرتبط تدوین شده است. بخش میدانی آن از طریق پرسشنامه تکمیل شده است. در این مطالعه از پرسشنامه به عنوان ابزار سنجش استفاده شده است.
روش‌های نمونه‌گیری و تخمین حجم جامعهدر این تحقیق برای انتخاب نمونه، از روش نمونه‌گیری خوشه‌ای تصادفی استفاده می‌شود. این نوع نمونه‌گیری شبیه نمونه‌گیری تصادفی ساده است با این تفاوت که در نمونه‌گیری خوشه‌ای به‌جای افراد، گروه‌ها به‌صورت تصادفی انتخاب می‌شوند.
جهت محاسبه حجم نمونه موردنیاز برای پژوهش از فرمول کوکران برای تعیین حجم نمونه استفاده گردید:

پس از جای گذاری مقادیر در فرمول بالا، تعداد اعضاء نمونه تقریباً 385 نفر به دست آمد. برای به دست آوردن تعداد داده‌های مناسب حدود 400 پرسشنامه توزیع شد، که نحوه انتخاب گروه‌ها و توزیع پرسشنامه در ادامه توضیح داده می‌شود. با توجه به اینکه در این پژوهش از جامعه آماری به روش تصادفی خوشه‌ای نمونه‌گیری شده است، از بین 13 منطقه کلان‌شهر مشهد، با توجه به اینکه در این پژوهش قصد سنجش دو موضوع سطح دینداری افراد و ادراک افراد از اثرات فرهنگی اجتماعی گردشگری مدنظر است، مناطقی که دارای بیشترین تعداد مساجد بوده است (برای رعایت اینکه نمونه انتخابی و معرفی ویژگی‌های کل جامعه به لحاظ دینداری باشد) و سپس از بین این مناطق، مناطقی را که دارای بیشترین تعداد جاذبه مهم گردشگری بوده‌اند (برای رعایت اینکه نمونه انتخابی و معرفی ویژگی‌های کل جامعه به لحاظ آشنایی با اثرات گردشگری باشد)، انتخاب شده‌اند. بدین ترتیب در مجموع از بین 13 منطقه کلان شهر مشهد، مناطق ایکس تا زد به عنوان نمونه بر اساس روش خوشه بندی، انتخاب گردید. بر این اساس با توجه به اینکه هر یک از مناطق دارای چه تعداد جمعیت نسبت به کل جمعیت این 4 منطقه می‌باشد، تعداد پرسشنامه توزیعی برای هر منطقه تعیین و توزیع گردید.
روش‌های تحلیل داده‌هاتجزیه و تحلیل داده‌ها در این پژوهش با استفاده از آمار توصیفی و آمار استنباطی انجام شده است. برای سنجش پایایی پرسشنامه‌ها از آزمون آلفای کرونباخ استفاده شده است. در سطح آمار توصیفی از شاخص‌هایی چون فراوانی و فراوانی نسبی و نمودارهای آن برای پرسش‌های جمعیت شناختی؛ و در سطح آمار استنباطی برای سنجش رابطه بین ابعاد از روش‌های همبستگی؛ که برای این منظور از نرم افزار SPSS استفاده خواهد شد.
قلمرو تحقیقموضوعی: در حوزه عوامل مؤثر بر ادراک از اثرات گردشگری است و بدین منظور به بررسی رابطه دینداری و ادراک مردم محلی منطقه از اثرات اجتماعی و فرهنگی پرداخته است.
مکانی: ساکنین مناطق 13 گانه کلان‌شهر مشهد
شرح مفاهیم و واژگان اختصاصیدین: برنامه زندگی که بر اصل اعتقادی استوار است ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"rL1ybfWW","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1591{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1591{}\uc0\u1576{}\uc0\u1575{}\uc0\u1740{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1378)}","plainCitation":"(طباطبایی، 1378)"},"citationI--s":[{"id":49,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/VZNZA52D"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/VZNZA52D"],"i--Data":{"id":49,"type":"book","title":"شیعه در اسلام","publisher":"دفتر انتشارات اسلامی وابسته به جامعه مدرسین حوزه علمیه قم","publisher-place":"قم","event-place":"قم","language":"fa","author":[{"family":"طباطبایی","given":"سید محمد حسین"}],"issued":{"date-parts":[["1378"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (طباطبایی، 1378).
اثرات گردشگری: اثرات گردشگری حاصل تعاملات پیچیده میان مقصد، صنعت و گردشگران است و در آن فضاهای گسترده و پویای اقتصادی، اجتماعی و سیاسی‌ای که رخ می‌دهد، باید بررسی شود، و معمولاً تحت سه عنوان کلی اثرات اقتصادی، اثرات کالبدی (زیست‌محیطی) و اثرات اجتماعی- فرهنگی مورد بررسی قرار می‌گیرند ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"dhyOWLnW","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1588{}\uc0\u1575{}\uc0\u1585{}\uc0\u1662{}\uc0\u1604{}\uc0\u1740{} \uc0\u1608{} \uc0\u1578{}\uc0\u1604{}\uc0\u1601{}\uc0\u1585{}\uc0\u1548{} 1391)}","plainCitation":"(شارپلی و تلفر، 1391)"},"citationI--s":[{"id":37,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/PZ63UN6S"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/PZ63UN6S"],"i--Data":{"id":37,"type":"book","title":"برنامه ریزی توسعه گردشگری در کشورهای در حال توسعه","publisher":"مهکامه","publisher-place":"تهران","event-place":"تهران","language":"fa","author":[{"family":"شارپلی","given":"ریچارد"},{"family":"تلفر","given":"دیوید"}],"translator":[{"family":"ضرغام بروجنی","given":"حمید"}],"issued":{"date-parts":[["1391"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (شارپلی و تلفر، 1391).
اثرات اجتماعی فرهنگی گردشگری: اثرات ناشی از رابطه مستقیم و غیر مستقیم گردشگران بر روی جامعه میزبان در نتیجه تعامل با صنعت گردشگری؛ جامعه میزبان در مقابل میهمان و تهیه کنندگان خدمات، اغلب ضعیفتر و در نتیجه تحت نفوذ قرار میگیرند. این اثرات همیشه آشکار نمیشوند، اندازهگیریشان مشکل و بسته به قضاوت ارزشی، اغلب غیر مستقیم و همچنین گاهی به سختی قابل شناسایی هستند(برنامه محیطی سازمان ملل متحد).
ادراک: فرایند تعبیر و تفسیر محرکهای محیطی ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"QIqSyJMW","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1585{}\uc0\u1590{}\uc0\u1575{}\uc0\u1574{}\uc0\u1740{}\uc0\u1575{}\uc0\u1606{}\uc0\u1548{} 1389)}","plainCitation":"(رضائیان، 1389)"},"citationI--s":[{"id":26,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/WNDTJGBF"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/WNDTJGBF"],"i--Data":{"id":26,"type":"book","title":"مبانی مدیریت رفتار سازمانی","publisher":"سمت","publisher-place":"تهران","edition":"دهم","event-place":"تهران","language":"fa","author":[{"family":"رضائیان","given":"علی"}],"issued":{"date-parts":[["1389"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (رضائیان، 1389).
جامعه محلی (جامعه میزبان): ساکنین بومی مقاصد گردشگری که ممکن است فرهنگ، محیط زیست و ارزش‌های آن‌ها تحت تأثیر گردشگران قرار گیرد (هم به شکل بد و هم به شکل مطلوب) ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"6HatOOrC","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1590{}\uc0\u1740{}\uc0\u1575{}\uc0\u1740{}\uc0\u1740{} \uc0\u1608{} \uc0\u1605{}\uc0\u1740{}\uc0\u1585{}\uc0\u1586{}\uc0\u1575{}\uc0\u1740{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1390)}","plainCitation":"(ضیایی و میرزایی، 1390)"},"citationI--s":[{"id":45,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/5NJQWG4N"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/5NJQWG4N"],"i--Data":{"id":45,"type":"book","title":"واژگان تخصصی فراغت، گردشگری و هتلداری","publisher":"ترمه","publisher-place":"تهران","edition":"۲","event-place":"تهران","language":"fa","author":[{"family":"ضیایی","given":"محمود"},{"family":"میرزایی","given":"روزبه"}],"issued":{"date-parts":[["1390"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (ضیایی و میرزایی، 1390).
محدودیت‌های تحقیقکمبود سوابق تحقیق
عوامل مؤثر دیگر غیر از دینداری بر اثرات فرهنگی و اجتماعی گردشگری
مشکلات در جمع آوری داده‌های تحقیق
فصل دوم: ادبیات پژوهش
مقدمهدر این فصل برای رسیدن به شاخصهایی جهت مورد بررسی قراردادن متغیرهای مستقل و وابسته تحقیق، تحقیقات صورت گرفته در زمینه بررسی متغیرهای تحقیقات مورد بررسی قرار گرفته و بر اساس آن جدولی از مولفهها و شاخصهایی جهت طراحی پرسشنامه نهایی و سنجش متغیرهای تحقیق تهیه گردیده است. با توجه به اینکه در نهایت، توسعه پایدار گردشگری مدنظر بوده است، ایتدا به بررسی توسعه پایدار گردشگری و سپس اثرات گردشگری و به دنبال آن اثرات ادراک شده اجتماعی و فرهنگی گردشگری به طور خاص مورد بررسی قرار گرفته سر انجام موضوع دینداری و ابعاد آن که متغیر مستقل این مطالعه است تشریح گردیده است. در پایان در کنار مدل نهایی پژوهش، جدول شاخصهای مورد بررسی ارائه گردیده است.
1-2- توسعه پایدارگردشگری1-1-2- تعریف توسعه پایدار گردشگریسازمان جهانی جهانگردی در تعریف مفهومی خود از توسعه پایدار گردشگری، بیان می‌کند که توسعه پایدار گردشگری سه مؤلفه زیر را دربرمی‌گیرد (سازمان جهانی جهانگردی، 2005):
1) استفاده بهینه از منابع زیست محیطی، حفظ فرآیندهای ضروری زیست محیطی و کمک به حفظ میراث طبیعی و تنوع زیستی.
2) احترام به اصالت اجتماعی و فرهنگی جوامع میزبان، صرفه جویی در مصرف و حفظ میراث فرهنگی و ارزش‌های سنتی، و کمک به درک بین فرهنگی.
3) حصول اطمینان از قابلیت دوام، عملیات اقتصادی دراز مدت، ارائه کمک هزینه‌های اجتماعی و اقتصادی به تمام سهامداران که به صورت عادلانه توزیع شده، از جمله اشتغال پایدار و فرصت‌های درآمدی و خدمات اجتماعی برای جوامع میزبان، و کمک به کاهش فقر.
لوئیس در توضیح این مطلب، بیان می‌کند که گردشگری پایدار، یک گردشگریست که نیازهای کنونی گردشگران و جامعه میزبان را برآورده سازد، در حالی که فرصت‌های پیش رو را پشتیبانی کند و بهبود بخشد. گردشگری پایدار به عنوان یک راهنما در مدیریت همه منابع، به گونه ای که نیازهای اجتماعی، اقتصادی و زیبایی شناختی در کنار حفظ یکپارچگی فرهنگی، فرآیندهای اساسی زیست محیطی، تنوع زیستی و سیستم‌های حمایت از زندگی برآورده گردد، عمل می‌کند (لوئیس، 2005).
بنابراین توسعه پایدار گردشگری نیز که در راستای اصول توسعه پایدار می‌باشد، محوری دوگانه (مردم و اکوسیستم) دارد و در صورتی پایدار خواهد بود که:
کیفیت زندگی انسان را بهبود بخشد (به دنبال داشتن رفاه انسان).
قابلیت زیست و تنوع کره زمین را حفظ کند (به دنبال داشتن رفاه اکوسیستم).
2-1-2- اهمیت پایداری توسعه گردشگریتوجه به گردشگری پایدار با شناسایی اثرات بالقوه گردشگری انبوه و توجه به اثرات فعالیت‌های گردشگری بر اقتصاد، محیط زیست و فرهنگ جامعه میزبان و هم چنین رشد غیرقابل کنترل گردشگری انبوه که باعث تهی‌سازی و تخریب منابع طبیعی، اجتماعی و فرهنگی شده و اثرات مخربی همانند تخریب میراث و فرهنگ سنتی و محلی، از بین رفتن هویت محلی، افزایش میزان جرائم، ازدحام و شلوغی و دیگر مسائل زیست محیطی را در مناطق میزبان برجای نهاده بود، آغاز شد. به دنبال آن در صنعت گردشگری پارادایم گردشگری پایدار به عنوان تنها راه حل نجات طبیعت و انسان نمود پیدا کرد. پارادایم گردشگری پایدار، گردشگری را در غالب مرزها بررسی کرده و رابطه مثلث وار میان جامعه میزبان و سرزمین آن را از یک سو و جامعه میهمان یعنی گردشگران را از سویی دیگر با صنعت گردشگری برقرار می‌سازد و قصد دارد فشار و بحران موجود بین سه ضلع مثلث را تعدیل کرده و در طولانی مدت موازنه ای را برقرار سازد ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"AiQ2cmbq","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1585{}\uc0\u1705{}\uc0\u1606{} \uc0\u1575{}\uc0\u1604{}\uc0\u1583{}\uc0\u1740{}\uc0\u1606{} \uc0\u1575{}\uc0\u1601{}\uc0\u1578{}\uc0\u1582{}\uc0\u1575{}\uc0\u1585{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} \uc0\u1605{}\uc0\u1607{}\uc0\u1583{}\uc0\u1608{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} \uc0\u1608{} \uc0\u1662{}\uc0\u1608{}\uc0\u1585{}\uc0\u1591{}\uc0\u1575{}\uc0\u1607{}\uc0\u1585{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1390)}","plainCitation":"(رکن الدین افتخاری، مهدوی، و پورطاهری، 1390)"},"citationI--s":[{"id":27,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/V2AM6Z8A"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/V2AM6Z8A"],"i--Data":{"id":27,"type":"article-journal","title":"ارزیابی پایداری گردشگری در روستاهای تاریخی فرهنگی ایران با تأکید بر پارادایم توسعه پایدار گردشگری","container-title":"فصلنامه مطالعات گردشگری","page":"۶","issue":"۱۴","language":"fa","author":[{"family":"رکن الدین افتخاری","given":"عبدالرضا"},{"family":"مهدوی","given":"داوود"},{"family":"پورطاهری","given":"مهدی"}],"issued":{"date-parts":[["1390"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (رکن الدین افتخاری، مهدوی و پورطاهری، 1390). با توجه به این که پارادایم گردشگری پایدار بیش از حد گردشگری محور از نظر مقیاس و حوزه بود و گاهی در تضاد با توسعه پایدار عمل می‌نمود، برای جبران این نقص، از سال 1992 بعد از کنفرانس ریو پارادایم توسعه پایدار گردشگری که در آن گردشگری به مثابه یک چرخه برای توسعه پایدار تلقی می‌گردد و اصول اساسی توسعه پایدار یعنی پایداری زیست محیطی، پایداری عوامل فرهنگی و اجتماعی و پایداری اقتصادی ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"BvwxLnm8","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1575{}\uc0\u1605{}\uc0\u1740{}\uc0\u1606{} \uc0\u1576{}\uc0\u1740{}\uc0\u1583{}\uc0\u1582{}\uc0\u1578{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} \uc0\u1580{}\uc0\u1608{}\uc0\u1607{}\uc0\u1585{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} \uc0\u1608{} \uc0\u1593{}\uc0\u1604{}\uc0\u1740{}\uc0\u1586{}\uc0\u1575{}\uc0\u1583{}\uc0\u1607{}\uc0\u1548{} 1392)}","plainCitation":"(امین بیدختی، جوهری، و علیزاده، 1392)"},"citationI--s":[{"id":7,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/SD6GGVX8"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/SD6GGVX8"],"i--Data":{"id":7,"type":"paper-conference","title":"بررسی اثرات فرهنگی و اجتماعی حاصل از توسعه گردشگری و بررسی کدهای اخلاقی گردشگری در شهرستان مشکین شهر","event":"همایش ملی گردشگری، جغرافیا و محیط زیست پایدار","language":"fa","author":[{"family":"امین بیدختی","given":"علی اکبر"},{"family":"جوهری","given":"فتانه"},{"family":"علیزاده","given":"پروین"}],"issued":{"date-parts":[["1392"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (امین بیدختی، جوهری و علیزاده، 1392) مدنظر می‌باشد، در جهت پوشش دادن همه ابعاد و زمینه‌های توسعه پایدار مطرح گردید.
3-1-2- توسعه پایدار گردشگری و مشارکت جامعه میزبانهمانطور که در اصول توسعه پایدار گردشگری مطرح شده است، برنامه ریزی توسعه و فعالیت‌های جهانگردی باید همه‌جانبه، جامع و در برگیرنده همه بخش‌ها باشد تا سازمان‌های مختلف دولتی، شرکت‌های خصوصی، گروه‌های شهروند و افراد بتوانند در آن شرکت کنند و از مزایای بالقوه آن بهره‌مند شوند. پژوهش‌هایی که درباره ماهیت جهانگردی انجام می‌شود و اطلاعات مربوط به محیط فرهنگی و انسانی یک مکان باید در دسترس جامعه میزبان قرار گیرد و پیش از هر گونه اقدام برای توسعه این صنعت در یک مکان باید مردم آن مکان و سایر سازمان‌ها به طور کامل از این اطلاعات آگاه شوند تا بتوانند به شیوه‌ای مؤثر در امر توسعه و گسترش این صنعت همکاری کنند و بدین گونه یکایک افراد و کل جامعه از آن بهره‌مند شوند (گلوب 90). آندرک و مک گی بیان می‌کنند که ادراک ساکنین از اثرات گردشگری، ملاحظه‌ای مهم برای توسعه پایدار و عملکرد موفق گردشگری به شمار می‌آید (مک گی و آندرک، 2004).
با توجه به آنچه بیان شد، توسعه پایدار گردشگری با مشارکت جامعه میزبان و حمایت آن‌ها از توسعه و با ارزیابی اثرات گردشگری میسر می‌شود. در بخش‌های مربوط به اثرات گردشگری و مشارکت جامعه میزبان، نقش مشارکت جامعه میزبان در توسعه پایدار و نیاز به ارزیابی اثراتی که جامعه میزبان از گردشگری می‌پذیرد، مطرح خواهد شد.
4-1-2- توسعه پایدار گردشگری و اثرات فرهنگی - اجتماعی گردشگریهمان طور که اشاره شد، در رویکرد توسعه پایدار گردشگری به سه نوع اثرات گردشگری توجه می‌شود که اثرات فرهنگی – اجتماعی، اثرات زیست محیطی و اثرات اقتصادی را در برمی‌گیرد. بدون اندازه‌گیری این اثرات که بر محیط و جوامع میزبان واقع می‌شود، نمی‌توان به مدیریت توسعه و دست‌یابی به توسعه پایدار گردشگری نائل شد. از آنجا که این پژوهش به دنبال رابطه بین دینداری اسلامی و ادراک جامعه میزبان از اثرات فرهنگی – اجتماعی می‌باشد، پس از مطرح کردن اثرات زیست محیطی و اثرات اقتصادی، به بررسی تفصیلی اثرات فرهنگی – اجتماعی پرداخته خواهد شد.
در رویکرد توسعه پایدار گردشگری، پایداری اجتماعی - فرهنگی با معیارهایی همانند رعایت حقوق زمین و مردم محلی، رعایت زندگی شرافتمندانه، افزایش رضایتمندی مردم، توانمندسازی و مشارکت فعالانه مردم در توسعه، رعایت روابط جنسیتی (حقوق زنان) و رعایت حقوق کار مشخص می‌شود (دوئیم، 2005) که با ارزیابی و اندازه‌گیری عملکرد و اثرات اجتماعی – فرهنگی محقق می‌گردد.
2-2- مشارکت جامعه میزبان در توسعه پایدار گردشگرییکی از مباحثی که در راستای توسعه پایدار گردشگری اهیمت پیدا می‌کند و جدایی ناپذیر از گردشگری است، موضوع جامعه و گردشگری است که در آن به مباحث گردشگری جامعه محور، گردشگری حامی فقرا، مشارکت جامعه میزبان و موضوعاتی از این دست که نقش اجتماع را در ارتباط با گردشگری و بالعکس بررسی می‌کند، پرداخته می‌شود.
گرچه رویکردهای متفاوتی نسبت به جامعه میزبان در گردشگری در طول زمان به صورت ذیل در پیش گرفته شده است:
به جامعه میزبان به عنوان افرادی نگریسته می‌شد که مزاحم پیشرفت توسعه و رشد گردشگری می‌باشند.
به جامعه میزبان به عنوان افرادی که باید در خدمت گردشگران بوده و وظیفه‌شان ارائه خدمات به گردشگران است و حق با گردشگران است نگریسته می‌شد.
از دهه 1990 به بعد به جامعه محلی به عنوان بزرگ‌ترین جاذبه و جاذبه اصلی که دلیل گردشگری می‌باشد نگریسته می‌شود.
لیکن با مطرح شدن رویکر سوم در گردشگری، آنچه اهمیت پیدا می‌کند این است که در این رویکرد جدید جامعه میزبان هم به عنوان جاذبه اصلی و دلیل سفر مطرح می‌شود و هم به عنوان یکی از ارکانی که در تصمیم‌گیری برای مشارکت در گردشگری باید سهیم باشد؛ و در واقع نحوه پذیرا بودن گردشگر در هر منطقه نشان‌دهنده چگونگی واکنش افراد و جامعه به گردشگری می‌باشد و این مشارکت جامعه و نوع نگرش جامعه به گردشگریست که نقشی تعیین کننده در توسعه پیدا می‌کند ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"2z74SMOo","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1588{}\uc0\u1575{}\uc0\u1585{}\uc0\u1662{}\uc0\u1604{}\uc0\u1740{} \uc0\u1608{} \uc0\u1578{}\uc0\u1604{}\uc0\u1601{}\uc0\u1585{}\uc0\u1548{} 1391)}","plainCitation":"(شارپلی و تلفر، 1391)"},"citationI--s":[{"id":37,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/PZ63UN6S"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/PZ63UN6S"],"i--Data":{"id":37,"type":"book","title":"برنامه ریزی توسعه گردشگری در کشورهای در حال توسعه","publisher":"مهکامه","publisher-place":"تهران","event-place":"تهران","language":"fa","author":[{"family":"شارپلی","given":"ریچارد"},{"family":"تلفر","given":"دیوید"}],"translator":[{"family":"ضرغام بروجنی","given":"حمید"}],"issued":{"date-parts":[["1391"]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (شارپلی و تلفر، 1391). به طور همزمان از دهه 1990 به بعد از سوی جوامع میزبان به این دید به گردشگران نگریسته شد که سبزتر شده‌اند و تمایل به مصرف گردشگری به شیوه‌های مسئولانه‌تر دارند.
1-2-2- اهمیت مشارکت جامعه میزبانتوسعه موفقیت‌آمیز گردشگری مستلزم میهمان‌نوازی و استقبال از طرف جامعه میزبان و حمایت آنان می‌باشد (جوروسکی و گورسوی، 2004). به‌طوری‌که بدرفتاری، بی‌علاقگی و سوءظن جامعه محلی، نهایتاً به گردشگران منتقل خواهد شد و عدم تمایل گردشگران به بازدید مجدد از مقصدهای مذکور را در پی خواهد داشت. بدین‌سان درک واکنش جامعه محلی و عواملی که بر روی این طرز تفکر تأثیر می‌گذارند، به‌منظور دستیابی به مشارکت و حمایت مطلوب جامعه روستایی از توسعه گردشگری امری ضروری به شمار می‌آید ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"PR4RSM0P","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1593{}\uc0\u1604{}\uc0\u1740{}\uc0\u8204{}\uc0\u1602{}\uc0\u1604{}\uc0\u1740{}\uc0\u8204{}\uc0\u1586{}\uc0\u1575{}\uc0\u1583{}\uc0\u1607{}\uc0\u8204{}\uc0\u1601{}\uc0\u1740{}\uc0\u1585{}\uc0\u1608{}\uc0\u1586{}\uc0\u8204{}\uc0\u1580{}\uc0\u1575{}\uc0\u1740{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} \uc0\u1602{}\uc0\u1583{}\uc0\u1605{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} \uc0\u1608{} \uc0\u1585{}\uc0\u1605{}\uc0\u1590{}\uc0\u1575{}\uc0\u1606{}\uc0\u8204{}\uc0\u1586{}\uc0\u1575{}\uc0\u1583{}\uc0\u1607{}\uc0\u8204{}\uc0\u1604{}\uc0\u1587{}\uc0\u1576{}\uc0\u1608{}\uc0\u1740{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1389)}","plainCitation":"(علی‌قلی‌زاده‌فیروز‌جایی، قدمی، و رمضان‌زاده‌لسبویی، 1389)"},"citationI--s":[{"id":51,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/V3AHCZ7D"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/V3AHCZ7D"],"i--Data":{"id":51,"type":"article-journal","title":"نگرش و گرایش جامعه میزبان به توسعه گردشگری در نواحی روستایی، نمونه مورد مطالعه: دهستان گلیجان، شهرسان تنکابن","container-title":"پژوهش‌های جغرافیای انسانی","page":"35-48","issue":"۷۱","source":"www.noormags.ir","abstract":"ناصر علی قلی زاده فیروز جایی,مصطفی قدمی,مهدی رمضان زاده لسبویی ; مجله: پژوهش‌های جغرافیای انسانی ; بهار 1389 - شماره 71 ;","shortTitle":"نگرش و گرایش جامعه میزبان به توسعه گردشگری در نواحی روستایی، نمونه مورد مطالعه","language":"fa","author":[{"family":"علی‌قلی‌زاده‌فیروز‌جایی","given":"ناصر"},{"family":"قدمی","given":"مصطفی"},{"family":"رمضان‌زاده‌لسبویی","given":"مهدی"}],"issued":{"date-parts":[["1389"]]},"accessed":{"date-parts":[["2015",2,27]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (علی‌قلی‌زاده‌فیروز‌جایی، قدمی و رمضان‌زاده‌لسبویی، 1389). مشارکت دادن آحاد جامعه در فرایندهای توسعه، به معنای قدرت دادن به ضعیف‌ترین و فقیرترین افراد جامعه به منظور تشویق و ترغیب آن‌ها در اجرای برنامه‌ها و طرح‌ها و قرار دادن این گروه در متن آن است ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"E3r1dkP3","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1590{}\uc0\u1740{}\uc0\u1575{}\uc0\u1574{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} \uc0\u1575{}\uc0\u1576{}\uc0\u1585{}\uc0\u1575{}\uc0\u1607{}\uc0\u1740{}\uc0\u1605{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} \uc0\u1608{} \uc0\u1581{}\uc0\u1575{}\uc0\u1580{}\uc0\u1740{} \uc0\u1594{}\uc0\u1604{}\uc0\u1575{}\uc0\u1605{} \uc0\u1587{}\uc0\u1585{}\uc0\u1740{}\uc0\u1586{}\uc0\u1583{}\uc0\u1740{}\uc0\u1548{} 1392)}","plainCitation":"(ضیائی، ابراهیمی، و حاجی غلام سریزدی، 1392)"},"citationI--s":[{"id":46,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/V8N7EFJD"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/V8N7EFJD"],"i--Data":{"id":46,"type":"article-journal","title":"اولویت بندی عوامل مؤثر بر سرمایه گذاری جامعه محلی در طرح های توسعه گردشگری روستایی","container-title":"مجله برنامه ریزی و توسعه گردشگری","page":"29-42","volume":"۲","issue":"۴","source":"tourismpd.journals.umz.ac.ir","abstract":"مشارکت جامعه محلی یکی از اصول توسعه گردشگری روستایی پایدار است. سرمایه گذاری در طرح های توسعه گردشگری روستایی یکی از اشکال مشارکت است. عوامل موثر بر سرمایه گذاری جامعه محلی در طرح های توسعه گردشگری روستایی شامل ظرفیت اجرایی، اقتصادی، انسانی- فرهنگی، اجتماعی و زیربنایی می شود. هدف از انجام این تحقیق اولویت بندی عوامل موثر بر سرمایه گذاری جامعه محلی در طرح های توسعه گردشگری در روستای سریزد واقع در استان یزد است. جامعه آماری شامل 120 سرپرست خانوار ساکن در روستا می باشدو در این تحقیق از استراتژی پژوهش پیماش و برای گردآوری داده ها از توزیع پرسشنامه برای 94 خانوار و جهت تجزیه تحلیل داده ها از تکنیک معادلات ساختاری و نرم افزار آماری لیزرل استفاده شده است. نتایج تحقیق نشان داد که ظرفیت اجرایی بیشترین اثر را بر سرمایه گذاری جامعه محلی داشته و پس از آن به ترتیب ظرفیت اجتماعی و ظرفیت فرهنگی- انسانی قرار دارد، ولی بر خلاف انتظار محققین، ظرفیت اقتصادی و زیربنایی رابطه معناداری با سرمایه گذاری جامعه محلی در طرح های توسعه گردشگری روستایی ندارند.","ISSN":"2322-309X","language":"fa","author":[{"family":"ضیائی","given":"محمود"},{"family":"ابراهیمی","given":"مهدی"},{"family":"حاجی غلام سریزدی","given":"الهام"}],"issued":{"date-parts":[["1392"]]},"accessed":{"date-parts":[["2015",2,27]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (ضیائی، ابراهیمی و حاجی غلام سریزدی، 1392). برنامه‌ریزی گردشگری بر اساس مشارکت اجتماع محلی به دو دلیل ضروری است: اول، در سطح تجربی، اگر توسعه گردشگری با اهداف و آرزوهای اجتماع محلی سازگاری نداشته باشد، در هنگامی که علایق افراد بیرونی در گردشگری محلی غالب است، یا در هنگامی که آستانه تحمل ساکنان نسبت به گردشگری و گردشگران پایین است، تضادهایی به وجود می‌آید که در نهایت منجر به تضعیف گردشگری می‌شود. دوم، ساکنان محلی از حق اخلاقی برای مشارکت در توسعه فعالیتی برخوردارند که هم منافع و هم هزینه‌هایی را برای آن‌ها به همراه دارد ADDIN ZOTERO_ITEM CSL_CITATION {"citationID":"A8bP2rJA","properties":{"formattedCitation":"{\-- \rtlpar\qr (\uc0\u1590{}\uc0\u1740{}\uc0\u1575{}\uc0\u1574{}\uc0\u1740{} \uc0\u1608{} \uc0\u1583{}\uc0\u1740{}\uc0\u1711{}\uc0\u1585{}\uc0\u1575{}\uc0\u1606{}\uc0\u1548{} 1392)}","plainCitation":"(ضیائی و دیگران، 1392)"},"citationI--s":[{"id":46,"uris":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/V8N7EFJD"],"uri":["http://pajoohyar.ir/users/local/Cf4scZXj/i--s/V8N7EFJD"],"i--Data":{"id":46,"type":"article-journal","title":"اولویت بندی عوامل مؤثر بر سرمایه گذاری جامعه محلی در طرح های توسعه گردشگری روستایی","container-title":"مجله برنامه ریزی و توسعه گردشگری","page":"29-42","volume":"۲","issue":"۴","source":"tourismpd.journals.umz.ac.ir","abstract":"مشارکت جامعه محلی یکی از اصول توسعه گردشگری روستایی پایدار است. سرمایه گذاری در طرح های توسعه گردشگری روستایی یکی از اشکال مشارکت است. عوامل موثر بر سرمایه گذاری جامعه محلی در طرح های توسعه گردشگری روستایی شامل ظرفیت اجرایی، اقتصادی، انسانی- فرهنگی، اجتماعی و زیربنایی می شود. هدف از انجام این تحقیق اولویت بندی عوامل موثر بر سرمایه گذاری جامعه محلی در طرح های توسعه گردشگری در روستای سریزد واقع در استان یزد است. جامعه آماری شامل 120 سرپرست خانوار ساکن در روستا می باشدو در این تحقیق از استراتژی پژوهش پیماش و برای گردآوری داده ها از توزیع پرسشنامه برای 94 خانوار و جهت تجزیه تحلیل داده ها از تکنیک معادلات ساختاری و نرم افزار آماری لیزرل استفاده شده است. نتایج تحقیق نشان داد که ظرفیت اجرایی بیشترین اثر را بر سرمایه گذاری جامعه محلی داشته و پس از آن به ترتیب ظرفیت اجتماعی و ظرفیت فرهنگی- انسانی قرار دارد، ولی بر خلاف انتظار محققین، ظرفیت اقتصادی و زیربنایی رابطه معناداری با سرمایه گذاری جامعه محلی در طرح های توسعه گردشگری روستایی ندارند.","ISSN":"2322-309X","language":"fa","author":[{"family":"ضیائی","given":"محمود"},{"family":"ابراهیمی","given":"مهدی"},{"family":"حاجی غلام سریزدی","given":"الهام"}],"issued":{"date-parts":[["1392"]]},"accessed":{"date-parts":[["2015",2,27]]}}}],"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} (ضیائی و دیگران، 1392).

دانلود پایان نامه — (90)

سرعت و یا تحریک بالا
حضور گازهای محلول در اسید مانند H2S و CO2
روشهای تصویب شده برای جلوگیری از تشکیل هیدرات عبارتند از:
حذف آب
گرم کردن خط
کاهش فشار خط
عایق حرارتی خط
استفاده از بازدارندههای ترمودینامیکی
برای جلوگیری از شکلگیری و رشد کریستالهای هیدرات در خط جریان تولید، تزریق بازدارندههای هیدرات به SPS (سیستم تولید زیردریا) مورد نیاز است. دو نوع از بازدارندهها عبارتند از مونواتیلنگلایکول(MEG) و بازدارندههای هیدرات با دوز کم (LDHI).
طرح مهارکنندههای هیدرات میتواند به دو دسته تقسیم شود:
تزریق بازدارندههای هیدرات به طور غیرمداوم. تحت شرایط جریان عادی، اگردمای سیال تولیدشده بالاتراز دمای تشکیل هیدرات باقی بماند، تزریق مهارکنندههای هیدرات به طور مداوم ممکن است لازم نباشد.
تزریق بازدارندههای هیدرات به طور مداوم. اگر تحت شرایط جریان نرمال، درجه حرارت سیال به زیر دمای تشکیل هیدرات افت پیدا کند، تزریق مهارکنندههای هیدرات مداوم لازم است. به طور معمول این بازدارندههای هیدرات متانول، گلایکول و یا انواع دوز کم مهارکنندههای هیدرات (LDHIها( هستند.
MEG به طور مداوم برای جلوگیری از تشکیل هیدرات و یخ در طول عمل طبیعی تزریق میشود. حداکثر غلظت مورد نیاز MEG در آب آزاد (از چگالش بخار و آب تشکیل شده) از بدترین شرایط فشار بالا و دمای پایین به دست میآید. برای تعیین غلظت مورد نیاز MEG در آب آزاد (MEG غنی)، دمای طراحی حاشیه باید به پایینترین دما در بستر دریا کاهش یابد تا شرایط انبساط گاز در خط جریان در طول راهاندازی مجدد را فراهم نماید. مدیریت خطر هیدرات و خوردگی به شدت به درجه حرارت سیال وابسته است.درجه حرارت آب در بستر میتواند منفی باشد، در محدودهای از -1.8℃ در زمستان تا +1℃ در تابستان. مدیریت خطرات هیدرات و خوردگی بر اساس دهیدراته کردن سیال به منظور جلوگیری از حضور آب آزاد و به حداقل رساندن استفاده از مواد شیمیایی است[3].
LDHIها نیز کاندیدای خوبی برای این هدف میباشند که یکی از این بازدارندهها، بازدارندههای هیدرات جنبشی یا KHIها هستند که اولین تجربهی استفاده از آنها در فاز 2 و 3 پارس جنوبی بود. نتایج نشان داد که خطر تشکیل هیدرات کمتر از فرضیات اولیهی طراحی با توجه به دمای بسیار پایین کف دریا بود. استفاده از تزریق KHI در سال 2007 به طور رسمی آغاز شد[4].
مطالعهی تضمین جریان در سه تجزیه و تحلیل اساسی خلاصه میشود: ترمودینامیک، دینامیک سیال و انتقال حرارت. تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی خواص حالت مانند گرمای ویژه برای فشار ثابت و حجم ثابت (cPوcv) و وزن مخصوص (ρ) را تعریف میکند. اینها برای تعیین مشخصات دما و فشار در امتداد خط استفاده میشوند. بنابراین، با دادههای دما و فشار در امتداد خط، تعیین نقطهی تشکیل هیدرات امکانپذیر است.
به طور کلی هیدراتها در سیستمهای نفت و گاز توسط هیدروکربنهای سبک تثبیت شدهاند. هیدراتها بر خلاف یخ میتوانند در دمای بالاتر از 32℉ در سیستمهای تحت فشار تشکیل شوند و بر خلاف یخ, هیدراتها حاوی هیدروکربن کافی برای سوزاندن هستند.
اولین قدم برای بررسی اینکه آیا جریان مطابق با مشخصات پروژه است، به دست آوردن خواص ترمودینامیکی و نمودار فاز است. برای انجام آن برنامه کامپیوتری PVTSIM استفاده شده است. بر اساس ترکیب معمول گاز دیاگرام فاز زیر به دست آمده است.
منحنی فشار-دما نشان میدهد که سیستم باید در یک حالت ثابت و شرایط گذرا به منظور اجتناب از احتمال تشکیل هیدرات عمل کند(شکل7). منطقهی چپ نمودار، منطقهی ثبات هیدرات است. ثبات هیدرات با افزایش فشار و کاهش دما افزایش مییابد. درحالی که سمت راست نمودار به عنوان منطقهی آزاد هیدرات به آن اشاره شده، که در آن سیستم باید به جلوگیری از تشکیل هیدرات عمل کند[5].

شکل7
با توجه به دمای پایین بستر دریا) (4℃ و خطرات خاص مرتبط با عملیات حذف موم در سیستم آبهای عمیق، مدیریت موم یک مسالهی بالقوه در نظر گرفته شده است. برای پیشگیری از رسوبات موم، تمرکز بر مدیریت حرارتی ترجیح داده میشود. خطر تشکیل هیدرات در خاموشی و راهاندازی مجدد و همچنین رسوب موم الزاماتی را برای عایق حرارتی گستردهی سیستمهای زیردریا تاسیس میکند..[6]
به عنوان یکی از مهم ترین جنبه ها برای مدیریت رسوبات بر اساس دانش دقیق از میدان دما در داخل خط لوله و / یا تجهیزات زیر دریا است، هدف اصلی از این کار به اعمال فیلترهای بیزین برای پیش بینی میدان دمای ناپایدار در مقطع خط لوله در طول دوره خاموشی است.
کنترل هیدرات نیازمند توجه مداوم در حین کار است. شاخههای هیدرات میتوانند در عرض چند ساعت تشکیل شود و پس از آن, روزها، هفتهها و یا حتی ماهها زدودن آن زمان ببرد. شایعترین روش استفاده شده برای زدودن پلاگهای هیدرات کاهش فشار سیستم به فشاری کمتر از نقطهای که در آن هیدراتها در دمای محیط (آب دریا) پایدار هستند است. این فشار در حدود 400psi است. از آنجا که شاخههای متعدد مشترک هستند، فرایند میتواند بسیار طولانی و درآمد زیادی را از دست بدهد.
محاسبات دمای حالت پایدار از فرایند تضمین جریان استفاده میشود تا میزان جریان و سیستمهای عایقی که مورد نیاز است تا سیستم بالای دمای تشکیل هیدرات حفظ شود را نشان دهد. محاسبات دمای گذرا استفاده میشود تا شرایط راهاندازی و خاموشی را بررسی کند[7].
فصل دوم: مدیریت حرارتی
مدیریت حرارتی زیر آب یک عنصر کلیدی برای موفقیت عملیات تضمین جریان در میدان آب های عمیق است. تجزیه و تحلیل حرارتی یک سیستم تولید زیر دریای معمولی، که مشخصات دما را در امتداد خط جریان پیشبینی میکند، یکی از مهم ترین مراحل طراحی طرح زیر دریا و به تبع آن راه اندازی می باشد . مدیریت حرارتی میدانهای نفتی دریایی در میان سایر موارد مورد نیاز عملیاتی، یکی از مسائل اصلی برای انجام عملیات بهره برداری نفت است. زیرا زمانی که هیدروکربن ها تولید می شوند و در مسافت های طولانی انتقال داده میشوند، برای تضمین جریان بسیار مهم است که از رسوبات جامد و تشکیل هیدرات با نظارت حرارتی کنترل و جلوگیری شود. تجزیه و تحلیل حرارتی شامل هر دو حالت پایدار و مطالعات گذرا برای مراحل مختلف طول عمر میدان است و باید به عنوان یک ابزار طراحی برای انتخاب عایق های حرارتی و / یا سیستم های گرمایش به منظور جلوگیری از تشکیل رسوب خدمت کنند.
در اغلب موارد، زمینهی مدیریت حرارتی حداقل نیاز برای انتخاب بهترین طرح به منظور حفظ دمای سیال در داخل خطوط لوله و تجهیزات تولید زیر دریا بالاتر از حداقل درجه حرارت را تعیین میکند. در عملکرد حالت پایدار ، دمای سیال تولید شده وقتی در امتداد خط لوله جریان مییابد با توجه به انتقال حرارت از طریق دیواره لوله، کاهش می یابد . این مشخصات دمایی حالت پایدار از سیال تولید شده استفاده می شود تا نرخ جریان و سیستم های عایق که برای نگه داشتن سیستم بالای حداقل درجه حرارت بحرانی در هنگام تولید مورد نیاز است را شناسایی کند. اگر در برخی از لحظهها شرایط جریان حالت پایدار قطع شود، مانند شرایط خاموشی، آنالیز انتقال حرارت گذرا برای سیستم زیر دریا لازم است تا اطمینان حاصل شود که دمای سیال بالاتر از محدوده دمای رسوب جامد در زمان مورد نیاز است. رسوبات جامد اصلی موم و هیدرات هستند. برای یک سیال داده شده ، این مواد جامد در ترکیب خاصی از فشار و دما رسوب میکنند. رسوبات موم معمولا در دماهای مختلف از 30℃ تا 50℃ ظاهر میشوند. دمای تشکیل هیدرات از سوی دیگر، به طور معمول در حدود 20℃ و در فشار100 بار است. تکنیک های پیشگیری و / یا به حداقل رساندن تشکیل این رسوبات جامد با کمک تجارب میدانی و تلاش تحقیقاتی فشرده مورد حمایت قرار گرفته اند. استراتژیهای اساسی در حال حاضر برای جلوگیری از این مشکلات عبارتند از:
اجازه ندهد تا سیستم وارد منطقه فشار / دما شود که می تواند رسوبات جامد شکل گیرد؛
نصب و راه اندازی امکانات زیر دریا برای توپکهای در حال اجرا (خراشدهندههای مکانیکی)؛
تزریق مواد شیمیایی مهارکننده به خطوط جریان؛
عایق حرارتی برای خطوط جریان و تجهیزات زیر دریا؛
سیستمهای گرمایش برای خطوط جریان و تجهیزات زیر دریا؛
مانیتورینگ لحظه به لحظهی سیستم تولید و حمل و نقل.
مهم ترین جنبه های طراحی برای سیستم های تولید آب های عمیق بر اساس دمای پایین خروجی چاه و فشار هیدرواستاتیک بالا است. به طور کلی، سیستم های کنونی برای حمل و نقل سیالات تولید شده از طریق خط لوله طراحی شدهاند با فرض اینکه تلفات حرارتی به محیط زیست قابل توجه نیستند. با این حال، تجزیه و تحلیل انتقال حرارت تجهیزات و سیستم های خط لوله از اهمیت زیادی برای پیش بینی و پیشگیری از رسوبات موم و تشکیل هیدرات برخوردار است. دانش دقیق از میدان دمایی در تجهیزات همراه با دانش از مقادیر دمای بحرانی تشکیل رسوبات جامد به منظور تضمین تداوم تولید در سطوح مورد نظر برای سودآوری باید به اندازه کافی مورد ارزیابی قرار گیرد. این مهم است که اشاره شود که در خطوط لوله، هیدرات می تواند حتی در دماهای نسبتا بالا در مخلوط نفت و گاز و آب که از چاه های تولید پمپ میشود، با توجه به فشار بالای درگیر میتواند تشکیل می شود. به تازگی، فن آوری های جدید برای شناسایی، نظارت و کنترل پارامترهای حیاتی مرتبط با تضمین جریان پدید آمده است، به دنبال اجرای اقدامات اصلاحی ترکیب، زمانی که شرایط غیر عادی شناسایی شود. برای مثال، اندازه گیری فشار، دما، سرعت جریان، ترکیب سیال ، در میان پارامترهای دیگر، ممکن است برای پیش بینی شروع مشکلات عملیاتی مورد استفاده قرار گیرد، در نتیجه اجازهی اقدامات اصلاحی به موقع را میدهد.
مانیتورینگ خط لولهی زیر دریا و ساختارها اطلاعات مورد نیاز برای مدیریت عملیات نفت و گاز را فراهم میکند و به جلوگیری از آسیبهای زیست محیطی و شکستهای فاجعهبار کمک میکند. با در دسترس بودن ابزارهای مدیریت دادهها برای انتقال اطلاعات لحظه به لحظهی دادههای زیر دریا به مراکز پشتیبانی و عملیاتی خشکی، اپراتورها اغلب با مقادیر زیادی از دادههای خام اما اطلاعات کمی از آنچه که دادهها نشان میدهند روبهرو هستند. ابزارها باید طوری طراحی شوند که مقدار دادههای ارائه شده را کاهش دهند در حالی که اطلاعات ارائه شده به اپراتورها افزایش مییابد.

شکل8
به منظور ارائهی هشداردهندههای تضمین جریان و بهبود کیفیت مانیتورینگ اغلب از سنسورهای فیبرنوری برای اندازهگیری دمای توزیع شده در طول یک خط لوله استفاده میشود[8]. همهی سنسورهای فیبر نوری با سیستم مانیتورینگ نرمافزاری یکپارچه شدهاند تا دادهها را در دو نمونه در هر ثانیه برای هریک از سنسورها در قالب خام و نتایج محاسبه شده برای فشار ودما جمعآوری کنند. ایستگاههای حسگر همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است بر لولهها نصب میشوند.

شکل9
نرمافزار اکتساب دادهها بر اساس دادههای جمعآوری شده از ماژول حسگر نوری طراحی و در فرکانس 2HZ به روز رسانی میشود. اندازهگیریها به عنوان طیف وسیعی از مقادیر بیش از یک فرکانس محدود به سنسور نوری برگردانده میشود. اندازهگیریهای منحصر به فرد توسط پیکها در طیف توان مشخص میشوند. محل پیک برای مقایسه با مقادیر پایه شناسایی و ثبت میشود. ابزارهای تصمیمگیری که سیستم فراگیری است از روشهای بیزین به منظور تعیین دادههای تولید استفاده میکند.
سنسورهای فیبر نوری دارای پیکربندیهای مختلفی هستند و FBG یکی از شایعترین آنهاست. یکی از مزیتهای FBG حساسیت بالای آن نسبت به دما و فشار است. طول موج FBG حساس به تغییرات بعدی و دما است. تغییرات در فشار یا دما باعث تغییر طول موج FBG میشود که منجر به اندازهگیری نوری طول موج کدگذاری شده میشود. توسط این تغییر طول موج تعیین فشار یا دمای مطلق صورت میگیرد[9]. سنسورهای فیبر نوری مانیتورینگ فشار، دما، ارتعاش و جریان را به صورت لحظه به لحظه برای خطوط لوله در آبهای عمیق ارائه میدهند. سنسورهای فیبر نوری در کاربردهای آبهای عمیق به دلیل قابلیت تسهیم، ایمنی نسبت به دخالت الکترومغناطیسی، استحکام و توانایی انتقال سیگنال در فواصل طولانی مورد توجه هستند.
ویژگیهای کلیدی سنسور فیبر نوری به شرح زیر است:
بسیار سبک وزن و در اندازههای کوچک هستند.
عمر طولانی دارند و در برابر خوردگی مقاوماند
تاثیر کم یا هیچ تاثیری بر ساختار فیزیکی ندارند، میتوانند جاسازی و یا متصل به بخش خارجی شوند
سخت افزار الکترونیکی و پشتیبانی جمع و جور دارند
میتوانند به راحتی تسهیم شده و هزینه را به طور قابل توجهی کاهش دهند (بسیاری از سنسورها میتوانند در خط فیبر نوری قرار گیرند بهگونهای که به طور قابل توجهی کابل کشی مورد نیاز را کاهش و تعداد کل مکانهای اندازهگیری را افزایش دهند)[10].
حساسیت بالایی دارند
چند منظوره هستند، میتوانند فشار، دما و ارتعاش را اندازه بگیرند
نیاز به هیچ جریان الکترونیکی ندارند و به تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایمن هستند
برای نصب و راهاندازی اطراف مواد منفجره و یا مواد قابل اشتعال ایمن هستند.
کنترل برای خطوط لوله از طریق SCADA (کنترل نظارتی و اکتساب دادهها) انجام میشود. برنامهی کاربردی نرمافزار SCADA کنترل فرایند، جمعآوری دادهها به صورت لحظه به لحظه در مکانهای راه دور به منظور کنترل تجهیزات و شرایط و اجرای اقدامات اصلاحی را فراهم میکند. سیستمهای کنترل شامل اجزای سخت افزار و نرمافزار هستند. سخت افزار دادهها را جمعآوری و به یک شبکه کامپیوتری که نرمافزار SCADA برآن نصب شده است تغذیه میکند. سپس کامپیوتر دادهها را پردازش میکند و آنها را به موقع ارائه میدهد. SCADA همچنین تمام وقایع را در یک فایل ذخیره شده بر روی دیسک سخت و یا دیگر رسانههای ذخیره سازی با ظرفیت بالا ثبت میکند. مداخلهی اپراتور یا اقدام اصلاحی اتوماتیک در مرکز کنترل اجرا میشود. سود اصلی SCADA برای شناسایی و تصحیح سریع مشکلات است. تنظیمات به فرایند میتواند برای اطمینان از تضمین جریان و بهینه سازی سیستم ساخته شود و همچنین به کاهش هزینههای نگهداری کمک میکند.
معماری سیستم: تولید نفت و گاز به عنوان کنترل فرایند فیدبک، شامل اندازهگیری، مدلسازی و کنترل ارائه میشود.

شکل10
کابرد فنآوری خط لولهی هوشمند تشخیص و مانیتورینگ لحظه به لحظهی پارامترهای تضمین جریان مورد نظر و اجرای اقدامات اصلاحی زمانی که شرایط غیرعادی میشود است.
همچنین برای انتقال دادهها از کابلهای فیبر نوری استفاده میشود که دارای استحکام بالایی در مقابل شرایط محیطی هستند و ارتباطی بین واحدهای اندازهگیری و اتاق کنترل هستند. نمونهای از کابلهای اندازهگیری در شکل 11 نشان داده شده است[11].

شکل 11
فصل سوم: تخمین حالت
تخمین
امروزه تخمين و فيلترینگ به عنوان ابزارهاي فراگيري در مهندسي شناخته مي شوند. هر کجا که بايستي تخمين صحيحي از حالات سيستم و با تکيه بر داده هاي نويزي سنسورها بدست آيد، از تخمينگرها همراه با ايده همجوشي داده ها استفاده شده تا تخمين درستي از حالات سيستم بدست آيد.
در مرحله تخمین، فیلتر انواع اطلاعات موجود را از حس گرها و اندازه گیرها جمع آوری کرده و با یک الگوریتم مشخص تلاش می نماید تا تخمین صحیحی را برای حالت یک سیستم مهیا سازد.
در جایی که دینامیک مدل سیستم و مشاهده گر خطی باشند تخمین مقدار مینیمم خطا از روی فیلتر کالمن کلاسیک که در ادامه به آن خواهیم پرداخت به سادگی قابل محاسبه خواهد بود. فيلتر کالمن يک الگوريتم بازگشتي است که براي تخمين حالات در سيستم هاي خطي از آن استفاده و از نقطه نظر کمينه سازي مربعات خطا بهينه مي باشد.
مسائل فیلتراسیون غیر خطی برای یافتن جواب بهینه محتاج توصیف کاملی از دانسیته احتمال وزنی(PDF) می باشند که متاسفانه به راحتی قابل محاسبه نیست.
همان گونه که در ادامه بحث خواهد شد در مواردی که مدل اندازه گیر و فرآیند غیر خطی است، استفاده از فیلتر های غیر خطی ارجح تر خواهد بود. استفاده از فیلتر کالمن تعمیم یافته((EKF برای مدل سیستم هایی توصیه می شود که تا حد زیادی خطی بوده و می توان با توجه به درجه غیر خطی بودن سیستم آن را به فرم خطی تقریب زد.
رايج ترين کاربرد فيلتر کالمن، در سيستم هاي غيرخطي فيلتر کالمن تعميم يافته مي باشد. در فيلتر کالمن تعميم يافته توابع غير خطي موجود در مدل پروسه و اندازه گيري، توسط مشتقات جزئي خطي مي شود که اينکار منجر به بدست آوردن ماتريس هاي ژاکوبين مي گردد. همچنین انواع دیگری از فیلترها که برای سیستم هایی غیر خطی به کار می روند، از جمله فیلتر ذره ای و آنسنت که در ادامه توضیح بیشتری در مورد این گونه فیلترها بیان خواهد شد.
در این کار، تخمینی از میدان دمایی در یک خط لوله را از داده های محدود دمای موجود در سطح ارائه میدهیم. مسائل تخمین حالت، که به عنوان مسائل معکوس غیرثابت نیز شناخته می شوند، در کاربردهای عملی بی شماری مورد توجه اند. در چنین مسائلی، داده های اندازه گیری در دسترس همراه با دانش قبلی پیرامون رویداد فیزیکی و ابزارهای اندازه گیری، به منظور تهیه تخمین هایی متوالی از متغیرهای دینامیک مناسب به کار رفته است. این در حالتی محقق می شود که خطا به طور آماری به حداقل برسد. به عنوان مثال، موقعیت یک هواپیما را می توان از انتگرال زمانی عناصر سرعت از زمان بلند شدن تخمین زد. اگرچه، این موقعیت را می توان از طریق سیستم GPS و یک ارتفاع سنج نیز اندازه گیری کرد. مسائل تخمین موقعیت با ترکیبی از پیش بینی مدل(انتگرال عناصر سرعت که شامل خطاهای ناشی از اندازه گیری سرعت می شود) و اندازه گیری های ارتفاع سنج و GPS که آنها نیز دارای ابهامند، سر و کار دارند تا تخمین های دقیق تری از متغیرهای سیستمی(موقعیت هواپیما) به دست آید.
مسائل تخمین حالت با فیلترهای معروف به فیلتر بیزی حل شده اند. در رویه بیزی آمار، تلاش برای استفاده از همه اطلاعات در دسترس به منظور کاهش میزان ابهام موجود در مساله تصمیم گیری یا استنتاجی است. با به دست آمدن اطلاعات جدید، آنها را با اطلاعات قبل ترکیب می کنیم تا مبنای رویه آماری را تشکیل دهد. سازوکار رسمی به کاررفته برای ترکیب اطلاعات جدید با اطلاعات در دسترس قدیمی را نظریه بیز گویند.
شناخته شده ترین روش فیلتر بیزی فیلتر کالمن است. مسالهی تخمین حالت تحت فرضیات با استفاده از فیلتر کالمن حل میشود. اگرچه کاربرد فیلتر کالمن محدود به مدل های خطی با نویز گاوسی افزودنی است. بسط فیلتر کالمن در گذشته برای موارد کمتر محدود با استفاده از روش های خطی سازی انجام شده است. فیلتر کالمن به منظور تخمین حالت در سیستمهای دینامیکی است. به طور خاص، برای مدلهای زمان- گسسته استفاده میشود که این برای سیستمهای گاوسی خطی بهینه است. بسیاری از مسائل و مشکلات دنیای واقعی با موفقیت با استفاده از ایدههای فیلتر کالمن حل شده است، کاربردهای این فیلتر برای صنعت هوا فضا، فرایند شیمیایی، طراحی سیستمهای ارتباطات، کنترل، مهندسی عمران، فیلتر کردن نویز از تصاویر 2بعدی، پیشبینی آلودگی و سیستمهای قدرت است. به طور مشابه، روش های مونت کارلو به منظور بازنمایی چگالی قبلی بر اساس نمونه های تصادفی و وزن متناظر آنها توسعه یافته است. چنین روش های مونت کارلویی معمولا به عنوان فیلترهای ذره ای، همراه با سایر طراحی های یافت شده در متون نمایش داده می شوند، و نیاز به فرضیه های محدودکننده فیلتر کالمن ندارند. بنابراین، فیلترهای ذره ای را می توان به مدل های غیرخطی با خطاهای غیرگاوسی اعمال کرد.
در این کار ما از فیلتر کالمن و فیلتر ذره ای برای مسائل هدایت حرارتی استفاده می کنیم. این فیلترهای بیزی برای پیش بینی دما در رسانایی به کار می روند که در آن مدل هدایت حرارتی و اندازه گیری دما دارای خطا هستند. پیش از تمرکز بر کاربردهای جالب هدایت گرمایی، مساله تخمین حالت تعریف شده و فیلتر های کالمن و ذره ای شرح داده شده اند.
مساله تخمین حالت
R.E. Kalman رویکردی جدید به مسائل فیلترینگ خطی و پیشبینی را ارائه داد.(مجلهی مهندسی عمومی، 82(1):35-45, 1960).رودلف امیل کالمن، متولد بوداپست، مجارستان، 19 می 1930 است. در نشریهی معروف خود در سال 1960 " رویکرد جدید به مسالهی فیلترینگ خطی و پیشبینی"، رودولف کالمن ساختار فیلتر تخمین حالت را بر نظریهی احتمال بنا کرد. تخمین حالت جدید از تخمین قبلی با اضافه کردن ترم اصلاح متناسب با خطای پیشبینی (یا نوآوری از سیگنال اندازهگیری) استنباط میشود.
روش "انتقال حالت" از توصیف سیستمهای دینامیکی، و
فیلترینگ خطی با توجه به طرح متعامد در فضای هیلبرت [12].
به منظور تعریف مساله تخمین حالت، مدلی را برای سیر تغییر بردار x به شکل
xk=fk(xk-1,vk-1) (1.a)
در نظر بگیرید که در آن، زیرنویس k=1,2,…،یک tkنمونه را در مساله دینامیک نشان می دهد. بردارx∈Rnx را بردار حالت می نامند که شامل متغیرهایی است که پیگیری سیر تغییر آنها جالب توجه است. این بردار هماهنگ با مدل سیرتغییر حالت در معادله (1.a) پیشروی می کند، که در آن f تابعی غیرخطی از متغیرهای حالت و از بردار نویز حالت v∈Rnv است.
همچنین در نظر بگیرید که اندازه گیری های zk∈Rnz در tk، k=1,2,… در دسترسند. اندازه گیری ها از طریق تابع غیرخطی hبه متغیرهای حالتx به شکل زیر در ارتباطند:
zk=hk(xk,nk)(1.b)
که در آن n∈Rnn نویز اندازه گیری است. معادله (1.b) را مدل مشاهده(اندازه گیری) گویند.
مساله تخمین حالت می خواهد اطلاعاتی پیرامون xk بر مبنای مدل روند تغییر وضعیت (1.a) و اندازه گیری های zk={zi, i=1, …, k} در مدل مشاهده (1.b)به دست آورد.
مدل سیرتغییر-مشاهده داده شده در معادلات (1.a,b) بر اساس فرضیات زیر بنا شده است:
سری xk برای k=1, 2, …یک روند مارکف است، یعنی
πxkx0,x1, …, xk-1=π(xk|xk-1) (2.a)
سری zk برای k=1, 2, … نسبت به پیشینه xk یک رویه مارکف است، یعنی
πzkx0,x1, …, xk-1=π(zk|xk)(2.b)
سری xk تنها از طریق پیشینه خودش به مشاهدات قبلی وابسته است، یعنی
πxkxk-1, z1:k-1=π(xk|xk-1)(2.c)
که در آن π(a|b) احتمال شرطی a را می دهد در شرایطی که b مشخص باشد.
به علاوه، برای مدل مشاهداتی-سیرتغییرات داده شده در معادلات (1.a,b) فرض بر این است که برای i≠j بردارهای نویز vi و vj و همچنین ni و nj متقابلا مستقل از یکدیگر و متقابلا مستقل از وضعیت ابتدایی x0 هستند. بردارهای vi و nj همچنین برای همه i و j ها متقابلا مستقل اند.
با مساله سیرتغییر-مشاهده بالا می توان مسائل مختلفی را بررسی کرد، مثلا:
مساله پیش بینی، پیرامون تعیین π(xk|z1:k-1)مساله فیلترینگ، پیرامون تعیین π(xk|z1:k)مساله هموار سازی تاخیر ثابت، پیرامون تعیین π(xk|z1:k+p) که در آن p≥1تاخیر ثابت است؛
مساله هموارسازی کل دامنه، پیرامون تعیین π(xk|z1:k) که در آنz1:k={zi, i=1, …, k} سری کامل اندازه گیری ها است.
پیشبینی و هموارسازی
مدل به ما اجازهی پیشبینی یک گام جلوتر از اندازهگیری را میدهد، در هر تکرار تخمین بهینهی حالت آینده را حفظ میکنیم.همچنین میتوانیم حالت را در یک نقطه قبل از اندازهگیری تخمین بزنیم که به عنوان هموارسازی شناخته میشود.
این کار تنها با مساله فیلترینگ سر و کار دارد. با فرض در دسترس بودن πx0z0=π(x0)، چگالی احتمال خلفی π(xk|z1:k) با کمک فیلتر بیزی در دو مرحله به دست می آید: پیش بینی و به روز رسانی، طبق شکل 12.

شکل12
مسالهی تخمین حالت پایدار در تخمین خطی مطرح میشود و با سیستمهای غیر متغیر با زمان شرح داده شده توسط معادلات فضای حالت زیر همراه است:
xk+1=Fxk+wkzk+1=Hxk+1+vk+1که در آن x(k) بردار حالت n بعدی در زمان k است، z(k) بردار اندازهگیری m بعدی است، F ماتریس n×n انتقال سیستم است، H ماتریس خروجی n×m است، {w(k)} و {v(k)} فرایندهای تصادفی سفید با متوسط صفر گاوسی و ناهمبسته هستند، Q و R به ترتیب ماتریسهای ماشین و کوواریانس نویز اندازهگیری هستند، x(0) فرایند تصادفی گاوسی با متوسط x0 و کوواریانس p0 و x(0)، {w(k)} و {v(k)} مستقل هستند. مسالهی فیلترینگ/ تخمین این است که تخمینی در زمان L از بردار حالت با استفاده از اندازهگیریهای تا زمان L تولید شود، یعنی هدف استفاده از مجموعه اندازهگیریهای {z(1),…,z(L)} به منظور محاسبهی مقدار تخمین x(L/L) از بردار حالت x(L) است.
فیلترهای کالمن و ذره ای به کار رفته در زیر مورد بحث قرار می گیرند.
فیلتر کالمن
در سال 1960، رودلف امیل کالمن با استفاده از متدهای فضای حالت، روش حداقل مربعات خطا (MMSE) را به عنوان یکی از روشهای فیلترینگ تدوین نمود. از خصوصیات اصلی معادلات فیلتر کالمن و حل آنها میتوان به مدل کردن پروسه های تصادفی و نیز پردازش بازگشتی برای داده های اندازه گیری اضافه شده با نویز اشاره کرد. فیلتر کالمن عموما روشی برای حذف نویز تصادفی و داده های انحرافی می باشد. در این روش، از خصوصیات آماری مدل اندازه گیری برای تخمین بازگشتی داده مورد نیاز استفاده میشود. فیلتر کالمن به طور گسترده در فرآیند پردازش داده در پروسه های دینامیکی به کار میرود و کارایی روش بازگشتی آن برای سیستم های چند سنسوری به اثبات رسیده است.
مهمترین مرحله در بکارگیری فیلتر کالمن، یافتن مدل فضای حالت فرآیند تصادفی می باشد، که اینکار با استفاده از معادلات دینامیکی و سینماتیکی موجود برای فرآیند تصادفی تحت بررسی امکان پذیر است. با توجه به اینکه فرآیند را گسسته یا پیوسته در نظر بگیریم و همچنین چگونگی اندازه گیری خروجی، فیلتر کالمن به سه دسته تقسیم میشود، فیلتر کالمن زمان گسسته که معادله فرآیند واندازه گیری ها هر دو گسسته می باشد، فیلتر کالمن زمان پیوسته که معادله فرآیند و اندازه گیری ها هر دو پیوسته می باشد و فیلتر کالمن پیوسته –گسسته که درآن معادله فرآیند، پیوسته در نظر گرفته می شود ولی اندازه گیری ها بصورت گسسته انجام می شود. در ادامه به توضیح درباره یافتن الگوریتم فیلتر کالمن زمان گسسته می پردازیم.
چگونه یک سیستم دینامیک (خطی یا غیرخطی) شرح داده میـشود؟ مفهوم بنیادی، مفهموم حالت است. با این معنا، به طور مستقیم، برخی از اطلاعات (مجموعهای از اعداد، یک تابع و غیره) که حداقل مقداری از داده است را باید در مورد رفتار گذشتهی سیستم دانست تا بتوان رفتار آیندهی آن را پیشبینی کرد. یک سیستم دینامیکی خطی به طور کلی توسط معادله بردار دیفرانسیل تفسیر میشود
dxdt=Ftx+Dtutو
yt=Mtxtکه در آن x یک n- بردار ، حالت سیستم است (اجزای xi از x متغیرهای حالت نامیده میشوند)؛ u(t) یک m- بردار (m≤n) نشاندهندهی ورودیهای سیستم، F(t) و D(t) به ترتیب ماتریسهای n×n و n×m هستند. F نشاندهندهی دینامیک است، D محدودیت موثر بر حالت سیستم توسط ورودی، و M محدودیت در مشاهده حالت سیستم از خروجی است. برای سیستمهای تک ورودی/ تک خروجی، D و M به ترتیب شامل یک سطر و ستون است. اگر همهی ضرائب F(t)، D(t) و M(t) ثابت باشند، میگوییم سیستم دینامیکی غیر متغیر با زمان یا ثابت است. در نهایت، y(t) یک p- بردار است که بر خروجی سیستم دلالت دارد؛ M(t) یک ماتریس p×n است؛ p≤n .
نگاهی به بلوک دیاگرام شکل 5 مفید است. این بلوک دیاگرام ماتریس است (همانطور که نشان داده شده خطوط پهن نمایشدهندهی جریان سیگنال است). انتگرالگیر در واقع برای n انتگرال توقف میکند به طوری که خروجی هر یک، یک متغیر حالت است؛ F(t) نشاندهندهی این است که خروجی انتگرالگیرها چگونه به ورودی انتگرالگیر تغذیه میشوند. بنابراین fij(t) ضریبی است که با آن خروجی انتگرالگیر jام به ورودی انتگرالگیر iام تغذیه میشود[13].

شکل13
امید، واریانس و کوواریانس
EX=μX=XfXXdXVarX=σX2=X-μX2fXXdXcovX,Y=X-μXY-MYfXYX,YdXdYEX=EXiVarX=covXi,Xjتخمینگرها
اگر دادهی y توزیع F وابسته به θ داشته باشد، تخمینگر θ تابع θ(y) است که یک متغیر تصادفی است.
خواص θ(y) بر اساس توزیع نمونههایش است.
بیز و میانگین مربع خطا (MSE) از θ
Biasθ=Eθ-θMSEθ=Eθ-θ2=iBiasθi2+varθiروشها برای پیدا کردن تخمینگرها، حداقل مربعات، حداکثر احتمال، روش لحظات و روشهای بیزین است.
چارچوب بیزین
دادهی y و پارامترهای ناشناختهی θ به صورت تصادفی مدل میشوند:
توزیع y داده شده = توزیع نمونهگیری یا احتمال
توزیع θ = توزیع پیشین
استفاده از داده به منظور به روز رسانی پیشین، توزیع خلفی را میدهد.
قضیهی بیز
fθy=fyθfθfy∝fyθfθخلفی∝احتمال×پیشین [14].پیشین دانش توزیع احتمالی پارامترها قبل از مشاهدات ساخته شده را بیان میکند. خلفی دانش به روز رسانی شدهی پارامترهای مشاهده شدهی احتمالی را بیان میکند[15].
به روز رسانی بیزین
PZXPX=NZX,σv2N(X|X,σw2)logPZXPX=(Z-X)2σv2+(X-X)2σw2+…=1σv2+1σw2-2XZσv2+Xσw2+…=X2a-2bX+…=1a (X-ab)2+…به روز رسانی بیزین (فرم اطلاعات)
logpXZ∝1a(X-ab)2+…⇒PXZ=N(X|ab,a)Where 1a=1σv2+1σw2b=Zσv2+Xσw2خلاصه
1a=1σv2+1σw2کوواریانس خلفی = a
متوسط خلفی= a(Zσv2+Xσw2)به روز رسانی بیزین (فرم گین- کالمن)
اکنون مجددا مرتب میشود، به دلایلی که بعدا ممکن است روشن شود...
a=1σv2+1σw2-1=σv2σw2σw2+σv2= σw2σw2+σv2-σw4σw2+σv2σw2-σw4σv2+σw2=(1-K)σw2K=σw2σv2+σw2به یاد داشته باشید...
a=(1-K)σw2K=σw2σv2+σw21-K=σw2σv2+σw2=Kσv2σw2ab=1-Kσw2(Zσv2+Xσw2)=1-Kσw2Zσv2+(1-K)X=KZ+X-KX=X+K(Z-X)خلاصه
K=σw2σv2+σw2کوواریانس خلفی = 1-Kσw2متوسط خلفی = X+K(Z-X)نتایج (فرم اطلاعات)
Xk|k-1=FkXk-1+BkUkPk|k-1=FkPk-1|k-1FkT+QkPk|k-1=Pk|k-1-1+HkTRk-1HkXk|k=Pk|k(Pk|k-1-1Xk|k-1+HkTRk-1Zk)نتایج (فرم گین- کالمن)
Xk|k-1=FkXk-1+BkUkPk|k-1=FkPk-1|k-1FkT+QkK=Pk|k-1HKT(Rk+HkPk|k-1HkT)-1Pk|k=(I-KHk)Pk|k-1Xk|k=Xk|k-1+K(Zk-HkXk|k-1)خلاصهای از محاسبات
پیشبینی انتقال حالت قبل از اصلاح به دلیل اندازهگیریهای جدید
xT+1/T=ATxT+bt;به روز رسانی متوسط ماتریس کوواریانس (با این فرض که نویز کنترل صفر است)
PT+1/T=ATPTATT;محاسبهی گین کالمن
KT+1=PT+1/THTT+1C-1+HT+1PT+1/THTt+1-1;به روز رسانی کوواریانس حالت
PT+1=PT+1/T-PT+1/THTT+1CT+1-1HT+1PT+1/THTT+1+-1HT+1PT+1/T;یا
PT+1=I-KT+1HT+1PTT+1/T;به روز رسانی تخمین حالت
xT+1=xT+1 /T+KT+1yT+1-HT+1xT+1 /T 16.فیلتر کالمن
فیلتر کالمن در زیر خلاصه شده است:
گاهی اوقات ممکن است حالت سیستم و اندازهگیری دو چیز متفاوت باشند.
حالت سیستم نمیتواند به طور مستقیم اندازهگیری شود.
باید به طور "بهینه" از اندازهگیریها تخمین زده شود.
فیلتر در واقع یک الگوریتم پردازش دادهها است. با وجود مفهموم معمولی از یک فیلتر به عنوان یک "جعبه سیاه" شامل شبکههای الکتریکی، واقعیت این است که در بسیاری از کاربردهای عملی " فیلتر" فقط یک برنامهی کامپیوتری در پردازندهی مرکزی است که ذاتا دارای نمونههای اندازهگیری زمان گسسته به جای ورودیهای زمان پیوسته است. گاهی اوقات ممکن است حالت سیستم و اندازهگیری یکی نباشند. شکل 14 یک وضعیت معمولی که در آن فیلتر کالمن میتواند به برتری استفاده شود را به تصویر میکشد

شکل14
کاربردهای فیلتر کالمن (یا به طورکلی فیلتر)
GPS ماشین (پیشبینی و به روزرسانی موقعیت)
ناوبری کشتی یا موشک (آپولو11 از نوعی فیلتر استفاده کرد تا مطمئن شود که در ماه گم نمیشود).
فیلتر کالمن چیست؟
فیلتر کالمن به طور ساده یک الگوریتم پردازشی دادهی بازگشتی بهینه است. راههای بسیاری برای تعریف بهینه، وابسته به معیار انتخاب شده برای ارزیابی عملکرد وجود دارد.
بهینه؟
• برای سیستم خطی و خطاهای گاوسی سفید، فیلترکالمن "بهترین" تخمین را بر اساس اندازههای قبلی میدهد
• برای سیستمهای غیرخطی بهینگی "مشروط" است.
یکی از جنبههای بهینگی فیلتر کالمن این است که شامل تمام اطلاعاتی است که میتواند به آن ارائه شود.تمام اندازهگیریهای موجود را بدون در نظر گرفتن دقت آنها به منظور تخمین مقدار فعلی متغیرهای مورد نظر، با استفاده از (1) دانش و دینامیک دستگاههای اندازهگیری،‌ (2) شرح آماری نویزهای سیستم، خطاهای اندازهگیری و عدم قطعیت در مدل دینامیک ، و (3) هرگونه اطلاعات موجود در مورد شرایط اولیهی متغیرهای مورد نظر پردازش میکند.
بازگشتی؟
• نیازی به ذخیرهی تمام اندازههای قبلی و پردازش مجدد تمام دادهها در هر مرحله از زمان نیست.
کلمهی بازگشتی به این معنی است که، بر خلاف برخی از مفاهیم پردازش دادهها، فیلتر کالمن نیازی به ذخیرهسازی دادههای قبلی و پردازش مجدد پس از هر بار گرفتن اندازهگیریهای جدید ندارد.
فیلتر کالمن تمام دادههای اندازهگیری موجود را به علاوهی دانش قبلی در مورد سیستم و دستگاههای اندازهگیری ترکیب میکند تا تخمینی از متغیرهای مورد نظر به صورتی که خطای آماری به حداقل برسد را تولید کند. به عبارت دیگر، اگر برای یک برنامه تعدادی از فیلترهای نامزد را چندین بار اجرا کنیم، سپس نتایج میانگین فیلتر کالمن بهتر از نتایج میانگین دیگر فیلترها خواهد بود. به طور مفهومی آنچه هر فیلتر تلاش میکند انجام دهد به دست آوردن تخمین بهینهی مقادیر مورد نظر از دادههای ارائه شده توسط یک محیط نویزی است. "بهینه" به معنی به حداقل رساندن خطا است.
مفروضات اساسی
در این مرحله نگاهی به دو فرض اساسی در تدوین فیلتر کالمن میاندازیم.
"سفیدی" حاکی از آن است که مقدار نویز در زمان همبسته نیست. با بیان سادهتر، اگر میدانیم مقدار نویز در حال حاضر چقدر است این دانش به ما در پیشبینی مقدار آن در هر لحظهی دیگر کمک میکند. سفیدی نیز حاکی از آن است که نویز دارای توان مساوی در تمام فرکانسها است.
درحالی که سفیدی مربوط به روابط زمان و فرکانس نویز است، گاوسی به دامنهی آن کار دارد. این فرض میتواند به صورت فیزیکی توجیه شود توسط این واقعیت که نویز سیستم یا اندازهگیری به طور معمول توسط تعدادی از منابع کوچک ایجاد میشود. این میتواند به صورت ریاضی نشان داده شود وقتی که تعدادی از متغیرهای تصادفی مستقل با هم جمع میشوند، اثر جمع خیلی تزدیک به چگالی احتمال گاوسی، بدون در نظر گرفتن شکل تراکم فردی است[17].
فرضیات پشت فیلتر کالمن
مدلی که برای پیشبینی "حالت" استفاده میکنیم نیاز دارد که یک تابع خطی از اندازهگیری باشد.
خطای مدل و خطای اندازهگیری (نویز) باید گاوسی با میانگین صفر باشد.
اگر نویز گاوسی نباشد؟
با توجه به تنها میانگین و انحراف معیار نویز، فیلتر کالمن بهترین تخمینگر خطی است. تخمینگرهای غیرخطی ممکن است بهتر باشند.
چرا فیلتر کالمن اینقدر معروف است؟
نتایج خوب در عمل با توجه به بهینگی و ساختار
فرم مناسب برای پردازش لحظه به لحظهی آنلاین
تدوین و فرموله و پیادهسازی آسان با توجه به درک اساسی.
معادلات اندازهگیری نیاز به معکوس شدن ندارد[18].
فیلتر کالمن چگونه کار میکند؟
به روز رسانی بازگشتی (آنلاین) تخمین حالت فعلی و دقت (کوواریانس)
استفاده از مدل سیستم
پیشبینی حالت بعدی
تخمین دقت جدید (کاهش یافته)
استفاده از اندازهگیری جدید
تصحیح تخمین حالت
به روز رسانی دقت (افزایش یافته)
فیلتر کالمن، فیلتر فضای حالت است. برای اندازهگیریهای نویزی تخمین حالت تمیزی میدهد. تخمینها با هریک از اندازهگیریهای جدیدبه صورت آنلاین به روز میشوند. معادل با (به صورت بهینه) یک فیلتر تطبیقی پایینگذر (IIR) است.
مدل فضای حالت به صورت زیراست:
Xk ϵ Rn بردار متغیرهای حالت پنهان
Zk∈Rm بردار مشاهدات
Uk∈Rp بردار ورودیهای کنترل
خطی گاوسی
Xk=FkXk-1+BkUk+WkZk=HkXk+VkWk~N(Wk|0,Qk)Vk~N(Vk|0,Rk)غیرخطی
برای مدلهای فضای حالت غیرخطی
Xk=fkXk-1,Uk+WkZk=hkXk+Vk
شکل15
تکامل حالت توسط شکل16 داده شده است.

شکل 16
Xt+1=AtXt+bt+wt,که در آن X بردار حالت است که قصد داریم تخمین بزنیم، A(t) مربع ماتریس انتقال فرایند است، کنترل b(t) داده شده و نویز فرایند با متوسط صفر w(t) با کوواریانس شناخته شدهی rw(t) وجود دارد. این نویز w(t) مستقل از X(t) است.
بردار اندازهگیری شدهی y(t) توسط معادلهی اندازهگیری داده شده است:
yt=HtXt+vt.H(t) ماتریس اندازهگیری مستطیلی است، v(t) نویز اندازهگیری با متوسط صفر، با کوواریانس شناخته شدهی rv(t) است. نویز v(t) مستقل از X(t) است. اندازهی w(t) اندازهی x(t) است؛ اندازهی v(t) اندازهی y(t) است. کوواریانس بردار حالت X(t) برابر است با:
Pt=EXt-EXt(XTt-EXTt)]که در آن XT ترانهاده (احتمالا مزدوج) X است. هدف فیلتر کالمن استنباط y(t) از بردار X(t) است که ماتریس کوواریانس، پایینترین نرم (تریس آن( را دارد.
مراحل تخمین عبارتند از:
پیشبینی حالت X(t):
Xt+1/t=AtXt+bt;به روز رسانی متوسط ماتریس کوواریانس حالت:
Pt+1/t=AtPtATt+rwt;محاسبهی گین بهینه
Kt+1=Pt+1/tHTt+1(Ht+1Pt+1/tHTt+1+rvt+1)-1;این گین بهینه بستگی به ویژگیهای آماری نویز اندازهگیری دارد.
به روز رسانی ماتریس کوواریانس حالت:
Pt+1=Pt+1/t-Pt+1/tHTt+1Ht+1Pt+1/tHTt+1+rvt+1-1Ht+1Pt+1/t;یا به عنوان تابعی از Kt+1 بیان میشود
Pt+1=I-Kt+1Ht+1Pt+1/t;محاسبهی تخمین حالت جدید:
Xt+1=Xt+1/t+Kt+1yt+1-Ht+1Xt+1/t.بازنگری مفهومی (معادلات کالمن)
پیشبینی بر اساس دادههای قبلی -y-,σ-گرفتن اندازهگیری -zk,σz( پیشبینی- اندازهگیری)×(گین کالمن)+ پیشبینی = (y) تخمین بهینه
( گین کالمن-1)× واریانس پیشبینی = واریانس تخمین
شرایط اولیه (yk-1 و σk-1)
پیشبینی (yk-,σk-)• استفاده از شرایط اولیه و مدل (به عنوان مثال، سرعت ثابت) به منظور پیشبینی
اندازهگیری zk• اندازه گرفتن
اصلاح (yk,σk)• استفاده از اندازهگیری به منظور اصلاح پیشبینی
•تخمین بهینه با واریانس کوچکتر
برای کاربرد فیلتر کالمن فرض می شود که مدل های مشاهداتی و سیر تغییر در معادلات (1.a,b) خطی اند. همچنین، فرض می شود که نویزهای چنین مدل هایی گاوسی با میانه و کوواریانس مشخص بوده و افزایشی اند.
بنابراین، چگالی خلفی π(xk|z1:k)، در tk، k=1,2,… گاوسی بوده و فیلتر کالمن منجر به راه حل بهینه برای مساله تخمین حالت می شود، یعنی چگالی خلفی به طور دقیق محاسبه شده است. با فرضیات پیش رو، مدل های مشاهداتی سیرتغییر را می توان به ترتیب به شکل زیر نوشت:
xk=Fkxk-1+vk-1 (3.a)
zk=Hkxk+nk(3.b)
که در آن F و H ماتریس های مشخص به ترتیب برای سیرتغییر خطی وضعیت x ومشاهده z هستند. با این فرض که نویزهای v و n میانه صفر و به ترتیب ماتریس های کوواریانس Q و Rدارند، گام های پیش بینی و به روزرسانی فیلتر کالمن در زیر داده شده است:
پیش بینی:
xk-=Fkxk-1(4.a)
Pk-=FkPk-1FkT+Qk (4.b)
به روز رسانی:
Kk=Pk-HkT(HkPk-HkT+Rk)-1(5.a)
xk=xk-+Kk(zk-Hkxk-)(5.b)
Pk=(I-KkHk)Pk- (5.c)
ماتریس K را ماتریس وزن کالمن گویند. در بالا توجه کنید که پس از پیش بینی وضعیت متغیر x و ماتریس کوواریانس آنP با معادلات (4.a,b)، تخمین های قیاسی برای چنین کمیت هایی در گام به روز رسانی با استفاده از اندازه گیری های z به دست آمده اند.
مرحلهی تصحیح به صورت مفهمومی بسیار شبیه به مثال به روز رسانی بیزین است.
P(Xk|Xk|k-1,Zk)∝PZkXk,Xk|k-1P(Xk|Xk|k-1)∝PZkXkP(Xk|Xk|k-1)∝NZkHkXk,RkN(Xk|Xk|k-1,Pk|k-1)PXkXk|k-1,Zk=N(Xk|Xk|k,Pk|k)جزئیات مجموعهای از معادلات فیلترینگ کالمن
پیشبینی (به روز رسانی زمان)
حالت پیشرو
yk-=Ayk-1+Bukکوواریانس خطای پیشرو
Pk-=APk-1AT+Qاصلاح (به روز رسانی اندازهگیری)
محاسبهی گین کالمن
K=Pk-HT(HPk-HT+R)-1به روز رسانی تخمین با اندازهگیری zkyk=yk-+K(zk-Hyk-)به روز رسانی کوواریانس خطا
Pk=(I-KH)Pk-غیرگاوسی
اگر نویز فرایند یا اندازهگیری به طور معمول توزیع نشده باشد،‌سپس برای گام اصلاح
P(Xk|Xk|k-1,Zk)∝PZkXkP(Xk|Xk|k-1)میتوانیم از توزیع با استفاده از روشهای مونته کارلو زنجیرهی مارکوف نمونه برداری کنیم. این به عنوان مونت کارلو ترتیبی (SMC) یا فیلترینگ ذرهای شناخته میشود و یک روش بسیار قدرتمند است[19].
برای موارد دیگر که برای آنها فرضیه های مدل های مشاهدات- سیر تغییر گاوسی خطی معتبر نیست، استفاده از فیلتر کالمن منجر به راه حل بهینه نمی شود زیرا چگالی قیاسی، تحلیلی نیست. کاربرد روش های مونت کارلو برای توزیع های غیرخطی و/یا غیر گاوسی عمومی ترین و قدرتمندترین روش است. همین حالت به استثنای در دسترس بودن فیلتر کالمن معروف به بسط یافته است که شامل خطی سازی مساله می شود. فیلتر مونت کارلو در ادامه شرح داده شده است.
فیلتر کالمن توسعه یافته
اغلب کاربردهای موفق فیلتر کالمن در موقعیت هایی بوده است که دینامیک های غیر خطی وجود داشته اند. دو راه اصلی برای خطی سازی مسئله وجود دارد. یکی خطی سازی حول یک مسیر نامی در فضای حالت که به مقادیر اندازه گیری شده مربوط نباشد، با استفاده از این روش فیلتری بدست می آید که فیلتر کالمن خطی شده نامیده می شود که در شکل17 نمایش داده شده است. روش بعدی خطی سازی حول مسیری است که به طور مداوم با توجه به حالت های تخمین زده شده ، به هنگام می شود. فیلتر بدست آمده با استفاده از این روش خطی سازی، فیلتر کالمن توسعه یافته نامیده می شود که در شکل18 نمایش داده شده است.

شکل17-مسیر نامی ومسیر واقعی برای فیلتر کالمن خطی سازی شده[6]

شکل18-مسیر نامی ومسیر واقعی برای فیلتر کالمن توسعه یافته
فرض کنید فرآیند تحت بررسی وخروجی های اندازه گیری شده به فرم زیر باشند:
(6)
(7)
اگر بخواهیم به طور خلاصه مراحل پیاده سازی فیلترکالمن توسعه یافته را شرح دهیم:
فرض می کنیم یک تخمین اولیه از فرآیند در یک نقطه زمانی مثلا داریم، که آنرا می نامیم. همچنین فرض می کنیم ماتریس کوواریانس خطای مربوطه را می دانیم:
(8)
(9)
حال برای تخمین جدید یک ترکیب خطی بین اندازه گیریهای نویزی وتخمین اولیه به صورت زیر در نظر می گیریم:
(10)
، گین کالمن، از رابطه زیر بدست می آید:
(11)
که در معادله بالا ماتریس ، ماتریس ژاکوبین مدل اندازه گیری است که به صورت معادله (12) بدست می آید:
(12)
ماتریس کوواریانس بروز شده به صورت زیراست:
(12)
تخمین و ماتریس کوواریانس خطا به صورت زیر بدست می آید:
(14)
(15)
که در معادله بالا ماتریس ، ماتریس ژاکوبین مدل سیستم است که به صورت معادله بدست (16) می آید:
(17)
فیلتر ذره ای
رايج ترين کاربرد فيلتر کالمن، در سيستم هاي غيرخطي فيلتر کالمن توسعه يافته مي باشد. در فيلتر کالمن توسعه یافته توابع غير خطي موجود در مدل پروسه و اندازه گيري، توسط مشتقات جزئي خطي مي شود که اينکار منجر به بدست آوردن ماتريس هاي ژاکوبين مي گردد. فيلتر کالمن توسعه يافته در کنار محاسني که از فيلتر کالمن به ارث برده است از محدوديت هائي نيز رنج مي برد:
خطي سازي توابع غير خطي در صورتي نتيجه خوبي مي دهد که بتوان در بسط تيلور از ترمهاي مرتبه دو و بالاتر چشم پوشي کرد.
پياده سازي فيلتر کالمن در صورتي امکان پذير است که ماتريسهاي ژاکوبين را بتوان به دست آورد.
محاسبه ماتريسهاي ژاکوبين در صورت وجود کاري پيچيده و مستعد خطا است.
درصورتي که بازه هاي زماني نمونه برداري کوچک نباشند همين مساله مي تواند باعث واگرايي فيلترگردد.
اما تلاش های بسیاری برای طراحی تخمینگرها در مدل فضای حالت غیر خطی صورت پذیرفته است. در میان این تلاشها می توان از فیلتر ذره ای نام برد . این فیلتر قابلیت به کارگیری معادلات غیر خطی وهمچنین الگوریتم بازگشتی مناسب برای به کارگیری توسط کامپیوتر های دیجیتال در کاربردهای زمان حقیقی را دارد. مشکل ناهمگرایی فیلتر کالمن توسعه یافته می تواند توسط فیلتر آنسنت بر طرف گردد. اما متاسفانه فیلتر آنسنت نیز معایبی دارد از جمله این که این فیلتر برای توزیع های غیر گوسی نمی تواند به کارگرفته شود. یکی از روش های حل مشکل تخمین غیرخطی وغیر گوسی به کار گیری فیلتر ذره ای میباشد.
از مزایای گیری فیلتر ذره ای به طور خلاصه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
قابلیت مدل کردن دینامیک سیستم های غیر خطی
عملکرد مناسب در حضور نویز با مقادیر بزرگ و مخدوش شدن فرضیات
به کارگیری ساده
کارا در قرار دادن نمونه ها در نواحی با احتمال بیشتر
قابلیت به کارگیری نویزهای غیر گوسی
چارچوبی که امکان استفاده از مدلهای چندگانه را برای کاربر فراهم میکند. از این قابلیت می توان در ردیابی هدف استفاده کرد.
درقبال این مزایا این فیلتر معایبی نیز دارد از جمله:
پیچیدگی محاسباتی بالا ومعمولا این پیچیدگی به صورت نمایی با افزایش حالات افزایش می یابد.
معمولا تعیین بهینه نمونه ها سخت ودشوار است.
تعداد نمونه ها با افزایش بعد مدل افزایش می یابد.
اگر معادله حالت سیستم دینامیک گسسته در زمان زیر را در نظر بگیرید:
(18)
که درآن تابع توزیع انتقال سيستم، نویز دینامیک با تابع توزیع احتمال PDF))معلوم است. فرض شده که تابع توزیع احتمال حالتهای اولیه مشخص باشد. اندازه گیری ها (مشاهدات) موجود توسط معادله زیر با حالتهای سیستم در ارتباط مي باشد.
(19)
که درآن تابع اندازه گیری است و نویز اندازه گیری با تابع چگالی احتمال مشخص فرض می شود. فرض کنید در لحظه زمانی ام مجموعه ای از اندازه گیری ها در دسترس می باشد، در این صورت تخمین بهینه توسط امید شرطی بدست می آید. اما مشکل محاسبه این امید شرطی به طور واضحی مرتبط با محاسبه PDF شرطی که به طور کلاسیک در دو مرحله پیش بینی وبه روز رسانی بدست می آید، می باشد.
مرحله پیش بینی
فرض کنید که PDF در لحظه زمانی ام موجود است. درمرحله پیش بینی توسط معادله انتگرالی چاپمن-کولموگرف محاسبه میشود.
(20)
مرحله به روز رسانی
درهر لحظه زمانی، با موجود بودن مقدار، تابع توزیع احتمال پیشین توسط قانون بیز به روز رسانی می شود.
(21)
با جایگزینی معادله (20)در(21) می تون به جواب بازگشتی زیر دست یافت.
(22)
معادله (22) جواب فرمال برای تخمین بازگشتی بیزین محسوب می شود. اما متاسفانه این جواب معمولا با بعد نامتناهی می باشد. یک روش کارا ومتفاوت برای حل این مشکل فیلتر ذره ای محسوب می شود. فیلتر ذره ای روشی برای حل مسائل تخمین غیر گوسی- غیر خطی محسوب می شود.
یکی از روش های مونت کارلو در دسترس برای مساله تخمین حالت روش فیلتر ذره ای است، که با نام فیلتر بوت استراپ، الگوریتم چگالش، تقریب های ذره ای متقابل و بقای مناسب ترین نیز شناخته می شود. ایده کلیدی این فیلتر ارائه تابع چگالی قیاسی مورد نظر توسط مجموعه ای از نمونه های تصادفی(ذرات) با وزن متناظر، و محاسبه تخمین ها بر اساس این نمونه ها و وزن ها است. با افزایش تعداد نمونه ها این تعیین ویژگی مونت کارلو بازنمایی معادلی از تابع احتمال قیاسی خواهد بود و راه حل به تخمین بیزی بهینه نزدیک می شود.
در ادامه الگوریتم معروف به نمونه گیری اهمیت توالی(SIS) را برای فیلتر ذره ای ارائه می دهیم که شامل گام نمونه گیری مجدد در هر لحظه می شود. الگوریتم SIS از چگالی اهمیت استفاده می کند که چگالی پیشنهادی برای ارائه چیزی دیگر است که نمی تواند به طور دقیق محاسبه شود، یعنی چگالی قیاسی به دست آمده در حالت کنونی. سپس، نمونه ها به جای چگالی واقعی از چگالی اهمیت برداشته می شوند.
اگر {x0:ki, i=1, …, N} ذراتی با وزن متناظر{wki, i=0, …, N}، و {x0:k, j=0, …, k} مجموعه همه وضعیت ها تا tk باشد، که در آن N تعداد ذرات است، وزن ها به طوری نرمال سازی می شوند کهi=1Nwki=1. سپس، چگالی قیاسی در tk را می توان به طور گسسته توسط معادله زیر تخمین زد:
π(x0:k|z1:k)≈i=1Nwkiδ(x0:k-x0:ki)(23.a)
که در آن δ(.) تابع دلتای دیراک است. با به حساب آوردن فرضیه (2.a)، چگالی قیاسی (23.a) را می توان به شکل زیر نوشت:
π(xk|z1:k)≈i=1Nwkiδ(xk-xki) (23.b)
مشکل متداولی با فیلتر ذره ای SIS رویداد انحطاط است، که در آن پس از چند حالت همه ذرات به جز یکی وزن قابل اغماض خواهند داشت. انحطاط به این معناست که تلاش محاسباتی زیادی برای به روز رسانی ذراتی انجام می گیرد که سهم آنها در تخمین تابع چگالی قیاسی تقریبا صفر است. این مساله با افزایش تعداد ذرات یا به طور موثرتر با انتخاب مناسب چگالی اهمیت به عنوان چگالی مناسب π(xk|xk-1i) قابل حل است. به علاوه، استفاده از روش نمونه گیری مجدد برای اجتناب از انحطاط ذرات پیشنهاد شده است.
نمونه گیری مجدد شامل نگاشت اندازه ای تصادفی {xki,wki}در یک نگاشت تصادفی {xki,N-1} با وزن یکنواخت است. این را می توان زمانی اجرا کرد که تعداد ذرات موثر با وزن بالا به کمتر از عدد کرانی مشخصی سقوط کند. از دیگر سو، نمونه گیری مجدد همچنین می تواند مانند الگوریتم نمونه گیری از نمونه گیری مجدد اهمیت(SIR) به طور گسسته در هر لحظه tk اعمال شود. چنین الگوریتمی را می توان در گام های زیر خلاصه کرد، که به سیر تغییر سیستم ازtk-1 تا tk اعمال شده است:
گام 1. برای i=1,…,N ذرات جدید xki را از چگالی قبلی π(xk|xk-1i) بیرون کشیده و سپس وزن های متناظر wki را از چگالی امکان π(zk|xki) محاسبه می کند.
گام 2. وزن کلTw=i=1Nwki را محاسبه کرده و سپس وزن های ذره را محاسبه کنید، یعنی برای i=1,…,N بگذارید wki=Tw-1wki.
گام3. ذرات را به شکل زیر نمونه گیری کنید:
گام 3.1. جمع تجمعی وزن ها(CSW) را با محاسبهci=ci-1-wki برای i=1,…, N با c0=0 بسازید.
گام 3.2. i=1 قرار داده و نقطه آغازینu1 را از توزیع یکنواخت U[0,N-1] بگیرید.
گام 3.3. برای j=1, …, N
با ایجاد uj=u1-N-1(j-1) در امتداد CSW حرکت کنید.
تا زمانی که uj>ci، بگذارید i=i+1.
نمونه xkj=xki را تخصیص دهید
وزن wkj=N-1 را تخصیص دهید.
اگرچه گام نمونه گیری مجدد تاثیر مساله انحطاط را کاهش می دهد، ممکن است منجر به کاهش تنوع بین ذرات شده و نمونه به دست آمده شامل نقاط تکراری فراوان خواهد بود. این مساله که به بینوایی نمونه معروف است، در زمان وجود نویز پردازش کوچک بسیار شدید خواهد بود. در این موقعیت، همه ذرات طی چند لحظه tk به یک ذره متراکم می شوند. بازخورد دیگری از فیلتر ذره ای مربوط به هزینه محاسباتی بالای ناشی از روش مونت کارلو است که ممکن است کاربرد آن را در مسائل فیزیکی پیچیده محدود کند[20].
فیلتر ذره ای گوسین
در اینجا از نوع خاصی از فیلتر ذره ای به نام فیلتر ذره ای گوسین استفاده می کنیم. در این فیلتر تابع توزیع احتمال شرطی حالت در لحظه ام توسط معادله (24) بیان می شود.
(24)
بطوریکه
(25)
هر سمپل متعلق به توزیع گوسی با وزن می باشد. محاسبه PDF شرطی حالت ها از طریق خطی سازی محلی مدل به دست می آید.
مرحله پیش بینی
فرض کنید PDF شرطی در لحظه زمانی ام موجود باشد.
(26)
پیش بینی حالتهای سمپلها از طریق سمپل گیری تصادفی با توجه به احتمال صورت می پذیرد.
(27)
ماتریس کوواریانس پیش بینی از طریق خطی سازی معادله دینامیک بدست می آید.
(28)
که درآن ژاکوبین باتوجه به که در نقطه ( محاسبه شده، می باشد.
مرحله به روز رسانی
توسط قانون بیز(21) و خطی سازی معادله اندازه گیری، و همانند فیلتر کالمن توسعه یافته به روز رسانی می شوند.
(29)
(30)
(31)
که درآن ژاکوبین با توجه به در می باشد. وهمچنین معادله بازگشتی وزنها به صورت زیر است.
(32)
وتخمین حالت در فیلتر ذره ای گوسین و ماتریس کوواریانس خطای تخمین به صورت زیر بیان میشوند.
(33)
(34)
مفهوم مشاهده پذیری
مفهوم مشاهده پذیری برای اولین بار توسط کالمن برای سیستم قطعي‌ خطی مطرح شد. یک سیستم مشاهده پذیر می باشد در صورتی که حالات سیستم به طور منحصر به فرد از مشاهدات قبلی سیستم تعیین شوند. مفهوم مشاهده پذیری می تواند به سیستم های غیر خطی گسترش یابد. برای نمونه های غیر خطی، تمام نتایج می تواند در ناحیه های محلی صادق باشد. در صورتی که سیستم مشاهده ناپذیرباشد، کوواریانس خطای مرتبط با فیلترکالمن تقریبا تکین می شود و فیلتر کالمن رفتار ناپایداری از خود نشان می دهد ویا ممکن است ill-conditioned بشود. در این حالت ، معادلات اندازه گیری یا مشاهدات بدست آمده، مجموعه آمار کافی برای حالات را تامین نمی کنند. در نتیجه تخمین بهینه با مینیمم کوواریانس خطا وجود نخواهد داشت.
تست مشاهده پذیری
اگر سیستم خطی و نامتغیر بازمان زیررا در نظر بگیریم :
(35)
(36)
بطوریکه بیانگر لحظه زمانی و متغیر بردار حالت با ابعاد و بردار متغیر اندازه گیری با ابعاد باشد، ماتریس انتقال حالت و ماتریس اندازه گیری باشد و نویز فرآیند که نویز سفید با میانگین صفر و واریانس فرض شده است و بیانگر نویز اندازه گیری با واریانس است. در حالت کلی ماتریس تست مشاهده پذیری با ماتریس انتقال حالت وماتریس اندازه گیری به فرم زیر بیان می شود.
(37)
بطوریکه ، order سیستم می باشد. بنابراین شرط کافی برای سیستم مشاهده پذیر این است که رتبه ماتریس تست مشاهده پذیری کامل باشد.
تعداد حالات مشاهده ناپذیر برابر با تفاوت بین order سیستم و رتبه ماتریس تست مشاهده پذیری می باشد.
با بکارگیری اندازه گیری های فرآیند، ماتریس کوواریانس خطا به صورت زیر به روز رسانی می شود.
(38)
بطوریکه گین فیلتر کالمن است که توسط معادله زیر بدست می آید.
(39)
برای اطمینان از همگرایی فیلتر کالمن به مقدار قابل قبول ومنحصر به فرد باید مشاهده پذیری برآورده شود. در غیر این صورت واریانس خطای متغیرهای نامشاهده پذیر به سمت بی نهایت تمایل دارند. این به این معناست که ترم دوم سمت راست معادله(38)، صفر می باشد در صورتی که ترم اول به صورت پیوسته افزایش می یابد.
برای به روز رسانی ماتریس کوواریانی خطا به جای معادله(38) از معادله زیر استفاده کنیم.
(40)
اگر از معادله(40) برای به روز رسانی ماتریس کوواریانی خطا استفاده کنیم. در این صورت معادله به روز رسانی حالات به فرم معادله(41) حاصل میشود.
(41)
در صورتی که رتبه ماتریس رویت پذیرکامل نباشد و ما قادر به استفاده از فیلتر کالمن برای تخمین تمامی حالات سیستم نخواهیم بود، برای حل این مشکل دو راه حل وجود دارد:
اضافه کردن اندازه گیری های اضافی به سیستم که این امر مستلزم نصب سنسورهای اضافی بر روی سیستم می باشد.
یافتن راهی برای رویت پذیر کردن سیستم
3 .روش پیشنهادی ما برای کاهش عدم رویت پذیری در سیستم ، بدین صورت می باشد که در فیلتر کالمن معمولا عدم رویت پذیری از ترم در معادله به روز رسانی ماتریس کوواریانس خطای تخمین ناشی میشود. با استفاده از لم معکوس ماتریس واستفاده از مدل کاهش یافته برای ترم می توان نرم ماتریس کوواریانس خطای تخمین را محدود کرد. با استفاده از دستور svd متلب، مقادیر تکین صفر و نزدیک به صفررا از ترم حذف مکنیم. و از مدل کاهش یافته برای ترم در لم معکوس ماتریس استفاده میکنیم.
همانطور که اشاره شد اگر رتبه ترم در معادله به روزرسانی ماتریس کوواریانس کامل نباشد، برای محاسبه معکوس آن از تکنیک تجزیه مقادیر تکین( svd) استفاده می کنیم . با استفاده از دستور svd مطلب می توان ماتریسهای UوSوV پیدا نمود.
([U,S,V] = svd(X
عناصر روی قطر اصلی ماتریس S بیانگر مقادیر تکین می باشد، برای محاسبه معکوس ترم مقادیر تکین صفر و نزدیک به صفر را از ماتریس Sحذف نموده و در ماتریس U,V ستونهای متناظر با مقادیر تکین صفر و نزدیک به صفر را حذف می کنیم. از آنجایی که رنک ماتریس برابراست با تعداد مقادیر تکین غیر صفر می باشد. در این صورت معکوس ترم برابر خواهدبود.
(42)
که در رابطه (42)، هرمیتی ماتریس می باشد.
فصل چهارم: مدل ریاضی سیستم
مسالهی فیزیکی تحت تجزیه و تحلیل شامل یک خط لوله دو بعدی با مقطع دایره ای شکل پرشده از سیال راکد و محدود شده توسط دیواره لوله با ضخامت ثابت است. محیط سیال همگن ایزوتروپیک و با خواص حرارتی ثابت در نظر گرفته شده است. فرمول ریاضی مساله فیزیکی در وضعیت خاموشی است، که در آن سیال تولید شده است بدون جنبش در نظر گرفته شده است. بنابراین، مساله حرارتی خط لولهی ایده آل در اینجا به عنوان یک مساله هدایت گرمایی ناپایدار حل می شود.
پروفایل دما
تجزیه و تحلیل نظری:
تبادل جریان حالت پایدار و گرما (هیچ متغیر مسالهای وابسته به زمان نیست)
انتقال حرارت یک بعدی (شعاعی)
مخلوط همگن
تغییرات دمای مخلوط در جهت طولی در نظر گرفته شده
خواص فیزیکی مخلوط و ساختار آن مستقل از دما و فشار است [11].
با توجه به تقارن حرارتی، فرمول بدون بعد این مسالهی هدایت گرمایی در مختصات استوانهای با شرایط مرزی وشرایط اولیه توسط معادلات زیر داده شده است:
q×2πrl|r-q×2πrl|r+∆r=2πrl∆rρCp∂T∂t1rqr|r-qr|r+∆r∆r=ρCp∂T∂t-1rd(qr)dr=ρCp∂T∂t-1rddr-rKdTdr=ρCp∂T∂t1r∂∂rr∂T∂r=1α∂T∂t∂2T∂r2+1r∂T∂r=1α∂T∂tبا فرض این که درجه حرارت متوسط ​​خارج 4℃ است و دمای اولیه سیال 80℃ است، روابط بدون بعد تعریف شده به عنوان:
θr,τ=Tr,t-T∞Tr,0-T∞τ=αtR*2R=rR*Bi=hR*k (عدد بیوت)∂θ(R,τ)∂τ=∂2θ(R,τ)∂R2+1R ∂θ(R,τ)∂R∂θR,τ∂R+Bi θR,τ=0 R=1 , τ>0θ R , 0=1 0≤R<1 , τ=0با استفاده از روش جداسازی متغیرها معادلات را تغییر می دهیم.
θ R , τ= Γ R W τاین تغییر فرم را در معادلات اصلی قرار می دهیم.
Γ R W' τ=Γ''RW τ+1RΓ' RW τΓ' R W τ+Bi Γ R W τ=0 R=1 Γ R W 0=1معادله اصلی را بر Γ R W τ تقسیم می کنیم.
W'(τ)W (τ)=Γ''(R) Γ(R)+ 1R Γ'(R) Γ(R) با توجه به اینکه سمت چپ تابعی از τ و سمت راست تابعی از R است پس هر دو طرف بایستی برابر با مقدار ثابت -βm2 باشند.
360235526606500182118025654000W'(τ)W (τ)=-βm ln W τ= -βm 2 τ 2 Wτ=e-βm 2 τΓ''(R) Γ(R)+1R Γ'(R) Γ(R)= -βm2R Γ''R+ Γ'R+ R βm 2 ΓR=0که معادله فوق نشان دهنده یک فرم از معادله کلی بسل به صورت زیر است:
d2ydx2+1x dydx+(1-v2x2 )R=0 بنابراین =0 v و جواب های معادله بالای صفحه به صورت زیر هستند:
J0 βm R , y0 βm Rو با توجه به اینکه در R=0، مقدار y0 به صورت ∞ می رود. بنابراین نمی توان جواب معادله دما باشد و تمامی جواب ها به صورتJ0 βm R هستند.
ΓR=m=1∞Am J0 βm R به این دلیل از ∑ استفاده شده که هر کدام از جواب ها به ازای βm خاص خود صحیح می باشند و عبارت Am نیز در حقیقت از جواب به صورت
Am J0 βm R+Bmy0 βm Rحاصل شده که با صفر شدن ضریب y0 به دلیل ∞ شدن باقی می ماند.
در ادامه با استفاده از شرایط مرزی و اولیه مقادیر Am و Bm به دست می آیند.
θ R , τ= Γ R W τ= m=1∞Ame-βmτ J0 βm R ابتدا از شرط مرزی زیر استفاده می شود:Γ R W' τ=Γ''RW τ+1RΓ' RW τ581914048196500بعد از آن:
Γ' R W τ+Bi Γ R W τ=0 R=1 Γ' 1+Bi Γ1=0317309510858500با توجه به اینکه Γ R= J0 βm R Γ' R=βm J0'βm Rبنابراین βm J0'βm+Bi J0 βm=0 که از این معادله مقدار βm به دست می‏‎آید.
شرط اولیه دوم θr,0=1یا همان شرط Γ R W 0=1با استفاده از معادله θ R , τ= Γ R W τ= m=1∞Ame-βmτ J0 βm R 1= m=1∞Ameβm×0 J0 βm R=m=1∞Am J0 βm Rبرای به دست آوردن Am از معادله بالا، طرفین را درR J0 βm R ضرب کرده و از 0 تا 1 انتگرال می‎گیریم.
01R J0 βm RdR=m=1∞Am 01R J02 βm RdRبه این دلیل عبارت Σ را در رابطه بالا حذف می شود که با توجه به خاصیت تعامد توابع بسل
RJ0βm RJ0βn R=0 و فقط در حالتی که m=n باشد، انتگرال صفر نمی شود.
انتگرال R J02 با استفاده از قضایای انتگرال بسل (موجود در کتاب های ریاضی) به صورت زیر محاسبه می شود:
01R J02 βm RdR=12 R2 J0'2βm R+J0'2βm R01=12 J0'2βm+J02از طرفی با توجه به معادله βm J0'βm+B1 J0 βm=0 :
J0'βm=-Biβm J001R J02 βm RdR=12Bi2βm2+1J02=Bi2+βm22βm2J02با قرار دادن در رابطه01R J0 βm RJRmm=1∞Am 01R J02 βm RdRAm=01R J0βm RdR(Bi2+βm2)2βm2J02پس فقط کافی است Am را در معادله نهایی
θ R , τ= Γ R W τ= m=1∞Ame-βmτ J0 βm R قرار دهیم و به معادله زیر برسیم:
θ R , τ=m=1∞1(B12+βm2)2βm2J02eβmτ2 J0 βm R 01R' J0 βm R'dR'حل عددی از روش تفاضل محدود به دست میآید که به صورت زیر است:
θk+1=Fθk+Sکه در آن
θ=θ1⋮θ2F=(1-4B)4B0(B-B2i)(1-2B)(B+B2i)⋯0⋮⋱⋮0⋯(B-B2i)(1-2B)(B+B2i)02BCS=0⋮0B=∆τ∆R2C=(1-2B-2∆RBiB+∆RBBiN)در اینجا، N تعداد گره های داخلی در راه حل تفاضل محدود است، F ماتریس ضرایب N × N ، θ بردار دمای 1×N و S بردار شناخته شدهی 1×N است.
شکل 19 راه حل تحلیلی و عددی را برای توزیع دما بدون بعد در دو نقطه مختلف در داخل رسانه با فرض اینکه اندازه گیری وجود ندارد مقایسه میکند (خطا در داده های اندازه گیری وجود ندارد).

شکل 19.a :توزیع دما در R=0

شکل 19.b: توزیع دما در R=1
خط آبی در نمودارها مربوط به حل عددی و نقاط قرمز مربوط به حل تحلیلی میباشد.
فصل پنجم: شبیهسازی
اکنون نتایج به دست آمده برای مسالهی تخمین حالت تحت تجزیه و تحلیل، با استفاده از آزمایشهای شبیه سازی به دست میآوریم. اندازه گیری های شبیه سازی شده حاوی خطاهای افزودنی، ناهمبسته، گاوسی، با انحراف استاندارد ثابت هستند. به منظور اعمال فیلتر کالمن، متغیرهای حالت به عنوان دمای گذرا در منطقه داخلی در فواصل گرههای تفاضل محدود در نظر گرفته شده است. برای مدل مشاهده فرض بر این است که متغیر اندازهگیری شبیهسازی شده با یک سنسور واقع در سطح مرز بیرونی در R=1.0 گرفته شده است. متغیرهای حالت که باید تخمین زده شود دمای گذرا در داخل مقطع خط لوله در فاصله گرههای تفاضل مخدود است. شکل 20 نشان دهنده دمای شبیه سازی شده اندازه گیری در سطح مرزی است که در آن انحراف استاندارد برای خطاهای اندازه گیری ثابت و برابر 5℃ است. اثرات انحراف استاندارد خطاهاه در مدل حالت در زیر تجزیه و تحلیل خواهد شد. این شکلها نشان می دهد که توافق بسیار عالی بین دمای پیش بینی شده و دقیق، به عنوان یک نتیجه از خطاهای کوچک در تکامل و مدل مشاهده وجود دارد.

شکل 20
در این آزمایش دماهای پیشبینی شده توسط فیلتر کالمن و فیلتر ذرهای (اجرا شده توسط الگوریتم SIR که در فصل های قبل ذکر شد) به دست میآید. برای هر متغیر حالت در فیلتر ذرهای 20 ذره استفاده شده است.
شکلهای 21 نتایج به دستآمده توسط فیلتر کالمن و فیلتر ذرهای را برای حالتی که انحراف استاندارد خطای مدل 0.5ºC است را نشان میدهد.

شکل 21.a

شکل 21.b

شکل 21.c

شکل 21.d
شکلهای 22 نتایج مقایسهی دماهای دقیق، اندازهگیری شده و پیشبینی شده را با استفاده از فیلترهای کالمن و ذرهای در سه نقطهی متفاوت R=0، R=0.5 و R=1.0 نشان میدهد. در این شکل انحراف استاندارد خطای مدل تکامل 1ºC در نظر گرفته شده است. ذکر میشود که مقادیر پیشبینی شده در توافق خوبی با مقادیر دقیق آن است، حتی در محلهای دور از نقطهی اندازهگیری، مانند R=0.

شکل 22.a

شکل 22.b

شکل 22.c

شکل 22.d

شکل 22.e

شکل 22.f
حال آزمایش را برای حالتی که انحراف استاندارد خطای مدل تکامل5ºC است انجام میدهیم. نتایج به دستآمده در شکلهای 23 توسط فیلتر کالمن و ذرهای نشان داده شده است. ذکر میشود که در این شکلها به دلیل خطای مدل تکامل بزرگ در فیلتر کالمن مقادیر پیشبینی تمایل به دنبال کردن مقادیر اندازهگیری در R=1.0 دارد. از سوی دیگر، در جایی که هیچ اندازهگیری گرفته نشده است مانند R=0 مقادیر پیشبینی توافق خوبی با مقادیر دقیق دارد.

شکل 23.a

شکل 23.b

منابع مقاله — (89)

فهرست جدولها
عنوان و شماره صفحه
5- 1 ضرایب c1 و c2 در فرمول 50
5-2 مقادیر اولیه پارامتر گاف 70
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل 1-1 تعداد ترازها بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 3
شکل 5-1 چگالی تراز آزمایشگاهی و محاسبه شده از مدل برای هسته 163Dy 49
شکل 5-2 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 27Si 52
شکل 5-3 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 27Si 52
شکل 5-4 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 28Si 53
شکل 5-5 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 28Si 53
شکل 5-6 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 56Fe 54
شکل 5-7 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 56Fe 54
شکل 5-8 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 57Fe 55
شکل 5-9 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 57Fe 55
شکل 5-10 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 93Mo 56
شکل 5-11 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 93Mo 56
شکل 5-12 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 94Mo 57
شکل 5-13 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 94Mo 57
شکل 5-14 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 95Mo 58
شکل 5-15 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 95Mo 58
شکل 5-16 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی بر انگیختگی برای هسته 96Mo 59
شکل 5-17 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 96Mo 59
شکل 5-18 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 97Mo 60
شکل 5-19 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرزی برانگیختگی برای هسته 97Mo 60
شکل 5-20 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 98Mo 61
شکل 5-21 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 98Mo 61
شکل 5-22 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 160Dy 62
شکل 5-23 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 160Dy 62
شکل 5-24 توان دوم آنتروپی برحسب انرژی برانگیختگی برای هسته 161Dy 63
شکل 5-25 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 161Dy 63
شکل 5-26 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 162Dy 64
شکل 5-27 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 162Dy 64
شکل 5-28 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 163Dy 65
شکل 5-29 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 163Dy 65
شکل 5-30 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 164Dy 66
شکل 5-31 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 164Dy 66
شکل 5-32 پارامتر گاف بر حسب انرژی برانگیختگی برای هستههای 67
شکل 5-33 پارامتر گاف برحسب انرژی برانگیختگی برای هستههای 67
شکل 5-34 پارامتر گاف برحسب انرژی برانگیختگی برای هستههای 68
شکل 5-35 پارامتر گاف برحسب انرژی برانگیختگی برای هستههای 69
فصل اول
مقدمه
مقدمه
چگالی تراز هستهای نقش بسیار مهمی در فیزیک هستهای دارد. طی هفتاد سال اخیر مطالعات فراوانی روی چگالی تراز هستهای صورت گرفته است. از چگالی تراز در فیزیک هستهای برای محاسبات مربوط به احتمال تسخیر نوترون و پروتون استفاده میکنند [1]. برای محاسبه سطح مقطع برخورد و بررسی هستههای مرکب برانگیخته به چگالی تراز هستهای نیازمندیم [2و3]. همچنین چگالی تراز هستهای نقش مهمی در تخمین سرعت واکنشهای هستهای و محاسبات آماری اختر فیزیک دارد.
ترازهای انرژی هسته را میتوان به دو ناحیه انرژی، با انرژی برانگیختگی پایین و انرژی برانگیختگی بالا تقسیم نمود. این تقسیم بندی به دلیل نگرشهای متفاوتی است که برای تحلیل و بررسی آنها به کار برده میشود.
در انرژی برانگیختگی پایین فاصله میان ترازها زیاد است و ترازها به خوبی از یکدیگر مجزا هستند. در این ناحیه میتوان از روش بینابسنجی استفاده نمود. این روش برای هستههای سبک و یا انرژیهای پایین مورد استفاده است ]4[. هنگامی که انرژی برانگیختگی افزایش مییابد تعداد ترکیبات درجات آزادی نوکلئونی موجب افزایش نمایی چگالی تراز هستهای میشود ]5[.
تعداد ترازهای کل { {N(E)برای هسته در شکل 1-1 رسم شده است. این شکل افزایش سریع ترازها را بر حسب انرژی نشان میدهد ]6[.
شکل 1-1 تعداد ترازها بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته ]6[.
با افزایش انرژی برانگیختگی فاصله میان ترازها کاهش مییابد و چگالی تراز افزایش مییابد ]7[. این افزایش چگالی تراز را میتوان با مشاهده تشدید در سطح مقطع تسخیر نوترون تائید کرد ]8[. در واقع این مشاهدات و شواهد تجربی دیگر نشان میدهد که برای توصیف هسته به تعداد درجات آزادی زیادی نیاز داریم. این مشاهدات مفهوم هسته مرکب که توسط بوهر ابداع شد را تائید میکند. بر اساس این نظریه هسته مرکب از آنچنان برهمکنشهای پیچیدهای پدید میآید که نحوه تشکیلش را بخاطر نمیآورد و به همین دلیل مستقل از نحوه تشکیلش وامیپاشد.
به دلیل اینکه در انرژی برانگیختگی بالا فاصله میان ترازها بسیارکم است دیگر نمیتوان از مدل بینابسنجی استفاده کرد. با استفاده از مدلها و تکنیک آماری میتوان چگالی تراز را بدست آورد. از آنجا که چگالی تراز تابعی از متغیرهای گوناگون همچون انرژی برانگیختگی، تعداد ذرات و تکانه زاویهای است میتوان کمیتهای ترمودینامیکی از قبیل آنتروپی، گرمای ویژه و غیره را از آن بدست آورد ]9[.
نخستین بار محاسبه چگالی تراز هسته ای توسط بت انجام گرفت ]10[. سپس مطالعات زیادی در این مورد انجام گرفت. سادهترین مدل مورد استفاده برای محاسبه چگالی تراز هستهای مدل گاز فرمی است که در آن هسته را به صورت گاز فرمیونی ایدهآلی درنظر میگیرند. در این مدل فرمیونهای بدون برهمکنش درحجم هسته محبوس هستند ]11[.
ساده ترین حالت برای گاز فرمی مدل فواصل مساوی می باشد. در این مدل فرض میشود ترازهای انرژی تک ذره ای در فواصل مساوی از یکدیگر قرار دارند. در نتیجه چگالی تراز تکذرهای دارای مقداری ثابت است. در این مدل با فرض مشخص بودن ترازهای انرژی تک ذره ای ، چگالی ترازهستهایبه صورت زیر است ]12[:
(1-1)
در این معادله، پارامتر چگالی تراز وانرژی برانگیختگی می باشد.
در این مدل مقدار ثابت را نتیجه میدهد. انرژی فرمی یک سیستم فرمیونی ذرهای برابر است با ]13[:
(1-2)
در مورد هسته و ، لذا با توجه به تعریف و اینکه تعداد ذرات برابر است با ]13[ و نیز در مدل فواصل مساوی نتیجه میشود:
(1-3)
با قرار دادن رابطه (2-1) و بدست میآید:
(1-4)
این مدل تا به امروز به طور وسیعی در تجزیه و تحلیل دادههای تجربی مورد استفاده قرار گرفته است، اگر چه اطلاعات کمی از هسته را دربرمیگیرد. این مدل ساده کمبودهایی دارد. به عنوان مثال اثرات لایهای ، زوجیتی ، تغییر شکل و همچنین اصلاحات مربوط به تعیین فاکتور قطع اسپینی در نظر گرفته نشده است.
برای اصلاح این موارد، فاکتور قطع اسپینی را به معادله بت میافزایند و همچنین از مدلهای واقعیتر چگالی تراز تک ذرهای استفاده میکنند. ولی این مدلها نیز به خاطر وابستگی زیاد آنها به انتخاب پتانسیل تک ذرهای بدون نقص نبوده و با اطلاعات آزمایشگاهی کاملاً مطابقت نمیکنند ]14[.
برخی از فیزیکدانان با استفاده از روش نیمه تجربی سعی در بهبود پارامترهای مدل فواصل مساوی کردند. در این مدلها برای تطبیق نتایج نظری با نتایج آزمایشگاهی، چندین تصحیح با در نظر گرفتن اثرات لایهای، زوجیتی و تغییر شکل بر روی معادله بت صورت پذیرفت. این روش ابتدا منجر به مدل دمای ثابت شد.در این مدل چگالی حالات به صورت نمایی به انرژی برانگیختگی وابسته است ]15[:
(1-5)
مدل دمای ثابت در انرژیهای پایین مفیدتر از مدل گاز فرمی است ]16[. همچنین مطالعات پژوهشگران نشان داد در انرژیهای بیشتر از انرژی جدایی نوترون، نتایج مدل دمای ثابت با نتایج آزمایشگاهی به صورت مناسبی مطابقت دارد ]17[.
این تلاشها در نهایت به مدل مشهور "گاز فرمی به عقب شیفت داده شده" منجر شد ]16[. در مدل گاز فرمی فرض میشود نوکلئونها برهمکنشی ندارند و مستقل از یکدیگر هستند. نتایج آزمایشگاهی برای چگالی تراز نشان میداد که انرژی بر انگیختگی در مدل گاز فرمی باید توسط پارامتر انرژی جفتشدگی تصحیح شود. بدین ترتیب در مدل گاز فرمی به عقب شیفت داده شده، انرژی برانگیختگی و رابطه چگالی تراز به صورت زیر تصحیح میشود
(1-6)
در نتیجه
(1-7)
با وجود این تلاشها، همه بر همکنش میان نوکلئونها را در نظر نگرفتهایم و برخی از این برهمکنشها به صورت بر همکنشهای باقیمانده بر جای می ماند. نتایج آزمایشگاهی نشان میداد برهمکنشی میان نوکلئونها وجود دارد که باعث جفت شدن آنها میشود، درست مشابه عاملی که برای توصیف ابر رسانایی (زوج شدن الکترونها در فلز) توسط مدل BCS به کار میرود.
با استفاده از نظریه ابر رساناییBCS میتوان این بر همکنشهای باقیمانده را به صورت برهمکنشهای زوجیتی در محاسبه چگالی تراز هسته ای در نظر گرفت. این نظریه وجود انرژی گذاری را پیشبینی میکند که در انرژی های کمتر از آن، دیگر مدل گاز فرمی مناسب نبود. در فاز ابر رسانایی نه تنها روابط مربوط به دما، بلکه چگالی تراز هسته ای نیز متفاوت از مدل های قبلی است ]18-20[.
در فصل دوم نحوه محاسبه چگالی تراز هستهای را بر اساس روشهای آماری شرح میدهیم. در فصل سوم مدل برهمکنش زوجیتی را شرح داده و در فصل چهارم چگالی تراز و خصوصیات ترمودینامیکی هسته را بر اساس مدل برهمکنش زوجیتی محاسبه میکنیم. در فصل پنجم روش انجام محاسبات و نتایج حاصله را بر اساس مدل BCS شرح و بر همین اساس برای ایزوتوپ های Si، Fe، Mo و Dy پارامتر چگالی تراز هستهای و پارامتر گاف را بدست میآوریم.
فصل دوم
چگالی حالات و چگالی تراز
2- چگالی حالات و چگالی تراز
2-1 چگالی حالات بر حسب انرژی برانگیختگی
برای محاسبه چگالی حالت در نظر میگیریم سیستم دارای هامیلتونی با ویژه مقادیرگسسته است. چگالی حالت برای این سیستم با ویژه مقادیر گسسته توسط معادله زیر داده میشود:
(2-1) که انرژی برانگیختگی و تابع دلتای دیراک است. همچنین در بازه انرژی و داریم:
(2-2) که تعداد کل حالات با انرژی کمتر از است ]21[.
نمایش فوریه تابع دلتا به صورت زیر است:
(2-3)
نمایش فوریه تابع دلتا را در معادله (2-1) قرار میدهیم:

(2-4)
در معادله (2-4) ، و را قرار دادهایم.
تابع پارش کانونی در مکانیک آماری میباشد. اگر هسته برانگیخته را در حال تعادل در نظر بگیریم، نیز معکوس دما میباشد.
پس اگر تابع پارش را بدست بیاوریم میتوانیم چگالی حالات را با استفاده از معادله (2-4) بدست بیاوریم. معادله (2-4) را میتوان به روش نقطه زینی ساده نمود ]22[. انتگرال معادله (2-4) در دارای کمینهای است. در نتیجه داریم:

(2-5)
اکنون راحول بسط تیلور میدهیم:
(2-6)
با استفاده از معادله (2-6) تابع پارش را بدست میآوریم:
(2-7)
با استفاده از معادلات (2-7) و(2-4) چگالی حالت بدست میآید:
(2-8)
با تغییر متغیر و رابطه بدست میآوریم:
(2-9)
که در این معادله دمای ترمودینامیکی سیستم و آنتروپی سیستم میباشد.
2-2چگالی حالات بر حسب انرژی برانگیختگی و تعداد ذرات
در مبحثی که گذشت چگالی حالت به صورت تابعی از انرژی بدست آمد. در ادامه چگالی حالت را بر حسب انرژی و نیز تعداد ذرات سیستم بدست میآوریم. بدین ترتیب از تابع پارش بزرگ به جای تابع پارش استفاده میکنیم و به همان روشی که بیان کردیم محاسبات را انجام میدهیم ]23[:
(2-10) که انرژی تراز ،یک سیستم ذرهای است.
با استفاده از تغییر متغیر و
(2-11)
همان تابع آشنای مکانیک آماری،تابع پارش بزرگ است ]24[.
(2-12)
مشابه قبل انتگرال (2-12) دارای کمینهای در نقطه زینی و است.در نتیجه:

(2-13)

(2-14) مشابه قبل راحول نقطه زینی بسط تیلور میدهیم و را در انتگرال معادله چگالی تراز قرار میدهیم:
(2-15)
با استفاده از دو معادله (2-13) و (2-14) جملات سطر دوم و سوم معادله (2-15) حذف میشوند. همچنین با قرار دادن:
(2-16)
تابع پارش بزرگ را بدست میآوریم:
(2-17)
اکنون تابع پارش بزرگ را در معادله (2-12) جایگذاری میکنیم و بدین وسیله چگالی تراز را محاسبه میکنیم:
(2-18)
با تغییر متغیرهای ، و خواهیم داشت:
(2-19) با تغییر متغیر و خواهیم داشت:
(2-20)
با تغییر متغیر خواهیم داشت:
(2-21)
با جایگذاری بدست میآوریم:
(2-22)
با استفاده از نمایش ماتریسی
(2-23) خواهیم داشت:
(2-24)
در معادله چگالی تراز آنتروپی سیستم، دمای ترمودینامیکی سیستم و میباشد. نیز پتانسیل شیمیایی سیستم است ]9[.
هسته سیستمی شامل دو نوع متفاوت ذره (پروتون و نوترون) است. حال ما میخواهیم سیستم را شامل دو نوع متفاوت ذره (پروتونها و نوترونها) در نظر بگیریم. بنابراین خواهیم داشت:
(2-25)
تعداد شرطهای نقطه زینی به سه شرط افزایش مییابد:
(2-26)
(2-27)
(2-28)
مشابه قبل را حول نقطه زینی ، و بسط تیلور میدهیم. و بدین وسیله را بدست آورده و در معادله (2-25) قرار میدهیم تا چگالی حالت بدست آید]9[. نتیجه نهایی چنین است:
(2-29)
در این معادله آنتروپی سیستم میباشد. با نامگذاری معادله آنتروپی به صورت زیر در میآید.
(2-30)
در معادله (2-17) دترمینانی 3×3 است:
(2-31)
3-2 وابستگی چگالی حالت به تکانه زاویهای
تا به حال ما وابستگی چگالی تراز به تکانه زاویهای را در نظر نگرفتهایم. وابستگی به تکانه زاویهای را میتوان بر اساس قضیه حد مرکزی شرح داد. بر اساس این نظریه پراکندگی تصویر تکانه زاویهای بر روی محور گاوسی و دارای مقدار میانگین صفر است. این بدین معنی است احتمال اینکه تصویر تکانه زاویهای بر روی محوربرای یک ذره برانگیخته دارای مقدار یا باشد با هم برابر است. همچنین مقدار میانگین اعداد اشغال حالتهای نوکلئونی برای و با هم برابر است. پس مقدار میانگین ، برای حالتهای نوکلئونی برابر صفر است ]25[. بدین ترتیب داریم:
(2-32)
و را به ترتیب چگالی تراز وابسته به تکانه زاویهای برای نوترونها وپروتونها در نظر میگیریم بدین ترتیب خواهیم داشت:
(2-33) اگر راحول بسط دهیم خواهیم داشت:
(2-34)
که است.
پس بدین ترتیب خواهیم داشت:
(2-35)
فرم ریاضی تابع تابع گاوسی به صورت زیر است:
(2-36)
بدین ترتیب در این مورد خواهیم داشت:
(2-37)
با مقایسه (2-35) و (2-37) خواهیم داشت:
(2-38)
پس با توجه به معادله (2-32) بدست میآوریم:
(2-39)
اکنون ما میتوانیم چگالی تراز دارای تکانه زاویهای و انرژی را محاسبه کنیم. هر تراز با تکانه زاویهای برابر یا بزرگتر از دارای یک تصویر به اندازه بر روی محور مختصات فضا است. هر تراز با تکانه زاویهای برابر یا بزرگتر از دارای یک تصویر به اندازه بر روی محور مختصات فضا است. در نتیجه با تفریق میان تعداد تصاویر برای تکانه زاویهای و ، تعداد ترازها برای تکانه زاویهای بدست میآید:
(2-40)
با استفاده از معادله (2-39) و (2-40) خواهیم داشت:
(2-41)
با استفاده از بسط خواهیم داشت:
(2-42)
همچنین خواهیم داشت:
(2-43)
بر اساس مکانیک کوانتوم در هر تراز حالت تبهگن وجود دارد. بدین ترتیب برای چگالی حالات میتوان نوشت:
(2-44)
با تقسیم روابط (2-44) و (2-45) بر یکدیگر خواهیم داشت:
(2-45)
با توجه به رابطه (2-42) خواهیم داشت:
(2-46)
با استفاده از تغییر متغیر و خواهیم داشت:
(2-47)
بدین ترتیب معادله چگالی تراز برای سیستمی شامل دو نوع ذره با استفاده از معادلات (2-29)، (2-46) و (2-47) بدست میآید:
(2-48)
فصل سوم
بر هم کنش زوجیتی
3-برهمکنش زوجیتی
3-1مقدمه
برای بررسی ویژگیهای هسته باید بر هم کنش میان ذرات را در نظر گرفت. در مدل گاز فرمی از برهمکنش میان ذرات صرف نظر میشود. این مدل، مدلی ساده از هسته است. همچنین در مدل لایهای فرض میشود ذرات در پتانسیل ثابتی قرار دارند و فقط بخش خاصی از برهمکنش نوکلئون نوکلئون در نظر گرفته میشود ]9[.
برهمکنش واقعی میان ذرات را نمیتوان به وسیله یک پتانسیل ثابت به طور کامل مشخص کرد و هنوز مقداری برهمکنش باقیمانده میان ذرات وجود دارد. این برهمکنشها نقش مهمی در ویژگیهای هسته دارد. در مدل BCS این برهمکنشهای باقیمانده به صورت بر هم کنش زوجیتی مطرح میشود ]26-28[.
مدل BCS در ابتدا توسط باردین، کوپر و شریفر جهت توجیه رفتار ابررساناها به وجود آمد. یک ابر رسانا دارای الکترونهای آزادی است که در حالت عادی بنا بر نیروی دافعه الکتریکی یکدیگر را دفع میکنند. اما در شرایطی که در دماهای پایین بوجود میآید، با عبور یک الکترون از یک نقطه شبکه فلز اغتشاشی در شبکه بوجود میآید که در شبکه توسط فونونها منتقل میشود و به تمرکز چگالی بارهای مثبت شبکه فلز میانجامد. این چگالی بار مثبت می تواند منجر به جذب الکترون دیگری از میان الکترونهای دریای الکترونی اولیه شود. جهت کاستن از شدت نیروی دافعه الکتریکی، دوالکترون مورد بحث بایستی از هم دور شوند و یا به عبارتی بهتر در حالتهای برگشت زمانی تکانه و باشند. بنابراین این جفت الکترون در فضای تکانه و نه فضای مکان تشکیل یک جفت میدهند ]29[
با توجه به گرایشی که نوکلئون های هسته به زوج شدن در حالتی با تکانه زاویهای کل صفر دارند]30و31[، استفاده از این مدل (که قابل استفاده در هر سیستم فرمیونی تمیز ناپذیر با پتانسیل جاذب زوجیت است) در هسته قابل قبول مینماید.
3-2 مبانی مکانیک کوانتومی
در مکانیک کوانتومی ذرات مشابه تمیزناپذیرند. اصل تمیزناپذیری ذرات مشابه، یکی از اصول موضوعه مکانیک کوانتوم است. چون ذرات تمیزناپذیرند، هر مجموعه کامل از عملگرهای دینامیکی که رفتار یک ذره را توصیف میکند را میتوان برای ذره تمیزناپذیر نیز به کار برد حتی اگر میان ذرات برهمکنش وجود داشته باشد ]32[.
کوانتوم مکانیک بیان میکند که با توجه به تمیز ناپذیری ذرات بیان اینکه کدام ذره کدام حالت را اشغال کرده است بی معنی است، بنابراین یک توصیف مناسب نبایستی بطور صریح سخنی از قرار دادن هر یک از ذرات در حالت خاصی بگوید. تنها اطلاعات معنا دار عبارت خواهد بود از اینکه چند ذره در حالت کوانتومی قرار دارد. تعداد ذرات در هر حالت را با عدد اشغال نمایش میدهیم. با استفاده از روش کوانتش دوم می توان تابع موج سیستم را به صورت خلاصه در نمایش عدد اشغال به صورت زیر نمایش داد ]32[:
(3-1)
هر کدام از اعداد اشغال می تواند مقادیر 0 یا 1 را در حالت فرمیونی ورا درحالت بوزونی اختیار کند.
با استفاده از معادله (3-1) حالت تهی و تک ذرهای را به صورت زیر معرفی میکنیم:
(3-2)
(3-3)
عملگرهای خلق و نابودی که عملگرهای آشنا در مکانیک کوانتوم هستند به صورت زیر نمایش داده میشوند:
(3-4)
(3-5)
عملگر نابودی یک ذره از حالت میکاهد و عملگر خلق یک ذره به حالت میافزاید. پس داریم:

(3-6)
عملگر عملگر تعداد ذرات است و تعداد ذرات حالت را اندازهگیری میکند. به همین ترتیب داریم:

(3-7)
با استفاده از دو معادله (3-6) و (3-7) رابطه زیر حاصل میگردد:
(3-8)
پس عملگر خلق و نابودی در روابط جابجایی صدق میکنند. به همین ترتیب میتوان نشان داد ]32[:
(3-9)
شاید از گفته های بالا چنین برداشت شود که روابط جابجایی را میتوان در مورد فرمیونها و بوزونها حداقل در حالت یک تابع موج تک ذرهای تنها به شیوه یکسانی استفاده نمود. اما این نتیجه گیری نادرست است، زیرا خواص عملگر به آن اجازه میدهد که حالت هایی با تعداد دلخواه بزرگ ذرات در هر حالت کوانتومی تک ذره ایجاد کند، در حالی که اصل طرد پاولی سیستم فرمیونی را ملزم میکند که تنها مقادیر0 یا 1 را اختیار کند. بنابراین بایستی افزایش تعداد ذرات در هر حالت کوانتومی همانند قبل که در قطع شده بود در نیز متوقف شود.
(3-10)
با توجه به مطالب بالا تمام توانهای بالاتر از یک عملگر بایستی صفر شوند که این کار با فرض عملی میشود و به طور خود بخود از آنجا که حداکثر یک ذره میتواند درهر حالت قرار بگیرد خواهد شد. همچنین از آنجا که برای ذراتی با توابع موج تک ذرهای متفاوت بایستی علامت تابع موج با جابجایی دو ذره تغییر کند انتظار داریم که حاصلضرب دو عملگر در صورت جابجا شدن آنها تغییر کند،. تمام شرایطی که برای استفاده از شکل فرمیونی این فرمولبندی گفته شد با استفاده از روابط پاد جابجایی برآورده میشوند ]33[:
(3-11)
بنابراین تنها دو ویژه حالت برای عملگر تعداد وجود دارد، خلا و حالت تک ذره ای که تاثیر عملگرهای ذکر شده بر این حالات از قرار زیر است:
(3-12)
با توجه به این مطالب، روابط عملگرهای خلق و نابودی برای فرمیونها بدین شرح است:
(3-13) اکنون مجموعه کامل دیگری از حالتهای تک ذرهای را معرفی میکنیم. تبدیلات میان تصویر قبلی () و تصویر جدید () به شرح زیر است:
(3-14)
با استفاده از معادله (3-14)، عملگرهای خلق و نابودی را بر اساس حالتهای جدید بازنویسی میکنیم:
(3-15) با استفاده از معادله (3-15) میتوان نوشت:
(3-16)
3-3 هامیلتونی ذرات برهمکنشکننده
هامیلتونی ذرات برهمکنشکننده شامل دو قسمت است. یک قسمت شامل انرژی جنبشی ذرات
و قسمت دوم شامل انرژی برهمکنش میان ذرات است:
(3-17)
با استفاده از مفاهیم بخش قبل ابتدا روابط عملگری را برای انرژی جنبشی بدست میآوریم و سپس روابط مربوط به برهمکنش میان ذرات را بدست میآوریم:
(3-1)
برای بدست آوردن برهمکنش میان ذرات ما فرض میکنیم سیستم دارای دو حالت متفاوت و است. این حالتها هرکدام دارای اعداد اشغال و هستند. ذرات در هر یک از حالات با خودشان و با ذرات در حالت دیگر دارای برهمکنش هستند. بدین ترتیب فرم عملگری این برهمکنشها میان ذرات به صورت زیر است ]9[:
(3-19)
بر اساس معادله (3-11) برای فرمیونها داریم:
(3-20)
با توجه به معادله (3-19) در ادامه خواهیم داشت:
(3-21)
بر اساس معادله (3-11) برای فرمیونها داریم:
(3-22)
با توجه به معادله (3-21) در ادامه خواهیم داشت:
(3-23)
اکنون با جایگذاری معادلات (3-18) و (3-23) در معادله (3-17) هامیلتونی کل را بدست میآوریم ]34[:
(3-24)
در پایان این بخش هامیلتونی ذرات برهمکنشکننده را بر حسب مجموعه جدید عملگرهای خلق و نابودی بازنویسی میکنیم:
(3-25)
در این معادله و مربوط به ذره ، و مربوط به ذره است. همچنین:
(3-26)
3-4 برهمکنش زوجیتی
براساس شواهد تجربی، برهمکنش زوجیتی را در نظر میگیریم ]33[، بدین ترتیب ویژه حالتهای انرژی تک ذرهای فرمیونها با انتخاب اعداد کوانتومی مناسب به صورت زوجهایی گروهبندی میشوند. بنابراین یک جفت فرمیون را بصورت دو ذرهای در نظر میگیریم که دو تراز جفت شده با اعداد کوانتومی و را اشغال میکنند. در غیاب این برهمکنشها، ترازهای تک ذرهای
و دارای انرژی یکسانی هستند () در این صورت هامیلتونی برهمکنش زوجیتی به صورت زیر درمیآید ]9[:
(3-27)
دراین معادله مربوط به یک ذره و مربوط به ذره دیگر است.
برهمکنش زوجیتی در هسته باعث ایجاد یک شکاف آشکار در طیف انرژی سیستم در نزدیکی حالت پایه میشود. جمله دوم معادله (3-27) یک جمله آشنا در فیزیک حالت جامد است. این جمله مشابه جمله هامیلتونی زوج الکترونها یا به عبارت دیگر جفت کوپر در پدیده ابررسانایی است ]29[.
3-5 محاسبه ویژه مقادیر هامیلتونی
در این بخش ما میخواهیم هامیلتونی معادله (3-27) را حل کنیم و ویژه مقادیر آن را محاسبه کنیم. برای این کار ما ایدههای اصلی نظریه ابررسانایی را حفظ میکنیم. اما برای سادهسازی محاسبات ریاضی فرض میکنیم که برهمکنش زوجیتی بسته به اینکه اعداد کوانتومی و متعلق به زیر مجموعه اعداد کوانتومی مجموعه باشند یا نه، دارای مقادیر یا صفر هستند. را قدرت برهمکنش مینامیم. به عنوان مثال در پدیده ابررسانایی برهمکنش جفت الکترونها (جفت کوپر) تنها برای الکترونهای نزدیک به انرژی فرمی موثر است ]29[. بدین ترتیب هامیلتونی معادله (3-27) به صورت زیر نوشته میشود:
(3-28)
در ادامه ما میخواهیم تعداد ذرات ، چگالی تراز و سایر کمیات ترمودینامیکی را محاسبه نماییم برای این منظور باید وابستگی هامیلتونی به تعداد ذرات را در نظر بگیریم. بدین ترتیب برای حل معادله (3-28) بهتر است هامیلتونی جدیدی به فرم زیر در نظر بگیریم:
(3-29)
در معادله (3-29) ضریب لاگرانژ است که آن را در پایان تعیین میکنیم. نیز تعداد ذرات است که فرم عملگری آن به صورت زیر است:
(3-30)
بدین ترتیب هامیلتونی (3-28) به فرم زیر در میآید:
(3-31)
مطابق آنچه در نظریههای چند ذرهای متداول است اکنون هامیلتونی (3-31) را بر اساس سری جدیدی از عملگرهای خلق ونابودی بازنویسی میکنیم. بدین ترتیب این هامیلتونی از فرم هامیلتونی ذرات برهمکنشکننده به فرم شبه ذرات بدون برهمکنش تغییر میکند. پس ما برای و عملگرهای خلق ونابودی را به صورت زیر تعریف میکنیم ]37-39[.
(3-32)
در معادله (3-32) و اعداد حقیقی هستند.
با استفاده از معادله(3-11) برای فرمیونها میتوان نشان داد:
(3-33)
و با استفاده از روابط پادجابجایی برای عملگرهای جدید میتوان نشان داد:
(3-34)
برای اینکه تبدیلات شبه ذره را در معادله هامیلتونی (3-31) استفاده کنیم ابتدا باید تبدیلات معکوس معادله (3-32) را محاسبه کنیم. با انجام محاسبات خواهیم داشت:
(3-35)
(3-36) مزدوج مختلط دو معادله (3-35) و (3-36) به شرح زیر است:
(3-37)
(3-38)
اکنون روابط (3-35) ، (3-36) ، (3-37) و(3-38) را در معادله هامیلتونی (3-31) قرار میدهیم. با حفظ جملات قطری ]29[ خواهیم داشت:
(3-39)
که در آن و اعداد اشغال شبه ذرات هستند. همچنین پارامتر گاف میباشد. این پارامتر میزان همبستگی جفت شدن را اندازهگیری میکند و فرم ریاضی آن به صورت زیر است:
(3-40)
اکنون برای محاسبه انرژی، باید مقادیر و را بیابیم که هامیلتونی به ازای مقادیر آن کمینه شود. بدین ترتیب:
(3-41)
با مشتق گیری از هامیلتونی خواهیم داشت:
(3-42)
اکنون با استفاده از معادله (3-40) و انجام محاسبات لازم خواهیم داشت]9[:
(3-43)
(3-44)
همچنین با جایگذاری معادلات (3-43) و (3-44) در معادله (3-40) خواهیم داشت:
(3-45)
در نتیجه با حذف از طرفین معادله خواهیم داشت:
(3-46) به معادله (3-46) معادله گاف گفته میشود.
و در پایان با جایگذاری معادلات (3-43) و (3-44) در معادله (3-40) شکل نهایی هامیلتونی قطری شده را بدست میآوریم:
(2-47)
اکنون معادله گاف را جایگذاری میکنیم:
(3-48)
را به صورت زیر تعریف کنیم:
(3-49)
بدین ترتیب خواهیم داشت:
(3-50)
معادله (3-50) هامیلتونی سیستم مورد نظر است.
فصل چهار
خصوصیات ترمودینامیکی و چگالی تراز
4- خصوصیات ترمودینامیکی و چگالی تراز
4-1 تابع پارش بزرگ
برای اینکه توصیفی ترمودینامیکی از سیستم داشته باشیم ابتدا باید تابع پارش را با استفاده از هامیلتونی (3-50) محاسبه کنیم. بدین ترتیب خواهیم داشت:
(4-1)
که، مقدار چشمداتشتی عملگر و پتانسیل بزرگ است.
با لگاریتم گیری از معادله (4-1) خواهیم داشت:
(4-2)
جملات دوم وسوم این معادله به صورت زیر حل میشود:
(4-3)
بر اساس اصل طرد پائولی برای سیستم فرمیونی، فقط میتواند صفر یا یک باشد. بنابراین خواهیم داشت:
(4-4)
با جایگذاری معادله (4-4) در معادله (4-2) خواهیم داشت:
(4-5)
این معادله تنها در صورتی معتبر است که ، و در معادله گاف، معادله (3-50)، صدق کنند.
برای سیستمی از فرمیونها داریم ]40[:
(4-6)
لذا برای معادله گاف، معادله (3-46) خواهیم داشت:
(4-7)
همچنین با استفاده از معادلات (4-5) و(4-7) میتوان نشان داد:
(4-8)
اکنون که تابع پارش بزرگ محاسبه شد میتوانیم سایر کمیتهای ترمودینامیکی را محاسبه کنیم.
4-2 تعداد ذرات سیستم
با استفاده از شرط نقطه زینی داریم :
(4-9)
با استفاده از معادله (4-8) خواهیم داشت :
(4-10)
در این معادلات پتانسیل شیمیاییاست. و داریم:
(4-11)
با جایگذاری معادله (4-5) در معادله (4-9) خواهیم داشت :
(4-12)
اکنون به ترتیب جملات داخل کروشه را محاسبه میکنیم:
(4-13)
لذا بر اساس معادله (3-49)خواهیم داشت:
(4-14)
با جایگذاری (4-14) در معادله (4-13) خواهیم داشت :
(4-15)
همچنین برای کروشه دوم داریم :
(4-16)
و برای کروشه سوم داریم :
(4-17)
اکنون با جایگذاری (4-15) ، (4-16) و (4-17) در معادله (4-12) خواهیم داشت :
(4-18)
با ضرب صورت و مخرج در خواهیم داشت :
(4-19)
4-3 انرژی سیستم
بااستفاده از شرط نقطه زینی داریم:
(4-20)
با استفاده از معادله (4-8) خواهیم داشت:
(4-21)
اکنون با جایگذاری معادله (4-5) در معادله (4-21) خواهیم داشت:
(4-22)
اکنون به ترتیب جملات داخل کروشه را محاسبه میکنیم:
(4-23)
بااستفاده از معادله (3-49) خواهیم داشت:
(4-24)
با استفاده از معادله (4-11) میتوان نوشت:
(4-25)
با جایگذاری معادلات (4-24) و (4-25) در اولین معادله (4-22) خواهیم داشت:
(4-26)
برای جمله دوم داریم:
(4-27)
برای جمله سوم داریم:
(4-28)
با جایگذاری معادلات (4-26) ، (4-27) و (4-28) در معادله (4-22) خواهیم داشت:
(4-29)
مشابه قبل با ضرب صورت و مخرج خواهیم داشت:
(4-30)
اکنون با افزودن و کم کردن به سمت راست معادله (4-30) و با استفاده از معادله گاف (4-7) خواهیم داشت:
(4-31)
با استفاده از معادله (3-50) در ادامه خواهیم داشت:
(4-32)
4-4 آنتروپی سیستم
براساس فصل دوم آنتروپی سیستم ذرهای به صورت زیر است:
(4-33)
اکنون با جایگذاری معادلات (4-5) ، (4-19) و (4-30) در معادله (4-33) خواهیم داشت:
(4-34)
با حذف جملات قرینه و استفاده از خواهیم داشت:
(4-35)
4-5 چگالی حالت سیستم
در این بخش ما چگالی حالت سیستم شامل یک نوع ذره را بدست میآوریم. بر اساس معادله (2-24) چگالی حالت به صورت زیر است.
(4-36)
کهرابطه (4-35) و دترمینان2×2 است که از رابطه (2-23) تعیین میشود. این دترمینان بر حسب دو متغییر و است. برای ساده سازی محاسبات این دترمینان را بر حسب دو متغیر و بازنویسی میکنیم:
(4-37)
اعضای این دترمینان پس از انجام محاسبات لازم به صورت زیر است:
(4-38)
در این معادلات و به صورت زیر تعریف میشوند:
(4-39)
همچنین با استفاده از معادله گاف میتوانیم مشتق جزئی را نسبت به محاسبه کنیم:
(4-40)
4-6 بررسی سیستم شامل دو نوع ذره
هسته سیستمی فرمیونی شامل دو نوع ذره (پروتون و نوترون) است. بدین ترتیب ما روابط قبلی را برای سیستمی شامل دو نوع ذره بازنویسی میکنیم:
(4-41)
همچنین برای انرژی و آنتروپی خواهیم داشت:
(4-42)
در این معادلات اندیسهای و به ترتیب مربوط به نوترون وپروتون است.
همانطور که در فصل دوم نشان دادیم برای چگالی حالت داریم:
(4-43)
در این معادله آنتروپی و انرژی از معادله (4-32) و (4-35) داده میشود. نیز یک دترمینان 3×3 است که به صورت زیر داده میشود:
(4-44)
با استفاده از معادله (4-41) برای اعضای دترمینان میتوان نوشت:
(4-45)
با استفاده از این معادلات میتوان نشان داد:
(4-46)
و یا بر حسب متغییرهای خواهیم داشت:
(4-47)
دراین معادله و به ترتیب دترمینانهای مربوط به نوترون و پروتون است.
اکنون وابستگی چگالی تراز را به تکانه زاویهای بررسی میکنیم.برای این منظور هامیلتونی (3-29)را به صورت زیر باز نویسی کنیم:
(4-48)
در این معادله و ضرائب لاگرانژ و عملگر تعداد ذرات است. مولفه تکانه زاویهای در راستای محور میباشد که شکل عملگری آن به صورت زیر تعریف میشود:
(4-49)
در این رابطه مولفه تکانهزاویهای نک ذرهای در راستای محور است.
اگر به جای هامیلتونی معادله (3-29) از هامیلتونی معادله (4-48) استفاده کنیم. خواهیم داشت ]35[:
(4-50)
اکنون بر اساس شرط نقطه زینی داریم:
(4-51)
در این معادله است . بدین ترتیب برای خواهیم داشت ]41[ :
(4-52)
اکنون با بسط این سری حول و صرف نظر از جمله های مرتبههای بالاتر خواهیم داشت:
(4-53)
همچنین از طرف دیگر برای داریم ]33[:
(4-54)
فاکتور قطع اسپینی میباشد و پهنای توزیع را مشخص میکند.
با مقایسه معادلات (4-60) و (4-61) خواهیم داشت:
(4-55)
برای حالتی که سیستم مورد نظر شامل دو نوع ذره متفاوت باشد خواهیم داشت:
(4-56)
و در پایان چگالی تراز هستهای توسط معادله (2-49) محاسبه میشود.
(4-57)
فصل پنجم
محاسبات و نتایج
5-1 محاسبات
هدف این رساله محاسبه پارامتر چگالی تراز هستهای میکروسکوپی برحسب انرژی برانگیختگی است. برای این منظور ابتدا چگالی تراز هستهای بر اساس مدل با در نظر گرفتن برهمکنش زوجیتی محاسبه میشود. برای محاسبه چگالی تراز هستهای بر اساس مدل به روش زیر عمل میکنیم:
1- با فرض مشخص بودن تعداد ذرات و پارامتر گاف، دما را برابر صفر قرار میدهیم و معادلات (4-6) و (4-18) را حل مینمایم. بدین ترتیب قدرت جفتیدگی را بدست میآوریم. توجه شود مقدار اولیه پارامتر گاف از مرجع]44-48[ اخذ شدهاند.
2- اکنون میتوان پتانسیل شیمیایی و پارامتر گاف را در هر دمای دلخواه با استفاده از معادلات (4-6) و (4-18) و مقدار محاسبه شده قدرت جفتدیگی، G، در مرحله قبل محاسبه نمود. این محاسبات را برای سیستم نوترونی و سیستم پروتونی جداگانه انجام میدهیم. از این مقادیر هم میتوان سایر کمیتهای ترمودینامیکی نظیر چگالی تراز هستهای را محاسبه نمود.
پس ازاینکه چگالی تراز از مدل میکروسکوپی بدست آمد آن را با چگالی تراز آزمایشگاهی مورد برازش قرار میدهیم. بدین وسیله پارامترهای لازم برای محاسبه انرژی وآنتروپی را با استفاده از خاصیت جمع پذیری بدست میآوریم. آنتروپی محاسبه شده میکروسکوپی است بدلیل اینکه از محاسبات میکروسکوپی بدست آمد. یک نمونه از برازش چگالی حاصل از مدل میکروسکوپی با چگالی تراز آزمایشگاهی در شکل (5-1) آمده است.

شکل 5-1 چگالی تراز آزمایشگاهی و محاسبه شده از مدل برای هسته 163Dy
با مقایسه رشد نمایی چگالی تراز هستهای، معادله (2-17) و معادله گاز فرمی شیفت داده شده معادله (1-4) مشاهده میشود توان دوم آنتروپی سیستم، تابعی از پارامتر چگالی تراز هستهای و پارامتر گاف است ]42و43[.
این معادلات به شرح زیر است:
(5-1)
(5-2)
براساس معادله (5-2) برای محاسبه پارامتر چگالی تراز هستهای میکروسکوپی و پارامتر گاف آنتروپی محاسبه شده را به توان دو میرسانیم و توان دوم آنتروپی را بر حسب انرژی برانگیختگی در نموداری رسم میکنیم. از معادله (5-2) مشخص است که شیب این نمودار پارامتر چگالی تراز هستهای است و عرض از مبدا این نمودار پارامتر گاف است.
محاسبات برای ایزوتوپ های Si، Fe، Mo و Dyانجام گردیدهاند. در این محاسبات از سطوح تک ذرهای نیلسون ]49[ استفاده شده است.
پارامترهای گاف مورد استفاده در جدول (5-1) آمده است]44-48[.
جدول5-1 مقادیر اولیه پارامتر گاف مورد استفاده ]44-48[.
هسته
505/1 744/1 27Si
475/1 748/1 28Si
28/1 15/1
684/1 599/1
5/1 85/0
6/1 2/1
45/1 1/1
6/1 2/1
55/1 9/0
55/1 15/1
862/0 804/0
865/0 878/0
854/0 781/0
853/0 757/0
850/0 745/0
نتایج حاصله برای توان دوم آنتروپی و پارامتر چگالی تراز هستهای به ترتیب در شکلهای (5-2) تا (5-5) برای ، در شکلهای (5-6) تا (5-9) برای ، در شکلهای (5-10) تا (5-21) برای ، برای در شکلهای (5-22) تا (5-31) رسم گردیدهاند. نتایج حاصله نشان میدهد که میتوان این نتایج را با فرمول برازش نمود.
همچنین تغییرات پارامتر گاف بر حسب انرژی برای این ایزوتوپها به ترتیب در شکلهای (5-32) تا (5-35) رسم گردیدهاند.
شکل 5-2 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته27Si.

شکل5-3 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 27Si.

شکل5-4 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 28Si.

شکل 5-5 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 28Si.

شکل5-6 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته56Fe.

شکل 5-7 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته56Fe.

شکل 5-8 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 57Fe.

شکل5-9 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 57Fe.

شکل 5-10 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 93Mo.

شکل5-11 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 93Mo.

شکل 5-12 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 94Mo.

شکل 5-13 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 94Mo.

شکل5-14 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 95Mo.

شکل 5-15 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژ برانگیختگی برای هسته 95Mo.

شکل5-16 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی بر انگیختگی برای هسته 96Mo.

شکل5-17 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 96Mo.

شکل5-18 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 97Mo.

شکل 5-19 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرزی برانگیختگی برای هسته 97Mo.

شکل5-20 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 98Mo.

شکل 5-21 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 98Mo.

شکل5-22 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 160Dy.

شکل5-23 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 160Dy.

شکل5-24 توان دوم آنتروپی برحسب انرژی برانگیختگی برای هسته 161Dy.

شکل5-25 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 161Dy.

شکل5-26 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 162Dy.

شکل5-27 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 162Dy.

شکل5-28 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 163Dy.

شکل5-29 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 163Dy.

شکل5-30 توان دوم آنتروپی بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 164Dy.

شکل5-31 پارامتر چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی برانگیختگی برای هسته 164Dy.

شکل5-32 پارامتر گاف بر حسب انرژی برانگیختگی برای هستههای

شکل 5-33 پارامتر گاف برحسب انرژی برانگیختگی برای هستههای

شکل 5-34 پارامتر گاف برحسب انرژی برانگیختگی برای هستههای

شکل 5-35 پارامتر گاف برحسب انرژی برانگیختگی برای هستههای
5-2 نتایج
چگالی تراز هستهای کمیتی مهم در محاسبات آماری سطح مقطع واکنشهای هستهای است. در این محاسبات از عبارات تحلیلی استفاده میشود که شامل چند پارامتر است که از برازش با نتایج آزمایشی بدست میآیند. تفاوت این عبارت در انرژیهای برانگیختگی پایین است که در آنها برهمکنش زوجیت مهم است. در انرژیهای بالا مدل گاز فرمی معتبر میباشد. در این رساله بر اساس نتایج آزمایشی جدید ترازهای انرژی هستهای گروه اسلو ]44-48[ در موردایزوتوپ های Si، Fe، Mo و Dy و با استفاده از مدل BCSبا در نظر گرفتن برهمکنش زوجیت پارامتر چگالی تراز هستهای این ایزوتوپها طبق روش ذکر شده در فصل قبل محاسبه شدهاند. نتایج نشان میدهد که پارامتر چگالی تراز هستهای تابع انرژی است و در انرژی برانگیختگی بالا به سمت مقدار تقریبی که از مدل گاز فرمی بدست میآید، میل میکند. در نتایج حاصله قلههایی دیده میشود که مربوط به شکستن جفتها در این هستهها است .رفتار کلی پارامتر میکروسکوپی چگالی تراز هستهای بر حسب انرژی را میتوان با تابعبرازش نمود، که مقدار تقریبی است. در جدول 5-2 مقادیر لیست شدهاند.
جدول شماره 5- 2 ضرایب c1 و c2 در فرمول .
هسته
001/1 124/3 27Si
825/0 63/3 28Si
062/1 033/7
8643/0 4393/6
39/0 382/9
288/0 332/9
432/0 67/10
33/0 554/10
447/0 826/10
355/0 99/10
553/0 919/15
579/0 428/15
572/0 33/15
549/ 128/15
556/0 934/14
فهرست مراجع
[1] Al-Quraishi et al., Phy. Rev. C63, 065803 (2001).
[2] Garrent et al., Phy. Rev. C64, 024316 (2001).
[3] Puddu et al., Phy. Rev. C55, 1596 (1997).
[4] A.N.Behkami and M.N.Nasersarabadi, Phys. Rev. 71, 457 (2001).
[5] Mus-- et al., Phy. Rev, C45, 1078 (1992).

منابع تحقیق — (88)

سایت های بزرگی مانند موتورهای جستجوی گوگل، ای بیو آمازون دات کامخدمات بسیاری برای جستجوی راحت تر در اینترنت ارائه داده اند.
سایت های شبکه های اجتماعی نظیر مای اسپیس، فیس بوک، فرندسترو ... هم فعالیت خود را در این سال ها آغاز کردند که در ابتدا با استقبال مواجه نشدند اما به تدریج محبوب و گسترده شدند.
با آغاز سال 2002، وب با ایده های متعددی مانند آر اس اسو وبلاگها مواجه شده بود. با گسترده شدن فعالیت های موتور های جستجو، نیاز به تغییراتی در وب به وجود آمد که نتیجه آن وب 2 بود.
اکنون که جستجو در اینترنت همه گیر شده بود، ویکی پدیاو پروژههایش به عنوان مرجعی برای اطلاعات به وجود آمدند. در سال 2005، سه تن از کارمندان سابق پی پال، وب سایتی برای نمایش ویدئو طراحی کردند که یوتیوبنام گرفت. تنها یک سال بعد، این سایت به عنوان سریع ترین سایت گسترده شده از زمان پیدایش وب شناخته شد که به خوبی کاربران را جذب خود کرده است.
پیشرفت های اینترنت در همه زمینه ها، به ویژه تجارت، آن را بسیار آسان کرده و در دسترس همگان قرار داده است]3][4[.
1-4 مدل های وبدنیای مجازی جهانیست که با ظهور وب و شبکه ی اینترنت شکل جدیدی به خود گرفت و به صورت جدی به رقابت با دنیای فیزیکی پرداخت. در ابتدا وب 1 دنیای اطلاعات را متحول ساخت (2000-1990) و با ایجاد دسترسی همگانی به اطلاعات مختلف بدون محدودیت های زمانی و مکانی در دنیای فیزیکی، انقلابی شگرف در زمینه ی دسترسی به اطلاعات و پیشرفت علم ایجاد نمود.
سپس وب 2 و وب سایت های دوسویه و شبکه های اجتماعی مجازی مطرح شد (2010-2000) و دنیای ارتباطات را متحول ساخت. دیگر کاربران صرفا دریافت کننده ی اطلاعات نبودند و خود آن ها خوراک سایت ها را فراهم می کردند. این ارتباطات دوطرفه و فعل و انفعالی و جذابیت ناشی از مشارکت در محصول موجب ایجاد سایت های بزرگی همچون فیس بوک (سومین جامعه ی بزرگ دنیا)، آمازون (بزرگ ترین کتاب فروشی دنیا)، ویکی پدیا (بزرگ ترین دایره المعارف دنیا)، ای بی (بزرگ ترین سوپرمارکت دنیا) و بسیاری از سایت های وب 2 ای دیگر در تمام زمینه های زندگی بشر نمود و کلیه ی روابط اجتماعی ما را تحت تاثیر خود قرار داد.
اما هنوز بشر خواسته های بیشتری از وب داشته و هرروز نیازمندی های خود را به آن محسوس تر می بیند و جنبه های بیشتری از زندگی خود را به آن می سپارد و به آن وابسته تر می شود. مثلا میساز دانشگاه ام آی تیدر حال کار بر روی آیینه هائیست که در حمام به اینترنت متصل می شوند واگر هنگام مسواک زدن به آیینه ها نگاه کنید، از آخرین اخبار مطلع می شوید. از این رو سرعت و کیفیت بهره گیری از این دنیای مجازی روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می شود و همین نیاز است که فردای وب را خواهد ساخت.
اما آینده ی وب را تحت عنوان وب 3 معرفی می کنند. این نوع جدید از وب که درحال ورود به دنیای مجازیست، وب هوشمند یا وب مفهومی نیز خوانده می شود.
1-5 تشریح وب 1 و دستاوردهای آنوب با تاریخ 20 ساله ی خود در میان یکی از مهم ترین و موثرترین فناوری های قرن 21 ام قرار دارد و درواقع مجموعه ای بسیار پیچیده از انواع منابع اطلاعاتی است که به وسیله ی افراد متفاوت تولید می شود و توسط کاربران مختلف مورد جستجو قرار می گیرد.
وب یا تور جهان گستر یکی از مهم ترین و کاربردی ترین ابزار و خدمات موجود در اینترنت می باشد، وب مانند دیگر خدمات شبکه ای بر اساس معماری سرویس دهنده/سرویس گیرنده است و از طریق آن می توان به گستره ی وسیعی از منابع اینترنتی دسترسی پیدا کرد.
وب در ابتدا یک سری صفحه های ایستا بود که بینشان چیزی به نام پیوند وجود داشت که قابلیت انتقال از یک صفحه به صفحه ی دیگر را فراهم می کرد. بعد از مدتی، صفحه های پویا این بحث را کامل کردند و بعد پایگاه های داده، کوکی ها و اطلاعات شخصی، نمونه های نوین تری از فناوری وب 1 بودند.
بنابراین وب براساس نظام فرارسانه ای کار می کند، فرارسانه ترکیبی از فرامتن و چندرسانه ای است. فرامتن عبارت از متنی است که از سایر متون در صفحه ی وب متمایز شده است و به منابع اطلاعاتی یا صفحات دیگر که توسط کاربر قابل دسترسی می باشد اشاره می کند، یعنی اگر کاربر بخواهد به صفحات دیگر دسترسی پیدا کند کافیست توسط اشاره گر ماوس خود بر روی متن متمایز شده کلیک کند تا صفحات دیگر وب برای وی قابل دسترس شوند. چندرسانه ای نیز ترکیبی از رسانه های مختلف مانند صدا، تصویر، فیلم، تصاویر متحرک و متن می باشد. این ترکیب ممکن است برای جذابیت و رساندن مفهوم منابع اطلاعاتی در صفحات وب به کار رفته باشد]5][6[.
1-6 تشریح وب 2 و دستاوردهای آنبا افزایش کاربردهای وب، طراحان وب روش های جدیدی را در ایجاد وب سایت ها به کار بستند که باعث راحت تر شدن دسترسی به داده ها برای کاربر و مشارکت کاربر در ایجاد داده ها می شود. نمونه ی بسیار روشنی از این سایت ها ویکی پدیا است که توسط کاربرانش گسترش پیدا می کند و مدیران این سایت فقط محیطی را برای استفاده از توانایی های کاربران فراهم می کنند.
مفهوم وب 2 اولین بار در یک همایش توسط معاون موسسه ی اوریلیمطرح شد. آن ها به دنبال نسل جدیدی از وب بودند که بتواند جذاب، کاربردی و قابل گسترش باشد. این گونه بود که کنفرانس وب 2 شکل گرفت و بحث های زیادی پیرامون این پدیده مطرح شد. امروزه جستجوی این عبارت در گوگل بیش از 10 میلیون نتیجه را برمی گرداند.
طراحی و معماری وب 2 بر پایه ی مشارکت ها، همکاری ها و تعاملات انسان ها، ماشین ها، نرم افزار و عامل های هوشمند با یکدیگر استوار است.
وب 1 بسیار محدودتر و ساده تر بود و تنها تعدادی نسبتا اندک از موسسات گوناگون، دانشگاه ها، مراکز تبلیغاتی و غیره به ایجاد مطلب و محتوا بر روی آن مبادرت می نمودند. این در حالی بود که کاربران در وب 1 تنها امکان دسترسی به اطلاعات موجود و استفاده از آن ها را داشتند و نه توان ایجاد و یا تغییر را. در وب 2 کاربران قادرند خود به ایجاد و خلق محتوا اقدام نمایند، آن را ساماندهی و تنظیم کنند، دیگران را در اطلاعات و داشته های خود شریک و سهیم سازند و یا به انتقاد و تغییر بپردازند.
1-6-1 مشخصه های مهم وب 2 کسانی که درمورد وب 2 صحبت می کنند، مباحث مختلفی را پیش می کشند. برخی مایلند جنبه های تکنیکی آن را برای مخاطبانی همچون برنامه نویسان و طراحان وب تشریح کنند، بعضی نیز به کاربردهای تجاری آن نظر دارند، اما در اینجا به آن دسته از ویژگی های جدید وب که با نگرش سیستمی سازگاری بیشتری دارد اشاره می شود.
وب مردمی تر: وب واقعا همگانی تر شده است. مهم ترین تبلور این ویژگی را باید در این واقعیت جستجو کرد که مصرف کنندگان اطلاعات اکنون خود تولیدکننده اند. سایت کتابفروشی آمازون که به کاربران اجازه می دهد، نقد خود درباره ی محتوای یک کتاب را پای صفحه ی مخصوص همان کتاب درج کنند، یک مثال مشهور در این زمینه است. تقریبا اکثر کسانی که برای خرید کتاب به آمازون مراجعه می کنند، متوجه می شوند که اظهارنظر خوانندگان یک کتاب به مراتب از اطلاعات رسمی آمازون درباره ی آن کتاب، جالب تر است.
ساز و کار خودترمیمی محتوا: ساز و کار خودترمیمی محتوای وب را می توان به دو صورت مشاهده کرد: یکی با واسطه و دیگری بی واسطه. در ساز و کار با واسطه، خوانندگان و مصرف کنندگان یک محتوای اطلاعاتی (مثلا بازدیدکنندگان یک سایت خبری و یا آموزشی) با درج کامنتو اظهارنظر، اطلاعاتی که ناشر ارائه داده است را نقد می کنند، چیزهایی به آن می افزایند، ایرادهایی از آن می گیرند و یا برای اصلاحش پیشنهادهایی می دهند. خودترمیمی بی واسطه، یک پدیده ی کاملا جدید در وب 2 است، ویکی و مشتقات آن تبلور همین ساز و کار است. در این شیوه مردم امکان می یابند مستقیما یک محتوای اطلاعاتی را ویرایش کنند.
جهش در معنای آموزش: وب 2 را می توانید در قالب تحولات مفهوم آموزش نیز ببینید. مهم ترین ویژگی وب 2 در این مورد، غیرتجاری کردن دانش از طریق به کارگیری رهیافت توسعه باز است. در این شیوه، مردم می توانند در فرآیند توسعه یک مقوله علمی یا فنی آزادانه مشارکت داشته باشند و به طور رایگان از حاصل آن استفاده کنند. این در حقیقت سطح متعالی تری از آموزش است. آموزش به وسیله ی موتورهای جستجو جنبه ی دیگری از تحول در معنای آموزش در فضای سایبر را نشان می دهد. موتورهای جستجو را از این نظر می توان به آموزگارانی تشبیه کرد که جواب هر سوالی را می دانند، اما کیفیت پاسخ هایشان بستگی به کیفیت پرسش های پرسشگر دارد.
پویایی داده ها: پدیده ی وب را از زوایای مختلفی می توان بررسی کرد. وب یک شبکه اطلاعاتی است. یک فناوری است. یک رسانه نیز هست. اما اگر آن را به عنوان مهم ترین تبلور فضای سایبر درنظر بگیرید، آن گاه می توان وب را به سیستمی تشبیه کرد که حیات دارد، زنده است، راکد نمی ماند، پی در پی تغییر می کند و نو می شود. یکی از مفاهیمی که وب 2 سعی در توضیح و تبیین آن دارد، همین کارکرد دوگانه ای است که برخی از اطلاعات در شبکه ی اینترنت دارند. گونه ای از این اطلاعات را مردم پدید آورده اند و در یک روند تعاملی بسیار پویا و پیچیده مرتبا به آن می افزایند.
مفهومی به نام سرویس: وب 2 متضمن پاره ای از مفاهیم کلیدی نیز هست. واژه ی خدمت یا سرویس نمونه ای از این مفاهیم است. وب جدید به گونه ای است که مفهوم سرویس به یکی از ارکان کسب و کارهای آنلاین تبدیل شده است. این مفهوم هم دربرگیرنده ی معنای لغوی آن، یعنی خدمت رسانی، و هم دربرگیرنده ی معنای تازه و مدرن آن است که نشان می دهد یک فرآیند اطلاعاتی (مثلا ارسال نامه ی الکترونیکی) به جای آن که از طریق یک کحصول نرم افزاری انجام شود، می تواند به واسطه ی یک سیستم آنلاینرخ دهد. این شیوه از ارائه ی خدمات، متکی بر نظریه ای است که می گوید هر نرم افزار را می توان به صورت یک سرویس ارائه کرد. سرویس در وب 2 با یک مفهوم کلیدی دیگر نیز ارتباط نزدیک دارد و آن، معنای واژه ی توسعه است. وقتی که به تدریج سرویس های آنلاین جای بسته های نرم افزاری قابل نصب را بگیرند، آن گاه ممکن است با شرایطی رو به رو شویم که در آن همواره روند توسعه، اصلاح و تکمیل نرم افزار در معرض دید مصرف کننده قرار دارد. بنابراین توسعه در عصر وب 2 یعنی تقریبا همیشه با محصولاتی سر و کار داریم که در مرحله ی آزمایشی قرار دارند.
پول سازی با قلک آنلاین: می توان به فهرست پیامدهای مردمی تر شدن وب، اقلام دیگری را نیز افزود. مثلا کسب و کارهای وب 2 به وضوح نسبت به وب 1 اهمیت بیشتری به تک تک کاربران می دهند. ایده ی ریالی کسب و کار این است که با مشتریان محدودتر ولی پولدارتر تعامل داشته باشید. بنابراین صاحبان کسب و کار تمایل زیادی دارند که به جای سر و کله زدن با صد مشتری که هرکدام فقط کمی پول خرج می کنند، با 10 یا 5 مشتری که رقم های بزرگی می پردازند، رو به رو شوند. وب 2 این نظریه را با تردید رو به رو کرده است. ظاهرا کسب و کارهای چابک و تیزهوشی مانند گوگل و ای بی توانسته اند راهی پیدا کنند که درآمد خود را به جای تکیه بر خریدهای چند هزار دلاری مشتریان بزرگ، براساس دریافت تنها چند سنت از میلیون ها مصرف کننده کم درآمد بنا کنند.
پلتفرمموبایل: یک مشخصه ی مهم دیگر نیز در فضای وب 2 قابل تشخیص است و آن نقش فزاینده ی پلتفرم موبایل و به طور کلی آن دسته از تجهیزات همراه است که قابلیت جابجایی فیزیکی اطلاعات را در اختیار کاربر قرار می دهند. با کمی تامل می توان دریافت که در عصر وب 2 دیگر حالت فیزیکی دسترسی به اطلاعات محدود به یک کامپیوتر ساکن نیست. کاربر می تواند در همه ی حالت ها، مثلا هنگامی که مشغول قدم زدن در یک پارک است، وارد فضای سایبر شود. این کاربر مثلا می تواند همان لحظه وبلاگ خود را به روز کند و یا پای یک یادداشت یا مقاله کامنت بگذارد]7][8[.
1-7 تشریح وب 3 و دستاوردهای آنبرای همه ی ما بارها و بارها اتفاق افتاده که کلمه یا عبارتی را از طریق یکی از سایت های جستجو مثل گوگل جستجو کرده اما نتایج مطابق خواست و منظور ما طبقه بندی نشده اند و درنتیجه درمقابل حجم انبوهی از اطلاعات درهم که بسیاری از آن ها کمکی به ما نمی کنند سردرگم شده ایم. مثلا موتورهای جستجوی کنونی تفاوت بین پاریس هیلتونو هیلتون این پاریسو یا اپلبه معنی میوه ی سیب و اپل به معنی شرکت قول کامپیوتری را درک نمی کنند. ساتیا نادلا (نایب رییس جستجو، پورتال و تبلیغات مایکروسافت) در این باره می گوید: یک سوم جستجوهای امروزی، جواب موردنظر کاربران را در نخستین جستجو ارائه نمی کنند و این یکی از جنبه هاییست که وب مفهومی، وب 3 و یا همان وب درحال ظهور به آن پرداخته اند.
اگر یک خط از سمت وب 1 به وب 2 بکشید و آن را ادامه دهید به جایی می رسید که احتمالا با این فناوری به آن خواهیم رسید.
درواقع پس از آنکه وب به ابزاری برای ایجاد ارتباط دوسویه بین کاربران خود تبدیل شد(وب 2)، حال در وب 3 تعامل دوسویه بین کاربران و خود وب مورد توجه قرار گرفته است. و از وب هوشمند انتظار می رود که منظور و مقصود کاربر را درک کرده و او را در راه رسیدن به هدف خود همراهی کند.
زمان و گذر آن به سمت ایجاد مفاهیم جدید و تغییرات اساسی پیش می رود. درست به همین دلیل هم هست که مفهوم جدیدی از دنیای مجازی به وجود آمده است. این مفهوم جدید را کسی جز خالق وب جهانی نمی تواند ایجاد کند. بنابراین وب 3 اولین بار توسط "تیم برنزلی" به کار برده شد تا توجه همه را به خودش جلب کند.
او برای اولین بار مفهوم وب 3 را در سال 2001 با نوشتن مقاله ای علمی به وجود آورد و در عرصه ی عمومی مطرح کرد. برنزلی عبارت "وب 3" را به عنوان مکانی که در آن ماشین ها و دستگاه ها می توانند صفحات وب را مانند انسان ها بخوانند، توصیف کرد. او حتی برای توصیف بیشتر یک آیینه ی متصل به وب را مثال زد که امکان نمایش اخبار جدید منتشر شده در وب را به کاربرانش می دهد.
مفاهیم مختلفی برای وب 3 ارائه شده است که همه به تکامل کاربرد وب و تعامل بیشتر آن از راه های متفاوت اشاره دارند. تیم برنزلی اما وب 3 را در یک عبارت "وب معنایی" تعریف کرده است.
وب معنایی که بیشتر کارشناسان برای تعریف وب 3 بر سر آن توافق دارند، در حقیقت تحول گسترده ای از وب جهانی است که در آن مفهوم وب نه تنها در زبان طبیعی ظهور پیدا می کند، بلکه در فرمی قابل درک و کامل برای تولیدکنندگان بزرگ نرم افزار دنیا ارائه می شود.
وب 3 همچنین حرکت به سمت دسترسی وسیع به اطلاعات از طریق نرم افزارهایی غیر از مرورگرهای اینترنتی و حتی به وسیله ی تکنولوژی های مربوط به هوش مصنوعی است.
درواقع وب 3 در تعبیر فرهنگ نامه های معتبر جهانی، نسل سوم خدمات وب مبتنی بر اینترنت است که بر ارائه ی اطلاعات از طریق امکانات فیزیکی ماشین ها و دستگاه ها تاکید می کند تا به این ترتیب تجربه ای خلاق و شهودی تر را برای کاربرانش به ارمغان آورد]9][10[.
1-8 تخمین آینده ی وبآینده ی وب شنیدنی است. وب، اغلب برای کسانی طراحی می شود که آن را می بینند. طبیعت اچ تی ام الو سی اس اسروی چگونگی به نظر رسیدن وب تمرکز دارد. با افزایش محبوبیت ترکیب تکنولوژی و پیشرفت در فراگیری ماشین، تاکید روی این است که نه تنها نحوه ی به نظر رسیدن یک وب سایت اهمیت دارد، بلکه چگونگی تعامل با آن نیز بسیار مهم است.
صدا یا توانایی صحبت کردن و شنیدن نظرات، ممکن است کلیدی برای تولیدات جدید توسعه ی وب باشد. روش های جدید تعامل شنیدنی و استانداردهای ای پی آی می تواند راهنمای خوبی برای تولید تکنولوژی جدید وب باشد.
پردازش صدا توانایی ترجمه کلمات گفته شده به متن است. این تکنولوزی جنبه ی جدیدی نیست و قدمت 60 ساله دارد. در سال 1954، آزمایش جورج تاون- آی بی ام نمایشی از اولین برنامه ی ترجمه ی مبتنی بر ماشین است. این نمایشی بود که توسط دانشگاه جورج تاون و آی بی ام توسعه یافت و با موفقیت توانست به وسیله ی تکنولوژی مقدماتی محاسبات، بیش از 60 جمله ی روسی را به انگلیسی به صورت خودکار ترجمه کند. این سیستم در ابتدا فقط 6 قانون گرامری و 250 آیتم در لغت نامه ی خود داشت که همه ی آن ها به وسیله ی دست نوشته شده بودند. اما این سیستم پتانسیل خود را برای تعامل بیشتر با تکنولوژی اثبات کرد و محققان نیز ادعا کردند که طی 3 تا 5 سال آینده، فراگیری ماشین یک مشکل حل شده خواهد شد. اما متاسفانه 30 سال طول کشید تا این مساله به حقیقت بپیوندد.
پیشرفت بزرگ دیگر در دهه ی 1980 بود، که الگوریتم های فراگیری ماشین برای پردازش زبان معرفی شدند. این الگوریتم های ساده برای اولین بار در تکنولوژی پردازش گفتار ساخته شدند.
رهبری این جریان برعهده ی کنسرسیوم تار جهان گستراست، جامعه ای که استانداردهایی را برای رشد وب توسعه می دهد. یکی از گروه های استانداردهای اخیر، مشخصه ی ای پی آی گفتار وباست که با هدف "قادر ساختن توسعه دهندگان وب برای فراهم کردن زمینه ای در مرورگرهای وب برای داشتن ویژگی ورودی گفتار و خروجی متن در حالیکه هنگام استفاده از نرم افزارهای استاندارد تشخیص گفتار یا خواندن صفحه این ویژگی دردسترس نباشد. خود ای پی آی متضمن پردازش گفتار و پیاده سازی ترکیب می باشد و می تواند ترکیب و تشخیص را هم در سمت سرور و هم در سمت کلاینت پشتیبانی کند. همچنین برای ورودی های گفتار کوتاه و گفتار پیوسته نیز طراحی شده است."
به عبارت ساده تر، این ای پی آی ها به توسعه دهندگان وب اجازه می دهند تا این قابلیت را برای کاربران وب اضافه کنند تا بتوانند با یک صفحه ی وب صحبت کنند و همچنین از آن پاسخ و نتیجه را دریافت کنند. اگر از حالا گوگل یا اپل سیری استفاده کنید، حتما این قابلیت را خواهید دید. البته گوگل اخیرا این ویژگی را برای کاربران مرورگر کروم خود روی صفحه ی خانه ی خود پیاده سازی کرده است. همچنین گوگل ای پی آی گفتار وب را روی مرورگر کروم خود پیاده سازی کرده است تا به هرکسی اجازه بدهد که به آسانی یک صفحه ی وب فعال با گفتار بسازد.
کورزویلکه نام یکی از شرکت های مربوط به گوگل است، آینده ای را متصور است که کامپیوترها توانایی نوشتن و فهم محتوای معنایی زبان را پیدا کنند. آینده ای که در آن کامپیوترها قبل از اینکه شما سوال کنید جوابتان را می دانند و علت آن این است که آن ها هر ایمیلی که شما خواهید نوشت، هر داکیومنتی، هرچیزی که از روی بیکاری داخل فیلد ماشین های جستجو وارد کنید، هر دارویی برای بیماری و ... را خواهند خواند. آن ها شما را بهتر از خودتان خواهند شناخت. و اگر شما نیز با نظر کورزویل موافق هستید، راه شروع آن توانایی تعامل با کامپیوترها به شیوه ی طبیعی و از طریق صدا است]11 [.
1-9 بیان مساله و سوالات تحقیقدر وب سایت های تجاری سرعت اجرا و پاسخ سیستم ها موضوعی بسیار مهم و حیاتی شده است. در مورد سیستم های تجاری مشتری به مشتری و تجارت به مشتری با توجه به حجم بالای مراجعه کنندگان و بازدید کنندگان که هریک عملیات متنوعی را نجام می دهند توان و سرعت پاسخگویی سیستم امری بسیار تاثیر گذار در رضایت مشتریان و کارآمدی سیستم تجاری است.
مثلا سایت تجاری ای بی را در نظر بگیرید، در هر لحظه هزاران مشتری به طور همزمان در حال مشاهده محتوای وب سایت، بارگذاری مطالب و تصاویر و ویدئوهای جدید، انجام پرس و جوهای پیچیده و سنگین و ... هستند. سوال اصلی که مطرح است این است که چگونه می توان بالاترین سرعت اجرای چنین سایتی را فراهم نمود؟
اما سوالات کلی که در این رساله مورد بررسی قرار می گیرند به شرح زیر است:
1.روش استفاده از سیستم های بهینه سازی اجرای سمت سرور پروکسی معکوسبرای تسریع اجرای سیستم های پر ترافیک مشتری به مشتری و تجارت به مشتری چیست؟
2.چگونه می توان در یک سیستم تحت وب دارای محتوای متنوع (تصویر، متن، ویدئو،...) از یک روش ترکیبی برای افزایش کارایی و سرعت استفاده کرد؟
3.سیستم های پروکسی معکوس اصلی یعنی انجین ایکس و وارنیشکدام یک برای استفاده در سیستم های پرترافیک مشتری به مشتری و تجارت به مشتری مناسب تر هستند؟
1-10 ضرورت انجام تحقیق
هدف از این تحقیق ارائه یک ترکیب نرم افزاری مناسب برای افزایش سرعت اجرای سیستم های پرترافیک تجارت الکترونیک مشتری به مشتری و تجارت به مشتری است.
چنین سیستم هایی پیکره اصلی تجارت الکترونیک را تشکیل می دهند و کارآمدی سرعت آن ها موضوعی ضروری در اجرای موفق تجارت الکترونیک است.
برای بیان موضوع فوق و تبیین اهمیت سرعت اجرای برنامه تجاری تحت وب میتوان مسئله طور دیگری نیز بیان کرد که، چرا سرعت، مهم است؟
سئو: سرعت وب ‌سایت شما قطعا یکی از عوامل مهم برای سئو است.
بازدیدکنندگان: مخاطبان وب‌ سایت شما از سرعت پایین باز شدن وب سایت‌ ها متنفر هستند.
رتبه بندی گوگل: گوگل هم برای سایت‌های کند امتیاز اولویت نمایش در نایج جستجو را پایین در نظر می گیرد که به نوبه ی خود باعث می شود سیستم تجاری در رسیدن به اهداف خود و جذب و جلب و رضایت مشتریان ناموفق باشد.
1-11 ساختار پژوهشدر این رساله برای بررسی و مقایسه ی روش های تسریع در وب در سیستم های پر ترافیک تجارت به مشتری و مشتری به مشتری، پنچ فصل زیر تدوین شده است:
در فصل اول کلیات پژوهش شامل تعریف مساله، کاربردها و موضوعات مقدماتی و کلی موضوع تحقیق بیان شده و پس از تعریف مساله و بیان سوال های تحقیق، ضرورت انجام تحقیق اشاره می شود.
در فصل دوم مروری بر ادبیات تحقیق انجام شده و تعاریف وب سرور و انواع آن آورده می شود. دو نمونه از وب سرورهای مهم لینوکس به طور کامل تشریح می شوند و نرم افزار تسریع سروری به نام وارنیش تعریف می شود. نرم افزارهای مبتنی بر وب و مختصری از معماری شان شرح داده می شود. و در نهایت درمورد اینکه همه ی افراد برای کار با سرورها و تسریع آن ها اشتباه می کنند بحث می شود.
در فصل سوم به بیان روش تحقیق پرداخته و طریقه ی نصب تمامی وب سرورها و سیستم های مدیریت محتوا به طور کامل و با جزییات توضیح داده می شوند.
در فصل چهارم پیاده سازی وب سرورها و تست آن ها برای ایجاد جداول و نمودارها برای مقایسه ی نتایج به صورت کامل شرح داده می شوند.
در نهایت در فصل پنجم نتایج تحقیق و کارهای آینده آورده می شود.

1-12 خلاصه ی فصلدر این فصل، درمورد آشنایی با تکنولوژی وب و تاریخچه ی آن توضیح داده شد و بعد از آن انواع مدل های وب تعریف و سپس به صورت کامل درمورد ویژگی ها و دستاوردهایشان شرح داده شد. تخمینی از آینده ی وب و گمان ما درمورد تکنولوژی هایی که در آینده برای وب پیش خواهد آمد توضیح داده شد. سپس به بیان عنوان و هدف این تحقیق پرداخته شد و مشخص شد که سوالات اصلی در این پژوهش کدامند. در نهایت پس از شرح ضرورت انجام این تحقیق، ساختار پژوهش مشخص گردید.

فصل دوم:
ادبیات تحقیق
2-1 مقدمهوب سرورهای زیادی با ویژگی ها و قابلیت های متفاوت وجود دارند اما در بین آن ها دو وب سرور از اهمیت بیش تری برخوردارند. این درجه از اهمیت هم می تواند به درصد استفاده از این وب سرورها در سراسر جهان برگردد که نسبت به باقی سرورها اختلاف قابل توجهی دارند. این دو وب سرور تحت سیستم عامل لینوکس فعالیت می کنند. آپاچی اچ تی تی پی سرور و انجین ایکس دو سرور مذکور هستند که در این فصل به صورت کامل درموردشان بحث خواهیم کرد. در این میان به معرفی یک تسریع دهنده ی قدرتمند به نام وارنیش می پردازیم و کارایی و عملکرد فوق العاده ی آن را توضیح می دهیم.
اکنون به وسیله دو شکل زیر به صورت جزیی نحوه ی عملکرد وارنیش را شرح می دهیم. شکل 2-1 سرور آپاچی را بدون حضور تسریع دهنده ی وارنیش نشان می دهد. در این حالت آپاچی به صورت نظیر به نظیر با پی اچ پی در ارتباط دو طرفه است و پی اچ پی نیز داده و اطلاعات را از مای اس کیو ال می گیرد و به آن اطلاعات می دهد و در کل با هم در ارتباط دوطرفه هستند. سرعت بارگذاری وب سایتی با این سرور نیز بالای تصویر با علامت کورنومتر مشخص است که زمان زیادی است و بازه ی قرمز رنگ را نشان می دهد.

شکل 2-1 سرور آپاچی بدون وارنیششکل 2-2 سرور آپاچی را به همراه تسریع دهنده ی وارنیش نشان می دهد. همانطور که ملاحظه می کنید وارنیش با یک حافظه ی کش در ارتباط است. درخواست ها ابتدا به وارنیش می رود و سپس وارنیش آن ها را با حافظه ی کش رد و بدل می کند، به عبارت دیگر مقداری از درخواست ها و حتی پاسخ درخواست ها را کش می کند تا در مواقعی که درخواست های مکرر یکسان داریم بدون مراجعه به سرور اصلی پاسخ توسط وارنیش داده شود. وارنیش با آپاچی رابطه ی دوسویه دارد، آپاچی هم به وسیله ی یک ارتباط دو طرفه به پی اچ پی متصل است و پی اچ پی هم با مای اس کیو ال که منبع داده و اطلاعات است رابطه ی دوطرفه برقرار می کند. درمورد سرعت وب سایتی با این سرور ترکیبی نیز مشاهده می کنید که چقدر تفاوت زمان با مورد قبلی(بدون وارنیش) وجود دارد و پیکان کرنومتر بازه ی سبز را نشان می دهد که سرعت بهینه است.

شکل 2-2 سرور آپاچی به همراه وارنیشدر ادامه ی فصل با مفاهیم سرورها و انواع آن و دو نوع سرور با اهمیت آپاچی و انجین ایکس بحث می شود. سپس توضیح مفصلی درمورد وارنیش، ویژگی ها، کارایی و معماری آن داده می شود و در نهایت به صورت مختصر به نرم افزارهای مبتنی بر وب پرداخته می شود]15 [.
2-2 تعریف وب سرورکارساز وب، سرور وب یا وب سرور سیستمی است که وظیفه آن، پاسخ به درخواست های مرورگرهای وب و ارسال صفحات وب به کاربران می باشد. صفحات وب بر پایه ی یک ساختار مشخص و با یک نام یگانه بر روی سرور وب قرار می‌گیرند. امکان قرار گرفتن صفحات متعدد، با ساختارهای جداگانه بر روی یک سرور وب وجود دارد. کاربران با استفاده از مرورگرهای وب درخواست خود را برای دریافت یک صفحه ی وب، به سرور وب ارسال می کنند و وب سرور نیز با ارسال صفحه وب مورد تقاضا یا پیغام خطایی مبنی بر عدم امکان اجرای درخواست، به کاربر پاسخ می دهد.
در واقع وب سرور به دو معنی است:
1.یک برنامه کامپیوتری است که به عنوان سرویس بر روی یک رایانه اجرا می شود و درخواست های کاربران را برای دریافت صفحات وب اجرا می کند. هنگامی که شما آدرس صفحه ای را در مرورگر خود وارد می کنید، مرورگر با استفاده از سرویس دی ان اس، آدرس آی پیمربوط به سایت را به دست می آورد و با استفاده از آن درخواست دریافت صفحه ی وب را به آدرس آی پی به دست آمده ارسال می کند. درخواست های کاربران با استفاده از پروتکل اچ تی تی پی به سرور وب ارسال می شوند و پاسخ آن ها که یک صفحه ی اچ تی ام ال است به کاربر  ارسال می شود.
2.یک کامپیوتراست که یک برنامه ی کامیپوتری را اجرا می‌کند و کارایی اش همانند مطالبی است که دربالا گفته شد.
هر کامپیوتری می‌تواند با نصب نرم‌افزار وب‌سرور، به سرور وب تبدیل شود.
در عمل بسیاری از سرورهای وب، ویژگی‌های زیر را نیز پیاده‌سازی می‌کنند:
شناسایی: درخواست شناسایی اختیاری قبل از اجازه دسترسی به انواع منابع
نه تنها مفاهیم استاتیک (مفاهیم فایلی که بر روی سیستم فایلی وجود دارد) بلکه مفاهیم داینامیک را با یک یا چند ساختار نیز مانند سی جی آی، اس اس آی، ای اس پی دات نت، ای اس پی،پی اچ پی، جی اس پی، فست سی جی آیو اس سی جی آی اداره می‌کند.
پشتیبانی از اچ تی تی پی اس تا به کاربران اجازه دهد اتصالات مطمئنی به سرور را بر روی پورت 443 به جای 80 برقرار کنند.
فشرده سازی مطالب تا بتوان از حجم پاسخ ها کم کرد. (توسط کد سازی جی زیپ)
پشتیبانی از فایل های بزرگ تا بتواند فایل های بزرگ‌تر از 2 گیگا بایت را سرویس دهی کند.
کنترل کردن پهنای باند: تا سرعت پاسخ ها را محدود کند و شبکه را پر ازدحام نکند و قادر باشد تعداد بیشتری کارخواه را سرویس دهی کند]16 [.
2-2 انواع وب سرورهاهمانطور که در شکل 2-3 مشاهده می کنید انواع مختلفی از وب سرورها موجود است که در شکل با جزییات کامل درمورد توسعه دهنده، لایسنس، آخرین نسخه و آخرین زمان انتشار نوشته شده است. شکل 2-4 به مقایسه ی قابلیت های همه ی سرورهای نام برده شده می پردازد و شکل 2-5 نیز درمورد سیستم عامل های پشتیبانی شده توسط این وب سرورها توضیح می دهد. آپاچی اچ تی تی پی سرور و انجین ایکس دو نمونه از مهم ترین سرورهای تحت لینوکس هستند که در این بخش شرح مفصلی از هرکدام را می بینید.

شکل 2-3 معرفی همه ی وب سرورهای موجود
شکل 2-4 ویژگی های وب سرورهای موجود
شکل 2-5 سیستم عامل های پشتیبانی شده توسط وب سرورهای موجود2-2-1 وب سرور آپاچی اچ تی تی پی سروراین سرور وب در توسعه و همگانی شدن وب جهانی نقش بسیار مهمی داشته‌است. این سرور وب که به زبان سینوشته شده‌است، از زبان های پرلو پی اچ پی پشتیبانی می کند و دارای قابلیت کراس- پلتفرم بوده و بر روی ماشین‌های مختلف قابل اجرا می باشد. یک برنامه ی کد باز آزاداست که با سرورهای وب برای اداره کردن درخواست ها و تقاضاهای وب و منابع به کار می رود. دلیل انتخاب این اسم برای این سرور وب را نیز دو مورد ذکر کرده‌اند اول اینکه به یکی از قبایل قدیمی بومی آمریکا که به خاطر مقاومت و مهارت در ساخت ابزار آلات جنگی مشهور میباشند احترام گذاشته شود و ثانیاً به این دلیل که ریشه ی پروژه به صورت یک سری پچمی باشد. این سرور وب در یک گروه و به صورت کد باز گسترش یافت و از سال 1996 به عنوان محبوب‌ترین سرور وب برای اچ تی تی پی در وب جهانی شناخته شده بود ولی در سال 2005 میدان مبارزه را به آی آی اسمایکروسافت باخت و در حال حاضر نزدیک به 49 % بازار سرورهای وب جهان را به خود اختصاص داده‌است همچنین سیستم عامل مک آن را به عنوان سرور وب اصلی در پشتیبانی از اشیای وب خود برگزیده‌است. این سرور وب آپاچی برای میزبانی هر دو نوع وب ایستا و وب پویا مناسب است.
آپاچی اچ تی تی پی سرور روی سیستم عامل یونیکس مانند لینوکس یا بی اس دی اجرا می شود. همچنین می تواند روی ویندوز مایکروسافت و دیگر سیستم عامل ها یا پلتفرم ها اجرا شود. یک سرور با خصوصیات منحصر به فرد با افزونه های قدرتمند که به صورت مجانی در دسترس هستند.
آپاچی دارای امکانات ویژه می باشد که متداول ترین استفاده از ویژگی های این برنامه دات اچ تی اکسس است که طراحان حرفه ای در محیط لینوکس از آن بهره می گیرند. برای نمونه زمانی که بخواهند اولین صفحه در سایت به خصوصی باشد با یک دستور در آن پرونده این امر ممکن می گردد و یا زمانی که صاحب سایت مایل نیست که فایل های موجود در سرور وی توسط دیگران دزدیده شود و بخواهد که مانع از پیوند مستقیم آن ها شود آپاچی کمک می کند تا به خواستشان برسند. زمانی که برنامه نویس بخواهد که محل واقعی صفحات دیده نشود نیز این برنامه مورد استفاده قرار می گیرد]17 [.
2-2-2 وب سرور انجین ایکسانجین ایکس یک سرور متن باز پراکسی معکوس برای پروتکل های اچ تی تی پی، اچ تی تی پی اس، اس ام تی پی، پاپ3 و آی مپ است که به خوبی به عنوان متعادل کننده ی بارگذاری، کش اچ تی تی پی و یک وب سرور عمل می کند. پروژه ی انجین ایکس با هدف افزایش کارایی، همزمانی بالا و مصرف حافظه ی کم شروع به کار کرد.
بزرگ ترین مشکل وب سرور معروف آپاچی محدودیت کانکشن همزمان 10000 تایی و همچنین میزان مصرف بالای حافظه است. و این مشکل باعث شده است که با آمدن انجین ایکس محبوبیت آپاچی کاهش پیدا کند. این وب سرور رایگان است، حجم پایین و کارایی بسیار بالایی دارد و تحت لیسانس بی اس دی منتشر می شود. یکی از بزرگ ترین مزیت های این وب سرور، پشتیبانی بسیار عالی از فایل های استاتیک است.
انجین ایکس سرعت پاسخگویی بسیار بالایی دارد و در بازدیدهای بسیار بالا واقعا عالی عمل می کند. ازجمله قابلیت های انجین ایکس سازگاری این وب سرور با اکثر توزیع های لینوکس هست. زمانی که بخواهید نسخه ی انجین ایکس را ارتقا بدهید، به صورت در پرواز این کار را انجام می دهد و این درمورد پروژه هایی که سایت نباید زمان توقفداشته باشد خیلی اهمیت دارد.
انجین ایکس برای مدیریت درخواست ها یا همان کانکشن ها از روش منحصر به خودش استفاده می کند. در این سرور برای هر درخواست یک نخجدید درست می شود و این در حالی است که سیستمی که حتی مخزن نخ دارد هم نخ را تا زمانی حفظ می کند که در آن لحظه درخواست جدید بیاید و انجین ایکس از نخ های بیکار استفاده می کند. این روش استفاده از نخ ها در انجین ایکس بسیار کارآمد است. به طور کلی مدیریت باز و بسته شدن نخ ها در وب سرور هایی مثل آپاچی باعث شده که این وب سرور در کانکشن های بالا، در هندل کردن این بازدیدها به قول معروف کم بیاورد.
انجین ایکس علاوه بر این که یک وب سرور است، به درخواست های پروکسی معکوس و ایمیل پروکسی (آی مپ/پاپ3) ها هم پاسخ می دهد]18 [.
2-3 شتاب دهنده ای به نام وارنیشوارنیش یک شتاب دهنده ی اچ تی تی پی است که برای وب سایت های داینامیک با محتوای سنگین طراحی شده است. برخلاف تسریع دهنده های وب دیگر نظیر اسکویید که به عنوان کش سمت کلاینت عمل می کند، یا آپاچی و انجین ایکس که سرورهای مقدماتی هستند، وارنیش به عنوان یک شتاب دهنده ی اچ تی تی پی طراحی شده است. برخلاف دیگر سرورهای پروکسی که اغلب اف تی پی، اس ام تی پی و دیگر پروتکل های شبکه را پشتیبانی می کنند، وارنیش به صورت اختصاصی روی اچ تی تی پی متمرکز شده است.
وارنیش توسط تعداد زیادی از وب سایت های پر ترافیک و پر پروفایل که شامل سایت های خبرگذاری نظیر نیویورک تایمز، بی بی سی، گاواردین و سایت های محتوایی و اجتماعی نظیر ویکی پدیا، فیس بوک، توییترو غیره استفاده می شود.
2-3-1 تاریخچهپروژه توسط شعبه ی آنلاین یک روزنامه ی نروژی به نام وردنس گنگ راه اندازی شد. توسعه دهنده ی معماری و رهبر پروژه، مشاور مستقل دانمارکی به نام پل هنینگ کمپ ( توسعه دهنده ی هسته ی بی اس دی آزاد) بود و مدیریت و توسعه ی فرا ساختاری آن توسط یک کمپانی نروژی لینوکسی به نام لینپروانجام شد. مدیریت، پشتیبانی و توسعه ی وارنیش بعدها به صورت یک کمپانی جداگانه به نام نرم افزار وارنیش تغییر شکل داد.
وارنیش متن باز است و تحت لیسانس بی اس دی در دسترس می باشد. پشتیبانی تجاری توسط نرم افزار وارنیش انجام می شود. اولین نسخه ی وارنیش در سال 2006، وارنیش 2.0 در سال 2008، وارنیش 3.0 در سال 2011 و وارنیش 4.0 در سال 2014 وارد بازار شد.
2-3-2 معماریوارنیش داده را در حافظه ی مجازی ذخیره می کند و سیستم عامل را از عمل تصمیم گیری درمورد این که چه چیزی در حافظه وجود دارد و چه صفحه ای باید از دیسک خارج شود، رها می کند. فایده ی این کار است که از به وجود آمدن موقعیت هایی که سیستم عامل عمل کش کردن داده را شروع می کند درحالیکه آن داده توسط برنامه به دیسک انتقال پیدا کرده است، اجتناب می کند.
به علاوه وارنیش به شدت به نخ کشیده است، با هر ارتباط کلاینت به وسیله ی یک نخ جداگانه اداره می شود. هنگامی که حد مشخصی روی تعدادی از نخ های فعال در دسترس است، ارتباطات ورودی در صف سرریز قرار می گیرند. وقتی این صف به ارتباطات ورودی محدوده ی مشخص خودش دسترسی داشته باشد، رد خواهد کرد.
مکانیزم پیکربندی اصلی زبان پیکربندی وارنیش است، یک زبان مشخصه دامنهکه برای نوشتن تله هایی استفاده می شود که در نقاط بحرانی سازماندهی هر درخواست صدا زده می شوند. اغلب تصمیمات سیاسی که به کد وی سی ال واگذار می شوند، وارنیش را نسبت به شتاب دهنده های دیگر اچ تی تی پی منعطف تر و سازگارتر می سازد. وقتی یک اسکریپتوی سی ال بارگذاری می شود، به زبان سی ترجمه می شود، به یک شی مشترک توسط سیستم کامپایلر کامپایل می شود و سپس به صورت مستقیم به شتاب دهنده ای بارگذاری شود که می تواند بدون راه اندازی دوباره، دوباره پیکربندی شود.
تعدادی از پارامترهای زمان اجرا، کنترل کردن چیزهایی نظیر ماکسیمم و مینیمم تعداد نخ های کارکننده، تایم اوت های جدی و غیره است. یک واسط مدیریت خط فرمانها به این پارامترها اجازه می دهد که تعدیل شوند، و اسکریپت وی سی ال های جدید کامپایل شوند، بارگذاری شوند و فعال شوند، بدون راه اندازی دوباره ی شتاب دهنده.
به منظور کاهش تعداد سیستم کالها در مسیر سریع به یک مینیمم، داده ی لاگ در حافظه ی مشترک ذخیره می شود، و عمل بازبینی، فیلتر کردن، فرمت کردن و نوشتن داده ی لاگ به دیسک به برنامه ی جدا نمایندگی می دهد]31 [.
2-3-3 کاراییدرحالیکه وارنیش طراحی شد تا رقابت بین نخ ها به مینیمم کاهش یابد، ادعای نویسنده این است که کارایی آن به خوبی به کارگیری نخ پیهای سیستم است.
به علاوه، یک پیاده سازی ضعیف ممکن است یک رقابت غیرضروری اضافه کند که به موجب آن کارایی محدود شود. بنابراین پیشنهاد عمومی اجرای وارنیش روی محیط های برپایه ی لینوکس یا یونیکس است]19 [.
2-3-4 شما این کار را اشتباه انجام می دهیدفکر می کنید که در هنر کارآمدی سرور ماهر شوید؟باز هم فکر کنید.
شما باور می کنید اگر من ادعا کنم الگوریتمی که به مدت 46 سال به عنوان الگوریتم بهینه در کتاب ها بوده است و با جزییات فراوان توسط فرد نابغه ای مثل نوت آنالیز شده باشد و در تمام رشته های علوم کامپیوتر جهان تدریس شده باشد، می تواند به مقدار 10 بار سریع تر بهینه شود؟
حدود دو سال پیش من ارتباطم رو با بعضی از شرکت های خوب قطع کردم و شروع کردم به نوشتن درمورد یک تسریع دهنده اچ تی تی پی متن باز به نام وارنیش، که به صورت مقدماتی یک کش اچ تی تی پی است که جلوی وب سرورهای کند قرار می دهند. امروزه وارنیش توسط هر نوع وب سایتی اعم از فیس بوک، ویکیاو اسلش دات سایت مبهمی که مطمئنا تا به حال اسمش را نشنیده اید، استفاده می شود.
حدود 15 سال از سرپرستی کرنل بی اس دی آزاد می گذرد و اکنون من به کاربر ساده ای می مانم که دانش اندکی در مورد اتفاقات پشت سیستم کال ها دارد. یکی از مهم ترین دلایلم برای پذیرفتن پروپوزال وارنیش این بود که نشان دهم چگونه می توان یک الگوریتم سرور با کارایی بالا نوشت.
زیرا، به بیان کاملا واضح، اکثریت شما این کار را غلط انجام می دهید. نه تنها غلط به معنای ناقص بلکه به معنای اتلاف نیمی از کارایی یا حتی بیشتر.
اولین کاربر وارنیش یک روزنامه ی بزرگ نروژی به نام وی جی بود 12 ماشین درحال اجرای اسکویید خود را با 3 ماشین درحال اجرای وارنیش جایگزین کرد. ماشین های اسکویید صد در صد اشغال بودند، در حالیکه ماشین های وارنیش 90 درصد سی پی یوی آزاد برای تکان دادن دکمه های رقمی خود داشتند.
یک نسخه ی کوتاه از این داستان این است که وارنیش می داند که روی یک فلز برهنه اجرا نمی شود و تحت سیستم عاملی اجرا می شود که حافظه ی مجازی برپایه ماشین انتزاعی را فراهم می کند. برای مثال وارنیش مانع این حقیقت نمی شود که حافظه مجازی است و به صورت فعالانه از این قضیه بهره برداری می کند. 300 گیگابایت ذخیره ی پشتیبان، حافظه روی یک ماشین با کمتر از 16 گیگابایت رم نگاشت می شود که این نمونه بارزی است. کاربر برای 64 بیت فضای آدرس پول پرداخت کرده است و من برای استفاده از آن نمی ترسم.
یک تکلیف ویژه در کنار وارنیش، دور انداختن اشیا از درون کش است وقتی که مدت زندگی مجازی آن ها تمام شده است. این کار برای ساختمان داده هایی انجام می شود که می توانند کوچکترین شی کلیددار را از مجموعه کلی دریافت کنند.
یک مرور سریع از کاتالوگ پرش کارت باینری هیپ، نه تنها یک کارایی معامله از مرتبه لاگ ان را بازی می کند بلکه یک بالاسری متا داده از تنها یک اشاره گر برای هر شی دارد(اگر 10 میلیون + شی داشته باشید اهمیت زیادی دارد)
با بازخوانی با دقت، نوت تایید کرد که این انتخاب محسوسی بود و پیاده سازی جزیی بود.
در سفر اخیر با قطار شب به آمستردام، ذهنم سرگردان بود و به این فکر می کرد که نوت ممکن بود در مورد کارایی باینری هیپ گمراه کننده عمل کرده باشد، حتی به وسیله ی رتبه بزرگی. در مسیر خانه و همچنین درون قطار، شبیه سازی ای را نوشتم که ظن صحیح من را اثبات می کند.
قبل از اینکه نظریه پردازان سی اس قهوه شان در گلوشان بماند: نهراسید!
موقعیت پی به ان پی تغییر پیدا می کند، و من یک جریان سیستماتیک را در کیفیت دلایل نوت نیافتم. یافته های سی اس همانطور که آن را می شناسیم هنوز صحیح است. آن ها تنها مقدار کمی نامرتبط تر و غیرمفیدتر از آن چیزی هستند که فکر می کنید، حداقل با توجه به کارآمدی.
قدیمی ترین منابع برای باینری هیپ که تعیین کرده ام، متن کامپیوتر است، مقاله ی جی.دبلیو.جی.ویلیامزاست که در ژوئن 1964 با موضوع ارتباطات ای سی امو عنوان الگوریتم هیپ سورت-232 تالیف شده است. مشکل اینجاست که ویلیامز هم اکنون در دسترس نیست و تحلیل الگوریتمی آن نیز حتی قبل از تالیف منسوخ بود.
در مقاله ای در آوریل 1961 از سی ای سی ام، فادرینگام نوشته بود که چگونه کامپیوتر اطلسدر دانشگاه منچستر مفهوم یک آدرس را از موقعیت حافظه جدا کرده است، چیزی که برای تمام اهداف تمرینی اختراع وی امرا نشان کرده است. این دقیقا زمانی قبل از اتفاق افتادن حافظه مجازی اتفاق افتاد، اما امروزه تمام اهداف عمومی اغلب درون کار تعبیه شده اند و بسیاری از سیستم عامل های خاص برای ارائه دادن مدل ماشین مجازی استاندارد شده از وی ام استفاده می کنند.
مقصر دانستن ویلیامز به علت متوجه نشدن اینکه اطلس یکی از گمان های فرضی الگوریتمش را باطل کرده است، کار بسیار غیرمنصفانه و غیر مستدلی است: تنها ادراک مشاهدات را ممکن می سازد. حقیقت این است که 46 سال بعد اغلب متخصصان سی اس هنوز حافظه مجازی را به عنوان یک امر عادی درنظر نمی گیرند. این برای سی اس منظم و حرفه ای مایه خجالت است، بدون توجه به اتلاف مقدار زیادی از سخت افزار و ابزار الکتریکی.
شبیه سازی کارایی: اجازه دهید که یک سری حقایق شبیه سازی شده را روی جدول به شما نشان دهم. نمودار شکل 2-6 زمان اجرای باینری هیپ و نسخه ی جدید بی هیپرا برای یک میلیون آیتم روی یک ماشین 64 بیتی نشان می دهد.

شکل 2-6 زمان اجرای باینری هیپ و بی هیپمحور افقی فشار وی ام است، در مقدار فضای آدرسی که در حافظه ی ابتدایی مستقر نیست اندازه گیری می شود، چون کرنل آن را درون حافظه ی ثانویه صفحه بندی می کند. محور عمودی سمت چپ مقدار اجرا در ثانیه را نشان می دهد(مقیاس لوگاریتم)، و محور عمودی سمت راست نرخ دو زمان اجرا را نشان می دهد(باینری هیپ و بی هیپ).
بیایید مرتبه ی بزرگی را به دست آوریم. وقتی روی قسمت چپ زوم می کنیم(شکل 2-7)، می بینیم که درواقع وجود دارد یک فاکتور 10 تفاوتی در زمان دو الگوریتم وقتی که اجرا می شود تحت مجموع فشار وی ام : فقط 8 تا 10 صفحه از 1954 صفحه ی اختصاص یافته شده در حافظه ی مقدماتی در همان زمان وجود دارد.

شکل 2-7 مقایسه زمان اجرای بی هیپ و باینری هیپ به صورت زوم قسمت چپآیا شما چون ادعای من در مورد مرتبه ی بزرگی بر اساس تنها یک مورد نهایتا گوشه ای است گمان می کنید جعلی است؟ اگر شما اینگونه فکر می کنید اشتباه می کنید زیرا رفتار جهان حقیقی دیده شده پیرامون ما اینگونه است.
ایجاد و دور انداختن اشیا در وارنیش یک عمل مکرر است. وقتی ایجاد شد، اشیا اغلب برای هفته ها کش می شوند و نه ماه ها. بنابراین باینری هیپ ممکن است حتی یک بار در دقیقه هم به روزرسانی نشود و در بعضی سایت ها حتی یک بار در ساعت.
درضمن، گیگابایت هایی از اشیا را برای مرورگر کلاینت دریافت کردیم و تا زمانی که همه ی این اشیا برای فضا در حافظه ی مقدماتی رقابت نکردند، صفحات حافظه ی مجازی شامل باینری هیپ می باشد که از صفحات بیرون انداخته نشده است. درمورد بدتر تنها 9 صفحه ی مستقر، باینری هیپ میانگین در هر عملیات 11.5 صفحه انتقال می دهد، درحالیکه بی هیپ تنها به 1.14صفحه برای انتقال نیاز دارد. اگر سرور شما دیسک های اس اس دی (درایو حالت جامد) دارد، بین این که عملیات شما 11 میلی ثانیه طول بکشد یا 1.1 میلی ثانیه، تفاوت وجود دارد. اگر شما هنوز صفحات چرخشیدارید، بین 110 میلی ثانیه و 11 میلی ثانیه تفاوت است.
در این مسیر، آیا فکر کردن به این قضیه اشتباه است که "اگر آن تنها یک بار در دقیقه اجرا می شود، چه کسی مراقب است که یک ثانیه ی تمام طول نکشد؟"
ما این کار را انجام می دهیم، در حقیقت مراقبت به این دلیل است که 10 صفحه ی اضافی به یک بار در دقیقه تاخیر در رم نیاز دارند، برای نگه داشتن آن ها کاری انجام نمی دهیم تا زمانی که صفحات کرنل آن ها را دوباره برگردانند.
اکنون بیایید روی انتهای دیگر شکل زوم کنیم (شکل 2-8). اگر هیچ فشار حافظه مجازی وجود نداشته باشد، الگوریتم بی هیپ به مقایسه هایی بیشتر از باینری سورت نیاز داشت، و محاسبه ی ایندکس ساده ی پدر به فرزندیا فرزند به پدر مانند نوزادی است که گرفتارتر شده است: بنابراین به جای زمان اجرای 4.55 ثانیه، 5.92 ثانیه طول می کشد، به مقدار 30 درصد آهسته تر و تقریبا 350 نانو ثانیه بر عملیات آهسته تر اجرا می شود.

شکل 2-8 تاثیر فشار وی ام روی سرعت اجرای باینری هیپ و بی هیپ به صورت زومبنابراین نوت و دیگر متخصصان سی اس این مسائل را به درستی کشف کرده اند.
اگر روی نمودار به سمت چپ حرکت کنیم، می بینیم که در یک فشار حافظه مجازی از 4 صفحه ی از دست رفته (برابر 0.2 درصد)، بی هیپ سبقت می گیرد، چون تعداد کمی از صفحات حافظه مجازی دارای نقص هستند، و به تدریج بهتر و بهتر می شود تا زمانی که به نقطه ی اوج 10 بار سریع تر برسد.
بر فرض این که شما از یک دیسک اس اس دی استفاده می کنید که می تواند عملیات یک صفحه را در 1 میلی ثانیه انجام دهد(به صورت خوش بینانه)، به ویژه برای نوشتن. اگر یک دیسک مکانیکی را توسط تنظیمات زمان ورودی/خروجی شبیه سازی کنیم تا این زمان به صورت خوش بینانه به 10 میلی ثانیه برسد(شکل2-9)، سپس بی هیپ 10 درصد سریع تر است به محض این که کرنل تک صفحه ای را از 1954 صفحه ی در حال کار تنظیم می کند و 37 درصد سریع تر است وقتی که 4 صفحه از دست می رود.

شکل 2-9 مقایسه زمان اجرای باینری هیپ و بی هیپ روی دیسک مکانیکیبی هیپ چیست؟ تنها تفاوت بین بی هیپ و باینری هیپ فرمول پیدا کردن پدر از فرزند است یا بالعکس.
فرمول مرسوم 2-1 ما را به یک هیپ ساخته شده از صفحات مجازی که روی هم طوری انباشته شده اند که با هر پیمایش عمودی روی درخت به سمت بالا یا پایین به یک صفحه ی متفاوت حافظه مجازی برخورد می کند، واگذار می کند، همانطور که در شکل 2-10 مشاهده می کنید با 8 آیتم در هر صفحه این عمل انجام می شود.(اعداد نوشته شده کنار هر آیتم، اشیای اختصاص داده شده به هر آیتم است و مقدار کلید آن ها نیست)
n->{2n,2n+1} (2-1)

شکل 2-10 ساختار درخت باینری هیپبی هیپ درخت را با پر کردن صفحات به صورت عمودی می سازد، برای تطبیق مسیر مطابق شکل 2-11 درخت هیپ را پیمایش می کنیم. این ترتیب مجدد، میانگین تعداد عملیات مقایسه/معاوضه ی خواسته شده برای ثابت نگه داشتن درخت را افزایش می دهد. اما مطمئن باشید که اغلب این عملیات در کنار یک صفحه ی تنهای حافظه مجازی اتفاق می افتد و بنابراین جای پای حافظه مجازی کاهش پیدا می کند و در نتیجه صفحه ی حافظه مجازی دچار خطا می شود.

شکل 2-11 ساختار درخت بی هیپدو نکته ی جزیی قابل توجه:
یک بار ما یک صفحه ی حافظه مجازی را در پایین قرار دادیم، از نظر کارایی اهمیت دارد که هر دو گره ی فرزند در یک صفحه ی حافظه مجازی قرار بگیرند، زیرا ما قصد مقایسه ی هردوی آن ها با پدرشان را داریم.
به همین دلیل، درخت برای توسعه یافتن به منظور تولید، در زمان ورود یک صفحه ی حافظه مجازی جدید، برای استفاده ی اولین دو عنصر صفحه، شکست می خورد.
در مثال شبیه سازی شده ی ما، نقص زمانی اتفاق می افتد که 5 صفحه بیشتر درخواست شود.
اگر این برای شما بی اهمیت به نظر بیاید، اشتباه می کنید: سعی کنید خط 20 کیلوبایت در بی هیپ را در شکل های 2-7 و 2-8 به سمت راست جابجا کنید و درمورد مفاهیم فکر کنید.
پارامترهای شبیه سازی من انتخاب شده اند برای ارائه ی اینکه چه اتفاقی در زندگی واقعی وارنیش می افتد، و من نباید به توصیف و تحلیل جامع کارایی بی هیپ برای همه ی پارامترهای ممکن تلاش کنم. همچنین از وجود راه های هوشمندانه تر برای اضافه کردن راهنمای وی ام به یک باینری هیپ، جلوگیری نخواهم کرد. اما به خرید بلیط روی ریل قطارهای سیبری به منظور یافتن زمان برای حل کردن آن، متمایل نشده ام.
مرتبه ی بزرگی تفاوت، با تعدادی از سطوح هیپ، کنار هر صفحه ی حافظه مجازی آغاز می شود. بنابراین تسریع نهایی روی ماشین هایی با سایز اشاره گرهای کوچک و سایز صفحه های بزرگ خواهد بود. این یک مشاهده ی وابسته است، همانطور که هسته های سیستم عامل شروع می کنند به استفاده از صفحات بزرگ برای بالا نگه داشتن عملکرد ورودی/خروجی.
چرا همچنان ما این کار را اشتباه انجام می دهیم؟ بحث معروفی وجود دارد با عنوان "سورت سریع یا هیپ سورت" ، تمرکز روی این حقیقت که بدترین رفتار سابق وحشتناک است، درحالیکه آخری عملکرد میانگین بدتری دارد اما نه در حد "نقاط بد". وابسته به برنامهی شما، این می تواند تفاوت بسیار مهمی باشد.
ما فاقد یک درخواست مشابه به انتخاب الگوریتم در مواجه با تاخیر دسترسی حافظه ی ناهمسان به علت حافظه ی مجازی، کش های سی پی یو، بافرهای نوشتنو دیگر حقایق سخت افزار مدرن هستیم.
در هر کتابی که آموزش برنامه نویسی را یاد گرفته اید، احتمالا در 5 صفحه ی ابتدایی آن، شکلی از کامپیوتر مشابه شکل 2-12را داشته است.

شکل 2-12 مدل کامپیوتر منسوخاین مدل، تنها مدل مفهومی استفاده شده در آموزش کامپیوتر است، علی رغم این واقعیت که هیچ چیزی برای کار با محیط اجرا روی یک کامپیوتر مدرن وجود ندارد. و فقط برای ضبط: توسط مدرن، منظور من وکس 780/11 یا بعدی است.
30 یا 40 سال گذشته از توسعه ی سیستم عامل و سخت افزار، درحاشیه روی دستورالعملی در بخش های تحلیلی الگوریتمی دپارتمان سی اس پیوند زده شده است، و طبق شاهد حدیثی من، درمجموع برای ثبت نامی که آن ها فراهم کردند شکست خورده است.
اختلاف سرعت بین انبار اولیه و ثانویه روی کامپیوتر اطلس روی مرتبه ی 1:1.000 بود. غلطک اطلس 2 میلی ثانیه برای دریافت یک سکتور زمان برد. دستورالعمل ها تقریبا 2 میکروثانیه برای اجرا زمان می برند. شما حدود 1000 دستورالعمل را برای هر نقص صفحه ی وی ام از دست داده اید.
روی یک سی پی یوی چند منظوره، اجرا می شود در فرکانس ساعت گیگاهرتز، بدترین اتلاف تقریبا 10 میلیون دستورالعمل بر نقص صفحه ی وی ام است. اگر شما در حال اجرا باشید با یک دیسک چرخشی، عدد آن بیشتر از 100 میلیون دستورالعمل است.
اگر عملیات یک الگوریتم مرتبه اجرای لاگ ان، باعث نقص صفحه شود یا عملیات دیسک را آهسته کند، چقد خوب است؟ برای اغلب مجموعه داده های وابسته، روی الگوریتم مرتبه ی ان یا حتی مرتبه ی ان دو، که از نقص صفحه اجتناب می کند، دایره هایی دور آن اجرا خواهد شد.
تحلیل عملکرد الگوریتم ها، یک موفقیت بزرگ برای همیشه در علم کامپیوتر خواهد بود]20[.
2-4 نرم افزارهای مبتنی بر وببرای مشخص نمودن برنامه هائی با قابليت اجراء بر روی وب، از واژه های متعددی استفاده می گردد:
نرم افزارهای تحت وب
نرم افزارهای وب 2
نرم افزارهای مبتنی بر وب
نمونه هائی در اين زمينه می باشند. واژه های تحت وب و نرم افزارهای وب ۲ در برخی موارد بجای يکديگر استفاده شده تا برنامه های نوشته شده برای اجراء بر روی وب ، شبکه های مبتنی بر اينترنت نظير اينترانت ها را تشريح و مشخص نمايند. به هر يک از برنامه های فوق ، می توان از طريق يک مرورگر دستيابی پيدا کرد. اين نوع برنامه ها در موارد متعددی با يکديگر متفاوت می باشند.طراحی برنامه های تحت وب ( مبتنی بر وب ) ، بگونه ای است که قابليت اجراء بر روی اينترنت و وب را داشته باشند، در مقابل برنامه های نرم افزارهای وب ۲ ، دارای يک اينترفيس مبتی بر وب بمنظور استفاده از قابليت های نرم افرارهای موجود ( نرم افزارهای سنتی ) می باشند.نرم افزارهای فوق قبل از مطرح شدن وب ايجاد شده و با طراحی يک اينترفيس مبتنی بر وب می توان از امکانات آنها در صفحات وب نيز استفاده نمود. مثلا" می توان با طراحی يک فرم لازم ، اطلاعاتی را از کاربران اخذ و با مراجعه به بانک های اطلاعاتی موجود ، اطلاعات مورد نظر را استخراج و نتايج را با يک فرمت مناسب برای مرورگر ارسال کرد. بهرحال برنامه های مبتنی بر وب، از آغاز با رويکرد وب ، طراحی و پياده سازی شده در صورتيکه برنامه های نرم افزارهای وب ۲، از نرم افزارهای موجود به کمک يک اينترفيس مبتی بر وب استفاده می نمايند.
برنامه های تحت وب ، دارای امکانات و قابليت های متعددی بوده که بمنظور استفاده در وب طراحی و پياده سازی شده اند. برنامه های نرم افزارهای وب ۲ ، دارای يک دریچه اتصال مجزا تحت وب بوده که امکان ارتباط با نرم افزارهای قديمی را فراهم می آورد. دریچه اتصال موجود امکان استفاده از تمام قابليت های نرم افزارهای وجود را فراهم نخواهد کرد و صرفا" پاسخگو به بخش محدودی از انتظارات خواهند بود. بديهی است بخش هائی از نرم افزارهای موجود ( سنتی ) می بايست با رويکرد وب بازنويسی شده تا امکان ارتباط آنان با دریچه اتصال فراهم گردد. برنامه های موجود بر روی برخی از سايت ها نظير : خريد کالا ، کتاب ، رزو بليط هواپيما ، ارسال و دريافت نامه ی الکترونيکی ( نظير هات میل) نمونه هائی از برنامه های مبتنی بر وب می باشند. در ادامه با برخی تعاريف برنامه های تحت وب آشنا می شويم:
یک وب سایت که قادر به انجام عملیاتی خاص نظیر فروش کالا است.
برنامه ای که بر روی وب اجرا می گردد.
برنامه ای که بر روی یک سرویس دهنده ی وب در شبکه اجرا و امکان سرویس دهی به چندین کاربر در هر لحظه را دارا است.
یک برنامه ی نرم افزاری که از پروتکل اچ تی تی پی به عنوان هسته ی پروتکل ارتباطی خود به منظور توزیع و ارائه ی اطلاعات مبتنی بر وب و با فرمت اچ تی ام ال استفاده و آنان را برای کاربران ارسال خواهد کرد.
2-4-1 معماری و وضعیت اجرای نرم افزارهای تحت وببرنامه های تحت وب (مشتمل بر اکثر سیستم های تجارت الکترونیک) دارای معماری کلی متشکل از:
سمت سرور: پایگاه داده، برنامه اجرایی، وب سرور
سمت کاربر: مرورگر، کش، کوکی و ...
می باشند.
بر همین اساس اختصارا به بررسی انواع وضعیت اجرای برنامه های تحت وب می پردازیم.
وب ايستا : زمانی كه تيم. برنرز لی در سال 1990 اولين پيشنهاد خود در رابطه با وب را ارائه كرد، ايده كار بسيار ساده بود : ايجاد يك شبكه از اطلاعات متصل شده به يكديگر با استفاده از ابرمتن ها و یو آر ال ها. وب در آغاز به عنوان يك رسانه اشتراك اطلاعات مطرح گرديد تا از طريق آن دانشمندان و محققين بتوانند دانش و اطلاعات را بين خود به اشتراك گذاشته و نتايج تحقيقات را با يكديگر مبادله نمايند. ارائه دهند گان با استفاده از يك استاندارد مستند سازی، اطلاعات خود را تهيه و آنها را به مخاطبان خود ارائه می كردند. در آغاز برای استاندارد مستند سازی از ابزاری كه در آن زمان خود هنوز استاندارد نشده بود استفاده می گرديد. اچ تی ام ال، ابزاری است كه با بكارگيری مجموعه ای از تگ ها، استاندارد لازم جهت نمايش يك مستند در نرم افزارهای نمايش دهنده ( مرورگرها ) را فراهم می نمايد. نرم افزارهای نمايش دهنده، مجهز به مفسرهائی جهت تفسير تگ ها و نمايش اطلاعات موجود در مستند بر اساس تعاريف از قبل تعريف شده شدند. در آن زمان كه به سال های ابتدائی دهه 90 ميلادی برمی گردد، چيزی با نام برنامه های وب وجود نداشت و وب به عنوان رسانه ای جهت اشتراك و مبادله اطلاعات مطرح بود. تمامی تعاملات در عرصه وب محدود به درخواست يك مستند توسط سرويس گيرنده و ارسال آن توسط سرويس دهنده بود.
وب پويا با تمركز بر روی پردازش های سمت سرويس گيرنده : در ادامه، نياز به انجام برخی پردازش های اوليه مطرح گرديد. با توجه به اين كه اينترنت از يك بستر سرويس گيرنده و سرويس دهنده به منظور دريافت درخواست كاربر و پاسخ به آن استفاده می كرد، طراحان و پياده كنندگان برای تحقق پردازش ها بر روی دو گزينه متمركز شدند : انجام پردازش ها در سمت سرويس گيرنده و يا سمت سرويس دهنده. در آغاز، برای انجام پردازش ها بر روی سرويس گيرنده متمركز شدند. با اين هدف كه بتوان پردازش های مورد نياز را ( با حوزه ای كه در آن زمان تعريف شده بود )، در سمت سرويس گيرنده انجام داد. برای تحقق خواسته فوق لازم بود كه بستر و ابزارهای لازم در بطن مرورگر ها ايجاد گردد. ظهور فناورهائی نظير اچ تی ام ال- دام، جاوااسكريپت، سی اس اس و دی اچ تی ام ال از جمله مهم ترين تلاش های انجام گرفته در آن زمان برای تحقق پردازش ها در سمت سرويس گيرنده بود. برای آشنائی بيشتر با تلاش های انجام گرفته در آن زمان بد نيست مروری سريع داشته باشيم به آنچه طی ساليان گذشته در عرصه وب اتفاق افتاده است.
2-5 خلاصه فصلدر این فصل، به تعریف کلی درمورد وب سرور پرداختیم و انواع متفاوت آن را از طریق شکل نشان دادیم که با ویژگی ها و قابلیت های متفاوت سرتاسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرند. دو نوع بارز و مهم سرورهای لینوکسی، آپاچی و انجین ایکس را توضیح دادیم. سپس به معرفی نرم افزار تسریع وب وارنیش پرداختیم و ویژگی ها، عملکرد و معماری آن را به صورت کامل شرح دادیم. درمورد اینکه اکثر افراد برای کار با سرورها و سرعت بخشیدن به آن ها اشتباه می کنند و کارشان غلط است بحث کردیم و در نهایت توضیح مختصری درمورد نرم افزارهای مبتنی بر وب و معماری آن ها دادیم.
فصل سوم:
روش تحقیق3-1 مقدمهفصل اول و دوم در حقیقت مقدمات تحقیق را بررسی کردند اما در این فصل وارد مراحل عملی کار می شویم. اولین نکته برای کار با سرورهای لینوکسی، آشنایی با محیط سیستم عامل اوبونتو(توزیعی از لینوکس که ما برای کار آن را انتخاب کردیم) و کار با دستورات خط فرمان آن است. برای آشنایی کامل با این دستورات می توان از لیست کلی دستورات خط فرمان در لینوکس کمک گرفت و با مطالعه ی آن به آرامی با محیط خط فرمان و دستورات آن آشنا شد. پس از حل مساله ی اساسی و ابتدایی آشنایی با اوبونتو، می بایست به آرامی با تک تک سرورهایی که می خواهیم روی اوبونتوی خود نصب و راه اندازی کنیم آشنا شویم. در فصل قبل به صورت تئوری با مفاهیم سرورهای مورد نظر آشنا شدیم اما برای ورود به مرحله ی پیاده سازی و نصب نیاز به تحقیقات م مطالعات بیشتری در این زمینه است.
در این فصل پس از آشنایی با لینوکس و توزیع مهم و معروف آن اوبونتو، به توضیح نرم افزارهای لازم برای اتصال به سرور از راه دور می پردازیم. سپس نحوه ی نصب هریک از سرورهای موردنیاز اعم از سرورهای ترکیبی و غیر ترکیبی را به صورت کامل با تکه کدها و اشکال شرح می دهیم. و درنهایت به توضیح سیستم های مدیریت محتوا پرداخته و نمونه های مهم آن را که برای پیاده سازی استفاده کرده ایم شرح می دهیم.
3-2 آشنایی با لینوکسلینوکس به هسته ی سیستم‌عامل‌های شبه یونیکس می‌گویند که که در سال ۱۹۹۱ توسط لینوس تروالدز توسعه یافت. برخی به سیستم عامل‌هایی که از هسته ی لینوکس استفاده می‌کنند (به این خاطر که نام لینوکس به طور گسترده در رسانه‌ها استفاده می‌شود و نامی رایج تر است) نیز لینوکس می‌گویند (در این مقاله هم منظور از لینوکس، سیستم عامل‌هایی است که از هسته ی لینوکس استفاده می‌کنند).
لینوکس قابل نصب بر روی انواع سخت‌افزارهاست، از ساعت لینوکس، تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، مسیریاب‌ها، و کنسول‌های بازی گرفته تارایانه‌های رومیزی، رایانه‌های بزرگ و ابررایانه‌ها.
به مجموعه‌ای از نرم‌افزارهای بنا شده بر اجزای گفته شده توزیع لینوکس می‌گویند که به طور معمول شامل ابزارهای گسترش نرم‌افزار، پایگاه‌های داده، سرویس دهنده‌های وب مثل آپاچی، محیط‌ های رومیزی مانند گنوم و کی‌دی‌ای و اکس‌اف‌ سی‌ای و مجموعه‌های اداری مانند اُپن آفیس هستند.
در ابتدا لینوکس برای استفاده ی ریزپردازنده‌ها با معماری ۸۰۳۸۶ اینتل طراحی شده بود: اما امروزه انواع گوناگون معماری‌ها را پشتیبانی می‌کند و در انواع و اقسام وسایل از کامپیوترهای شخصی گرفته تا ابررایانه‌ها و تلفن‌های همراه به کار می‌رود. این سیستم‌عامل که در ابتدا بیشتر توسط افراد مشتاق گسترش پیدا می‌کرد و به کار گرفته می‌شد، توانسته است پشتیبانی شرکت‌های سرشناسی چون آی‌بی‌ام و هیولت-پاکارد را به دست آورد و با بسیاری از نسخه‌های خصوصی یونیکس رقابت کند. طرفداران لینوکس و بسیاری از تحلیل‌گران این موفقیت را ناشی از استقلال از فروشنده، کم‌هزینه بودن پیاده‌سازی، سرعت بالا، امنیت و قابلیت اطمینان آن می‌دانند]21 [.
3-2-1 آشنایی با توزیع اوبونتواوبونتو یک توزیع گنو/لینوکس است که بر مبنای توزیع دبیان پایه‌گذاری شده‌است، اما با آن تفاوت دارد. نام اوبونتو از یکی از مفاهیم آفریقای جنوبی به معنی "انسانیت نسبت به دیگران " گرفته شده‌است.
از ویژگی‌های بارز اوبونتو می‌توان به کاربرپسند بودن، سادگی، زیبایی، سرعت و عدم نیاز به سخت‌افزار پیچیده اشاره کرد.
این سیستم‌عامل یکی از کاربرپسندترین توزیع‌های گنو/لینوکس است و در مدت نسبتاً کوتاه عمر خود، توانسته رشد خیره‌کننده‌ای در جذب کاربران عادی داشته باشد. بر طبق آمار وب، این توزیع در بین دیگر توزیع‌های گنو/لینوکس ۵۰ تا ۷۰ درصد سهم بازار را به دست آورده‌است. در ایران نیز این سیستم‌عامل کاربران زیادی را جذب کرده و جامعه ی مجازی نسبتاً خوبی در کنار آن شکل گرفته‌است. اوبونتو دارای پشتیبانی نسبتاً خوبی از تمام زبان‌های زنده دنیا از جمله زبان فارسی است.
اوبونتو هر ۶ ماه یک بار نسخه ی جدیدی را عرضه می‌کند. هر نسخه از اوبونتو، تا ۱۸ ماه پس از انتشار آن نسخه، پشتیبانی می‌شود. اوبونتو دارای نسخه‌هایی با پشتیبانی بلند مدت نیز هست که به جای پشتیبانی ۱۸ ماهه، ۳ سال پشتیبانی برای نسخه ی ویژه ی رایانه‌های شخصی و ۵ سال پشتیبانی برای نسخه‌های سرور ارائه می‌کند]22 [.
3-2-1-1 آشنایی با محیط ترمینال و کار با دستورات آنساده‌ترین راه برای برقراری ارتباط و وارد کردن دستورات به پوسته، از طریق ترمینال است. در ترمینال می‌توانید هر تعداد دستور که می‌خواهید برای کنترل دستی کامپیوتر وارد کنید.می‌توانید اطلاعات درایورها را ویرایش کنید یا حتی به نصب برنامه‌ها بپردازید. گاهی اوقات لزوم استفاده از این دستورات آنقدر زیاد می‌شود که بسیاری از کاربران عادی از کار با لینوکس خسته می‌شوند. ‌ ‌
برنامه‌های زیادی هستند که در پوسته اجرا می‌شوند، از مرورگرهای اینترنت بگیرید تا بازی‌های کامپیوتری و برنامه‌هایی که باید با آنها اتصال بی‌سیم را فعال کرد. این‌ها همه پوسته‌ای درون پوسته دیگر به‌شمار می‌روند. صد البته برنامه‌هایی هستند که به‌طور غیرمستقیم یک پوسته به‌شمار می‌روند، نرم‌افزار اتصال اینترنت شما، مرورگر موزیلا فایرفاکس و بسیاری از نرم‌افزارهای دیگر همگی یک پوسته هستند که با سیستم عامل در تعامل‌اند.
یکی از کارهای مقدماتی برای رسیدن به هدف خود در این رساله، آشنایی با تمامی دستورات ترمینال اوبونتو بود که تعدادی از این دستورات را برای نمونه ذکر می کنیم:
ls: گرفتن لیست محتویات مسیر جاری شامل پوشه و فایل ها
Cd dir: تغییر مسیر جاری به شاخه ی موردنظر
Mkdir dir: ساخت یک شاخه
Rm –r dir: حذف یک دایرکتوری با محتویات درون آن
Touch file: ساخت یک فایل
و ...

3-3 اتصال به سرور از راه دورپس از یادگیری موارد مقدماتی کار(آشنایی با اوبونتو و نحوه ی کار با ترمینال آن)، برای شروع پیاده سازی پیش نیازهایی مورد نیاز بود.اولین مورد نیاز به یک سرور قدرتمند با حافظه و رم بالا بود که بتواند پاسخگوی نصب چندین وب سرور سنگین باشد. در ابتدای کار بر روی رایانه ی خانگی و روی نرم افزار وی ام ویر اوبونتو را نصب نموده و اقدام به شروع کار کردیم که بعد از مدتی متوجه شدیم این رایانه نمی تواند پاسخگوی این وب سرورها باشد.
بنابراین تصمیم گرفتیم از راه دور به یک وب سرور قدرتمند متصل شویم و موارد موردنیاز خود را روی آن تست کنیم. از دو طریق به این وب سرور متصل شدیم.
3-3-1 از طریق نرم افزار پوتیو کار با محیط ترمینال اوبونتوپوتی یک شبیه‌ساز ترمینال، کنسول رایانه‌ای و برنامه‌ای برای انتقال فایل است که به صورت یک نرم‌افزار آزاد توسعه داده می‌شود. این برنامه از چندین پروتکل مختلف از جمله اس سی پی، اس اس اچ، تلنت و آر لاگین پشتیبانی می‌کند. نام پوتی معنی خاصی ندارد، تی تی وای اختصاری است که در یونیکس برای کلمه تله تایپ استفاده می‌شود و نام ترمینال است. این برنامه در اصل برای سیستم‌عامل مایکروسافت ویندوز نوشته شده است، اما به چند سیستم ‌عامل مختلف دیگر هم پورت شده است. پورت‌های رسمی از این برنامه برای سیستم‌عامل‌های شبه یونیکس وجود دارند. پورت‌هایی هم برای سیستم عامل مک 10 و  سیستم عامل مک در حال توسعه هستند و همچنین به صورت غیررسمی، پورت‌هایی برای سیمبیان و ویندوز موبایل وجود دارد.
از طریق این نرم افزار بدون دست یابی به اطلاعات و محیط سرور اصلی تنها با شبیه سازی یک ترمینال از راه دور عملیات نصب و پیاده سازی وب سرورها را را انجام می دادیم. شکل 3-1 نمایی از این نرم افزار و اتصال آن به سرور را نشان می دهد.

شکل 3-1 نرم افزار پوتیو شکل زیر نمایی از محیط ترمینال شبیه سازی شده است که با استفاده از آن عملیات نصب و پیاده سازی وب سرورها از راه دور انجام شده است. شکل 3-2 نیز نمایی دیگر از نرم افزار پوتی است که وارد محیط خط فرمان شده است.

شکل 3-2 نمایی از محیط خط فرمان پوتی3-3-2 از طریق ریموت دسکتاپ کانکشنو کار با محیط اصلی وب سرورریموت دسکتاپ کانکشن قابلیتی است که مایکروسافت برای سیستم عامل های خود قرار داده تا از طریق آن بتوان به کامپیوتر از راه دور دسترسی پیدا کرد. از طریق این ویژگی می توانید از منزل به کامپیوتر محل کارتان مرتبط شوید و به تمام برنامه ها ، فایل ها و منابع موجود در شبکه محل کارتان ، دسترسی یابید. حتی می توانید محیط دسک تاپ سیستم محل کارتان را عینا در کامپیوتر راه دور اجرا نمائید.
در واقع شیوه کار این برنامه به نحوی است که به محض برقراری ارتباط ، سیستم راه دور به طور اتوماتیک قفل می شود و مادامیکه به آن مرتبط هستید هیچ شخص دیگری نمی تواند به برنامه ها ، فایلها و سایر منابع آن دسترسی داشته باشد و هنگامیکه به محل کارتان بازگردید می توانید آن را با فشار دادن کلید های کنترل+آلت+دلیت از حالت قفل خارج نمائید.
از دیگر ویژگی های این برنامه امکان لاگین در یک زمان بر روی چند سیستم می باشد حتی در حالتی که دیگران نیز به آن سیستم لاگین کرده باشند و کاربر می تواند برنامه های آنها را به طور همزمان اجرا کند.
ما نیز از طریق این برنامه به طور کامل به یک سرور از راه دور متصل شدیم با این تفاوت که در مورد قبل به محیط سرور و محتویات داخل آن دسترسی نداشتیم و تنها با یک شبیه ساز کنسول کار می کردیم اما در این نرم افزار به طور کامل به همه ی محتویات سرور دسترسی خواهیم داشت. نمایی از این برنامه و اتصال آن به سرور را در شکل 3-3 می بینید.

شکل 3-3 نمایی از نرم افزار ریموت دسکتاپ کانکشنو شکل 3-4 نمایی از محیط سروری است که عملیات پیاده سازی و تست وب سرورها درون آن انجام شده است.

شکل 3-4 نمایی از محیط سرور3-4 نصب وب سرورها روی اوبونتوقبل از توضیح مراحل کار بهتر است بدانید که ما بر روی 4 نوع سرور عمل پیاده سازی و تست را انجام دادیم که به ترتیب زیر می باشند: آپاچی، انجین ایکس، آپاچی+وارنیش و انجین ایکس+وارنیش.
حال به توضیح مراحل نصب تک تک این وب سرورها می پردازیم.
3-4-1 نصب آپاچیبرای ساخت یک وب سایت تحت وب سرور آپاچی لازم است علاوه بر نصب آپاچی، چند مورد دیگر نیز نصب شوند که به مجموعه ی این نرم افزارها لمپ می گویند. این عبارت خلاصه شده ی چند برنامه است: لینوکس ، آپاچی، مای اس کیو ال و پی اچ پی.
نصب قدم به قدم تک تک این نرم افزارها را توضیح می دهیم.
نصب آپاچی: مرحله ی اول نصب آپاچی است که برای این کار وارد ترمینال اوبونتو شده و دستور زیر را وارد می کنید.
Sudo apt-get install apache2
برای اطمینان از نصب آپاچی مرورگر را باز کرده و آدرس زیر را وارد می کنیم.
http://localhostاگر تصویر آپاچی را مشاهده کردید یعنی نصب به درستی انجام شده است.
نصب مای اس کیو ال: برای نصب این پایگاه داده دستور زیر را در ترمینال وارد کنید تا مای اس کیو ال به همراه یک سری پکیج کمک کننده نصب شود.
Sudo apt-get install mysql-server libapache2-mod-auth-mysql php5-mysql
در طول نصب برای نام کاربری روت رمز عبور می خواهد که باید وارد کنید و آن را به خاطر بسپارید زیرا این اکانت همان اکانت مدیر کل پایگاه داده است.
نصب پی اچ پی 5: پی اچ پی یک زبان اسکریپتی بسیار قدرتمند می باشد که بر روی وب تمرکز کرده و در این زمینه نیز بسیار موفق است. با زبان پی اچ پی می توان اطلاعات را به صورت پویا درآورد و همچنین به پایگاه داده ی مای اس کیو ال متصل شد.
با وارد کردن دستور زیر در ترمینال، پی اچ پی به همراه پکیج های مورد نیاز نصب خواهد شد.
sudo apt-get install php5 libapache2-mod-php5 php5-mcrypt
حال آپاچی را دوباره راه اندازی کنید.
Sudo service apache2 restart
تست و اجرای پی اچ پی: برای این که مطمئن شویم پی اچ پی درست نصب شده است یک فایل پی اچ پی می سازیم و کد ساده ای را که نشان دهنده ی تنظیمات پی اچ پی می باشد را در آن قرار می دهیم.
دستور زیر را در ترمینال وارد کنید.
Sudo nano /var/www/info.php
بعد از وارد کردن دستور صفحه ی خالی ای باز می شود که باید کدهای زیر را درون آن قرار داده و ذخیره کنید.
<?php phpinfo();?>
سپس آپاچی را مجددا راه اندازی کنید.
حال با چک کردن آدرس زیر می توان مطمئن شد که پی اچ پی درست کار می کند یا خیر.
http://localhost/info.phpصفحه ای مشابه با شکل 3-5 مشاهده می شود که نشان دهنده ی اجرای درست پی اچ پی است. در صورتیکه صفحه ای غیر از این صفحه مشاهده شد باید مراحل را دوباره با دقت طی کنید زیرا پی اچ پی نصب نشده است.

شکل 3-5 صفحه ی وب نشان دهنده نصب درست پی اچ پی(ویژگی های پی اچ پی)نصب پی اچ پی مای ادمین: برای ایجاد و یا حذف پایگاه داده شما باید پی اچ پی مای ادمین را نصب کنید که برای این کار دستور زیر را در ترمینال وارد کنید.
Sudo apt-get install libapache2-mod-auth-mysql php5-mysql phpmyadmin
حین نصب از شما خواهد پرسید که بین آپاچی2 و لایت تی پی دی یکی را انتخاب کنید و شما باید آپاچی2 را انتخاب کنید. سوال بعدی در مورد پیکربندی است که گزینه ی خیر را انتخاب کنید و بعد دستور زیر را در ترمینال وارد کنید.
Sudo cp /etc/phpmyadmin/apache.conf /etc/apache2/conf.d
سپس آپاچی را دوباره راه اندازی کنید.
Sudo /etc/init.d/apache2 restart
اکنون برای ورود به پی اچ پی مای ادمین و ایجاد یا حذف پایگاه داده، آدرس زیر را در مرورگر وارد کنید.
http://localhost/phpmyadminاگر با پیغام خطا مواجه شدید دستور زیر را در ترمینال وارد کنید.
Sudo ln –s /etc/phpmyadmin/apache.conf /etc/apache2/conf.d/phpmyadmin.conf
Sudo /etc/init.d/apache2 reload
حال می توانید وارد صفحه ی پی اچ پی مای ادمین شوید و با وارد کردن نام کاربری و رمز عبوری که خودتان تعیین کرده اید وارد محیط شده و با پایگاه داده تان کار کنید]23 [.
3-4-2 نصب انجین ایکسنصب انجین ایکس به همراه وابستگی هایش به اختصار لمپ گفته می شود که شامل لینوکس، انجین ایکس، مای اس کیو ال و پی اچ پی5 می باشد. نصب تمامی این موارد را به صورت قدم به قدم توضیح می دهیم.
ابتدا مطمئن شوید که با کاربر اصلی یعنی ریشه وارد شده اید زیرا نصب تمامی این موارد باید با دسترسی های کاربری ریشه انجام شود.
Sudo su
نصب مای اس کیو ال5: برای نصب مای اس کیو ال دستور زیر را اجرا کنید.
apt-get install mysql-server mysql-client
در حین نصب مای اس کیو ال از شما خواسته می شود که یک رمز عبور برای کاربر روت مای اس کیو ال تعیین کنید.
New password for the MySQL “root” user: <–yourrootsqlpasswordRepeat password for the MySQL “root” user: <–yourrootsqlpassword
نصب انجین ایکس: انجین ایکس به صورت یک پکیج برای اوبونتو ۱۳٫۰۴ در دسترس است که می توانید برای نصب آن به شرح زیر عمل کنید.
apt-get install nginx
سپس برای شروع به کار کردن سرویس انجین ایکس دستور زیر را اجرا کنید.
etc/init.d/nginx start/
آی پی وب سرور یا نام هاست خود را در مرورگر تایپ کنید. باید صفحه ای مشابه شکل 3-6 ببینید.

شکل 3-6 صفحه ی نصب انجین ایکس ریشه ی سند انجین ایکس به طور پیش فرض در اوبونتو، مسیر زیر است.
/usr/share/nginx/www
نصب پی اچ پی5: بهترین روش برای کار کردن با پی اچ پی در انجین ایکس استفاده از پی اچ پی- اف پی ام  است . پی اچ پی- اف پی ام یک پیاده سازی مدرن و مدیریت شده از پی اچ پی فست سی جی آی به همراه امکانات بسیار زیاد بوده که برای انواع سایت ها مخصوصا سایت های فعال و پر بازدید مناسب است. برای نصب پی اچ پی5 در لینوکس اوبونتو دستور زیر را اجرا کنید.
apt-get install php5-fpm
کانفیگ و تنظیمات انجین ایکس: برای انجام تنظیمات وارد مسیر زیر شوید.
Cd /etc/nginx
سپس فایل زیر را باز کنید.
Sudo nano nginx.conf
و محتویات فایل باز شده را به محتویات زیر تغییر دهید.
user www-data;
 
# As a thumb rule: One per CPU. If you are serving a large amount
# of static files, which requires blocking disk reads, you may want
# to increase this from the number of cpu_cores available on your
# sys--.
#
# The maximum number of connections for Nginx is calculated by:
# max_clients = worker_processes * worker_connections
worker_processes 1;
 
# Maximum file descriptors that can be opened per process
# This should be > worker_connections
worker_rlimit_nofile 8192;
 
events {
    # When you need > 8000 * cpu_cores connections, you start optimizing
    # your OS, and this is probably the point at where you hire people
    # who are smarter than you, this is *a lot* of requests.
    worker_connections 8000;
}
 
error_log /var/log/nginx/error.log;
 
pid /var/run/nginx.pid;
 
http {
    charset utf-8;
 
    # Set the mime-types via the mime.types external file
    include mime.types;
 
    # And the fallback mime-type
    default_type application/octet-stream;
 
    # Click tracking!
    access_log /var/log/nginx/access.log;
 
    # Hide nginx version
    server_tokens off;
 
    # ~2 seconds is often enough for HTML/CSS, but connections in
    # Nginx are cheap, so generally it's safe to increase it
    keepalive_timeout 20;
 
    # You usually want to serve static files with Nginx
    sendfile on;
 
    tcp_nopush on; # off may be better for Comet/long-poll stuff
    tcp_nodelay off; # on may be better for Comet/long-poll stuff
 
    server_name_in_redirect off;
    types_hash_max_size 2048;
 
    gzip on;
    gzip_http_version 1.0;
    gzip_comp_level 5;
    gzip_min_length 512;
    gzip_buffers 4 8k;
    gzip_proxied any;
    gzip_types
        # text/html is always compressed by HttpGzipModule
        text/css        text/plain        text/x-component        application/javascript        application/json        application/xml        application/xhtml+xml
        application/x-font-ttf        application/x-font-opentype        application/vnd.ms-fontobject        image/svg+xml
        image/x-icon;
 
    # This should be turned on if you are going to have pre-compressed copies (.gz) of
    # static files available. If not it should be left off as it will cause extra I/O
    # for the check. It would be better to enable this in a location {} block for
    # a specific directory:
    # gzip_static on;
 
    gzip_disable "msie6";
    gzip_vary on;
 
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
    include /etc/nginx/sites-enabled/*;
}
سپس فایل زیر را باز کنید.
sudo nano sites-available/default
محتویات آن را به محتویات زیر تغییر دهید.
server {
    listen 80 default; ## listen for ipv4; this line is default and implied
    listen [::]:80 default ipv6only=on; ## listen for ipv6
 
    # Make site accessible from http://localhost/ or server IP-address
    server_name localhost;
    server_name_in_redirect off;
 
    charset utf-8;
 
    access_log /usr/share/nginx/access.log;
    error_log /usr/share/nginx/error.log;
 
    root /usr/share/nginx/www;
    index index.php index.html index.htm;
 
    location / {
        # First at--pt to serve request as file, then
        # as directory, then trigger 404
        try_files $uri $uri/ =404;
    }
}
سرویس انجین ایکس را دوباره راه اندازی کنید.
sudo service nginx reload
اکنون تنظیمات کوچکی برای پی اچ پی- اف پی ام وجود دارد که باید انجام دهید.
cd /etc/nginx
sudo nano nginx.conf
در قسمت تگ اچ تی تی پی کد زیر را اضافه کنید.
# Upstream to abstract back-end connection(s) for PHP
upstream php {
server unix:/tmp/php5-fpm.sock;
}
سپس فایل زیر را باز کنید.
Sudo nano /etc/nginx/sites-available/default
محتویات فایل را به محتویات زیر تغییر دهید.
# pass the PHP scripts to FPM socket
location ~ .php$ {
    try_files $uri =404;
 
    fastcgi_split_path_info ^(.+.php)(/.+)$;
    # NOTE: You should have "cgi.fix_pathinfo = 0;" in php.ini
     
    fastcgi_pass php;
 
    fastcgi_index index.php;
 
    fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /usr/share/nginx/www$fastcgi_script_name;
    fastcgi_param DOCUMENT_ROOT /usr/share/nginx/www;
 
    # send bad requests to 404
    fastcgi_intercept_errors on;
 
    include fastcgi_params;
}
حال فایل زیر را باز کنید.
cd /etc/php5/fpm/pool.d
sudo nano www.conf
خط اول را با خط دوم ویرایش کنید.
Listen=127.0.0.1:9000
Listen=/tmp/php5-fpm.sock
سرویس انجین ایکس و پی اچ پی- اف پی ام را راه اندازی مجدد کنید.
sudo service nginx restart
sudo service php5-fpm restart
نوبت به ایجاد فایل پی اچ پی رسیده است. در مسیر ریشه ی انجین ایکس فایلی ایجاد کنید.
nano /usr/share/nginx/www/index.php
محتویات زیر را درون آن قرار دهید.
<?php 
phpinfo();
 
?>
نصب پی اچ پی مای ادمین: برای نصب این نرم افزار دستور زیر را در ترمینال وارد کنید.
sudo apt-get install phpmyadmin –y
در انتها دستورات زیر را وارد کنید.
cd /usr/share/nginx/www
sudo ln -s /usr/share/phpmyadmin
اکنون می توانید از طریق آدرس زیر وارد پی اچ پی مای ادمین شده و پایگاه داده تان را سر و سامان دهید]24 [.
http://localhost/phpmyadmin3-4-3 نصب آپاچی- وارنیش
شباهت ها و البته تفاوت های زیادی بین نحوه عملکرد کش وارنیش و پروکسی معکوس انجین ایکس سر راه وب سرور آپاچی وجود دارد که اغلب سبب گیج شدن مدیران سرور های هاستینگ مبتنی بر لینوکس می گردد . شباهت وارنیش کش با انجین اکس به عنوان پروکسی معکوس ، قرار گرفتن سر راه وب سرور و دریافت کلیه درخواست ها در وهله اول است . ولی یک فرق بسیار بزرگ بین نحوه عملکر این دو وجود دارد. انجین ایکس محتوای استاتیک را هندل و کش می کند ولی کش وارنیش برای مدیریت و کش کردن محتوای داینامیک و استاتیک (کش کردن کل صفحه) طراحی و ساخته شده است. بر خلاف انجین اکس ، کش وارنیش فقط برای همین هدف یعنی کش کردن محتوای اچ تی تی پی به صورت پروکسی معکوس و همچنین بارگذاری متعادل سازی طراحی شده است و از یک زبان اسکریپتی با کدی مشابه سی و پرل به نام وی سی ال نیز پشتیبانی می کند . بنا بر این بسیار قدرتمند از انجین ایکس عمل کرده و قابلیت کنترل همه چیز را به پیکربند می دهد. نحوه کار وارنیش به عنوان یک پروکسی معکوس سر راه آپاچی به شرح زیر است.
با تغییر پورت آپاچی از ۸۰ به یک پورت غیر استاندارد مانند ۸۰۸۰ و تغییر پورت وارنش کش به پورت استاندارد ۸۰ جای آپاچی را با وارنیش عوض میکنیم . با استارت کردن سرویس ورنیش ، ترافیک ورودی اعم از داینامیک و استاتیک توسط کش وارنیش داخل حافظه یا رم سرور کش می شوند که نتیجه آن کاهش قابل ملاحظه ی بارگذاری سی پی یو در سرور و همچنین افزایش سرعت بارگذاری صفحات وب است.

دانلود پایان نامه ارشد — (86)

1-3 معرفی و خصوصیات گونههای مورد بررسی..............................................................................................................5
1-3-1 گیاه بادام کوهی..........................................................................................................................................................5
1-3-1-1 سیستماتیک بادام کوهی.....................................................................................................................................5
1-3-1-2 پراکنش جغرافیایی بادام کوهی.........................................................................................................................6
1-3-1-3 خواص ضد میکروبی بادام کوهی......................................................................................................................6
1-3-1-4 خواص درمانی بادام کوهی...................................................................................................................................6
1-3-2 گیاه بومادران................................................................................................................................................................6
1-3-2-1 سیستماتیک بومادران...........................................................................................................................................7
1-3-2-2 پراکنش جغرافیایی بومادران...............................................................................................................................7
1-3-2-3 خواص ضد میکروبی بومادران.............................................................................................................................7
1-3-2-4 خواص درمانی بومادران........................................................................................................................................7
1-3-3 گیاه گلپر........................................................................................................................................................................8
1-3-3-1 سیستماتیک گلپر..................................................................................................................................................8
1-3-3-2 پراکنش جغرافیایی گلپر.......................................................................................................................................8
1-3-3-3 خواص ضد میکروبی گلپر.....................................................................................................................................9
1-3-3-4 خواص درمانی گلپر................................................................................................................................................9
1-3-4 گیاه کلپوره....................................................................................................................................................................9
عنوان................................................................................................................................................صفحه
1-3-4-1 سیستماتیک کلپوره...............................................................................................................................................9
1-3-4-2 پراکندگی جغرافیایی کلپوره.............................................................................................................................10
1-3-4-3 خواص ضد میکروبی کلپوره.............................................................................................................................10
1-3-4-4 خواص درمانی کلپوره.........................................................................................................................................10
1-3-5 گیاه مریم گلی...........................................................................................................................................................11
1-3-5-1 سیستماتیک مریم گلی......................................................................................................................................11
1-3-5-2 پراکنش جغرافیایی مریم گلی...........................................................................................................................11
1-3-5-3 خواص ضد میکروبی مریم گلی.......................................................................................................................12
1-3-5-4 خواص درمانی مریم گلی...................................................................................................................................12
1-4- عصارهگیری...................................................................................................................................................................12
1-4-1 عصاره...........................................................................................................................................................................12
1-4-2- انتخاب ماده گیاهی و نوع حلال..........................................................................................................................12
1-4-3 روشهای مختلف عصارهگیری...............................................................................................................................13
1-4-3-1 روش ماسراسیون.................................................................................................................................................13
1-4-3-2روش پرکولاسیون.................................................................................................................................................13
1-4-3-3 روش سوکسله.......................................................................................................................................................14
1-4-3-4 امواج فراصوت.......................................................................................................................................................14
1-5 روشهای اندازهگیری و بررسی اثرات ضد میکروبی...............................................................................................15
1-5-1 روشهای نفوذی.......................................................................................................................................................15
1-5-1-1 روش چاهک..........................................................................................................................................................15
1-5-1-2 سیلندر پلیت.........................................................................................................................................................15
1-5-1-3 دیسک...................................................................................................................................................................16
1-5-2 روشهای رقیقسازی................................................................................................................................................16
1-5-2-1 روش رقت آگار.....................................................................................................................................................16
1-5-2-2 روش لوله یا رقت مایع........................................................................................................................................16
1-6 بررسی میکروارگانیسمهای مورد استفاده..................................................................................................................17
1-6-1 تاریخچه میکروبشناسی.........................................................................................................................................17
1-6-2 مورفولوژی باکتریها................................................................................................................................................17
1-6-3 استافیلوککها............................................................................................................................................................17
1-6-3-1 استافیلوکوکوس اورئوس.....................................................................................................................................18
1-6-4 باسیلوسها..................................................................................................................................................................18
1-6-4-1 باسیلوس سرئوس.................................................................................................................................................19
1-6-5 سالمونلاها...................................................................................................................................................................19
1-6-5-1 سالمونلا انتریتیدیس...........................................................................................................................................20
عنوان ...............................................................................................................................................صفحه
1-6-6 اشرشیا کلی.................................................................................................................................................................20
1-7 بررسی آنتیبیوتیکهای مورد استفاده......................................................................................................................21
1-7-1 تاریخچه آنتیبیوتیک...............................................................................................................................................21
1-7-2 پنیسیلین...................................................................................................................................................................21
1-7-3 جنتامایسین...............................................................................................................................................................22
1-7-4 تتراسایکلین................................................................................................................................................................22
1-7-5 اریترومایسین.............................................................................................................................................................23
1-7-6 تری متوپریم و سولفامتاکسازول............................................................................................................................23
1-7-7 استرپتومایسین..........................................................................................................................................................23
1-8 بررسی فیتوشیمیایی گیاهان مورد بررسی...............................................................................................................24
1-8-1 آلکالوئیدها..................................................................................................................................................................25
1-8-2 آنتوسیانینها..............................................................................................................................................................25
1-8-3 تاننها...........................................................................................................................................................................26
1-8-4 ساپونینها...................................................................................................................................................................26
1-8-5 فنلها...........................................................................................................................................................................26
1-8-6 فعالیت آنتیاکسیدانی..............................................................................................................................................27
1-9 اهداف پژوهش................................................................................................................................................................28
فصل دوم : مواد و روشها................................................................................................................................................29
2-1 مواد اولیه و تجهیزات مورد نیاز...................................................................................................................................30
2-2 تهیه گیاهان مورد بررسی و تعیین نام علمی آنها.................................................................................................31
2-3 استخراج عصاره متانولی................................................................................................................................................31
2-4 روش تهیه محیطهای کشت.......................................................................................................................................32
2-5 استریلیزاسیون محیطهای کشت میکروبی، ظروف و مواد مصرفی.....................................................................32
2-6 احیاء باکتری...................................................................................................................................................................32
2-7 تهیه کشت تازه (در فاز لگاریتمی) از میکروارگانیسمها........................................................................................33
2-8 تهیه استاندارد نیم مکفارلند......................................................................................................................................33
2-9 تهیه سوسپانسیون میکروبی........................................................................................................................................34
2-10 آزمونهای میکروبی....................................................................................................................................................34
2-10-1 تست دیسک دیفیوژن...........................................................................................................................................34
2-10-2 تست آنتیبیوگرام...................................................................................................................................................35
2-10-3 تعیین حداقل غلظت بازدارندگی و تعیین حداقل غلظت کشندگی............................................................35
2-10-3-1 تعیین MIC عصاره..........................................................................................................................................36
2-10-3-2 تعیین MBC عصاره........................................................................................................................................37
2-11 بررسی خواص فیتوشیمیایی اولیه...........................................................................................................................37
2-11-1 آلکالوئید...................................................................................................................................................................37
عنوان ..............................................................................................................................................صفحه
2-11-1-1 معرف مایر...........................................................................................................................................................37
2-11-1-2 معرف بوشاردا.....................................................................................................................................................38
2-11-2 آنتوسیانین...............................................................................................................................................................38
2-11-3 تانن...........................................................................................................................................................................38
2-11-4 ساپونین....................................................................................................................................................................38
2-11-5 اندازهگیری میزان فنل عصارههای گیاهی.........................................................................................................39
2-11-5-1 رسم منحنی استاندارد اسید گالیک..............................................................................................................39
2-11-6 بررسی فعالیت آنتیاکسیدانی..............................................................................................................................39
2-11-6-1 توانایی بهدام اندازی DPPH..........................................................................................................................39
2-11-6-2 تعیین قدرت احیاکنندگی...............................................................................................................................40
2-12 تجزیه و تحلیل آماری................................................................................................................................................41
فصل سوم : نتایج.................................................................................................................................................................42
3-1 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها.......................................................................................................................43
3-1-1 نتایج ضد میکروبی حاصل از تست دیسک دیفیوژن.........................................................................................43
3-1-1-1 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره بادام کوهی...........................................................................................44
3-1-1-2 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره بومادران................................................................................................45
3-1-1-3 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره کلپوره....................................................................................................46
3-1-1-4 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره گلپر.......................................................................................................47
3-1-1-5 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره مریم گلی.............................................................................................48
3-1-1-6 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره ترکیبی..................................................................................................49
3-1-2 نتایج ضد میکروبی حاصل از تست آنتیبیوگرام.................................................................................................50
3-1-2-1 حساسیت سویههای باکتریایی به آنتیبیوتیکهای انتخابی.......................................................................50
3-1-2-2 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری استافیلوکوکوس اورئوس.......................................................................................................................................................................................51
3-1-2-3 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری باسیلوس سرئوس......................................................................................................................................................................................52
3-1-2-4 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری اشرشیاکلی................................................................................................................................................................................53
3-1-2-5 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری سالمونلا انتریتیدیس...............................................................................................................................................................................54
3-1-3 تعیین حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) عصارهها........................................................................................55
3-1-4 تعیین حداقل غلظت مهارکنندگی (MBC) عصارهها......................................................................................56
3-2 ارزیابی خواص فیتوشیمیایی عصارهها.......................................................................................................................57
3-2-1 تشخیص آلکالوئید....................................................................................................................................................57
عنوان................................................................................................................................................صفحه
3-2-2 تشخیص آنتوسیانین................................................................................................................................................57
3-2-3 تانن.............................................................................................................................................................................58
3-2-4 ساپونین.......................................................................................................................................................................58
3-2-5 ارزیابی میزان فنل.....................................................................................................................................................59
3-2-5-1 نتایج میزان فنل عصاره بادام کوهی................................................................................................................60
3-2-5-2 نتایج میزان فنل عصاره بومادران......................................................................................................................61
3-2-5-3 نتایج میزان فنل عصاره کلپوره.........................................................................................................................62
3-2-5-4 نتایج میزان فنل عصاره گلپر.............................................................................................................................63
3-2-5-5 نتایج میزان فنل عصاره مریم گلی...................................................................................................................64
3-2-5-6 نتایج مقایسهای میزان فنل عصارهها و اسید گالیک.....................................................................................65
3-2-6 ارزیابی فعالیت آنتیاکسیدانی.................................................................................................................................66
3-2-6-1 توانایی مهار رادیکالهای آزاد DPPH عصارهها............................................................................................66
3-2-6-1-1 نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره بادام کوهی........................................................................................67
3-2-6-1-2 نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره بومادران.......... .................................................................................68
3-2-6-1-3 نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره کلپوره................................................................................................69
3-2-6-1-4 نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره گلپر....................................................................................................70
3-2-6-1-5 نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره مریم گلی..........................................................................................71
3-2-6-1-6 نتایج مقایسهای درصد مهار عصارهها و اسیدآسکوربیک........................................................................72
3-2-6-2 قدرت احیاکنندگی عصارهها..............................................................................................................................74
3-2-6-2-1 نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره بادام کوهی................................................................................74
3-2-6-2-2 نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره بومادران.....................................................................................75
3-2-6-2-3 نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره کلپوره........................................................................................76
3-2-6-2-4 نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره گلپر............................................................................................77
3-2-6-2-5 نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره مریم گلی..................................................................................78
3-2-6-2-6 نتایج مقایسهای قدرت احیاکنندگی عصارهها و اسیدآسکوربیک..........................................................79
فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری................................................................................................................................80
4-1 فعالیت ضد میکروبی عصارههای مورد بررسی.........................................................................................................81
4-1-1 فعالیت ضد میکروبی حاصل از تست دیسک دیفیوژن.....................................................................................81
4-1-2 فعالیت ضد میکروبی حاصل از تست آنتیبیوگرام.............................................................................................85
4-1-3 حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) و حداقل غلظت کشندگی (MBC)...................................................86
4-2 خواص فیتوشیمیایی عصارههای مورد بررسی.........................................................................................................89
4-2-1 فیتوشیمیایی کمی...................................................................................................................................................89
4-2-2 ارزیابی محتوی فنل..................................................................................................................................................90
4-2-3 ارزیابی فعالیت آنتیاکسیدانی................................................................................................................................92
4-2-3-1 رادیکالهای آزاد DPPH...................................................................................................................................93
عنوان................................................................................................................................................صفحه
4-2-3-2 قدرت احیاکنندگی..............................................................................................................................................95
نتیجه گیری کلی.....................................................................................................................................................................98
پیشنهادات.................................................................................................................................................................................99
منابع.......................................................................................................................................................................................100
فهرست شکلها و تصاویر
شماره و عنوان شکلها....................................................................................................................صفحه
شکل (1-1): مشخصات سیستماتیکی گیاه بادام کوهی...................................................................................................5
شکل (1-2): مشخصات سیستماتیکی گیاه بومادران.........................................................................................................6
شکل (1-3): مشخصات سیستماتیکی گیاه گلپر................................................................................................................8
شکل (1-4): مشخصات سیستماتیکی گیاه کلپوره ...........................................................................................................9
شکل (1-5): مشخصات سیستماتیکی گیاه مریم گلی....................................................................................................11
شکل (2-1): اندازهگیری قطر هاله عدم رشد با خط کش.............................................................................................35
شکل (3-1): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره بادام کوهی.....................................................................................44
شکل (3-2): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره بومادران...........................................................................................45
شکل (3-3): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره کلپوره...............................................................................................46
شکل (3-4): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره گلپر..................................................................................................47
شکل (3-5): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره مریم گلی........................................................................................48
شکل (3-6): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره ترکیبی.............................................................................................49
شکل (3-7): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه استافیلوکوکوس اورئوس.......................................................................................................................................................................................51
شکل (3-8): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باسیلوس سرئوس.......................................................................................................................................................................................52
شکل (3-9): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه اشرشیا کلی.............................................................................................................................................................................................53
شکل (3-10): ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه سالمونلا انتریتیدیس...............................................................................................................................................................................54
شکل (3-11): نتایج میزان فنل عصاره بادام کوهی........................................................................................................60
شکل (3-12): نتایج میزان فنل عصاره بومادران..............................................................................................................61
شکل (3-13): نتایج میزان فنل عصاره کلپوره..................................................................................................................62
شکل (3-14): نتایج میزان فنل عصاره گلپر.....................................................................................................................63
شکل (3-15): نتایج میزان فنل عصاره مریم گلی............................................................................................................64
شکل (3-16): نتایج مقایسهای میزان فنل عصارهها و اسیدگالیک..............................................................................65
شکل (3-17): نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره بادام کوهی....................................................................................67
شماره و عنوان شکلها....................................................................................................................صفحه
شکل (3-18): نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره بومادران..........................................................................................68
شکل (3-19): نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره کلپوره.............................................................................................69
شکل (3-20): نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره گلپر.................................................................................................70
شکل (3-21): نتایج مهار رادیکالهای آزاد عصاره مریم گلی.......................................................................................71
شکل (3-22): نتایج مقایسهای درصد مهار عصارهها و اسیدآسکوربیک.....................................................................72
شکل (3-23): نتایج مقایسهای میانگین IC50..................................................................................................................73
شکل (3-24): نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره بادام کوهی.............................................................................74
شکل (3-25): نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره بومادران..................................................................................75
شکل (3-26): نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره کلپوره......................................................................................76
شکل (3-27): نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره گلپر.........................................................................................77
شکل (3-28): نتایج تعیین قدرت احیاکنندگی عصاره مریم گلی...............................................................................78
شکل (3-29): نتایج مقایسهای قدرت احیاکنندگی عصارهها و اسیدآسکوربیک......................................................79
فهرست جدولها
شماره و عنوان جدولها..................................................................................................................صفحه
جدول (3-1): حساسیت سویههای باکتریایی به آنتیبیوتیک انتخابی.......................................................................50
جدول (3-2): تعیین حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) عصارهها............................................................................55
جدول (3-3): تعیین حداقل غلظت مهارکنندگی (MBC) عصارهها..........................................................................56
جدول (3-4): تشخیص آلکالوئید.........................................................................................................................................57
جدول (3-5): تشخیص آنتوسیانین....................................................................................................................................57
جدول (3-6): تشخیص تانن.................................................................................................................................................58
جدول (3-7): تشخیص ساپونین.........................................................................................................................................58
فصل اول
مقدمه
گیاهان دارویی
1-1-1 صفات گیاهان دارویی
گیاهانی که حداقل دارای صفات زیر باشند، گیاه دارویی، نامیده میشوند:
1- در پیکر این گیاهان مواد ویژهای به عنوان مواد موثر متابولیتهای ثانویه ساخته و ذخیره میشوند که برای مداوای برخی از بیماریها مورد استفاده قرار میگیرند. مواد مذکور طی فرآیندهای ویژه و پیچیده و به مقدار بسیار کم (به طور معمول کمتر از یک درصد وزن خشک گیاه)، ساخته میشوند.
2- اغلب ممکن است اندام ویژهای چون ریشه، برگها، ساقه، گل، میوه و غیره بیشترین مواد موثر را داشته باشند، بنابراین همیشه نمیتوان کل اندام گیاه را منبع ماده دارویی ویژهای دانست.
3- اندام گیاهی برداشت شده، آمادهسازی و فرآوری میشوند، یعنی تحت تاثیر عملیات ویژهای مانند جداسازی، خرد شدن، خشک کردن، تخمیر و غیره قرار گرفته و سپس استفاده میشوند.
تحقیقات زیادی نشان میدهد با فرآوری صحیح گیاهان و داروهای گیاهی اثرات این داروهای طبیعی به شکل فزایندهای بیشتر و مقرون به صرفهتر میباشد [1].
1-1-2 تاریخچه گیاهان دارویی در جهان
ارسطو (330 ق. م) اولین کسی است که آثار و مطالبی مکتوب مربوط به شناخت گیاهان دارد. البته قبل از او در آثار کهن مصر (حدود 26 قرن ق. م) در پاپیروسها و ابرها مطالبی از گیاهان با شرح خاصی از موارد استفاده از آنها باقی مانده است. ولی ارسطو نخستین دانشمندی است که، از رشد و نمو گیاهان، مادهسازی و از تفاوت آنها و چگونگی استفاده از مواد خاک (سیاه خاک) مطالبی نوشته است. نوشته او بدون هیچ مبنای علمی تا چندین قرن بعد از او مورد قبول همه بود و حتی تدریس میشد. تئوفراست یا تئوفراستوس شاگرد ارسطو که در سالهای 258-370 قبل از میلاد طبیب بود و بعدها به او پدر گیاهشناسی گفتهاند، علاوه بر آنکه، پیرو فلسفه استاد خود بود، تحت تاثیر نظریات افلاطون، استاد ارسطو قرار گرفت. او ردهبندی بسیار ابتدایی از روی ریخت یا شکل ظاهری گیاهان، چرخه رشد، شکل گل آذین و نحوه رشد آنها و همچنین وضع گلبرگهای گلها در کتابی به نام هیستوریا پلانتاروم بر مبنایی مبهم و ناشی از استنباطهای خود دارد. باید اشاره کرد، که مکتب درمان با گیاه به وسیله تئوفراست بنیانگذاری شد [2].
1-1-3 تاریخچه گیاهان دارویی در ایران
کشور ایران به واسطه سابقه تمدن چند هزار ساله، که حدود 1400 سال آن با فرهنگ غنی اسلام در آمیخته و نیز به دلیل موقعیت خاص جغرافیایی، شرایط اقلیمی و آب و هوایی متنوع که سبب رشد انواع گوناگونی از گیاهان گردیده و باعث اطلاق نام طلای سبز به فلور طبیعی ایران شده است، از جهت طب سنتی غنی میباشد [3].
ابن سینا دانشمند و پزشک نامدار ایرانی در سالهای 428-370 هجری مطابق با 980-1037 میلادی که در غرب او را به نام آویسینیا میشناسند و پس از انقراض تمدن یونان او را بزرگترین دانشمند جهان و به اشتباه عرب دانستهاند؛ در جلد دوم کتاب قانون فی الطب بیش از 800 نمونه گیاه طبی و غذایی را نام میبرد که از آن میان 541 گیاه و مشتقات آنها دارای توصیف کاربردی و صفات ریختشناختی هستند. او اختلاف شکل و صفات گیاهان مشابه را (برای اجتناب اشتباه آنها از یکدیگر) با توجه خاصی در کتاب «قانون» توضیح میدهد و در مورد چگونگی استفاده از مشتقات گیاهان دارویی و کاربرد آنها، با ترتیبی خاص، معین و نظام یافته به شرح و تفصیل آنها میپردازد [2].
1-1-4 علل توجه و اهمیت گیاهان دارویی
از آنجا که انسان جزئی از طبیعت است برای هر بیماری، گیاه مداوای آن را عرضه کرده است. به همین دلیل انسان جهت درمان بیماری خود هر چه به طبیعت روی آورد و از نعمات آن بیشتر بهره برد، سریعتر، بهتر و مطمئنتر درمان میشود. گیاهان دارویی از ارزش و اهمیت خاصی در تأمین بهداشت و سلامتی جوامع هم به لحاظ درمان و هم پیشگیری از بیماریها برخوردار بوده و هستند. این بخش از منابع طبیعی قدمتی همپای بشر داشته و یکی از مهمترین منابع تأمین غذایی و دارویی بشر در طول نسلها بودهاند. از نقطه نظر تاریخی، گیاهان اهمیت فراوانی در توسعه جوامع داشتهاند و تحقیقات وسیعی برای یافتن فرآوردهها و مواد طبیعی دارویی گیاهی در طول تاریخ انجام شده اما نکته حائز اهمیت این جاست که تنها کمتر از 10% از مجموع 000/250 گونه گیاهی جهان برای بیش از یک عملکرد زیستشناختی، شناسایی و مورد استفاده قرار گرفتهاند [4].
تنوع شرایط جغرافیایی و آب و هوایی در ایران، موجب شده است که یک منبع متنوع و غنی از گونههای گیاهی در کشورمان وجود داشته باشد. از یک سو به علت ظاهرشدن عوارض نامطلوب و جانبی ترکیبات سنتتیک و عدم سازگاری آنها با طبیعت انسان، از سوی دیگر به دلیل هزینه بالا و ارزبری داروها و ناتوانی بسیاری از کشورهای جهان سوم برای خرید چنین داروهایی، توجه خاصی به سمت دارو از گیاهانی که اثرات درمانی سالم و ارزان بودن آنها ثابت شده، معطوف گردیده است [5]. به دلیل عوارض جانبی داروهای شیمیایی، امروزه نه تنها در ایران، بلکه در سراسر جهان گرایش به طب گیاهی افزایش یافته است [6].
1-2 طبقهبندی گیاهان مورد بررسی
1-2-1 بادام کوهی [9-7]
تیره: گل سرخ Family: Rosaceae جنس: آمیگدالوس Genuse: Amugdalus
گونه: بادام کوهی یا ارژنSpecies: Amygdalus Scoparia Spach
1-2-2 بومادران [7،9،10]
تیره: کاسنیFamily: Asteraceae جنس: آکیلاGenuse: Achillea L. گونه: بومادرانSpecies: Achillea Millefolium L. subsp. Millefolium
1-2-3 کلپوره [9، 10]
تیره: نعنائیانFamily: Lamiaceae جنس: توکریمGenuse: Teucrium گونه: کلپوره یا مریم نخودیSpecies: Teucrium Polium L. Var. tonsum
1-2-4 گلپر [9، 10]
تیره: جعفری Family: Apiaceae(Umbeliferae) جنس: هراکلئوم Genuse: Heracleum L. گونه: گلپر Species: Heracleum Persicum Desf. Ex
1-2-5 مریم گلی
تیره: نعنائیانFamily: Lamiaceae جنس: سالویا Genuse: Salvia گونه: مریم گلی Species: Salvia Officinalis
1-3 معرفی و خصوصیات گونههای مورد بررسی
1-3-1 گیاه بادام کوهی

شکل 1-1: مشخصات سیستماتیکی گیاه بادام کوهی (Amygdalus scoparia)
1-3-1-1 سیستماتیک بادام کوهی
درختچهای به ارتفاع 6 متر، بدون خار، شاخههای جوان سبز بدون کرک، شاخههای سال قبل سبز، برگها نیزهای باریک یا قاشقی باریک به طول تا 40 و عرض تا 7 میلیمتر، قاعده یراق ساز، نوک کند، سطح فوقانی و تحتانی برگ بدون کرک، حاشیه برگ هلالی، ارهای و دارای غده روی هر دندانه، گل درشت به قطر 25 میلیمتر بدون دمبرگ یا تقریبا بدون دمبرگ، میوه تخم مرغی به طول تا 20 و عرض 12 میلیمتر، دارای کرکهای کوتاه، هسته زرد کاهی، صاف، دارای خطوط و شیارهای کوچک نا مشخص و کم عمق، فصل گلدهی اواخر زمستان و اوایل بهار، این گیاه متعلق به مناطق ایران، تورانی و زاگرسی است [8] شکل (1-1).
1-3-1-2 پراکنش جغرافیایی بادام کوهی
در ایران و شوروی (آسیای مرکزی)، گرگان، اصفهان، فارس، هرمزگان، کرمان، بلوچستان، خراسان و تهران [8].
1-3-1-3 خواص ضد میکروبی بادام کوهی
گیاه بادام کوهی روی میکروبهای استافیلوکوکوس اورئوس، اشریشیا کلی، سودوموناس آئروژینوزا و باسیلوس سابتیلیس مؤثر است. بیشترین اثر مهارکنندگی این گیاه مربوط به اثر آن روی استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس بود [11].
1-3-1-4 خواص درمانی بادام کوهی
افراد محلی از ریشه این گیاه (رنگ)، جهت درمان دردهای معده و همچنین دردهای قاعدگی استفاده میکنند. از این گیاه، در صنعت مشک سازی استفاده میشود که بدون ارتباط با خواص ضد میکروبی نیست [11].
1-3-2 گیاه بومادران
شکل 1-2: مشخصات سیستماتیکی گیاه بومادران (Achillea millefolium)
1-3-2-1 سیستماتیک بومادران
در کتب سنتی با نامهای بومادران و بوماران نام برده شده است. نام لاتین آن برگرفته از نام آشیل، قهرمان افسانهای یونان است زیرا قهرمان یونان، آشیل، این گیاه را برای شفای زخمهای بیماران در میدان جنگ به کار میبرده است. بومادران گیاهی است چند ساله با ارتفاع 30 تا 90 سانتیمتر، دارای ساقه ساده، برگها پوشیده از کرک، با قطعات متعدد خطی نوکدار هستند. رنگ برگها سبز تیره، بدون دمبرگ و کشیده هستند. گلآذین آن از نوع دیهیم (خوشه مرکب) بوده و گلهای آن بیشتر سفید است. میوه آن فندقه و وزن هزار دانه آن، 15/0 گرم است [10] (شکل 1-2).
1-3-2-2 پراکنش جغرافیایی بومادران
این گیاه بومی اروپا و آسیا است و تا ارتفاع 2700 متری از سطح دریا قادر به رشد کردن میباشد. گیاهی است روز بلند که مناسبترین دما برای رشد و گلدهی آن 26-18 درجه سانتیگراد است. بنابراین در مناطق گرم و آفتابی بهتر رشد میکند. اسیدیته مناسب برای رشد بومادران 7/6-6 میباشد. در سرتاسر مزارع، پرچینها، جادهها و زمینهای بایر و مراتع پراکنده است [12].
1-3-2-3 خواص ضد میکروبی بومادران
خواص ضد میکروبی بومادران به دلیل وجود ترکیبات آلکالوئیدی، فلاونوئیدی، استرول، تانن، ساپونین، روتئن و غیره میباشد [13]. Ivanchea و همکاران (2002)، مطالعهای را روی 7 گونه از Achillea (A. millefolium, A. clavenae, A. fraasii, A. lingulata, A. setacea, A. clasiana, A. abrotanoides) انجام دادند و ترکیبهای عمدهای مانند گلیکوزید لوتئین، کمفرول، کوئرستین، c-گلیکوزیل فلاونهای آپیژنین، 6- hydroxyflavonol 3,6,4- trimethyl ethers و 6- hydroxyflavones و لوتئین را شناسایی کردند.
1-3-2-4 خواص درمانی بومادران
بومادران، در گذشته نه تنها برای بند آوردن خون و درمان خونریزی های زخم به کار برده میشد، بلکه در برخی از کشورها از گیاه پخته شده آن برای رفع کبودی ناشی از ضربه در اطراف چشم استفاده میشد. گل بومادران برای درمان گاستریتهای حاد و مزمن، رفع نفخ و ترش کردن، کاهش فشار خون و مداوای نارسایی های کیسه صفرا مفید است. این گیاه به علت اثر مدری که دارد در افزایش ادرار و دفع سنگ کلیه مؤثر است. بومادران به عنوان آرام بخش دردهای معدی و ضد خونریزی در مصارف داخلی و به عنوان شستشو دهنده و ضد عفونی کننده در مصارف خارجی، مصرف سنتی دارد [14].
1-3-3 گیاه گلپر
2501265-317500شکل 1-3: مشخصات سیستماتیکی گیاه گلپر (Heracleum persicum)
1-3-3-1 سیستماتیک گلپر
گلپر، گیاهی چند ساله دارای ریشه مخروطی، ساقهای مستقیم و استوانهای شکل، گلها به رنگ سفید، گلآذین چتری و دارای براکتههای رشتهای و کشیده، میوه آن فندقه و پهن میباشد [15] (شکل 1-3).
1-3-3-2 پراکنش جغرافیایی گلپر
در نقاط مختلف جهان خصوصا مناطق مرطوب و باغها میروید. در ایران در نواحی نمناک و کوهستانی و مناطق پیرامونی همچون نواحی شمالی البرز، جواهرده رامسر، شمیرانات، توچال، غرب ایران و کوههای بختیاری رشد میکند [12].
1-3-3-3 خواص ضد میکروبی گلپر
ریشه گلپر محتوی کومارینهای مختلف است [15]. مطالعات انجام شده محققین مختلف بر عصاره گیاه گلپر، اثرات مهارکنندگی آن را بر تعدادی از باکتریهای گرم منفی و مثبت و قارچهای بیماریزا مانند Candida albicans و Candida utilis به اثبات رسیده است [19-16].
1-3-3-4 خواص درمانی گلپر
گرد میوه آن را به اغذیه جهت معطر ساختن آنها، وارد مینمایند. به علاوه آن را به علت اسانسی که دارد، جهت رفع نفخ و ناراحتیهای سوء هاضمه ناشی از نفخ به کار میبرند. باید توجه داشت به مقادیر زیاد مصرف نگردد زیرا به طوری که بررسی گردیده ایجاد طپش میکند [10].
1-3-4 گیاه کلپوره

شکل 1-4: مشخصات سیستماتیکی گیاه کلپوره (Teucrium polium)
1-3-4-1 سیتماتیک کلپوره
کلپوره یا مریم نخودی گیاهی است پایا با قسمتهای چوبی شده در پائین و بسیار منشعب به ارتفاع تا 40 سانتیمتر و دارای سرشاخههای گلداری است که تمام قسمتهای آن پوشیده از کرکهای بلند و سفید است و بدین جهت نقرهای رنگ به نظر میرسد. برگهای آن دارای کنارههای دندانهدار و برگشته به طرف داخل برگ و مجموعه گلهای تخم مرغی کوچک و نقرهای آن به وضوح دیده میشود [14] (شکل 1-4).
1-3-4-2 پراکندگی جغرافیایی کلپوره
گیاه کلپوره با بیش از 340 گونه در سراسر جهان انتشار وسیعی دارد [20]. به طور معمول در نواحی بایر، سواحل سنگلاخی و ماسهزارهای نواحی مختلف اروپا، منطقه مدیترانه، شمال آفریقا و جنوب غربی آسیا از جمله ایران میروید. در نواحی کوهستانی البرز تا ارتفاعات 1500 متری نیز دیده میشود [23-21].
1-3-4-3 خواص ضد میکروبی کلپوره
در بررسیهای انجام شده روی گیاه کلپوره، مشخص شده که این گیاه حاوی مقادیری تانن، ترپنوئیدها، ساپونین، استرول، فلاونوئیدها، گلیکوزید، آلفا و بتا پینن و لوکوآنتوسیانین است [22، 24].
محققان روی اثر ضد میکروبی گیاه کلپوره مطالعاتی انجام داده و آزمایشهایی به منظور بررسی اثر ضد میکروبی اسانس و عصاره گیاه کلپوره روی چند میکروارگانیسم انجام شد و به ماهیت ضد میکروبی آن پی بردند. در مطالعه Darabpour و همکاران (2005)، اثر ضد میکروبی عصارههای آلی (اتانولی و متانولی) گیاه T.polium روی تعدادی از عوامل بیماریزا بررسی و مشخص شد که عصاره اتانولی روی باکتری باسیلوس آنتراسیس، دارای بیشترین اثر مهارکنندگی و روی اشریشیا کلی و پروتئوس میرابیلیس دارای اثر بازدارندگی رشد نمیباشد در حالی که عصاره متانولی این گیاه روی Bordetella bronchiseptica بیشترین اثر مهارکنندگی و پروتئوس میرابیلیس و باکتریوم پیوژنز مقاومترین گونههای باکتریایی در مقابل این عصاره میباشند [24].
1-3-4-4 خواص درمانی کلپوره
مصرف دارویی کلپوره به زمان بقراط و جالینوس بر میگردد و بخش دارویی آن که برگ و سرشاخههای آن میباشد، اثر مقوی و ضد تشنج داشته و مصرف آن را برای رفع بیماریهای دستگاه تناسلی-ادراری و تاخیر یا عدم قاعدگی مفید میدانند [10].
از این گیاه در طب سنتی جهت اثرات ضد دیابتی، ضد التهابی، ضد اولسری، آنتی اسپاسمودیک و رفع گرفتگی قلب استفاده میشود. تحقیقات علمی نشان دادهاند که این گیاه، دارای اثرات ضد دیابت [27-25]، پایین آورنده کلسترول و تری گلیسرید سرم [28]، کاهش دهنده فشار خون [29]، ضد اشتها [30]، ضد التهاب [31]، آنتی اکسیدان [32، 33]، ضد تب و ضد میکروب [34]، ضد درد [37-35]، ضد اسپاسم [38، 39] و آنتی اولسری [39] میباشد.
1-3-5 گیاه مریم گلی

شکل 1-5: مشخصات سیستماتیکی گیاه مریم گلی (Salvia officinalis)
1-3-5-1 سیستماتیک مریم گلی
گیاه مریم گلی دارای نامهای مریمی، مریمیه و شلبیه بوده و Garden sage نیز خوانده میشود که به معنای رها بخش یا شفا دهنده است [7].
گیاهی چند ساله، بوتهای و به ارتفاع 60-20 سانتیمتر که قسمت پایینی آن چوبی و قسمت بالایی ساقه، چهار گوش و پوشیده از کرکهای قابل لمس است. ریشه این گیاه ضخیم و انشعابات فراوانی دارد. برگها بلند و نیزهای و سطح فوقانی و تحتانی برگها پوشیده از کرکهای ظریف است. گلها به رنگ بنفش و به صورت مجتمع میباشند. میوه این گیاه کپسول و به رنگ قهوهای روشن یا تیره است [40] (شکل 1-5).
1-3-5-2 پراکنش جغرافیایی مریم گلی
مریم گلی بومی نواحی شمالی مدیترانه است و در زمینهای سنگی میروید [40]. این گیاه دارای حدود 700 گونه در جهان میباشد [41]. پراکندگی نسبتاً وسیعی در فلور کشورمان دارد به طوری که تاکنون حدود 58 گونه در ایران شناسایی و گزارش شده است که از میان این تعداد، بالغ بر 17 گونه آنها اندمیک میباشند [42].
1-3-5-3 خواص ضد میکروبی مریم گلی
مریم گلی دارای فلاونوئیدهای آپی ژنین، اسکوتلارئن 6، 7-دی متیل اتر، اسکوتلارئین 6 و 7، 4- تری متیل اتر، لوتئولین 3-متیل اتر، تترا متیل اترهایی هیدرو گزایلوتئولین و تانن میباشد [43]. گیاهان تیره نعناع و به خصوص مریم گلی به سبب وجود ترکیبات ترپنوئیدی گوناگون، اسانس و ترکیبات فنلی و فلاونوئید، از لحاظ اثرات ضد میکروبی بسیار مورد توجه میباشد برای مثال غربالگری عصاره گیاه Salvia palaestina اثر ضد میکروبی بالایی علیه استافیلوکوکوس اورئوس، استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس و اشریشیا کلی نشان داد [44].
1-3-5-4 خواص درمانی مریم گلی
این گیاه دارای اثر ضد التهاب، به ویژه بر روی مخاطها است. ترشح عرق بدن را کنترل میکند. همچنین ضد تشنج، کمک به هضم غذا، کاهش دهنده قند خون، ضد نفخ و گردش خون را در اندامهای شکم افزایش میدهد. مصرف آن در زمان بارداری ممنوع و فرآوردههای حاصل از این گیاه سبب کاهش ترشح غدد شیری در مادران میشود [14، 40].
1-4 عصارهگیری
1-4-1 عصاره
عصاره گیاهی استاندارد شده، یک عصاره تغلیظ شده و یا خشک شده از گیاه میباشد که توسط الکل و یا آب به دست آمده باشد.
1-4-2 انتخاب ماده گیاهی و نوع حلال
تعیین ترکیبات فعال زیستی در مادّه مورد استفاده به نوع حلال استفاده شده در عصارهگیری بستگی دارد [45]. ویژگی حلال بسته به غلظت حلال و قطبیت آن، کمیت ترکیبات شیمیایی موجود در عصارههای گیاهی را تحت تأثیر قرار خواهد داد. انتخاب ماده گیاهی برای عصارهگیری و بررسی عملکرد آن معمولا بر اساس استفادههای سنتی گیاه است. ویژگی یک حلال خوب در تهیه عصاره شامل سمیت کم، سهولت تبخیر در دمای کم و ناتوانی در ایجاد کمپلکس با ترکیبات و تفکیک آنهاست و بسته به نوع هدف که ماده استخراجی قطبی یا غیرقطبی است، نوع حلال نیز متفاوت خواهد بود.
رایجترین نوع حلالهای استفاده شده برای بررسی فعالیتهای ضد میکروبی گیاهان متانول، اتانول و آب هستند. برخی محققان از ترکیب حلالهای مختلف برای کسب نتایج بهتر استفاده میکنند. تحقیقات نشان داده است که تعداد ترکیبات شیمیایی که با استفاده از حلال متانولی استخراج میشوند، در مقایسه با حلال اتانولی، بیشتر است.
1-4-3 روشهای مختلف عصارهگیری
روش استخراجی که انتخاب میشود به دو عامل بستگی دارد:
مقدار آب موجود در نمونه (در مورد گیاه تازه)
نوع ماده جداشدنی (ماده استخراجی از گیاه محلول در آب و یا محلول در حلالهای آلی و غیرآلی بوده است).
1-4-3-1 روش ماسراسیون
در روش ماسراسیون یا خیساندن مکرر همراه با تکاندادن، گیاه خردشده با مقدار مشخصی از حلال مخلوط میشود. از مزایای روش ماسراسیون این است که این روش بدون به کاربردن دستگاهها و ابزارهای پیچیده و در یک مکان محدود قابل انجام بوده و با به کاربردن حلالهای یکنواخت، میتوان به میزان موادّ مؤثره یکنواخت دست پیدا کرد. از معایب آن، زمان طولانی عصارهگیری میباشد که میتواند موجب از بینرفتن مواد دارویی در باقیمانده گیاهی گردد.
1-4-3-2 روش پرکولاسیون
در روش پرکولاسیون، از دستگاه پرکولاتور که اغلب به صورت استوانهای یا قیفی ساخته شده، استفاده میگردد. شکل استوانهای ظرف، باعث تسهیل در عمل تخلیه پرکولاتور میگردد. عمل پرکولاسیون برای مدت 24 تا 48 ساعت در حالیکه حلال به طور کامل روی توده گیاهی را پوشانده باشد، ادامه مییابد. باید در نظر داشت، عصارهای که در ابتدا از پرکولاتور خارج میشود حاوی مقادیر زیادی از مواد متشکله موجود در گیاه بوده و تدریجا عصاره خارج شده رقیقتر میگردد.
1-4-3-3 روش سوکسله
روش سوکسله یک روش استانداردی است که به عنوان مرجع اصلی ارزیابی دیگر روشها به کار میرود. این روش، عمومی بوده که به طور عمده برای استخراج ترکیبات با فراریت کم یا متوسط که در مقابل حرارت پایدار باشند به کار میرود [46].
محاسن روش سوکسله عبارت است از:
روش ساده و آسان است.
حلال تازه به طور مداوم در تماس با پودر گیاهی قرار میگیرد.
استفاده از دمای بالا که منجر به افزایش حلالیت ترکیبات کم محلول در دمای پایین میشود.
بعد از استفاده از این روش فیلتراسیون لازم نیست [47].
مهمترین معایب این روش عبارت است از:
این روش زمان زیادی لازم دارد.
مقدار زیادی حلال مصرف میشود.
به علت استفاده از دمای بالا به ترکیبات حساس به حرارت، آسیب میرسد و مواد ناخواسته و نامطلوبی ایجاد میشود [46].
1-4-3-4 امواج فراصوت
در این روش امواج فراصوت با فرکانس بالاتر از 20 کیلو هرتز، به داخل ماده نفوذ کرده، موجب ایجاد کشیدگی و جمعشدنهای پیدرپی شده که در نتیجه آن حفراتی داخل ماده گیاهی ایجاد میشوند. این حفرات به صورت نامتقارن به هم پیوسته و موجب خروج سریع مواد از داخل سلولها به خارج از آن میشوند. به علاوه این امواج میتوانند موجب تخریب دیواره سلولهای زیستی شده و موجب تسهیل خروج مواد گردند [46، 48].
از محاسن این روش عبارت است از:
این روش ارزان، ساده و مؤثر بوده و افزایش بازده عصارهگیری و افزایش سرعت واکنش از مهمترین محاسن آن به شمار میرود [49].
از معایب این روش عبارت است از:
پس از عصارهگیری با این روش، فیلتراسیون و جدا کردن عصاره حاصل از ماده گیاهی نیاز است. اگر چه میتوان با به کاربردن حلالهای اختصاصی تا حدودی روش را انتخابی کرد اما به هر حال چون در این روش سلول گیاهی پاره شده و کلیه محتویات سلولی در تماس با حلال قرار میگیرند، این روش به طور کلی غیر انتخابی تلقی میشود [49].
1-5 روشهای اندازهگیری و بررسی اثرات ضد میکروبی [54-50]
امروزه مقاومت روزافزون باکتریهای بیماریزا به عوامل ضد میکروبی مشکلات متعددی را در امر درمان عفونتهای باکتریال به وجود آورده است. این امر موجب شده است تا محققان به مطالعه تاثیر عوامل ضد میکروبی گیاهان بر رشد باکتریها بپردازند. ترکیبات ضد میکروبی گیاهان در واقع متابولیتهای ثانویه گیاهاند که یا به طور پیوسته در گیاهان ساخته میشوند و یا در پاسخ به پاتوژنها تولید میشوند.

1-5-1 روشهای نفوذی
1-5-1-1 روش چاهک
اساس این روش، نفوذ ماده ضد میکروب از حفره ایجاد شده در آگار به اطراف آن است. نفوذ این ماده موجب مهار رشد میکروارگانیسم تلقیح شده میشود. میانگین هالههای مهاری رشد به عنوان معیاری از قدرت ضد میکروبی ماده مورد بررسی تلقی میشود.
1-5-1-2 سیلندر پلیت
در اینجا سیلندرهایی از جنس چینی یا فولاد ضد زنگ به عنوان مخزن ماده ضد میکروبی مورد استفاده قرار میگیرند. پس از گرمخانهگذاری، سیلندرها برداشته شده و میانگین قطر هالههای رشد اندازهگیری میشوند.
1-5-1-3 دیسک
این روش، مبتنی بر قرار دادن دیسکهای کاغذی حاوی ماده ضد میکروب بر سطح محیط کشت تازه تلقیح شده است.
1-5-2 روشهای رقیقسازی
در این روش از رقیقکردن عامل ضد میکروبی به نسبتهای معیّن استفاده میشود و خود به دو روش تقسیم میگردد:
1-5-2-1 روش رقت آگار
در این روش نمونه مورد بررسی در حلال مناسب حل میشوند و یا به صورت سوسپانسیون در میآید سپس با محیط کشت آگاردار مخلوط میشود. نتایج به دست آمده از این روش عموما با نتایج حاصل از روشهای نفوذی و سایر روشهای رقیقسازی مطابقت دارد. این روش سریع است و با استفاده از آن میتوان مقدار MIC یک ترکیب را در برابر چند میکروارگانیسم به صورت همزمان تعیین کرد.
1-5-2-2 روش لوله یا رقت مایع
این روش بسیار دقیق است. در این روش رقتهای مختلف از عوامل ضد میکروبی را به همراه محیط کشت مایع و غلظت یکسانی از کشت باکتریایی را در لولههای متوالی ریخته و پس از سپری شدن زمان لازم، رشد یا عدم رشد میکروارگانیسمهای مورد آزمایش را با توجه به غلظت عامل ضد میکروبی ارزیابی کرده و پایینترین غلظتی را که توانسته است از رشد میکروبی جلوگیری کند به عنوان MIC عامل ضد میکروبی در نظر میگیرند. در این روش به دلیل تماس مستقیم ترکیب با میکروارگانیسمها، حتی اگر عصاره مورد بررسی انحلالپذیری کمی در آب داشته باشد، اثر ضد میکروبی آن مشخص میشود.
1-6 بررسی میکروارگانیسمهای مورد استفاده
1-6-1 تاریخچه میکروبشناسی
کاشف دنیای میکروبی تاجری هلندی بهنام آنتونی وان لیون هوک (1723-1632) بود. مهمترین فعالیت اصلی لیون هوک همانا کشف دنیای میکروبی است که آن را معاصرینش انیمال کول یا حیوانک نامیدند. کلیه انواع میکروارگانیسمهای تکیاختهای که امروز میشناسیم از قبیل پروتوزوآ، آلگها، قارچها و باکتریها اولین بار توسط لیون هوک تشریح شده است [55].
1-6-2 مورفولوژی باکتریها
باکتریهای کروی یا گرد
باکتریهای باسیلی شکل، استوانهای یا میلهای شکل
باکتریهای مارپیچی و میلهای خمیده [56].
1-6-3 استافیلوککها
استافیلوککها باکتریهای کروی شکل گرم مثبتی هستند که معمولا به صورت اجتماعات نامنظم و به شکل خوشه انگور دور هم قرار میگیرند. این باکتریها از نظر متابولیکی فعال میباشند و قابلیت رشد بر روی محیطهای کشت مختلفی را دارند. این باکتریها کربوهیدرات را تخمیر میکنند و رنگدانههایی تولید میکنند که از سفید تا قهوهای پررنگ متغیر میباشند. بعضی از این استافیلوککها متعلق به فلور طبیعی پوست و غشاهای مخاطی انسان میباشند و بعضی دیگر از این استافیلوککها باعث ایجاد چرک، آبسه و انواعی از عفونتهای چرکی و حتی گند خونیهای شدید کشنده میشوند. استافیلوککها به سرعت به تعداد زیادی از عوامل ضد میکروبی مقاوم میشوند و در حال حاضر مشکلات درمانی صعب العلاجی را ایجاد کردهاند [57].
1-6-3-1 استافیلوکوکوس اورئوس
باکتری استافیلوکوکوس اورئوس از عوامل اصلی ایجاد عفونتهای بیمارستانی بوده که شیوع آن رو به گسترش است. این باکتری در ایجاد طیف وسیعی از بیماریها از جمله اندوکاردیت، استئومیلیت، پنومونی، سندروم شوک توکسیک، کورک یا دمل و غیره نقش دارد. بررسیها نشان داده است که بالغ بر 25 تا 30 درصد افراد در جوامع مختلف، ناقل باکتری استافیلوکوکوس اورئوس در بینی خود میباشند که در بسیاری از موارد میتوانند بهعنوان منشا عفونتهای بعدی عمل نمایند [58].
گسترش روزافزون سویههای استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به آنتیبیوتیکها نظیر وانکومایسین، یکی از معضلات بهداشتی است که باعث شده است مقدار آنتیبیوتیکهای مؤثر و در دسترس، جهت درمان این عفونتها کاهش یافته و جامعه پزشکی را در کنترل این بیماری با مشکل روبرو نماید [59].در ایران، فرانسه و تعدادی از کشورهای آمریکایی و آسیایی، مقاومت سویههایی از این باکتری به آنتیبیوتیک وانکومایسین گزارش شده است [64-60].
اخیرا با توجه به اثرات جانبی آنتیبیوتیکهای مصرفی و مقاومت تعدادی از سویههای باکتری، نظیر سویههای استافیلوکوکوس اورئوس در برابر آنها، به عملکرد ضد میکروبی عصارهها و ترکیبات طبیعی استخراج شده از گونههای مختلف گیاهی توجه زیادی شده است [65].
1-6-4 باسیلوسها
باسیلهای گرم مثبت اسپوردار شامل گونههای باسیلوس و کلستریدیوم میباشند. این باسیلها در همه جا پراکندهاند و از آن جایی که قادر به تشکیل اسپور هستند میتوانند در محیط برای سالیان متمادی باقی بمانند. جنس باسیلوسها شامل اشکال میلهای شکل گرم مثبت هوازی بزرگی میباشد که بهصورت زنجیرهای به دنبال همدیگر قرار میگیرند. بیشتر اعضای این جنس، ارگانیسمهای ساپروفیت میباشند که در خاک و آب و هوا و بر روی نباتات شیوع گستردهای دارند که برای نمونه میتوان از باسیلوس سرئوس و باسیلوس سابتیلیس نام برد [57].
1-6-4-1 باسیلوس سرئوس
مسمومیت غذایی که به وسیله باسیلوس سرئوس عارض میگردد دو شکل مشخّص دارد، نوع استفراغآور که سمّ مربوط به آن در ظروف حاوی برنج بوده و نوع اسهالزا که سمّ مربوط به آن در ظروف حاوی گوشت و سس میباشند [57]. باسیلوس سرئوس چند نوع آنتروتوکسین تولید میکند که مسمومیت ناشی از آنها از مسمومیّت ناشی از یک آلودگی غذایی بیشتر است. باسیلوس سرئوس همانند باسیلهای دیگر میتواند با عفونتهای کلینیکی فرصت طلب متعددی همراه شود و در اغلب موارد افتراق آلودگی سطحی با باسیلها از بیماری حقیقی که توسط این باسیلها به وجود میآیند، بسیار مشکل است [57].
1-6-5 سالمونلاها
باکتریهای گرم منفی سالمونلا تخمیرکننده لاکتوز نیستند اما متحرک و تولیدکننده گاز سولفید هیدروژن هستند. سالمونلاها هنگامی که از طریق دهان وارد شوند غالبا برای انسان و حیوانات بیماریزا میباشند. این باکتریها از حیوانات و فرآوردههای آنها به انسان منتقل شده و عفونت روده، عفونت منتشر و تب رودهای (حصبه) ایجاد میکنند. سالمونلاها از نظر اندازه متفاوتند. اکثر سالمونلاها بهجز سالمونلا پولوروم-گالیناروم به وسیله تاژکهای خود حرکت میکنند. سالمونلاها به بعضی از مواد شیمیایی مانند (سبز برلیان، تتراتیونات سدیم و دئوکسی کولات سدیم) که بقیه باکتریهای رودهای را مهار میکنند، مقاوم میباشند [57].
1-6-5-1 سالمونلا انتریتیدیس
اسهال سالمونلا، شایعترین نوع عفونت سالمونلا است و میتواند توسط هر یک از 1500 سروتیپ، ایجاد شود. علائم شامل حالت تهوع، درد شکمی، اسهال به صورت آبکی و به طور ناشایعتر حاوی موکوز و رگه خونی است. این اسهال توسط کلرایی ایجاد میشود که هنوز شناخته نشده است: توکسین (اسهال آبکی) و گاهی توسط التهاب ایلیال (اسهال موکوسی). درمان تنها شامل جایگزینی مایعات و الکترولیتها است، زیرا آنتیبیوتیکها دوره بیماری را کاهش نمیدهند و باعث افزایش ریزش باکتریها به مدفوع میشود.
1-6-6 اشرشیا کلی
اشرشیا کلی که به ای کلای یا کلای باسیلوس معروف است، یک باکتری گرم منفی از خانواده انتروباکتریاسه که در سال 1855 توسط تئودور اشریش کشف شد. این باکتری بیهوازی اختیاری و بدون اسپور و متحرک میباشد. کلای باسیل قادر به تخمیر گلوگز و تولید گاز است. اشرشیا کلی معمولا جزء فلور نرمال روده میباشد و در روده بزرگ انسان به فراوانی یافت میشود. این باکتری نخستین جانداری است که با روشهای مهندسی ژنتیک مورد دستورزی ژن قرار گرفت. لازم به ذکر میباشد که برخی از سویههای اشرشیا کلی با به دست آوردن عوامل ویرولانس از طریق عوامل ژنتیکی قابل انتقال مانند پلاسمیدها، ترانسپوزنها، باکتریوفاژها و لوکوسهای پاتوژنیسیتی به صورت سویههای بیماریزا در میآیند. بر اساس ظهور علائم کلینیکی اشرشیا کلیهای پاتوژن به گروههای مختلف تقسیمبندی میشوند:
اشرشیا کلیهای اسهالزا
اشرشیا کلیهای پاتوژن مجاری ادراری
مننژیت و سپتیسمی
1-7 بررسی آنتیبیوتیکهای مورد استفاده
1-7-1 تاریخچه آنتیبیوتیک
آنتیبیوتیک ماده شیمیایی است که توسط گونههای مختلف میکروارگانیسمها تولید شده و با غلظت کم، میتواند موجب ممانعت از رشد سایر اجرام شود. اصطلاح آنتیبیوز اولین بار در سال 1889 به وسیله ویلمین برای توجیه ماهیّت رقابتی جوامع بیولوژیک که در آن فقط قویترین و اصلحترین، زنده میماند به کار برده شد و چند سال بعد این اصطلاح برای آنتاگونیسم میکروارگانیسمها نیز مورد استفاده قرار گرفت. کشف اولین ماده آنتیبیوتیک به سال 1928 توسط الکساندر فلمینگ صورت گرفت. او به طور اتفاقی متوجه اثر ضد باکتریایی ماده مترشحه توسط قارچ پنیسیلیوم نوتاتوم شد. هاوارد فلوری این ماده را تخلیص کرد و با تجویز آن موفق به درمان عفونتها به روش سیستمیک شد. پس از این یافته، دانشمندان مواد طبیعی دیگری را هم به عنوان آنتیبیوتیک شامل تتراسایکلین، استرپتومایسین و سفالوسپورین به دست آوردند. پس از شناسایی ساختار این مواد توسط شیمیدانها، با ایجاد تغییرات در آنها انواع صناعی آنتیبیوتیکها تولید شدند [55].
1-7-2 پنیسیلین
هسته اصلی پنیسیلین 6-آمینوپنیسیلانیک اسید، یک دیپپتید است که در آن یک مولکول والین و یک مولکول سیستئین به حالت چرخشی به هم متصل شده و یک حلقه بتا-لاکتام را تشکیل میدهند، این حلقه به یک حلقه تیازولیدین جوش میخورد. به حلقه بتا-لاکتام، یک زنجیره جانبی با اتصال آمیدی ارتباط مییابد. این مجموع، ساختمان اساسی کلیه پنیسیلینهاست که تفاوت آنها در زنجیرهای جانبی آنهاست. در مورد پنیسیلینها تحقیقات گستردهای انجام گرفته و با تغییراتی که در مولکول پنیسیلین ایجاد کردهاند، تعداد زیادی مواد طبیعی یا نیمهسنتزی همریشه آن را پیدا کردهاند که برخی از آنها کاربرد زیادی دارند. مقاومت در برابر آنتیبیوتیکهای بتا-لاکتام ممکن است از نظر بیوشیمیایی از راههای زیر انجام گیرد:
غیرفعالشدن دارو
تخریب جایگاه تأثیری
انسداد ورود دارو به داخل یاخته
مهمترین راه مقاومت در برابر پنیسیلین، غیرفعالشدن دارو به وسیله بتا- لاکتامازهاست [55].
1-7-3 جنتامایسین
این آنتیبیوتیک را آکتینومیست میکرومونوسپرا پورپورئا تولید میکند و بر ضد طیف وسیعی از باکتریهای گرم منفی از جمله، پزودومناس مؤثر است. این دارو همانند امیکاسین و توبرامیسین بر استافیلوکوکوس اورئوس تاثیر دارد. از جنتامایسین به همراه پنیسیلین در درمان عفونتهای آنتروکوکسی استفاده میکنند ولی کاربرد جنتامایسین در عفونتهای بیمارستانی به واسطه افزایش اجرام مقاوم، محدودیت یافته است [55]. جنتامایسین بر روی استرپتوککها و باکتریوییدها بیاثر میباشد [57].
1-7-4 تتراسایکلین
تتراسایکلینها آنتیبیوتیکهایی هستند که از استرپتومایسسهای مختلف استخراج شدهاند و از نظر شیمیایی و طیف اثر ضد میکروبی مشابه یکدیگر هستند و در واقع خود خانوادهای از آنتیبیوتیکهای وابسته به هم بوده و در هویت چند زنجیره جانبی خود متفاوت هستند. اثر باکتریواستاتیکی علیه بسیاری از باکتریهای گرم مثبت و منفی از قبیل گونههای بروسلا، ویبریونها، کورینه باکتریوم، باکتروئیدها و همچنین عفونتهای ناشی از کلامیدیا و میکوپلاسما دارند. با متصلشدن به S30 ریبوزوم از سنتز پروتئین جلوگیری میکنند که این اتصال سبب میشود که دیگر آمینوآسیل-t-RNA نتواند به جایگاه پذیرندگی ریبوزوم ارتباط یابد و در نتیجه، از سنتز پروتئین جلوگیری میشود [56].
1-7-5 اریترومایسین
اریترومایسین از استرپتومیسس اریترئوس منشا گرفته و فرمول آن C37H67NO13 است. این دارو بر علیه اکثر باکتریهای گرم مثبت، تعدادی از باکتریهای گرم منفی از قبیل نیسریا و هموفیلوس آنفلوآنزا، اسپیرکتها، برخی از ریکتزیها و مخصوصا میکوپلاسما پنومونیه و لژیونلا پنوموفیلا مؤثر است. در ضمن این آنتیبیوتیک، تکیاختهای انگلی آنتامبا را از بین میبرد. ژن مقاومت باکتریایی در برابر اریترومایسین ممکن است کروموزومی و یا پلاسمیدی باشد. مقاوت پلاسمیدی که به سایر باکتریها قابل انتقال است، سبب کاهش تمایل ریبوزوم برای اریترومایسین میگردد. به نظر میرسد که در باکتریها، اریترومایسین از مرحله تبدیل جایگاه جلوگیری میکند. در این مرحله، tRNA باردار که به جایگاه دهندگی (P) ریبوزوم متصل است باید پس از برقراری پلیپپتیدی، از قرارگاه خود آزاد شود، اریترومایسین از این واکنش جلوگیری میکند [55].
1-7-6 تریمتوپریم و سولفامتوکسازول
تریمتوپریم مهمترین عامل ضد اسیدفولیک است، این دارو مخصوصا به دیهیدروفولات ردوکتاز باکتریها متصل میشود و از فعالیت آن ممانعت مینماید. دیهیدروفولات ردوکتاز، دیهیدروفولات را به تتراهیدروفولات احیاء میکند. وقتی تریمتوپریم از فعالیت آنزیم فوق جلوگیری کند، تتراهیدروفولات ساخته نخواهد شد و در نتیجه سنتز پورینها، پیریمیدینها (مخصوصا تیمین) و N-فورمیلمتیونیل-Trna مختل میشود و این مجموع سبب قطع رشد و سرانجام مرگ باکتریها خواهد شد. در حال حاضر، مقاومت در برابر تریمتوپریم چندان زیاد نیست و بیشتر مربوط به پلاسمید است. واکنشهای جانبی تریمتوپریم مشابه سولفامتوکسازول است [55].
1-7-7 استرپتومایسین
استرپتومایسین، یکی از آنتیبیوتیکهای آمینوگلیکوزیدی است که اثر باکتریکشی روی تعداد زیادی از ارگانیسمهای گرم مثبت و منفی از خود نشان میدهد. این آنتیبیوتیک در سال 1944 از استرپتومایسس به دست آمد. در نتیجه قلیاییبودن زیاد گروههای گوانیدنو، استرپتومایسس تعداد گوناگونی از اثرات غیر اختصاصی را مانند خارج شدن پتاسیم از سلول یا در مقیاس بزرگتر، اگلوتیناسیون واقعی باکتریها، را ایجاد میکند. به هر حال اثر باکتریکشی (باکتریوسیدال) اختصاصی آن، به علت قدرت پیوند اختصاصی آن با یکی از پروتئینهای زیر واحد S30 است. این اتصال دو اثر عمده در سنتز پروتئین دارد:
باعث اشتباه قرائت پلینوکلئوتیدهای پیامبر (m-RNA) میشود.
از حرکت ریبوزوم جلوگیری میکند که به دنبال آن بایستی به اسیدآمینه اولین متصل گردد تا پروتئین را بسازد.
نتیجه این میشود که m-RNA تنها به یک ریبوزوم در محل شروع متصل شده و ریبوزوم نمیتواند حرکت کند [56].
1-8 بررسی فیتوشیمیایی گیاهان مورد استفاده
فیتوشیمی علمی است که به بررسی ترکیبات آلی که توسط گیاهان تولید و در آنها ذخیره میشود، میپردازد یا بهعبارت دیگر علمی که به ساختار و وضعیت مواد مؤثر گیاهان دارویی، تغییرات و سیستم تبدیل آنها در طول زندگی گیاه و سپس در طول مدت انبار شدن و تهیه داروهای گیاهی میپردازد [66].
مواد مؤثره گیاهان دارویی دو نوع هستند:
مواد حاصل از متابولیسم اولیه یا مواد مورد نیاز و حیاتی که در همه گیاهان سبز با عمل فتوسنتز بهوجود میآید.
مواد حاصل از متابولیسم ثانویه که در اثر جذب ازت توسط گیاه تولید میشود. این تولیدها ظاهرا برای گیاه بدون فایده هستند ولی برعکس اثرات درمانی آنها قابل توجه است. منظور از این ترکیبات اسانسهای روغنی، رزینها و آلکالوئیدهای مختلف است.
1-8-1 آلکالوئیدها
برای نخستین بار یک محقق آلمانی از آلکالوئیدها به عنوان ترکیبات نیتروژندار ناجورحلقه که خاصیت قلیایی دارند و در محیط اسیدی تولید نمک مینمایند، نام برده است. آلکالوئیدها در انسان واکنشهای فیزیولوژیکی قوی همراه با اثرات مخصوص ایجاد میکنند که روی سیستم عصبی اثر میگذارند. آلکالوئیدها بسیار متنوع میباشند، به طوری که تعداد آلکالوئیدهای شناخته شده موجود در گیاهان بر چند هزار بالغ میگردد. اولین آلکالوئیدها در بین سالهای 1816-1803 از پیکر گیاهان جدا گشت. در سالهای اخیر نیز بعضی آلکالوئیدهای جدید مورد شناسایی قرار گرفتهاند. آلکالوئیدها را بر حسب خصوصیات بیوشیمیایی و شیمیایی در سه گروه قرار میدهند:
آلکالوئیدهای حقیقی: که منشا آنها اسیدهای آمینه و ترکیبهای شیمیایی هتروسیکلیک نیتروژندار میباشند.
پروتوآلکالوئیدها: این دسته از آلکالوئیدها از اسیدهای آمینه ساخته شده و محتوی ترکیبات شیمیایی نیتروژندار خطی (غیر حلقوی) میباشند.
آلکالوئیدهای کاذب: این دسته از آلکالوئیدها از اسیدهای آمینه تشکیل نشدهاند ولی در ساختمان آنها نیتروژن وجود دارد [67].
اولین مثالی که از آلکالوئیدهای مفید پزشکی میتوان نام برد مرفین است که در سال 1805 از گیاه Papaver somniferum استخراج شد. هروئین و کدئین نیز هر دو مشتقاتی از مورفیناند. بربرین یکی از نمایندگان مهم گروه آلکالوئیدهاست که علیه تریپانوزوم و پلاسمودیوم مؤثر است. مکانیسم عمل آنها در مهار میکروب از طریق قرار گرفتن بین جفت بازهای DNA است [68].
1-8-2 آنتوسیانینها
آنتوسیانینها از نظر شیمیایی متعلق به فنلها میباشند. آنتوسیانین بانی رنگی بودن و قرمز بودن تعدادی از گلها میباشند. از آن جایی که آنتوسیانینها در شیره سلولهای گیاهی محلول و در مواد مختلف به سادگی قابل حل نیستند از این رو خارج ساختن آنها از پیکر سلول مشکل است و این، یکی از دلایل انجام نشدن مطالعات کافی در مورد تاثیر آن میباشد [15]. آنتوسیانینها از دیگر ترکیبات فنلی مشتق شده از مسیر بیوسنتز فلاونوئیدها میباشد که در آخرین نقطه مسیر بیوسنتزی فلاونوئیدها ساخته میشود و در جاروبکردن گونههای فعال اکسیژن در تنشها نقش دارد و آنتوسیانین با کلاتکردن یونهای آهن از تولید رادیکالها ممانعت میکند. همچنین در جذب حشرات و جلوگیری از نفوذ اشعه UV به درون سلول نقش اساسی بازی میکند. آنتوسیانین همچنین دارای خواص دارویی بوده و خواص آنتیاکسیدانی، ضد التهابی در آنها به اثبات رسیده است [69].
1-8-3 تاننها
تاننها به ترکیبات متفاوتی اطلاق میشود که عموما سخت و گس و قابضاند و توانایی پیوستگی به پروتئینها را دارند و سبب رسوب آنها میگردند و به لحاظ داشتن این خاصیت قرنهاست که جهت تبدیل پوست حیوانات به چرم در دباغی مورد استفاده قرار میگیرند. تاننها با وزن مولکولی بسیار کم به چند دسته کلی تقسیم میشوند: تاننهای هیدرولیز شونده، تاننهای متراکم و تاننهای کاذب. این مواد به طور کلی از فرآوردههای ثانویه بازمانده از چرخههای متابولیکی گیاهان محسوب میشوند. از خاصیت سختی و قابضبودن تاننها میتوان به عنوان ضد اسهالهای معمولی، اسهالهای خونی مزمن، التیام زخمها و عفونتهای مربوط به گلو و نای (لولههای گوارشی و تنفسی) استفاده نمود [67].
1-8-4 ساپونینها
ساپونینها گلیکوزیدهایی با وزن مولکولی زیاد هستند. این مواد به صورت محلول در آب کف میکنند از این رو ساپونینها خاصیت پاککنندگی دارند (ساپونین از کلمه لاتین ساپو به معنای صابون گرفته شده است). ساپونینها وقتی وارد گردش خون میشوند سبب همولیز گلبولهای قرمز خون میگردند، از این رو بهتر است مصرف آنها به عنوان یک مادّه نسبتا سمّی تحت نظر قرار گیرد. ساپونینهای استروئیدی که در برخی از گیاهان تیره سوسن، آماریلیس و تیرههای دیگر وجود دارد نقش عمدهای را در صنایع جدید دارویی مخصوصا در ارتباط با ساخت و عرضه گلیکوزیدهای قلبی موجود در برخی گیاهان ایفا نمایند [70].
1-8-5 فنلها
در میان ترکیبات آنتیاکسیدان گیاهی، ترکیبات فنولی توزیع گستردهاي در بسیاري گیاهان دارند. این ترکیبات، گروه متنوعی از متابولیتهاي ثانویه هستند که در تمامی مراحل رشد گیاه و همچنین در پاسخ به شرایط تنشزا از جمله بروز بیماري، آسیب به بافت، حمله آفات، کمآبی و یا تابش اشعه فرابنفش در گیاه تشکیل می شوند [71]. پژوهشها نشان دادهاند که فعالیت آنتیاکسیدانی و همچنین اثرات درمانی گیاهان به طور عمده ناشی از حضور این ترکیبات میباشد [72].
ترکیبات فنولی قادرند از طریق مهار رادیکالهاي آزاد، احیاي یونهاي فلزي، غیرفعالکردن اکسیژن یگانه و سهگانه و یا تشکیل کمپلکس با یونهاي فلزي واکنشهاي اکسیداسیون ترکیبات لیپیدي را مهار کنند [73].
در کنار فعالیت آنتیاکسیدانی، اثرات ضد میکروبی قابل توجهی از این ترکیبات گزارش شده است. ویژگیهاي ضد میکروبی ترکیبات فنولی به واسطه توانایی آنها در تغییر نفوذپذیري غشاي سلولهاي میکروبی و به دنبال آن خروج ترکیبات درون سلولی از جمله ریبوز و یا گلوتامات سدیم، تغییر در عملکرد غشاء جهت انتقال الکترون و یا دریافت مواد مغذي، اختلال در فعالیت سنتز پروتئینها و آنزیمهاي میکروبی میباشد [74]. از آن جا که تهیه ترکیبات فنولی به صورت خالص فرایند نسبتا دشواري است و عموما عصارههاي فنولی در مقایسه با فرم خالص یک نوع ترکیب فنولی فعالیت آنتیاکسیدانی بالاتري دارند، استخراج عصارههاي گیاهی و استفاده از آنها به عنوان ترکیبات آنتیاکسیدانی رواج یافته است [75].
1-8-6 فعالیت آنتیاکسیدانی
ROS شامل همه مولکولهای بسیار واکنشپذیر حاوی اکسیژن، مانند رادیکالهای هیدروکسیل، پراکسید هیدروژن، رادیکال آنیون سوپراکسید، رادیکال اکسید نیتریک، رادیکال هیپوکلریت و پراکسید چربیهای مختلف میباشند. این مولکولها میتوانند با لیپیدهای غشاء، اسیدهای نوکلئیک، پروتئینها، آنزیمها و دیگر مولکولهای کوچک واکنش داشته باشند. رادیکالهای آزاد در غلظت پائین و یا متوسط اثرات مفیدی بر روی پاسخها و عملکرد سیستم ایمنی بدن دارد. به عنوان مثال در زمینه انتقال سیگنالها، بیان ژن و تنظیم فعالیت گوانیلات سیکلاز در سلولها نقش اساسی دارند. اما در سطوح بالا، میتواند منجر به اکسیداسیون کنترل نشده اسیدهای نوکلئیک، پروتئینها، کربوهیدراتها و لیپیدهای غشایی گردند که در نهایت منجر به آسیب ساختارهای سلولی و به هم خوردن متابولیسم میشوند [76، 77].
1-9 اهداف پژوهش
با توجه به این که از نیمه قرن گذشته، تحقیقات فارماکودینامیک زیادی روی گیاهان دارویی در بیشتر کشورهای جهان انجام گرفته و در پی آن داروهای گیاهی فراوانی تهیه و به بازار عرضه گردیده است، بنابراین مطالعه روی ترکیبات فلور ایران حائز اهمیت میباشد.
با توجه به مشکلات موجود در کاربرد داروهای سنتتیک از جمله دستیابی به داروهای جدید و همچنین عوارض جانبی داروهای موجود، توجه بسیاری از محققین علوم دارویی به استفاده از ترکیبات طبیعی معطوف گشته است که این امر با بررسی اثرات درمانی و شناسایی ترکیبات مؤثره موجود در آنها قابل حصول و دسترسی میباشد.
شناخت حدود 000/620 گونه گیاهی در جهان و وجود چندین ماده شیمیایی در هر گیاه، نشاندهنده وسعت مواد مؤثره طبیعی میباشد که شاید کمتر از 1% آنها شناسایی شدهاند. از مواد مؤثره گیاهان به عنوان داروهای ضد میکروبی، ضد قارچ، ضد درد و ضد التهاب استفاده میشود.
برای رسیدن به چنین اهدافی در این پایاننامه، اثرات ضدمیکروبی 5 عصاره گیاهی روی 4 سوش باکتریایی و آزمایشات فیتوشیمیایی آنها مورد بررسی قرار گرفته است.
انجام آزمایشات ضد میکروبی جهت تشخیص مواد آنتیبیوتیکی موجود در آنها
انجام آزمایشات فیتوشیمی جهت مشخص کردن موادّ مؤثره موجود در آنها
تعیین بهترین گیاه با ارزش و قابل توجه از بین گیاهان مورد بررسی و استفاده آن از نظر تولید ماده اولیه دارویی و بررسی آن جهت خودکفائی و استقلال صنایع دارویی کشور
از بین عصارههای گیاهی مورد بررسی، اثرات ضد میکروبی و شناسایی ماده مؤثره عصاره گیاه بادام کوهی، مورد بررسی کامل قرار نگرفته است که میتواند به عنوان دستاوردی نوین مورد اهمیت قرار گیرد. ما احتمال میدهیم اثر مهارکنندگی عصارههای مورد بررسی به دلیل تولید متابولیتهای ثانویه و ترکیبات آنتیاکسیدانی در آنها باشد.
فصل دوم
مواد و روشها
2-1 مواد اولیه و تجهیزات مورد نیاز
سویههای استاندارد:
اشرشیا کلی، سالمونلا انتریتیدیس به عنوان باکتریهای گرم منفی و استافیلوکوکوس اورئوس، باسیلوس سرئوس به عنوان باکتریهای گرم مثبت به صورت لیوفیلیزه از شرکت انستیتو پاستور ایران خریداری شدند.
دیسکهای آنتیبیوتیک استاندارد:
پنیسیلین، جنتامایسین، تتراسایکلین، اریترومایسین، تریمتوپریم، سولفامتوکسازول و استرپتومایسین و دیسکهای بلانک از شرکت پادتن طب خریداری شد.
کلیه مواد شیمیایی و حلالهای مورد استفاده در این پژوهش:
دی متیل سولفوکساید، متانول، مولر هینتون آگار، مولر هینتون براث، نوترینت براث، نوترینت آگار، نیتروبلو تترازولیوم کلراید از شرکت مرک و اسیدآسکوربیک، فریک کلراید، تری کلرو استیکاسید، پتاسیم فریسیانید، بافر فسفات، دیفنیل پیکریل هیدرازیل، اسیدگالیک، کربنات سدیم، یدید پتاسیم، فولین-سیوکالتیو، ید، سود، فنیل فتالئین، روی، اسید کلریدریک، آمونیاک، سدیم کلراید، کلروفریک، اتیلاتر با درجه خلوص بالا تهیه شد.
دستگاههای مورد استفاده در این پژوهش:
اسپکتروفتومتر، انکوباتور، آسیاب برقی، روتاری، شیکر، هود لامینارفلو، ورتکس، یخچال، اتوکلاو، ترازو دیجیتال آزمایشگاهی، ترازو دیجیتال با دقت 0001/0 گرم، سانتریفیوژ، بنماری، آون و PH متر بود.
2-2 تهیه گیاهان مورد بررسی و تعیین نام علمی آنها
گیاهان مورد مطالعه در این پژوهش: بادام کوهی (Amygdalus scoparia)، بومادران (Achillea millefolium)، کلپوره (Teucrium polium)، گلپر (Heracleum persicum) و مریمگلی (Salvia officinalis).
تعیین نام علمی: این مرحله بسیار حساس بوده و لزوما باید توسط شخص مجرب و متخصص صورت گیرد. جهت تعیین نام علمی نیاز به وجود یک یا چند نمونه از گیاه می باشد. گیاه شناس ابتدا به تشخیص راسته، تیره و سپس جنس گیاه پرداخته که در صورت وجود نمونه کامل و مناسب تا این مرحله شناسایی سریعا انجام می گیرد. تعیین گونه و احیانا واریته دقت زیادی را می طلبد و به کمک کتب مرجع، مقایسه با دیگر نمونه های هرباریومی و بررسی میکروسکوپی و غیره صورت می گیرد. پس از شناسایی نام علمی توسط متخصصین گیاهشناس، نمونهها به آزمایشگاه فیزیولوژی برای آزمایشهای میکروبی منتقل شد.
آسیاب کردن: بخشهای مورد استفاده خشکشده این گیاهان جهت تهیه عصاره، به وسیله آسیاب برقی خرد شده و با استفاده از الک به صورت پودر درآمدند تا سطح تماس بیشتری با حلال داشته باشند.
2-3 استخراج عصاره متانولی
پودر 100 گرم از بخشهای مختلف رویشی و زایشی گیاهان مورد بررسی، در 500 میلیلیتر متانول 80% به مدّت 48 ساعت روی دستگاه شیکر (مخلوط را یکنواخت میگرداند) در دمای 40-37 درجه سانتیگراد با دور 270 در دقیقه به روش ماسراسیون، عصارهگیری شدند. دلیل استفاده از خیساندن، عدم آسیب مواد موجود در عصاره تهیه شده از گیاهان بوده است [78]. در طول این فرآیند سعی شد تا با همزدن، عصاره یکنواختی حاصل شود [79]. عصاره حاصل با کاغذ واتمن 4/0 میکرونی صاف گردید. بقایای گیاهی مجددا با متانول به مدت 24 ساعت دیگر با همان شرایط قبلی تحت عملیات استخراج قرار گرفت و محلول صاف شده به عصاره اولیه اضافه شد. عصاره متانولی تحت شرایط خلاء در دمای 50 درجه سانتیگراد با دور 8 در دقیقه توسط دستگاه روتاری تغلیظ و در پتری دیشهای استریل ریخته و در دمای 50 درجه سانتیگراد آون خشک گردید [80]. عصارهها پس از سپریشدن 4 روز به صورت خشک با نسبت وزنی متفاوت از گیاهان مختلف تهیه شدند.
2-4 روش تهیه محیطهای کشت
محیط کشت جامد مولر هینتون آگار:(6.8 g/ 200 ml) 34 g/ l
محیط کشت مایع مولر هینتون براث: (2.1 g/ 100 ml) 21 g/ l
محیط کشت نوترینت آگار: 52 g/ l
محیط کشت نوترینت براث: 37 g/ l
مقدار معینی از محیط کشت را با آب مقطر استریل به حجم رسانیده و پس از سترونکردن با اتوکلاو در دمای 121 درجه سانتیگراد جهت ادامه کار مورد استفاده قرار میدهیم.
2-5 استریلیزاسیون محیطهای کشت میکروبی، ظروف و مواد مصرفی
تمامی وسایل و مواد مورد نیازی که قبل از استفاده، نیاز به سترونشدن دارند از جمله: فالکن، میکروتیوب، لولههای آزمایش، سرسمپلر و محیطهای کشت جامد و مایع قبل از تلقیح باکتری به مدت 15 دقیقه در دمای 121 درجه سانتیگراد اتوکلاو شدند. محلولهای ذخیره نمکهای فلزات و حلالهای آلی به این دلیل که سترونسازی از طریق اتوکلاو میتواند منجر به تغییر ساختار نمک و یا تبخیر حلال شود، به وسیله فیلتر 2/0 میکرونی استریل شدند.
2-6 احیاء باکتری
قبل از هر آزمون میکروبی، زیر هود لامینارفلو قسمتهای سطحی هود با پنبه آغشته به الکل 70% استریل و به مدت 20 دقیقه تحت اشعه UV قرار گرفت. آمپول لیوفیلیزه حاوی میکروارگانیسمهای مورد مطالعه را در شرایط استریل شکسته و با حدود 2-1 میلیلیتر محیط کشت نوترینت براث به صورت سوسپانسیون درآمد. چند قطره از این سوسپانسیون توسط سرنگ استریل به محیط کشت جامد نوترینت آگار منتقل گردید تا بعد از رشد 24-18 ساعته در گرمخانه دما به عنوان کشت ذخیره از آن استفاده گردد.
2-7 تهیه کشت تازه (در فاز لگاریتمی) از میکروارگانیسمها
هر یک از سویههای باکتریایی یک روز قبل از انجام آزمون میکروبی بر روی محیط کشت مولر هینتون آگار ذکر شده، کشت سطحی داده شدند تا میکروارگانیسمها پس از یک شب انکوباسیون در هنگام تهیه سوسپانسیون میکروبی در فاز لگاریتمی قرار داشته باشند.
2-8 تهیه استاندارد نیم مکفارلند
5/0 میلیلیتر از کلرید باریم 175/1% با 5/9 میلیلیتر اسید سولفوریک 1% را داخل لوله آزمایش استریل دربدار اضافه و توسط دستگاه ورتکس هم زده شد. تعداد تقریبی باکتریها 1500 میلیون در میلیلیتر است. این محیط به مدت 6 ماه در تاریکی و در ظروف درببسته میتواند مورد استفاده قرار گیرد اما با این اوصاف، اگر در هر زمان رسوبی در لوله مشاهده شد، محیط غیر قابل استفاده خواهد بود.
2-9 تهیه سوسپانسیون میکروبی
به وسیله لوپ از کلنی هرکدام از باکتریها برداشته و در یک لوله آزمایش استریل حاوی 9 میلیلیتر سرم فیزیولوژی استریل (یا محلول نمکی NaCl 8.5 g/ l) کاملا مخلوط کرده به طوری که سوسپانسیون کاملا یکنواختی از باکتری مورد آزمایش بهدست آید. سپس جذب نوری این سوسپانسیون در طول موج 625 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر، در مقابل بلانک خوانده میشود تا کدورتی معادل استاندارد 5/0 مک فارلند 108 ×5/1 داشته باشد.
2-10 آزمونهای میکروبی
2-10-1 تست دیسک دیفیوژن
حساسیت میکروارگانیسمهای بیمارستانی به عصارهها با استفاده از روش نفوذ انتشاری بررسی گردید. جهت انجام این آزمایش، مقدار مشخصی از عصارههای خشک گیاهی در حلال DMSO استریل شده، حل و سپس غلظتهای 1000، 750، 500، 250 و 125 میلیگرم بر میلیلیتر تهیه شدند. در روش کیفی نفوذ انتشاری از روش بائر کربی استفاده شد [81]. 100 میکرولیتر سوسپانسیون باکتریایی روی سطح محیط کشت مولر هینتون آگار چکانده شد و با یک سوآپ کتان استریل روی محیط گسترش یافت. دیسکهای خام استریل به قطر 6 میلیمتر توسط پنس استریل روی سطح محیط کشت در زیر دستگاه لامینارفلو به فاصله معین از یکدیگر و از لبه پلیت قرار داده شد و 20 میکرولیتر از محلول عصارهها با غلظتهای مشخص روی دیسکها چکانده شد. در این آزمایش دیسک حاوی آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه به عنوان شاهد مثبت و دیسکهای حاوی DMSO به عنوان شاهد منفی استفاده شد. پلیتها به مدت 24 ساعت در دمای 37 درجه سانتیگراد انکوبه شدند [82]. از آن جایی که عصارهها دارای رنگ بودند، با توجه به انتشار رنگ در محیط توانستیم انتشار عصاره را نیز ردیابی کنیم. اندازهگیری قطر هاله عدم رشد زیر نظر کارشناس متخصص آزمایشگاه و در شرایط آسپتیک با استفاده از خطکش ثبت شد.

شکل 2-1: اندازهگیری قطر هاله عدم رشد با خطکش میلیمتری
برای حصول اطمینان، این آزمایش برای هر سویه باکتری سه بار تکرار گردید و میانگین قطر هاله عدم رشد به عنوان قطر نهایی ثبت شد. قطر هاله عدم رشد کمتر از 7 به عنوان مقاوم، 9-7 نسبتا مقاوم، 12-10 نسبتا حسّاس و بیشتر از 12 میلیمتر به عنوان حسّاس در نظر گرفته شد شکل (2-1) [83].
2-10-2 تست آنتیبیوگرام
به دلیل عدم وجود یک استاندارد خاص در مورد میزان استفاده از عصاره گیاهی از دیسکهای آنتیبیوتیکی به عنوان یک استاندارد و شاهد استفاده شد. جهت بررسی حساسیت سویهها به آنتیبیوتیکهای استاندارد مورد مطالعه، 100 میکرولیتر از سوسپانسیون تهیه شده را به روش سطحی روی محیط کشت مولر هینتون آگار کشت داده و سپس دیسکهای آنتیبیوتیک را در فاصلههای معین روی محیط قرار داده و پلیتها به مدت 24 ساعت جهت بررسی هاله عدم رشد در شرایط میکروآئروفیلیک گرمخانهگذاری شدند [87-84]. با اندازهگیری قطر هاله عدم رشد به سادگی میتوان حساسیت باکتریها نسبت به آنتیبیوتیک را تعیین نمود. تست آنتیبیوگرام با مقاوم، نیمهحساس و حساس گزارش میشود.
2-10-3 تعیین حداقل غلظت بازدارندگیو حداقل غلظت کشندگی
جهت انجام آزمایشهای کمی برای حداقل غلظت بازدارندگی از رشد میکروارگانیسم [88] و حداقل غلظت کشندگی میکروارگانیسم [89] از روش رقت لولهای استفاده شد.
MIC: غلظتی از یک عصاره است که میتواند از رشد باکتری در شرایط آزمایشگاهی جلوگیری کند.
MBC: کمترین غلظتی از عصاره که میتواند سبب نابودی بیشترین تعداد باکتری (9/99%) شود.
2-10-3-1 تعیین MIC عصاره
برای تعیین MIC با روش رقت لولهای از یک سری لولههای آزمایش 10 تایی استفاده شد. 7 لوله برای غلظتهای مختلف هر عصاره گیاهی و یک لوله به عنوان کنترل مثبت (حاوی سوسپانسیون میکروبی و DMSO فاقد عصاره)، یک لوله به عنوان کنترل مثبت مثبت (حاوی سوسپانسیون میکروبی فاقد عصاره) و یک لوله به عنوان کنترل منفی (دارای محیط کشت و عصاره بدون سوسپانسیون میکروبی) در نظر گرفته شد.
به هر کدام از لولهها cc1 محیط کشت مولر هینتون براث اضافه و به لوله اول cc1 عصاره استوک با غلظت 1000 میلیگرم بر میلیلیتر اضافه گردید. پس از مخلوط کردن، cc1 از لوله اول به لوله دوم و سپس cc1 از لوله دوم به لوله سوم، بههمین ترتیب تا لوله هشتم انجام شد و سرانجام cc1 از آن به بیرون ریخته شد. به تمامی لولهها 50 میکرولیتر از هر سوسپانسیون میکروبی اضافه گردید [90، 91]. به این ترتیب غلظت عصاره در لولههای 1 تا 8: 500، 250، 125، 5/62، 25/31، 62/15، 8/7 و 9/3 میلیگرم بر میلیلیتر بود. تمامی لولهها به مدّت 24 ساعت در انکوباتور 37 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. پس از گذشت مدت زمان لازم پلیتها از گرمخانه خارج و جهت تعیین MIC مورد بررسی قرار میگیرند.
برای تعیین MIC عصارهها از محلول 5 میلیگرم بر میلیلیتر نیتروبلو تترازولیوم کلراید، مقدار 50 میکرولیتر در تمام لولههای آزمایش ریخته و مجددا به مدت 3 ساعت در گرمخانه انکوبه میشوند. یک غلظت بالاتر از آخرین غلظتی که رنگ بنفش تترازولیوم را به خود گرفته، به عنوان MIC عصاره برای میکروب مورد نظر، در نظر گرفته میشود [92].
2-10-3-2 تعیین MBC عصاره
به منظور تعیین MBC عصاره از هر کدام از لولههای آزمایش که رنگ بنفش نگرفتهاند 5 میکرولیتر بر روی محیط کشت مولر هینتون آگار انتقال داده میشود سپس پلیتها به مدت 24 ساعت در گرمخانه 37 درجه قرار داده میشوند. پس از گذشت زمان لازم پلیتها از گرمخانه خارج و نتایج آن بررسی میشود. غلظتی که در آن رشدی دیده نشود، به عنوان MBC عصاره برای میکروب مورد نظر گرفته میشود [93].
2-11 بررسی خواص فیتوشیمیایی اولیه
برای انجام این آزمایشات غلظتهای 500، 250، 125، 5/62، 25/31، 6/15 و 8/7 میلیگرم برمیلیلیتر از عصاره خشک گیاهان مورد مطالعه به منظور بررسی وجود آلکالوئید، تانن، ساپونین و آنتوسیانین به شرح ذیل به کار گرفته شد.
2-11-1 آلکالوئید
250 میلیلیتر از غلظتهای مختلف عصاره گیاهان تهیه و 5 میلیلیتر اسید کلریدریک 1% به آنها اضافه و به مدت 5 دقیقه جوشانده و سپس حجم به میزان اولیه رسانده شد و محلول اسیدی حاصل با کاغذ صافی، صاف گردید. محلول حاصل توسط مقدار مناسب آمونیاک 10% قلیایی و با اتیل اتر استخراج گردید. محلول اتری تا حد خشک تبخیر و به آن 5 میلیلیتر اسیدکلریدریک 1% افزوده شد. سپس محلول اسیدی حاصل به 3 قسمت تقسیم گردید. 1 قسمت به عنوان شاهد در نظر گرفته شد و به 2 قسمت دیگر معرف بوشاردا و مایر اضافه گردید. تشکیل رسوب سفید مایل به زرد با افزایش معرف مایر و تشکیل رسوب قهوهای رنگ با افزودن معرف بوشاردا نشان دهنده آلکالوئید است [94، 95].
2-11-1-1- معرف مایر
20 گرم سود را داخل 200 سیسی آب مقطر حل کرده و 1 گرم فنیل فتالئین به آن اضافه میکنیم تا یک محلول ارغوانی به دست آید. سپس 20 گرم پودر روی را به آن میافزائیم و هم میزنیم تا کاملا حل شود. بعد محتویات را حرارت میدهیم. برای اینکه آب آن تبخیر نشود، یک بشر را وارونه روی ظرف حاوی محلول میگذاریم تا بخار به داخل ظرف برگردد. محلول را تا زمانی حرارت میدهیم که رنگ ارغوانی از بین برود و مایع شفاف شود. این محلول را پس از سرد شدن میتوان در شیشۀ قهوهای رنگ داخل یخچال نگهداری میکنیم و همچنین به عنوان نگهدارنده میتوان مقداری پودر روی، داخل شیشه بریزیم.
2-11-1-2 معرف بوشاردا
برای درستکردن این معرف، دو گرم یدید پتاسیم را با دو گرم ید مخلوط کرده و با آب مقطر به حجم 100 میلیلیتر رسانده شد.
2-11-2 آنتوسیانین
250 میلیلیتر از غلظتهای مختلف عصاره گیاهان تهیه و به هر کدام 10 میلی لیتر آب مقطر اضافه و محلول حاصل را به وسیله اسیدکلریدریک 1 % اسیدی شد. حضور رنگ قرمز در PH 3-4 و تغییر رنگ با تغییرات PH نشان دهنده وجود آنتوسیانین میباشد [96].
2-11-3 تانن
250 میلیلیتر ازغلظتهای مختلف عصاره گیاهان تهیه و به هر کدام 10 میلیلیتر آب مقطر و 4-3 میلیلیتر سدیم کلراید 10 % افزوده شد. دو قطره کلروفریک 5% در یک لوله آزمایش به 5 میلیلیتر آب مقطر افزوده شد. سپس چند قطره از محلول عصارهها به لوله آزمایش اضافه گردید. ایجاد رنگ سبز متمایل به آبی نشان دهنده وجود تانن است [96].
2-11-4 ساپونین
500 میلیلیتر از غلظتهای مختلف عصاره گیاهان را تهیه و به هر کدام 10 میلیلیتر آب مقطر اضافه و به مدت 30 ثانیه به شدت تکان داده شد. ثابت ماندن کف به مدت نیم ساعت نشاندهنده حضور ساپونین است [96].
2-11-5 اندازهگیری میزان فنل عصارههای گیاهی
اندازه گیری میزان ترکیبات فنولی با استفاده از معرف فولین- سیوکالتیو 1 اندازه گیری شد. به نیم میلیلیتر از غلظتهای 500، 250، 125، 5/62، 25/31، 6/15 میلیگرم برمیلیلیتر واکنشگر فولین سیوکالتیو 2/0 نرمال اضافه شده، پس از 5 دقیقه، دو میلیلیتر از محلول 75 گرم بر لیتر کربنات سدیم به آن اضافه شد. جذب مخلوط 2 ساعت بعد در طول موج 760 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در مقابل بلانک قرائت شد [97]. اسیدگالیک به عنوان استاندارد برای رسم منحنی کالیبراسیون به کار رفت. میزان تام فنولیک بر اساس میزان معادل «میلیگرم اسیدگالیک در گرم عصاره» گزارش گردید. آزمایشات 3 بار تکرار و میانگین آنها گزارش شد.
2-11-5-1 رسم منحنی استاندارد اسیدگالیک
دراین آزمایش اسید گالیک با غلظتهای 500، 250، 125، 5/62، 25/31، 6/15 و 8/7 میلیگرم برمیلیلیتر تهیه، و به عنوان استاندارد استفاده شد. کلیه مراحل بر روی آنها همانند نمونههای مجهول انجام شد و درصد جذب هر نمونه در طول موج 760 نانومتر با استفاده از اسپکتروفتومتر خوانده شد. منحنی جذب بر حسب غلظت رسم گردید.
Y= 0.0746X + 0.0819
Y- جذب خوانده شده از نمونه
X- غلظت عصاره
2-11-6 بررسی فعالیت آنتیاکسیدانی
به منظور ارزیابی فعالیت آنتیاکسیدانی عصارهها از دو روش به داماندازی رادیکال دیفنیل پیکریل هیدرازیل (DPPH) و قدرت احیاکنندگی، استفاده شد.
2-11-6-1 توانایی به داماندازی DPPH
رادیکال پایدار دی فنیل پیکریل هیدرازیل برای تعیین فعالیت به داماندازی رادیکال آزاد به کار رفت. به یک میلیلیتر از غلظتهای 500، 250، 125، 5/62، 25/31، 6/15 و 8/7 میلیگرم بر میلیلیتر عصاره، یک میلیلیتر محلول 1/0 مولار DPPH اضافه شد و مخلوط حاصل را به خوبی تکان داده و به مدت 15 دقیقه در اتاق تاریک قرار داده شد، سپس جذب مخلوط توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در 517 نانومتر با بلانک متانول قرائت شد و اسیدآسکوربیک به عنوان استاندارد استفاده شد [98]. در نهایت درصد به دام اندازی رادیکال دی فنیل پیکریل هیدرازیل (DPPH) طبق فرمول زیر محاسبه شد:
AS-AB / AS I% =
AB- جذب بلانک و -AS جذب نمونه یا استاندارد
سپس برای مقایسه فعالیت عصارهها از پارامتر IC50 استفاده شد. IC50 غلظتی از عصاره است که 50% از رادیکالهای آزاد را مهار میکند.
2-11-6-2 تعیین قدرت احیاکنندگی
میزان قدرت احیاکنندگی عصارهها از طریق روش یِن و چِن ارزیابی شد. غلظتهای مختلف عصارههای گیاهی 500، 250، 125، 5/62، 25/31، 6/15 و 8/7 میلیگرم بر میلی لیتر تهیه شد و با 5/2 میلیلیتر بافر فسفات 2/0 مولار با 6/6 =PH و 5/2 میلیلیتر محلول 1% پتاسیم فریسیانید مخلوط شد و در دمای 50 درجه سانتیگراد به مدت 20 دقیقه نگهداری شد. سپس 5/2 میلیلیتر از محلول تری کلرو استیکاسید به نمونهها اضافه شد تا واکنش متوقف شود. نمونهها به مدت 10 دقیقه در دستگاه سانتریفیوژ قرار داده شدند و پس از اتمام این مرحله 5/2 میلیلیتر از قسمت بالای محلول با 5/2 میلیلیتر آب مقطر مخلوط شد و 5/0 میلیلیتر محلول 1/0 % فریککلراید به آن اضافه شد و بلافاصله جذب محلول در طول موج 700 نانومتر ثبت شد [99]. دراین آزمایش آسکوربیکاسید با غلظتهای 500، 250، 125، 5/62، 25/31، 6/15 و 8/7 میلیگرم برمیلیلیتر به عنوان استاندارد استفاده شد. کلیه مراحل بر روی آنها همانند نمونههای مجهول تکرار گردید. در این آزمایش بلانک شامل همه اجزاء به جز عصاره است و دستگاه با بلانک صفر میشود.
2-12 تجزیه و تحلیل آماری
تجزیه و تحلیل آماری به صورت فاکتوریل در یک طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد. آنالیز دادههای آماری به کمک نرمافزارSPSS نسخه 16 انجام شد. برای تعیین اختلاف میانگین دادهها از آزمون دانکن در سطح اطمینان 95% استفاده شد. دادهها به صورت میانگین ± خطای استاندارد ارائه شده است.
فصل سوم
نتایج
3-1 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصارهها
در این پژوهش در شرایط آزمایشگاهی فعالیت ضد میکروبی عصارههای متانولی بادام کوهی (Amygdalus scoparia)، بومادران (Achillea millefolium)، کلپوره (Teucrium polium)، گلپر (Heracleum persicum)، مریم گلی (Salvia officinallis) و عصاره متانولی ترکیبی (Amygdalus scoparia+Achillea millefolium) علیه 4 سوش باکتریایی، استافیلوکوکوس اورئوس و باسیلوس سرئوس به عنوان باکتریهای گرم مثبت و اشرشیا کلی و سالمونلا انتریتیدیس به عنوان باکتریهای گرم منفی مورد آزمون قرار گرفت. عصارههای متانولی مورد مطالعه با آنتیبیوتیکهای استاندارد انتخابی مقایسه و نتایج آماری حاصل از غربالگری فعالیت ضد میکروبی آنها، به صورت جدول و نمودار نشان داده شده است.
در پایان لازم است خاطر نشان شود که اثر ضد میکروبی عصاره متانولی ترکیبی حاوی عصاره گیاه بادام کوهی و عصاره گیاه بومادران به علت توانایی قدرت بالاتر در مهار رشد باکتریهای مورد بررسی، از دو تیره مختلف، مورد بررسی قرار گرفت.
3-1-1 نتایج ضد میکروبی حاصل از دیسک دیفیوژن
فعالیت ضد میکروبی عصارههای متانولی مورد مطالعه بر روی تعدادی از باکتریهای گرم مثبت و منفی به روش دیسک دیفیوژن یا انتشار در آگار در محدوده غلظتهای 1000، 750، 500، 250 و 125 میلیگرم بر میلیلیتر مورد بررسی قرار گرفت و نتایج آنالیزهای غربالگری به شرح ذیل میباشد.
3-1-1-1 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره بادام کوهی
قدرت ضد میکروبی غلظتهای مختلف عصاره متانولی بادام کوهی علیه سویههای مختلف مورد مطالعه بر اساس قطر هاله عدم رشد بررسی شد. همانطور که در نمودار (شکل 3-1) مشخص است در غلظتهای بالای عصاره متانولی بادام کوهی، میانگین قطر هاله عدم رشد در باکتریهای مورد مطالعه افزایش معنیداری داشته است. تاثیر عصاره این گیاه بر باکتریهای گرم مثبت و منفی با تاثیر ضد میکروبی قوی قابل مشاهده است. نتایج نمودار نشان از حساسیت باکتری باسیلوس سرئوس با قطر هاله عدم رشد 60/0± 76/26 در برابر عصاره بادام کوهی دارد.

شکل 3-1: مقایسه میانگین قدرت ضد میکروبی غلظتهای مختلف عصاره متانولی بادام کوهی (Amygdalus scoparia) در برابر سویههای مختلف. حروف غیر همسان نشاندهنده وجود تغییرات معنیدار در سطح (P<0.05) بر اساس آزمون دانکن با 3 بار تکرار میباشد. دادهها به صورت میانگین± خطای استاندارد ارائه شده است.
3-1-1-2- ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره بومادران
مقادیر اندازهگیری شده قطر هاله عدم رشد در عصاره متانولی بومادران علیه 4 سوش باکتریایی نشان میدهد که غلظتهای 1000 و 750 میلیگرم بر میلیلیتر عصاره سبب افزایش قطر هاله عدم رشد در باکتریهای گرم مثبت و باکتری اشرشیا کلی شده است. همان طور که نمودار (شکل 3-2) دیده میشود میانگین قطر هاله عدم رشد در غلظت 1000 میلیگرم بر میلیلیتر بیشترین مقدار و علیه باکتریهای استافیلوکوکوس، باسیلوس و اشرشیا کلی به ترتیب برابر با 66/17، 16/24 و 96/15 میلیمتر میباشد. این عصاره هیچ اثر ضد میکروبی علیه باکتری سالمونلا انتریتیدیس ندارد. نتایج نشان میدهد که افزایش در میزان میانگین قطر هاله عدم رشد در غلظتهای مختلف عصاره متانولی بومادران در سطح P<0.05 کاملا معنیدار میباشد.

شکل 3-2: مقایسه میانگین قدرت ضد میکروبی غلظتهای مختلف عصاره متانولی بومادران (Achillea millefolium) در برابر سویههای مختلف. حروف غیر همسان نشاندهنده وجود تغییرات معنیدار در سطح (P<0.05) بر اساس آزمون دانکن با 3 بار تکرار میباشد. دادهها به صورت میانگین± خطای استاندارد ارائه شده است.
3-1-1-3- ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره کلپوره
نتایج دادههای حاصل از عصاره متانولی کلپوره علیه باکتریهای گرم مثبت در نمودار (شکل 3-3) نشان میدهد که روند افزایش قطر هاله عدم رشد ناشی از عصاره الکلی علیه باکتری باسیلوس سرئوس از بیشترین میزان خود نسبت به دیگر باکتریها برخوردار میباشد. در حالی که این عصاره در سه غلظت 1000، 750 و 500 میلیگرم بر میلیلیتر علیه باکتری استافیلوکوکوس اورئوس دارای اثر ضدّ میکروبی میباشد. همان طور که مشهود است این عصاره روی باکتریهای گرم منفی تأثیری نداشته است. نتایج نمودار نشان میدهد که افزایش قطر هاله عدم رشد با افزایش غلظت عصاره علیه باکتریهای گرم مثبت در سطح P<0.05 کاملا معنیدار است.

شکل 3-3: مقایسه میانگین قدرت ضد میکروبی غلظتهای مختلف عصاره متانولی کلپوره (Teucrium polium) در برابر سویههای مختلف. حروف غیر همسان نشاندهنده وجود تغییرات معنیدار در سطح (P<0.05) بر اساس آزمون دانکن با 3 بار تکرار میباشد. دادهها به صورت میانگین± خطای استاندارد ارائه شده است.
3-1-1-4 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره گلپر
میانگین قطر هاله عدم رشد غلظتهای مختلف عصاره متانولی گلپر به روش دیسک دیفیوژن علیه باکتریهای گرم مثبت و منفی مورد مطالعه نشان از این دارد که غلظتهای بالای عصاره تاثیر قابل توجهی علیه همه باکتریها داشته است. در حالی که غلظتهای پایین باعث اثر مهاری روی باکتری سالمونلا انتریتیدیس و اشرشیا کلی نشده است. با این وجود، روند افزایش قطر هاله عدم رشد ناشی از عصارههای الکلی بر روی باکتریها تفاوت معنیداری نشان میدهد (شکل 3-4).

شکل 3-4: مقایسه میانگین قدرت ضد میکروبی غلظتهای مختلف عصاره متانولی گلپر (Heracleum persicum) در برابر سویههای مختلف. حروف غیر همسان نشاندهنده وجود تغییرات معنیدار در سطح (P<0.05) بر اساس آزمون دانکن با 3 بار تکرار میباشد. دادهها به صورت میانگین± خطای استاندارد ارائه شده است.
3-1-1-5 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره مریم گلی
همانطور که در نمودار (شکل 3-5) مشخص است بالاترین قطر هاله عدم رشد عصاره متانولی مریم گلی مربوط به غلظت 1000 میلیگرم بر میلیلیتر علیه باکتری باسیلوس سرئوس با میانگین 23/0±06/14 میلیمتر میباشد. در حالی که میانگین این عصاره در همان غلظت علیه باکتری استافیلوکوکوس، اشرشیا کلی و سالمونلا به ترتیب 20/0±1/11، 20/0±86/12 و 28/0±5/9 میلیمتر میباشد. غلظتهای 125 و 250 میلیگرم بر میلیلیتر این عصاره بر باکتریهای گرم منفی تاثیری نداشته است. نتایج نشان میدهد که تاثیر ضد باکتریایی غلظتهای عصاره مریم گلی علیه 4 سوش انتخابی باعث تفاوت معنیداری در سطح P<0.05 شده است.

شکل 3-5: مقایسه میانگین قدرت ضد میکروبی غلظتهای مختلف عصاره متانولی مریم گلی (Salvia officinalis) در برابر سویههای مختلف. حروف غیر همسان نشاندهنده وجود تغییرات معنیدار در سطح (P<0.05) بر اساس آزمون دانکن با 3 بار تکرار میباشد. دادهها به صورت میانگین± خطای استاندارد ارائه شده است.
3-1-1-6 ارزیابی فعالیت ضد میکروبی عصاره ترکیبی
توانایی بالای اثر ضد میکروبی عصاره متانولی ترکیبی حاوی عصارههای متانولی بادام کوهی و بومادران در نمودار (شکل 3-6) کاملا مشهود است. عصاره ترکیبی با میانگین قطر هاله عدم رشد 23/0±56/20 میلیمتر دارای بالاترین قدرت بازدارندگی از رشد علیه مقاومترین باکتری گرم منفی، سالمونلا انتریتیدیس بسیار مورد توجه میباشد. تأثیر بر هم کنش عصاره متانولی ترکیبی (شکل 3-6) در مقایسه با اثر ضد میکروبی عصاره بادام کوهی (شکل 3-1) و عصاره بومادران (شکل 3-2) تفاوت معنیداری علیه باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی نشان میدهد.

شکل 3-6: مقایسه میانگین قدرت ضد میکروبی غلظتهای مختلف عصاره متانولی ترکیبی (Amygdalus scoparia+Achillea millefolium) در برابر سویههای مختلف. حروف غیر همسان نشاندهنده وجود تغییرات معنیدار در سطح (P<0.05) بر اساس آزمون دانکن با 3 بار تکرار میباشد. دادهها به صورت میانگین± خطای استاندارد ارائه شده است.
3-1-2 نتایج ضد میکروبی حاصل از تست آنتیبیوگرام
مقایسه اثر مهاری عصارههای مورد مطالعه با آنتیبیوتیکهای کنترل تست آنتیبیوگرام به روش دیسک دیفیوژن برای 7 آنتیبیوتیک انتخابی انجام شد. آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه تتراسایکلین، سولفامتوکسازول، اریترومایسین، پنیسیلین، جنتامایسین، تریمتوپریم و استرپتومایسین بهترتیب با حروف اختصاری TE، SXT، E، P، GM، TMP و S در نتایج نشان داده شده است.
3-1-2-1 حساسیت سویههای باکتریایی به آنتیبیوتیکهای انتخابی
نتایج این جدول نشان از مقاومت باکتریهای گرم مثبت و منفی نسبت به آنتیبیوتیک TMP دارد به استثناء باکتری استافیلوکوکوس که نسبت به این آنتیبیوتیک حساس است. علاوه بر آن باکتریهای گرم منفی تحت بررسی از جمله باکتری اشرشیا کلی نسبت به SXT مقاوم و باکتری سالمونلا نسبت به P مقاوم میباشد. همه باکتریها به آنتیبیوتیکهای TE، E، GM و S حساس میباشند بهاستثناء باکتری سالمونلا که به آنتیبیوتیک E نیمه حساس است.
جدول 3-1: حساسیت سویههای باکتریایی مورد مطالعه نسبت به آنتیبیوتیکهای انتخابی با استفاده از روش دیسک دیفیوژن
حساسیت سویههای باکتریایی نسبت به آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه S TMP GM P E SXT TE باکتری شماره
حساس حساس حساس حساس حساس حساس حساس استافیلوکوکوس اورئوس 1
حساس مقاوم حساس مقاوم حساس مقاوم حساس باسیلوس سرئوس 2
حساس مقاوم حساس حساس حساس مقاوم حساس اشرشیا کلی 3
حساس مقاوم حساس مقاوم نیمه حساس حساس حساس سالمونلا انتریتیدیس 4
TE (تتراسایلین)، SXT (سولفامتوکسازول)، E (اریترومایسین)، P (پنیسیلین)، GM (جنتامایسین)، TMP (تریمتوپریم)، S (استرپتومایسین)
3-1-2-2 ارزیابی مقایسه فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری استافیلوکوکوس اورئوس
نتایج تغییرات در مقایسه میانگین قطر هاله عدم رشد عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد بررسی روی باکتری استافیلوکوکوس اورئوس نشان از حساسیت این باکتری نسبت به همه عصارهها و آنتیبیوتیکها دارد. مقایسه اثر عصارههای متانولی با آنتیبیوتیکها در نمودار (شکل 3-7) حاکی از اثر مشابه عصاره متانولی ترکیبی با داروی تجاری GM (جنتامایسین) و اثر مشابه عصاره متانولی بادام کوهی با آنتیبیوتیک GM و TE (جنتامایسین و تتراسایکلین) در مهار رشد این باکتری میباشد. بالاترین میزان میانگین قطر هاله عدم رشد مربوط به آنتیبیوتیک E (اریترومایسین) با قطر هاله 85/0±1/31 است. عصاره متانولی ترکیبی بعد از اثر آنتیبیوتیکهای E، SXT و P (اریترومایسین، سولفامتاکسازول و پنیسیلین) بالاترین درصد مهارکنندگی علیه باکتری استافیلوکوکوس اورئوس را دارد. نتایج آنالیز واریانس عصارههای خام گیاهان مورد مطالعه در مقایسه با آنتیبیوتیکهای استاندارد حاکی از آن است که حساسیت باکتری استافیلوکوکوس در برابر اثر بازدارندگی عصارهها و آنتیبیوتیکها دارای اختلاف معنیداری میباشد.

شکل 3-7: مقایسه مهار رشد عصارههای گیاهی و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری استافیلوکوکوس اورئوس. دادهها بهصورت میانگین ± خطای استاندارد ارائه شده است. مقایسه میانگین قطر هاله عدم رشد بر اساس آزمون Duncan با 3 تکرار انجام گرفت و حروف غیرمشابه نمایانگر معنیدار بودن در سطح (p<0.05) میباشد.
3-1-2-3 ارزیابی مقایسه فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری باسیلوس سرئوس
نتایج حاصل از این نمودار (شکل 3-8) نشان از مقاومت باکتری باسیلوس سرئوس نسبت به آنتیبیوتیکهای SXT، P و TMP (سولفامتاکسازول، پنیسیلین و تریمتوپریم) دارد. اغلب عصارههای متانولی درصد بازدارندگی از رشد بالاتری نسبت به آنتیبیوتیکها دارند. همان طور که در نمودار مشخص است، میانگین قطر هاله عدم رشد در عصاره متانولی ترکیبی (بادام کوهی و بومادران) و داروی تجاری E (اریترومایسین) در یک دامنه و به ترتیب 60/0±16/28 و 44/0±16/29 میلیمتر میباشد و با یکدیگر اختلاف معنیداری ندارد. مقایسه اثر مهاری عصارههای متانولی و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری باسیلوس سرئوس دارای اختلاف معنیداری میباشد.

شکل 3-8: مقایسه مهار رشد عصارههای گیاهی و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری باسیلوس سرئوس. دادهها بهصورت میانگین ± خطای استاندارد ارائه شده است. مقایسه میانگین قطر هاله عدم رشد بر اساس آزمون Duncan با 3 تکرار انجام گرفت و حروف غیرمشابه نمایانگر معنیدار بودن در سطح (p<0.05) میباشد.
3-1-2-4 ارزیابی مقایسه فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری اشرشیا کلی
نتایج حاصل از اثر ضد میکروبی عصارههای متانولی و آنتیبیوتیکهای استاندارد علیه باکتری اشرشیا کلی در نمودار (شکل 3-9) نشان داده شده است. نتایج جدول زیر نشان از مقاومت بالای باکتری اشریشیا کلی نسبت به عصاره گیاه کلپوره و آنتیبیوتیکهای SXT و TMP (سولفامتاکسازول و تریمتوپریم) دارد. سایر عصارههای متانولی و آنتیبیوتیکهای استاندارد اثر ضد میکروبی قابل توجهی روی این باکتری دارند. اثر بازدارندگی از رشد مشابهای، بین عصارههای متانولی ترکیبی (بادام کوهی و بومادران) و بادام کوهی با آنتیبیوتیک S (استرپتومایسین) در نمودار مشخص است و همچنین فعالیت ضد میکروبی عصارههای گلپر و بومادران بیشتر از آنتیبیوتیکهای E و P (اریترومایسین و پنیسیلین) میباشد. تمامی عصارهها و آنتیبیوتیکهای انتخابی در محیط کشت باکتری اشرشیا کلی در سطح P<0.05 اختلاف معنیداری نشان داد.

شکل 3-9: مقایسه مهار رشد عصارههای گیاهی و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری اشرشیا کلی. دادهها بهصورت میانگین ± خطای استاندارد ارائه شده است. مقایسه میانگین قطر هاله عدم رشد بر اساس آزمون Duncan با 3 تکرار انجام گرفت و حروف غیرمشابه نمایانگر معنیدار بودن در سطح (p<0.05) میباشد.
3-1-2-5 ارزیابی مقایسه فعالیت ضد میکروبی عصارهها و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری سالمونلا انتریتیدیس
بیشترین توانایی در مهار رشد باکتری سالمونلا انتریتیدیس مربوط به آنتیبیوتیک SXT (سولفامتاکسازول) با قطر هاله عدم رشد 33/0±66/29 میباشد. همان طور که نمودار (شکل 3-10) نشان میدهد این باکتری مقاومت قابل توجّهی در برابر اثر عصارههای کلپوره و بومادران و اثر آنتیبیوتیک P و TMP (پنیسیلین و تریمتوپریم) دارد. عصاره ترکیبی بیشترین اثر بازدارندگی را بر باکتری سالمونلا اعمال نمود که مشابه با اثر آنتیبیوتیک GM (جنتامایسین) در برابر این باکتری بر حسب قطر ناحیه بازدارندگی نشان میدهد. نتایج آنالیز واریانس عصارههای خام گیاهان مورد مطالعه در مقایسه با آنتیبیوتیکهای استاندارد حاکی از آن است که حساسیت باکتری سالمونلا انتریتیدیس در برابر اثر بازدارندگی عصارهها و آنتیبیوتیکها دارای اختلاف معنیداری میباشد.

شکل 3-10: مقایسه مهار رشد عصارههای گیاهی و آنتیبیوتیکهای مورد مطالعه علیه باکتری سالمونلا انتریتیدیس. دادهها بهصورت میانگین ± خطای استاندارد ارائه شده است. مقایسه میانگین قطر هاله عدم رشد بر اساس آزمون Duncan با 3 تکرار انجام گرفت و حروف غیرمشابه نمایانگر معنیدار بودن در سطح (p<0.05) میباشد.
3-1-3 تعیین حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) عصارهها
فعالیت ضد میکروبی عصارههای متانولی مورد مطالعه بر روی تعدادی از باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی با استفاده از روش broth microdilution مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دو شکل MIC و MBC بهترتیب در جدول 3-2 و 3-3 نشان داده شده است. هر 6 عصاره مورد بررسی، فعالیت ضد میکروبی خوبی از خود نشان دادند. همان طور که در جدول 3-2 مشاهده میگردد، حداقل مقادیر MIC (8/7 میلیگرم/میلیلیتر) در مورد عصارههای متانولی ترکیبی و بادام کوهی علیه باکتریهای استافیلوکوکوس، باسیلوس و اشرشیا کلی، و عصاره متانولی کلپوره علیه باکتری باسیلوس میباشد. نتایج نشان داد که پاسخ هر باکتری به عصارههای مختلف متفاوت میباشد. استافیلوکوکوس اورئوس و باسیلوس سرئوس مقاومترین باکتری نسبت به عصاره گلپر و مریم گلی، اشرشیا کلی مقاومترین نسبت به عصاره بومادران و سالمونلا انتریتیدیس مقاومترین باکتری نسبت به عصاره گلپر شناخته شدند. پائینترین میزان MIC به معنی بالاتر بودن اثر آنتیباکتریال است.
جدول 3-2: مقایسه مقادیر میانگین حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) (میلیگرم/میلیلیتر) عصارههای متانولی مورد مطالعه
عصارههای متانولی مورد بررسی
ترکیبی عصاره مریم گلی عصاره گلپر عصاره کلپوره عصاره بومادران عصاره بادام کوهی میکروارگانیسم
8/7 5/62 5/62 25/31 25/31 8/7 استافیلوکوکوس اورئوس
8/7 5/62 5/62 8/7 62/15 8/7 باسیلوس سرئوس
8/7 25/31 25/31 62/15 5/62 8/7 اشریشیا کلی
62/15 5/62 125 5/62 5/62 25/31 سالمونلا انتریتیدیس
3-1-4 تعیین حداقل غلظت کشندگی (MBC) عصارهها
مقادیر میانگین حداقل غلظت کشندگی (MBC) عصارههای متانولی گیاهان مورد مطالعه در جدول 3-3 نشان داده شده است. میزان MBC عصارههای متانولی مختلف در محدوده غلظت 8/7-500 میلیگرم بر میلیلیتر متغیر بود. بیشترین اثر کشندگی در مورد عصارههای متانولی ترکیبی و بادام کوهی علیه باکتری استافیلوکوکوس اورئوس مشاهده شد (MBC=7.8 mg/ml). پس از آن عصاره ترکیبی در غلظت 25/31 میلیگرم بر میلیلیتر بالاترین اثر کشندگی را علیه باکتری اشرشیا کلی و سالمونلا انتریتیدیس اعمال کرد. همان طور که مشاهده میشود، غلظتهای بالاتری از عصارههای گیاهان بومادران، کلپوره، گلپر و مریم گلی جهت اعمال اثر کشندگی بر باکتری باسیلوس سرئوس مورد نیاز میباشد.
جدول 3-3: مقایسه مقادیر میانگین حداقل غلظت مهارکنندگی (MBC) (میلیگرم/میلیلیتر) عصارههای متانولی مورد مطالعه
عصاره های متانولی مورد بررسی
ترکیبی عصاره مریم گلی عصاره گلپر عصاره کلپوره عصاره بومادران عصاره بادام کوهی میکروارگانیسم
8/7 5/62 125 250 5/62 8/7 استافیلوکوکوس اورئوس
500 - - - - 500 باسیلوس سرئوس
25/31 125 125 250 250 5/62 اشریشیا کلی
25/31 125 125 125 5/62 125 سالمونلا انتریتیدیس
3-2 ارزیابی خواص فیتوشیمیایی عصارهها
3-2-1 تشخیص آلکالوئید
نتیجه ردیابی آلکالوئید با استفاده از معرفهای مایر و بوشاردا، نشان از وجود آلکالوئید را به طور جالب توجه در عصاره متانولی کلپوره دارد در حالیکه گیاه مریم گلی گونه دیگری از همان تیره است، فاقد آلکالوئید میباشد. همانگونه که در جدول 3-4 دیده میشود، آلکالوئید در عصاره متانولی بومادران نیز وجود دارد و در عصارههای متانولی بادام کوهی، گلپر و مریم گلی وجود ندارد.
جدول 3-4: مقایسه تشخیص آلکالوئید در عصارههای متانولی مورد مطالعه
آلکالوئید عصاره متانولی بادام کوهی بومادران کلپوره گلپر مریم گلی
معرف مایر