222222222

انواع کاربرد توربینهای بادی8
انرﮊی خورشید8
کاربردهای انرﮊی خورشیدی9
کاربردهای نیروگاهی9
کاربردهای غیر نیروگاهی9
مصارف و کاربردهای فتوولتائیک9
انرﮊی های تجدیدناپذیر10
انرﮊی گاز10
ذخایر و میادین گاز طبیعی10
شبکه گذاری گاز طبیعی در ایران10
انشعابات و مصرف کنندگان گاز طبیعی11
انرﮊی نفت12
فصل دوم:
انواع تولید پراکنده 14.............................................................................
مقدمه15
7
انواع تولید پراکنده16
توربینهای گازی احتراقی16
توربینهای کوچک17
سلولهای سوختی19
توربینهای بادی20
شبکه های فتوولتاییک22
وسایل ذخیره انرﮊی23
نیروگاههای انرﮊی جزر و مد24
نیروگاههای ترمو الکتریک24
نیروگاههای ترمیونیک24
نیروگاههای بیوماس25
نیروگاه های مبدل انرﮊی خورشیدی – حرارتی – الکتریکی26
نیروگاه تولید همزمان برق، گرما و سرما27
نیروگاههای آبی کوچک28
دیزل ﮊنراتور28
چرخ لنگر28
موتورهای رفت و برگشتی28
تعاریف مربوط به تولید پراکنده29
مکان تولید پراکنده29
هدف تولید پراکنده29
میزان تولید در تولید پراکنده29
محدودیتهای عملکردی تولید پراکنده29
کاربردهای تولید پراکنده31
نحوه اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه31
تقسیم بندی های مختلف تولید پراکنده32
تلفات توان در شبکه های توزیع شعاعی34
نتیجه گیری34
فصل سوم:
تقسیم بندی اقلیمی ایران و انتخاب ده شهر نمونه35
مقدمه36
تقسمیات اقلیمی در جهان36
تقسیمات اقلیمی در ایران37
8
روش اولگی40
بحث و نتیجهگیری..41
فصل چهارم:
تعیین تابع هدف47


مقدمه48
دسترسی تجاری48
هزینه های اولیه ونصب49
ضریب کارکرد50
محاسبه مقدار قدرت الکتریکی تولیدی توسط پنلهای خورشیدی و ضریب کارکرد50
مقدمه50
تشعشعات خورشید بیرون از محیط زمین51
ثابت خورشیدی52
مقدار شدت تابش خورشید در خارج از اتمسفر زمین و برروی سطح افقی 52................................................
زاویه انحراف53
متوسط ضریب صافی ماهیانه53
ضریب صافی لحظهای53
تابش پراکنده و مستقیم53
تابش خورشید توسط صفحه ای که با شیب β که رو به جنوب نصب شده است54
محاسبه ضریب کارکرد در توربین بادی54
متوسط سرعت باد55
واریانس.55
پارامترهای K و 55C
تولید متوسط قدرت توربین56
ضریب کارکرد56
هزینه های بهره برداری ‐ تعمیر – نگهداری57
هزینه سوخت57
هزینه برق و بیان تابع هدف57
فصل پنجم:
الگوریتم و فلوچارت برنامه59
فلوچارت محاسبه ضریب کارکرد در سیستم فتو ولتائیک60
فلوچارت محاسبه ضریب کارکرد در سیستم توربین بادی62
9
فلوچارت محاسبه 64COE
نتایج حاصل از تابع هدف66
فصل ششم:
اصول مدلسازی سیستمهای قدرت کوچک توسط 73......HOMER
مقدمه ای بر مدلسازی سیستمهای قدرت کوچک 1 توسط 74HOMER
شبیه سازی.75
بهینه سازی...79
تحلیل حساسیت.83
بررسی عدم قطعیت ها.84
تحلیل حساسیت مجموعه اطلاعات ساعت به ساعت...85
مدلسازی اقتصادی.86
فصل هفتم:
شبیه سازی با استفاده از نرم افزار homer برای شهر نمونه تهران 89....................................
فصل هشتم:
نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات101
پیوست :1
اصول همسان سازی هزینه ها و فایده ها 104.........
پیوست:2
آمار هواشناسی108
پیوست :3
نرم افزار برنامه..119
منابع و ماخذ124
چکیده انگلیسی 128...............................................................................................................................

1 Micropower sys-- modeling
10
ردیف جدول عنوان صفحه 1‐1 ذخایر قابل استحصال گاز طبیعی کشور در سال 1381 10 2‐1 مقدار شبکه گذاری انجام شده توسط شرکتهای گازرسانی استانی 12 3‐1 ذخایر هیروکربوری مایع ایران 14 4‐1 میزان ذخایر و شاخص جایگزینی ذخایر به تولید کشور در سالهای 80‐81 14 2‐1 تقسیم بندی تولید پراکنده 32 2‐2 تقسیم بندی تولید پراکنده 33 2‐3 دسته بندی تولید پراکنده بر اساس مصرف سوخت 33 3‐1 تقسیمات نه گانه اقلیمی در ایران 41 3‐2 مشخصات شهرهای انتخاب شده 41 3‐3 شرایط اقلیمی شهر اصفهان در ماههای مختلف سال 42 3‐4 شرایط اقلیمی شهر اهواز در ماههای مختلف سال 42 3‐5 شرایط اقلیمی شهر بندر عباس در ماههای مختلف سال 43 3‐6 شرایط اقلیمی شهر تبریز در ماههای مختلف سال 43 3‐7 شرایط اقلیمی شهر تهران در ماههای مختلف سال 44 3‐8 شرایط اقلیمی شهر رشت در ماههای مختلف سال 44 3‐9 شرایط اقلیمی شهر شیراز در ماههای مختلف سال 45 3‐10 شرایط اقلیمی شهر کرمان در ماههای مختلف سال 45 3‐11 شرایط اقلیمی شهر مشهد در ماههای مختلف سال 46 3‐12 شرایط اقلیمی شهر همدان در ماههای مختلف سال 46 4‐1 دسترسی تجاری انواع تکنولوﮊی DG 48 4‐2 مشخصات انواع DG مورد مطالعه 58 11
ردیف شکل عنوان صفحه 2‐1 سیستم بازیافت حرارت 17 2‐2 شکل ساده یک میکرو توربین 18 2‐3 مراحل عملکرد پیلهای سوختی 19 2‐4 اجزاﺀ توربین بادی 20 2‐5 نحوه عملکرد سیستمهای فتوولتائیک 22 2‐6 مراحل عملکردی موتورهای رفت و برگشتی 29 2‐7 شبکه شعاعی معمولی 34 4‐2 زمین در گردش سالانه خودش بدور خورشید 51 4‐2 نمودار تغییرات Gon بر حسب روزهای سال 52 4‐3 c به ازاﺀ پارامتر K 55 u 5‐1 فلوچارت محاسبه cf در فتوولتائیک 61 5‐2 فلوچارت محاسبه ضریب کارکرد توربینهای بادی 63 5‐3 فلوچارت محاسبه هزینه COE 65 5‐4 مقدار COE انواع DG در شهر اصفهان 66 5‐5 مقدار COE انواع DG در شهر اهواز 66 5‐6 مقدار COE انواع DG در شهر بندرعباس 67 5‐7 مقدار COE انواع DG در شهر تبریز 67 5‐8 مقدار COE انواع DG در شهر تهران 68 5‐9 مقدار COE انواع DG در شهر رشت 68 5‐10 مقدار COE انواع DG در شهر شیراز 69 5‐11 مقدار COE انواع DG در شهر کرمان 69 5‐12 مقدار COE انواع DG در شهر مشهد 70 5‐13 مقدار COE انواع DG در شهر همدان 70 5‐14 مقایسه COE باد در ده شهر نمونه 71 5‐15 مقایسه COE فتوولتائیک در ده شهر نمونه 71 5‐16 مقایسه CF توربین بادی در ده شهر نمونه 72 5‐17 مقایسه CF فتوولتائیک در ده شهر نمونه 72 6‐1 ارتباط بین ارکان مختلف نرم افزار HOMER 75 6‐2 نمونه هایی از سیستم های قدرت کوچک شبیه سازی شده با HOMER 77 6‐3 نتایج نمونه از تحلیل ساعتی 79 6‐4 سیستم بادی‐ دیزلی 80 6‐5 فضای جست و جو که شامل 140 حالت مختلف است 81 6‐6 نتایج کلی شبیه سازی که طبق NPC مرتب شده اند 82 6‐7 نتایج دسته بندی شده بهینه سازی 82 12
6‐8 نمونه ای از تحلیل حساسیت 84 6‐9 نتایج تحلیل حساسیت با قیمت متغیر برای سوخت 85 6‐10 نوع سیستم بهینه 86 7‐1 انتخاب بار‐ دستگاهها و حالت شبکه 89 7‐2 ورود اطلاعات ساعتی بار در روزهای هفته به تفکیک ماههای مختلف 89 7‐3 ورود اطلاعات ساعتی بار روز تعطیل آخر هفته 90 7‐4 انتخاب نوع سوخت مصرفی 90 7‐5 شماتیک نرم افزار بعد از وارد کردن مشخصات دستگاهها 91 7‐6 ورود اطلاعات ضریب صافی آسمان به تفکیک ماه برای شهر تهران 91 7‐7 ورود اطلاعات سرعت باد به تفکیک ماه برای شهر تهران 92 7‐8 قیمت دیزل بر حسب دلار بر لیتر(0.1دلار بر لیتر) 92 7‐9 0.0025 دلار بر متر مکعب) 92 قیمت گاز بر حسب دلار بر متر مکعب ( 7‐10 اجرای نرم افزارتوسط دکمه CALCULATE 93 7‐11 نتایج شبیه سازی اولین انتخاب بهینه 93 7‐12 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه میکروتوربین در روز اول ماه 94 7‐13 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه دیزل ﮊنراتور در روز اول ماه 94 7‐14 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه موتور احتراق درونی در روز اول ماه 94 7‐15 قدرت خروجی ساعتی توسط سه دستگاه در روز اول ماه 95 7‐16 نتیجه شبیه سازی استفاده از تمام دستگاههای ) DG بدترین انتخاب بهینه) 95 7‐17 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه PV در روز اول ماه 96 7‐18 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه توربین بادی در روز اول ماه 96 7‐19 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه میکرو توربین در روز اول ماه 96 7‐20 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه دیزل ﮊنراتور در روز اول ماه 97 7‐21 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه موتور احتراق درونی در روز اول ماه 97 7‐22 قدرت خروجی ساعتی توسط دستگاه باطری در روز اول ماه 97 7‐23 حساسیت نسبت به تغییرات گاز و دیزل 98 7‐24 حساسیت نسبت به تغییرات سرعت باد و قیمت دیزل با تابش خورشید برابر6kwh/m2/d 98 7‐25 حساسیت نسبت به تغییرات سرعت باد و قیمت دیزل با تابش خورشید برابر4.55kwh/m2/d 98 7‐26 حساسیت نسبت به تغییرات قیمت دیزل و تابش خورشید 99 7‐27 حساسیت نسبت به تغییرات قیمت گاز طبیعی و تابش خورشید 99 13
چکیده
از زمانی که بحث مولدهای پراکنـده در نقـاط مختلـف دنیـا رواج یافتـه، تـاکنون مباحـث زیـادی در ایـن خصوص مفتوح مانده است. سازندگان اصلی این نوع مولدها همواره به دنبال کاهش هزینه های مربوط به طراحـی، ساخت و خدمات پس از فروش بوده اند. در حال حاضر بدلیل بکارگیری تکنولوﮊیهای جدید، برخی از انـواع ایـن مولدها همچنان دارای سرمایه گذاری پایه اولیه بالایی بوده و قیمت تمام شده برق تولیدی آنها قابل رقابت بـا رویـه های جاری نیست. در حال حاضر در کشور ما بدلیل ارزان بودن قیمت سوخت، علاوه بر عدم ارزش انرﮊی گرمائی تولیدی برای واحدها و مصارف مختلف، مصرف انرﮊی هنـوز جایگـاه واقعـی خـود را پیـدا نکـرده اسـت. هزینـه تجهیزات برای تکنولوﮊیهای DG اغلب بر حسب هزینه آنهـا در هـر کیلـووات از بـرق تولیـدی، قیمـت گـذاری می گردد. در این پروژه - ریسرچ، ابتدا هزینه تولید برق انواع نیروگاههای تولید پراکنده با توجه به پتانسیل انـرﮊی موجـود در
مناطق مختلف جغرافیایی کشور تعیین و سپس به اصـول شـبیه سـازی سیـستمهای قـدرت کوچـک بـا اسـتفاده از نرم افزار HOMER برای شهر نمونه تهران پرداخته می شود. و نتایج حاصل از شـبیه سـازی بـا نتـایج پـروﮊه
مقایسه می گردد. از نتایج مشاهده می گردد که در بین انواع نیروگاههای تولید پراکنده موتورهای احتراق درونـی در تمامی شهرها دارای هزینه تولید انرﮊی کمتری نسبت به دیگر نیروگاههای تولید پراکنده دارا می باشد و همچنین بـا توجه به منابع گاز طبیعی فراوان در کشور ایران استفاده از نیروگاههای تولید پراکنده که با سوخت گاز کار می کننـد دارای هزینه تولید برق کمتری می باشند.
1
مقدمه
از زمانی که بحث مولدهای پراکنده در نقاط مختلف دنیا رواج یافته، تاکنون مباحث زیادی در این خصوص مفتوح مانده است و با توجه به جدید بودن ایده بکارگیری گسترده از این واحدها و نحوه مشارکت بخشهای غیر دولتی و همچنین نحوه حمایت دولت برای بهره برداری از آنها این بحث هنوز بصورت قـانونی مـدون اسـتخراج نگردیـده است. سازندگان اصلی این نوع مولدها همواره به دنبال کاهش هزینه های مربوط بـه طراحـی، سـاخت و خـدمات پس از فروش بوده اند. در حال حاضر بدلیل بکارگیری تکنولوﮊیهای جدید، برخی از انـواع ایـن مولـدها همچنـان دارای سرمایه گذاری پایه اولیه بالایی بوده و قیمت تمام شده برق تولیدی آنها قابل رقابـت بـا رویـه هـای جـاری نیست. بایستی توجه داشت که این مولدها دارای امکانات و مشخصات ویژه ای هستند که قیـاس آنهـا را بـا سـایر واحدهای تأمین کننده برق امکان پذیر می سازد. در حال رشدی معادل 4/7 درصد برای مصرف انرﮊی برق (بطور متوسط) در اکثر کشورهای جهان تعیین شده است. که البته طبق اظهار نظر مسؤلان این روند در کشور، دارای رشد حدود %8 سالیانه است. با توجه به راندمان حدود %50 نیروگاهها (سیکل ترکیبی) و مد نظر قراردادن این موضـوع که تلفات ناشی از انتقال انرﮊی و توزیع آن رقمی معادل 10 الی 15 درصد را در بردارد تأمین مازاد نیاز انـرﮊی بـه معنای استفاده فراوان از منابع انرﮊی فسیلی است.
جهت رفع این نقیصه استفاده از انرﮊیهای نو و تجدید پذیر1 و همچنین ایجاد یک الگوی مصرف مناسب به همراه تجدید ساختار در صنعت برق با بهره گیری از مولدهای پراکنده، راهکارهای با ارزش و مهم محسوب میـشوند. در اکثر کشورهای جهان که بهای انرﮊی دارای ارزش واقعی نیست مـصرف بـی رویـه از آن هزینـه هـای فراوانـی در بردارد. در حال حاضر در کشور ما بدلیل ارزان بودن قیمت سوخت، علاوه بر عدم ارزش انـرﮊی گرمـائی تولیـدی برای واحدها و مصارف مختلف، مصرف انرﮊی هنوز جایگاه واقعی خود را پیدا نکرده است. مولدهای پراکنـده ای که در ادامه از آنها صحبت به میان خواهد آمد علاوه بر حفظ منابع انرﮊی و جلوگیری از اتـلاف آن، بـدون داشـتن آلاینده های زیست محیطی و صوتی شرایط حفظ محیط زیست را نیز فراهم می سازند.
از لحاظ بعد تاریخی تولید کننده های برق به صورت پراکنده بودند و به طور محلی مورد استفاده قرار می گرفتند.
بعدها به دلایل اقتصادی و تکنیکی تمرکز تولید بیشتر شد، تا بـه حالـت امـروزی در آمـد. در عـصرحاضر بـدلایل متعددی تولید در حال تغییر ماهیت به تولید پراکنده می باشد. طبق پیش بینی انسیتیتو تحقیقـات بـرق آمریکـا2 تـا سال 2010 حدود %25 تولید به صورت تولید پراکنده خواهد بود و نیز طبق پیش بینی مؤسسه گاز طبیعی آمریکـا تا سال 2010 حدود %30 تولید به صورت پراکنده خواهد بود.

1 - Renewable Energy 2 - EPRI
2
در ادامه ما به بحث شرایط اقلیمی کشور ایران می پردازیم. کشور ایران 1648195 کیلومتر مربع وسعت دارد و در غرب قاره آسیا واقع شده و جزﺀ کشورهای خاورمیانه محسوب می شود. در مجموع محیط ایـران 8731 کیلـومتر می باشد. حدود 90 درصد خاک ایران در محدوده فلات ایران واقع شده است. بنابراین ایران کـشوری کوهـستانی محسوب می شود. بیش از نیمی از مساحت ایران را کوهها و ارتفاعات، یـک چهـارم را صـحراها و کمتـر از یـک چهارم را اراضی قابل کشت تشکیل می دهند. ایران دارای آب و هوای متنوع و متفاوت اسـت و بـا مقایـسه نقـاط کشور این تنوع را بخوبی می توان مشاهده کرد. میزان تفاوت و ترکیب گوناگون عوامل اقلیمی کـه خـود ناشـی از تفاوت موقعیت جغرافیایی مناطق مختلف است، حوزههـای اقلیمـی متفـاوتی در جهـان پدیـد آورده کـه هـر یـک ویژگیهای خاصی دارد. محیط زیست، شهرها و حتی بناهای مربوط به این حوزههای اقلیمی، ویژگیهای خاصـی متناسب با شرایط اقلیمی خود به دست آوردهاند. بدین منظور، نخست به تقسیمات اقلیمی در سطح جهان و ایـران اشاره نموده و سپس به انتخاب ده شهر در مناطق مختلف اقلیمی ایران پرداخته می شود.
در ادامه به تعیین هزینه تولید برق از یک نیروگاه تولید پراکنده می پردازیم که یکی از عوامل مهم به هنگام اسـتفاده از یک تکنولوﮊی DG، هزینه می باشد. بهرحال تعیین هزینه یک تکنولوﮊی DG اغلب پیچیده می باشد. علاوه بـر هزینه یا سرمایه اولیه تجهیزات، نیروی کار و دیگر مخارج مربوط به نصب، بهره برداری و تعمییرات تجهیزات نیـز وجود دارد. همچنین هزینه برق تولیدی توسط تکنولوﮊی DG می تواند برآورد و با قیمت موجـود پرداخـت شـده برای برق شبکه قدرت مقایسه شود. هزینه تجهیزات برای تکنولوﮊیهای DG اغلب بـر حـسب هزینـه آنهـا در هـر کیلووات از برق تولیدی و یا دلار بر کیلووات، قیمت گـذاری مـی گـردد. بـرای انتخـاب یکـی از انـواع مختلـف نیروگاههای تولید پراکنده عوامل مختلفی وجود دارد تا مشخص شود کدام نیروگاه برای وضعیت ویژه مناسـب تـر می باشد. که این عوامل در فصل چهارم به تفصیل تشریح گردیده است. در پایان با استفاده از نرم افـزار HOMER
به مدلسازی سیستمهای تولید پراکنده کوچک می پردازیم که این نرم افزار قابلیت انتخاب بهینه هیبرید انواع تولیـد پراکنده را دارا می باشد.
3

فصل اول:
بررسی انرﮊیهای تجدید پذیر و تجدیدناپذیر مورد استفاده در نیروگاههای تولید پراکنده((DG

4
انرﮊیهای مورد استفاده در نیروگاههای تولید پراکنده به دو نوع تقسیم می شود : [1]-[10]
الف‐ تجدید پذیر
ب‐ تجدید ناپذیر
انرﮊیهای تجدید پذیر:
انرﮊی باد
انرﮊی خورشید
انرﮊی باد
انرﮊی باد یکی از انواع اصلی انرﮊی های تجدید پذیر می باشد که از دیرباز ذهن بشر را به خود معطوف کرده بـود بطوریکه وی همواره به فکر کاربرد این انرﮊی در صنعت بوده است. بشر از انرﮊی باد بـرای بـه حرکـت در آوردن قایقها و کشتی های بادبانی و آسیابهای بادی استفاده می کرده است. در شرایط کنونی نیز با توجـه بـه مـوارد ذکـر شده و توجیه پذیری اقتصادی انرﮊی باد در مقایسه با سایر منابع انرﮊیهای نو، پرداختن به انرﮊی باد امری حیـاتی و ضروری به نظر می رسد. در کشور ما ایران، قابلیتها و پتانسیلهای مناسبی جهت نصب و راه اندازی توربینهای بـرق بادی وجود دارد، که با توجه به توجیه پذیری آن و تحقیقات، مطالعات و سرمایه گذاری که در این زمینـه صـورت گرفته، توسعه و کاربرد این تکنولوﮊی، چشم انداز روشنی را فرا روی سیاستگذاران بخـش انـرﮊی کـشور در ایـن زمینه قرار داده است.
انرﮊی باد نظیر سایر منابع انرﮊی تجدیدپذیر از نظـر جغرافیـایی گـسترده و در عـین حـال بـه صـورت پراکنـده و غیرمتمرکز و تقریبا همیشه دردسترس می باشد. انرﮊی باد طبیعتی نوسانی و متناوب داشـته و وزش دائمـی نـدارد.
هزاران سال است که انسان با استفاده از آسیابهای بادی، تنها جزﺀ بسیار کوچکی از آن را استفاده می کند.
این انرﮊی تا پیش از انقلاب صنعتی بعنوان یک منبع انرﮊی، بطور گسترده ای مورد استفاده قرار می گرفت ولـی در دوران انقلاب صنعتی، استفاده از سوختهای فسیلی بدلیل ارزانی و قابلیت اطمینان بالا، جایگزین انرﮊی باد گردیـد.
در این دوره، توربینهای بادی قدیمی دیگر از نظر اقتصادی قابل رقابت با بازار انرﮊیهای نفت و گاز نبودند. تا اینکه در سالهای 1973 و 1978 دو شوک بزرگ نفتی، ضربه بزرگی به اقتـصاد انرﮊیهـای حاصـل از نفـت و گـاز وارد آورد. به این ترتیب هزینه انرﮊی تولید شده بوسیله توربینهای بادی در مقایسه با نرخ جهـانی قیمـت انـرﮊی بهبـود یافت. پس از آن مراکز و موسسات تحقیقاتی و آزمایـشگاهی متعـددی در سراسـر دنیـا بـه بررسـی تکنولوﮊیهـای مختلف جهت استفاده از انرﮊی باد بعنوان یک منبع بزرگ انـرﮊی پرداختنـد. بـه عـلاوه ایـن بحـران باعـث ایجـاد تمایلات جدیدی در زمینه کاربرد تکنولوﮊی انرﮊی باد جهت تولید برق متصل به شبکه، پمپاﮊ آب و تـامین انـرﮊی الکتریکی نواحی دورافتاده شد. همچنین در سالهای اخیر، مشکلات زیست محیطی و مسائل مربوط به تغییـر آب و هوای کره زمین بعلت استفاده از منابع انرﮊی فسیلی بر شدت این تمایلات افزوده است. از سال 1975 پیشرفتهای
5
شگرفی در زمینه توربینهای بادی در جهت تولید برق بعمل آمده است. در سال 1980 اولـین تـوربین بـرق بـادی متصل به شبکه سراسری نصب گردید. بعد از مدت کوتاهی اولین مزرعه برق بادی چند مگاواتی در آمریکا نـصب و به بهره برداری رسید. در پایان سال 1990 ظرفیت توربینهای برق بادی متصل به شبکه در جهان بـه 200MV
رسید که توانایی تولید سالانه 3200 GWh برق را داشته که تقریبا تمام این تولیـد مربـوط بـه ایالـت کالیفرنیـا آمریکا و کشور دانمارک بود. امروزه کشورهای دیگر نظیر هلند، آلمان، بریتانیا، ایتالیا و هندوستان برنامه های ملـی و ویژه ای را در جهت توسعه و عرضه تجاری انرﮊی باد آغاز کرده اند. در طی دهه گذشته، هزینه تولید انـرﮊی بـه کمک توربینهای بادی بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.
در حال حاضر توربینهای بادی از کارائی و قابلیت اطمینان بیشتری در مقایسه با 15 سال پیش برخوردارند. با ایـن همه استفاده وسیع از سیستمهای مبدل انرﮊی باد((wecs هنوز آغاز نگردیده است. در مباحث مربوط به انـرﮊی
باد، بیشتر تاکیدات بر توربینهای بادی مولد برق جهت اتصال به شبکه است زیرا این نوع از کاربرد انرﮊی بـاد مـی تواند سهم مهمی در تامین برق مصرفی جهان داشته باشد. بر اساس برنامه سیاسـتهای جـاری (cp)، تخمـین زده می شود که سهم انرﮊی باد در تامین انرﮊی جهان در سال 2020 تقریبا برابر با 375 twh در سال خواهـد بـود.
این میزان انرﮊی با استفاده از توربینهای بادی، به ظرفیت مجموع 180Gw تولیـد خواهـد گردیـد. امـا در قالـب برنامه ضرورتهای زیست محیطی (ed) سهم این انرﮊی در سال 2020 بالغ بـر ( 970 twh) در سـال خواهـد بود که با استفاده از توربینهای بادی به ظرفیت مجموع 470 Gw تولید خواهد شد. بطور کلی با استفاده از انرﮊی باد به عنوان یک منبع انرﮊی در دراز مدت می توان دو برابر مصرف انرﮊی الکتریکی فعلی جهان را تامین کرد.
منشاﺀ باد هنگامی که تابش خورشید بطور نامساوی به سطوح ناهموار زمین می رسد سبب ایجاد تغییرات در دما و فشار مـی
گردد و در اثر این تغییرات باد بوجود می آید. همچنن اتمسفر کره زمین به دلیل حرکت وضعی زمـین، گرمـا را از مناطق گرمسیری به مناطق قطبی انتقال می دهد که این امر نیز باعث بوجود آمدن باد می گردد. جریانات اقیانوسـی نیز به صورت مشابه عمل نموده و عامل %30 انتقال حـرارت کلـی در جهـان مـی باشـد. در مقیـاس جهـانی ایـن جریانات اتمسفری به صورت یک عامل قوی جهت انتقال حرارت و گرما عمل می نمایند. دوران کره زمین نیز می تواند در برقراری الگوهای نیمه دائم جریانات سیاره ای در اتمسفر، انرﮊی مضاعف ایجاد نماید.
پس همانطوریکه عنوان شد باد یکی از صورتهای مختلف انرﮊی حرارت خورشیدی می باشد که دارای یک الگوی جهانی نیمه پیوسته می باشد. تغییرات سرعت باد، ساعتی، روزانه و فصلی بوده و متاثر از هوا و توپـوگرافی سـطح زمین می باشد. بیشتر منابع انرﮊی باد در نواحی ساحلی وکوهستانی واقع شده اند.
توزیع جهانی باد بطورکلی جریان باد در جهان دارای دو نوع توزیع می باشد:
6
الف‐ جریان چرخشی هادلی1
بین عرضهای جغرافیایی 30 درجه شمالی و 30 درجه جنوبی، هوای گرم شـده در اسـتوا بـه بـالا صـعود کـرده و هوای سردتری که از شمال و جنوب می آید جایگزین آن می شود. این جریـان را چـرخش هـادلی مـی نامنـد. در سطح کره زمین این جریان بدین معنی است که بادهای سرد به طرف استوا می وزند و از طرف دیگر هوایی کـه در
30 درجه شمالی و 30 درجه جنوبی به پایین می آید خیلی خشک است و بدلیل آنکه سرعت دوران زمین در ایـن عرضهای جغرافیایی به مراتب کمتر از سرعت دوران زمین در استوا است، به سمت شرق حرکت می کنـد. معمـولا در این عرضهای جغرافیایی نواحی بیابانی مانند صحرا قرار دارند.
ب‐ جریان چرخشی راسبی2
بین عرضهای جغرافیایی 30 درجه شمالی(جنوبی) و 70 درجه شمالی (جنوبی) عمـدتا بادهـای غربـی در جریـان هستند. این بادها تشکیل یک چرخش موجی را می دهند و هوای سرد را به جنوب و هوای گرم را به شمال انتقال می دهند. این الگو را جریان راسبی می نامند.
اندازه گیری پتانسیل انرﮊی باد پتاسیل انرﮊی باد به عنوان یک منبع قدرت در مناطق مختلف و بر اساس اطلاعات موجود در مورد منابع بـاد قابـل
دسترس در هر منطقه مورد مطالعه قرار گرفته است. پتانسیل مربوط به منابع باد به طور کلی به پـنج دسـته تقـسیم می شود:
‐1 پتانسیل هواشناسی: این پتانسیل بیانگر منبع انرﮊی باد در دسترس می باشد.
‐2 پتانسیل محلی: این پتانسیل بر مبنای پتانسیل هواشناسی بنا شده ولی محدود به محلهایی است کـه از نظـر جغرافیایی برای تولید انرﮊی در دسترس هستند.
‐3 پتانسیل فنی: این پتانسیل با در نظر گرفتن نـوع تکنولـوﮊی دردسـترس (کـارایی، انـدازه تـوربین و... ) از پتانسیل محلی محاسبه می شود.
‐4 پتانسیل اقتصادی: این پتانسیل، استعداد بالقوه فنی است کـه بـه صـورت اقتـصادی و بـر پایـه سیاسـتهای اقتصادی قابل تحقق و اجرا است.
‐5 پتانسیل اجرایی: این پتانسیل با در نظر گرفتن محدودیتها و عوامل تشویقی برای تعیین ظرفیـت توربینهـای بادی قابل اجرا در یک محدوده زمانی خاص تعیین می شود. مانند تعرفه های تشویقی که طبـق سیاسـت‐ های دولتهای مختلف به تولیدکنندگان انرﮊی برق بادی حاصل از توربینهای بادی تخصیص داده می شود.
قدرت باد انرﮊی جنبشی باد همواره متناسب با توان دوم سرعت باد است. هنگامی که باد به یک سطح برخورد می کند انرﮊی
جنبشی آن به فشار (نیرو) روی آن سطح تبدیل می شود. حاصلضرب نیروی باد در سرعت باد مساوی قـدرت بـاد

1 - hadly 2 - Rossby
7
می شود. نیروی باد متناسب با مربع سرعت باد است پس قدرت باد متناسب با مکعـب سـرعت بـاد خواهـد بـود.
بنابراین هرچه سرعت باد بیشتر باشد قدرت آن نیز بیشتر خواهد شد. به عنوان مثال اگر سرعت باد دو برابـر شـود قدرت آن هشت برابر و اگر سرعت باد سه برابر گردد قدرت باد بیست و هفت برابر خواهد شد.
مزایای بهره برداری از انرﮊی باد
‐1 عدم نیاز توربینهای بادی به سوخت، که در نتیجه از میزان مصرف سوختهای فسیلی می کاهد.
‐2 رایگان بودن انرﮊی باد
‐3 توانایی تامین بخشی از تقاضای انرﮊی برق
‐4 کمتر بودن نسبی قیمت انرﮊی حاصل از باد نسبت به انرﮊیهای فسیلی
‐5 کمتر بودن هزینه های جاری و هزینه های سرمایه گذاری انرﮊی باد در بلند مدت
‐6 تنوع بخشیدن به منابع انرﮊی و ایجاد سیستم پایدار انرﮊی
‐7 قدرت مانور زیاد جهت بهره برداری در هر ظرفیت و اندازه ( از چند وات تا چندین مگاوات)
‐8 عدم نیاز به آب
‐9 عدم نیاز به زمین زیاد برای نصب
‐10 نداشتن آلودگی محیط زیست نسبت به سوختهای فسیلی پتانسیل باد در ایران
کشور ایران 1648195 کیلومتر مربع وسعت دارد و در غرب قاره آسیا واقع شـده و جـزﺀ کـشورهای خاورمیانـه محسوب می شود. در مجموع محیط ایران 8731 کیلومتر می باشد. حـدود 90 درصـد خـاک ایـران در محـدوده فلات ایران واقع شده است. بنابراین ایران کشوری کوهستانی محسوب می شود. بیش از نیمی از مساحت ایـران را کوهها و ارتفاعات، یک چهارم را صحراها و کمتر از یک چهارم را اراضی قابـل کـشت تـشکیل مـی دهنـد. ایـران دارای آب و هوای متنوع و متفاوت است و با مقایسه نقاط کشور این تنوع را بخوبی می توان مشاهده کرد.
ارتفاع کوههای شمالی، غربی و جنوبی به قدری زیاد است که از تاثیر بادهای دریای خزر، دریای مدیترانه و خلیج فارس در نواحی داخلی ایران جلوگیری می کند. به همین سبب دامنه های خارجی این کوههـا دارای آب و هـوای مرطوب بوده و دامنه های داخلی آن خشک است. در رابطه با بادهای ایران می توان گفـت کـه ایـران بـا موقعیـت جغرافیایی که دارد، در آسیا بین شرق و غرب و نواحی گرم جنوب و معتدل شمالی واقـع شـده اسـت و در مـسیر جریانهای عمده هوایی بین آسیا، اروپا، آفریقا، اقیانوس هند و اقیانوس اطلس است که تـاکنون آنچـه مـسلم اسـت قرار گرفتن ایران در مسیر جریانهای مهم هوایی زیر می باشد:
‐1 جریان مرکز فشار آسیای مرکزی در زمستان
‐2 جریان مرکز فشار اقیانوس هند در تابستان
‐3 جریان غربی از اقیانوس اطلس و دریای مدیترانه مخصوصا در زمستان
8
‐4 جریان شمال غربی در تابستان توربینهای بادی و انواع آن
از نظر عملکردی در توربینهای بادی انرﮊی جنبشی باد به انـرﮊی مکـانیکی و سـپس بـه انـرﮊی الکتریکـی تبـدیل میگردد.
انواع توربینهای بادی:
‐1 توربینهای بادی با محور چرخش عمودی
‐2 توربینهای بادی با محور چرخش افقی انواع کاربرد توربینهای بادی الف – کاربردهای غیر نیروگاهی الف( 1 ‐ پمپهای بادی آبکش
الف( 2 ‐ کاربرد توربینهای کوچک بعنوان تولیدکننده برق الف( 3 ‐ شارﮊ باتری ب – کاربردهای نیروگاهی
کاربردهای نیروگاهی توربینهای برق بادی شامل کاربردهای متصل به شبکه برق رسانی است که عبارتنداز:
ب(1‐ توربینهای بادی منفرد ب(2‐ مزارع بادی
انرﮊی خورشید
خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرﮊی است، بلکه سـر آغـاز حیـات و منـشا تمـام انرﮊیهـای دیگـر اسـت. طبـق برآوردهای علمی در حدود 6000 میلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و در هر ثانیه 4.2 میلیون تـن از جرم خورشید به انرﮊی تبدیل می شود. با توجه به وزن خورشید که حدود 333 هزار برابر وزن زمین اسـت، ایـن کره نورانی را مـی تـوان بعنـوان منبـع عظـیم انـرﮊی تـا 5 میلیـارد سـال آینـده بـه حـساب آورد. قطـر خورشـید
1/39*10^6 کیلومتر است و از گازهایی نظیر هیدروﮊن 86/8) درصد)، هلیوم 3) درصد) و 63 عنصر دیگـر کـه مهمترین آنها اکسیژن، کربن، نئون و نیتروﮊن می باشد، تشکیل شده است. میزان دما در مرکز خورشید حدود 10 تا
14 میلیون درجه سانتیگراد می باشد که از سـطح آن بـا حرارتـی نزدیـک بـه 5600 درجـه و بـه صـورت امـواج الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود.
زمین در فاصله 150 میلیون کیلومتری خورشید واقع است و 8 دقیقه و 18 ثانیه طول می کشد تا نور خورشید بـه
1
زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرﮊی از خورشید حدود 2 109 از کل انرﮊی تابشی آن می باشد.

جالب است بدانید که سوختهای فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرﮊیهای باد، آبشار، امـواج دریاهـا و بـسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین مقدار انرﮊی دریافتی زمین از خورشید می باشد.
9
کاربردهای انرﮊی خورشیدی در عصر حاضر از انرﮊی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهـره گیـری مـی شود که عبارتنداز:
الف) استفاده از انرﮊی حرارتی خورشیدی برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی ب ) تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک کاربردهای نیروگاهی:
‐1 نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه های سهموی ناودانی هستند(شلجمی باز)
‐2 نیروگاههایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه های بزرگـی بـه نـام هلیوستات به آن منعکس می شود.(دریافت کننده مرکزی)
‐3 نیروگاههایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) می باشد(شلجمی بشقابی)
کاربردهای غیر نیروگاهی:
‐1 آبگرمکن و حمام خورشیدی
‐2 گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
‐3 آب شیرین کن خورشیدی
‐4 خشک کن خورشیدی
‐5 اجاقهای خورشیدی
‐6 کوره خورشیدی
‐7 خانه های خورشیدی مصارف و کاربردهای فتوولتائیک:
‐1 مصارف فضانوردی و تامین انرﮊی مورد نیاز ماهواره ها جهت ارسال پیام
‐2 روشنایی خورشیدی
‐3 سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی
‐4 سیستم پمپاﮊ خورشیدی
‐5 سیستمهای تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی و زلزله نگاری
‐6 ماشین حساب، ساعت، رادیو، ضبط صوت و هر وسیله ای که تاکنون با باطری خشک کار می کرده است
‐7 نیروگاههای فتوولتائیک
‐8 یخچالهای خورشیدی
‐9 سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل
10
انرﮊی های تجدیدناپذیر
گاز
دیزل
انرﮊی گاز
ذخایر و میادین گاز طبیعی بزرگترین ذخایر گازی شناخته شده جهان متعلق به کشور روسیه می باشد و میلیونها انـشعاب در اروپـا، بـه منـابع
گازی این کشور متصل است. ایران نیز بعد از روسیه، دارای عظیم ترین ذخـایر گـاز طبیعـی در جهـان مـی باشـد.
حدود 17/2 درصد از کل ذخایر گاز طبیعی دنیا و 47/72 درصد از ذخایر خاورمیانه به ایران تعلق دارد.
میزان ذخایر کل قابل استحصال گاز طبیعی کشور در پایان سال 1381، بالغ بر 26/75 تریلیون متر مکعب بـرآورد گردیده است.
وجود پشتوانه عظیم گاز طبیعی در ایران، به همراه جهت گیری سیاسـت انـرﮊی کـشور بـه سـمت افـزایش رونـد جایگزین گاز طبیعی، موجب شده که در دهه های اخیر، سرعت نفوذ گاز طبیعی در سبد انرﮊی کـشور از افـزایش قابل ملاحظه ای برخوردار شود. به طوری که هم اکنون، حدود 40 درصد از انـرﮊی مـصرفی کـشور توسـط گـاز طبیعی تامین می گردد.
جدول((1‐1 ذخایر قابل استحصال گاز طبیعی کشور در سال 1381

شبکه گذاری گاز طبیعی در ایران توسعه عملیات شبکه گذاری گاز طبیعی در راستای سیاست افزایش سهم گـاز در سـبد مـصرف انـرﮊی در داخـل
کشور، از طریق جایگزینی مصرف فراورده های نفتی با گاز طبیعـی بـوده اسـت. بطوریکـه عملیـات مـذکور طـی سالهای دهه 1360 شدت بیشتری گرفته است. در طی این سالها، تا پایان سال 1381، بسیاری از مناطق روسـتایی که در مجاورت شبکه انتقال خطوط انتقال سراسری قرار داشتند، مجهز به سیستم های انتقال، توزیع و مصرف گـاز طبیعی شده اند، بطوریکه سایر استانهای کشور از این شبکه بهره مند گردیده اند. طی دوره مورد بحث، میزان شبکه گذاری گاز طبیعی در کل کشور به 79000 کیلومتر تا پایان سال 1381 رسیده است. از کـل شـبکه گـذاری گـاز کشور تا پایان سال 1381، حدود 17 درصد آن در استان تهران واقع شده و کمترین میـزان برخـورداری از شـبکه گاز رسانی به استانهای کهگیلویه و بویراحمد و کردستان، به ترتیـب بـا 1/04 و 1/22 درصـد تعلـق دارد. بعـد از
11
استان تهران با درصد تمرکز 10/68 درصد، استانهای مازندران، اصفهان، آذربایجان شرقی، فارس، خراسان، گـیلان و کرمان به ترتیب با درصد تمرکز 03/60،8/9،8/02، 6/95،6/53،6/07 قرار داشته اند. نمـودار((1‐1 خلاصـه ای از حجم شبکه گذاری انجام شده توسط شرکت گاز رسانی استانی را نشان می دهد.
نمودار((1‐1 مقدار شبکه گذاری انجام شده در استانها تا پایان سال 1381

قابل ذکر است تا سالهای اولیه دهه هفتاد هجری شمسی، عمده شبکه های توزیع گاز طبیعی به صورت لولـه هـای فولادی بوده که دارای فشاری بالغ بر 60‐250 پوند براینچ مربع می باشند. تجارب موفق بکارگیری لوله های پلی اتیلن با فشار زیاد موجب شده که اخیرا بخش قابل توجهی از شبکه گذاری با استفاده از لوله های پلی اتیلن انجـام گیرد.
انشعابات و مصرف کنندگان گاز طبیعی مجموع انشعابات در کل کشور تا پایان سال 1381 به 4183 هزار انشعاب رسیده است که از ایـن میـزان، حـدود
460 هزار انشعاب در سال 1381 صورت گرفته است. 99/8 درصد کل انشعابات صورت گرفته در سـال مزبـور به انشعابات بخش خانگی و تجاری تعلق داشته و مراکز صنعتی، دارای سهم ناچیزی از انشعابات گازرسانی بودند.
البته، افزایش تعداد انشعابات بخش صنعت طی سالهای اخیر از روند مطلوبی برخودار بوده، بطوریکه با ادامه رونـد موجود، در سالهای نزدیک، اکثر مراکز عمده صنعتی کشور به گاز طبیعی مجهز مـی گردنـد. جـدول (2‐1) تعـداد انشعابات نصب شده توسط شرکتهای گازرسانی را نشان می دهند.
12
جدول((2‐1 تعداد انشعابات نصب شده توسط شرکتهای گاز رسانی تا پایان سال 1381

ا
انرﮊی نفت
بخش نفت در ابعاد ملی و بین المللی، از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. از بعد اقتـصاد ملـی، نفـت نقـشی مهم در تولید ناخالص داخلی، تجارت خارجی، تشکیل سرمایه ملی، اشتغال زایی، تامین بودجـه و گـسترش زمینـه صادرات غیر نفتی دارد. ایران در مقام دومین تولیدکننده نفت اوپک قرار دارد. مجموع ذخایر قابل استحـصال نفـت خام و میعانات گازی در آغاز سال 1382 حدود 130/8 میلیارد بشکه بوده است. تاریخ اتمام ذخـایر، در صـورت کشف نشدن ذخایر جدید و برداشت سالانه معادل سال 1381 برای نفت خام و میعانات گـازی حـدود 93 سـال است. با توجه به جدول((3‐1، ذخایر واقع در دریا و خشکی به ترتیب حدود 21/5 و 78/6 درصد کـل ذخـایر
13
قابل استحصال هیدروکربوری مایع کشور را تشکیل می دهد. این در حالی اسـت کـه 91/1 درصـد از کـل تولیـد انباشتی از میادین خشکی و تنها 8/9 درصد آن از میادین دریایی صورت گرفته است.
جدول((3‐1 ذخایر هیدروکربوری مایع ایران

جدول((4‐1 میزان ذخایر قابل استحصال جدید و شاخص جایگزینی ذخایر به تولید را نشان می دهد.
جدول((4‐1 میزان ذخایر و شاخص جایگزینی ذخایر به تولید کشور در سالهای 80‐81

14

فصل دوم:
انواع تولید پراکنده
(Distributed Generation)

15
مقدمه
برخی دلایل گرایش تولید به سمت تولید پراکنده عبارتند از:[48]
– 1 محدودیتهای محیطی و جغرافیایی تولید
– 2 مسایل تکنیکی شبکه همچون پایداری، قابلیت اطمینان و...
– 3 روند رو به رشد بار در شبکه توزیع و نیاز به احداث نیروگاههای جدید و توسعه شبکه تولید پراکنده
– 4 گرایش به سمت انرﮊیهای پاک و سازگاز با محیط زیست
– 5 قطع وابستگی به سوختهای فسیلی به دلیل نوسانات قیمت سوخت
– 6 تلفات کمتر نسبت به نیروگاههای بزرگ
– 7 جاگذاری و نصب آسانتر
– 8 جاگذاری نزدیک مصرف کننده که این باعث کاهش هزینه توزیع و انتقال و تلفات ناشی از آنها میگردد.[15]
و همچنین دارای معایبی به شرح ذیل است:
– 1 هزینه اولیه گران
– 2 پیچیده بودن ساختار
– 3 نیاز به سیستم های ذخیره برق، حرارت تولید پراکنده را با اسامی مختلفی مانند زیر خطاب میکنند:[49],[18]
Embedded Generation - 1
Distributed Generation - 2
Dispersed Generation - 3
Power Distribution - 4
Distributed Resources - 5
اصطلاحا تولید پراکنده را DG هم می گویند. در اکثر موارد تولید پراکنده در شبکه های توزیع جایگذاری میـشود.
وارد کردن تولید پراکنده در شبکه های توزیع، مزایا و معایبی دارد. مزایای استفاده از تولید پراکنده عبارتند از:
‐1 اصلاح کیفیت توان
‐2 اصلاح قابلیت اطمینان
‐3 کم کردن تلفات
‐4 بالا بردن قابلیت اعتماد معایب استفاده از تولید پراکنده عبارتند از:
‐1 پیچیده شدن شبکه و ضرورت توسعه سیستم حفاظت شبکه
‐2 پیچیده شدن بهره برداری و کنترل شبکه مولدهای پراکنده دارای انواع مختلفی بوده که در ذیل به بررسی اجمالی آنها پرداخته شود.
16
انواع تولید پراکنده
تولید پراکنده دارای انواع گوناگونی می باشد، که از مهمترین آنها می توان به موتورهای احتراق درونی، توربینهـای گازی احتراقی1، توربینهای کوچک2، وسایل ذخیره انرﮊی3، توربینهای بادی4، انرﮊی بیوماس5، سلولهای سـوختی6 و سلولهای خورشیدی7 را نام برد.[17],[21]
این تولیدات پراکنده را می توان از دید تکنولوﮊی به سه دسته عمده تقسیم نمود که عبارتند از:
‐1 تکنولوﮊی گازی
‐2 تکنولوﮊی های انرﮊی نو
‐3 وسایل ذخیره انرﮊی که در آن تکنولوﮊی گازی شـامل توربینهـای احتراقـی گـازی، توربینهـای کوچـک و سـلولهای سـوختی میباشـد.
تکنولوﮊی های انرﮊی نو شامل انرﮊی نهفته طبیعی، توربینهـای کوچـک بـادی، سـلولهای فتوولتائیـک مـی باشـند.
وسایل ذخیره انرﮊی شامل باتری، 8SMES، سوپرخازنها، سدهای ذخیره آب و 9CAES می باشند.
توربینهای گازی احتراقی تکنولوﮊی توربینهای گازی سالهاست که مورد استفاده قرار می گیرد هم اکنـون در شـبکه انتقـال ایـران توربینهـای
گازی زیادی با توان خروجی بالا در حال سرویس دهی می باشند. توربینهای گـازی مـورد بحـث در اینجـا خیلـی کوچکتر از توربینهای گازی به کار رفته در شبکه انتقال بوده و توان خروجی پایین تری دارند.
در این نوع توربینها مطابق شکل (2‐1) هوا با عبور از کمپرسور فشرده شده سپس با سوخت ترکیب مـی گـردد و پس از احتراق، باعث گردش توربین و در نهایت توسط ﮊنراتور باعث تولید توان می شود. این توان تولید شده هم توسط مبدل های توان به شبکه تحویل داده می شود. در این فرآیند می توان از حرارت تولید شـده در تـوربین کـه مورد استفاده نیست جهت سیستم گرمایش یا هر هدف دیگری استفاده نمود. توربینهای گازی احتراقی دارای مزایـا و معایبی هستند که در زیر شرح داده شده اند.

1- Combustion Gas turbine 2- Micro Turbine 3- Enegy Storage Devices 4- Wind Turbine 5- Biomass Power 6- Fuel Cells 7- Photovoltaic Arrays
8- Superconducting Magnetic Energy Storage 9- Compressed Air Energy Storage
کمپرسور

جعبه دنده
گاز خروجی
17
بخارورودی توربین
محفظه احتراق
گاز خروجی
شکل (2‐1) سیستم بازیافت حرارت
مزایا:
‐1 راندمان بالا و هزینه پایین
‐2 توانایی تولید دمای بالا
‐3 مشتری های زیاد در بازار برق
‐4 نسبت توان به وزن بالا
‐5 در دسترس بودن و قابل اطمینان بودن
‐6 رنج بهره برداری وسیع از توان خروجی معایب:
‐1 کاهش راندمان با کاهش بار
‐2 حساسیت به شرایط محیطی (دما، ارتفاع)
‐3 هزینه و راندمان واحدهای کوچک آن به اندازه واحدهای بزرگ قابل قبول نیست.
توربینهای گازی احتراقی از جمله تولید کننده های انرﮊی است که به راحتی در هر نقطه ای قابل نصب بـوده ولـی دارای فاکتور آلوده کنندگی هوا می باشند، که به نظر می رسد نقش آنها را در آینده کم رنگ نماید.
توربینهای کوچک تکنولوﮊی توربینهای کوچک دارای آینده درخشانی است این نوع توربینها، توربینهای احتراقی با ظرفیـت کـم مـی
باشند که می توانند از گاز طبیعی پروپان و سوخت مایع استفاده نمایند. مطابق شـکل (2‐2) در یـک نگـاه سـاده، توربینهای کوچک دارای کمپرسور، محفظه احتراق، توربین کوچک و ﮊنراتور می باشـد. توربینهـای کوچـک دارای حجم کوچکی به اندازه 1– 0/004 m3 و تولیـدی بـه انـدازه 500‐20KW دارنـد. بـرخلاف توربینهـای احتراقـی
18
معمولی، توربینهای کوچک در دما و فشار کمتر و سرعت بیشتری (100000rpm) که بیشتر اوقات به هـیچ جعبـه دنده ای نیاز ندارند، کار می کنند. انواع تجاری موجود دارای قیمت پایین، قابلیت اطمینان خـوب، سـرعت بـالامی باشند. این نوع تولید پراکنده در رنج تولید توان75‐30 KW در شـمال غربـی آمریکـا و غـرب کانـادا و آرﮊانتـین توسط کمپانی Honeywell نصب شده اند. قسمتهای مختلف یک توربین کوچک در شکل (2‐2) نشان داده شـده است. با توجه به شکل (2‐2) هوا با عبور از فیلتر و کمپرسور در محفظه احتراق با سوخت ترکیب شده و واکنش نشان می دهد و سپس توربین به گردش درآمده و ﮊنراتور تولید توان می نمایـد. تـوان تولیـد شـده هـم از طریـق مبدلهای توان به شبکه تزریق می گردد.

جعبه دندهبخارورودی توربین
سیستم بازیافت
محفظه احتراق
دود خروجی
شکل (2‐2) شکل ساده یک میکرو توربین
توربینهای کوچک در بهره برداری و استفاده دارای مزایا و معایبی هستند که به ترتیب در زیر شرح داده شده اند.
مزایای توربینهای کوچک عبارتند از:
‐1 قطعات گردنده کم، سایز کوچک و وزن کم
‐2 راه اندازی ساده و سریع و دارای مشخصات هماهنگ با بار
‐3 راندمان بالا در استفاده دوگانه گرمایی‐ الکتریکی و دوره های تعمیر بلند مدت
‐4 مواد زاید خروجی کم و استفاده مجدد سوخت مصرف نشده معایب توربینهای کوچک عبارتند از:
‐1 نسبت نامناسب سوخت به راندمان الکتریکی
‐2 درجه حرارت بالای محیط وارتفاع بر تلفات توان خروجی و راندمان اثر منفی دارد
19
استفاده وسیع از توربینهای کوچک به دلیل حجم کم و راه اندازی سریع و مواد زاید پایین به سرعت درحـال رشـد است و آینده ای روشن برای آن پیش بینی می شود.
سلولهای سوختی سلول سوختی وسیله ای است که توان الکتریکی و انرﮊی حرارتـی را از انـرﮊی شـیمیایی از طریـق واکـنش هـای
الکتروشیمیایی تولید و تا زمانی که سوخت ورودی تامین گردد تولید الکتریسیته ادامه می یابد. برخلاف باطریها در سلولهای سوختی نیازی نیست که در حین عملیات الکتروشیمیایی، تا زمانی که سوخت ورودی تـامین مـی گـردد، شارﮊ گردد. تکنولوﮊی سلولهای سوختی از سال 1960 شناخته شده است ظرفیت سلولهای سوختی از کیلووات تـا مگاوات برای واحد قابل حمل و ثابت در حـال تغییـر اسـت، ایـن وسـیله در کاربردهـای مختلـف بـا اسـتفاده از سوختهای گازی و مایع، توان و گرمای پاک و سازگار، با محیط تولید مـی نمایـد، سـلولهای سـوختی مـی تواننـد سوختهایی همچون سوخت هیدورﮊن سنگین، گاز طبیعی، بیوگاز و پروپان مصرف نمایند.[11]
سلول سوختی دارای قسمت های مختلفی همچون مبدل سوخت، کاتالیزور آند، الکترولیت پلیمری، کاتالیزور کاتـد و مبدل توان الکتریکی می باشد. هیدروﮊن سوخت با عبور از مبدل سوخت اسـتخراج شـده و وارد کاتـالیزور آنـد میگردد، با عبور از آند الکترون آن گرفته شده و هیدروﮊن یونیزه شده از الکترولیت پلیمری عبور می کند و در کاتد با اکسیژن ترکیب شده و آب و گرما می دهد. بدینوسیله گرما و الکتریسیته تولید می شود. الکتریسیته تولید شده از طریق مبدل توان به شبکه تزریق مـی گـردد. در شـکل((2‐3 مراحـل عملکـرد پیلهـای سـوختی نـشان داده شـده است. [19]

شکل (2‐3) مراحل عملکرد پیلهای سوختی
مزایا و معایب استفاده از بهره برداری از سلولهای سوختی به شرح زیر آمده است.
مزایا:
‐1 راندمان الکتریکی بالا
‐2 نبود قسمتهای متحرک در حین کارکرد سلول سوختی‐ به غیر از پمپها و دمنده های سلول سوختی کـه باعـث کاهش آلودگی صوتی و محیطی می گردد.
20
‐3 نبود احتراق در سلولهای سوختی باعث کاهش قابل ملاحظه مواد زاید خروجی و ماهیت سازگاری بـا طبیعـت را به سلول سوختی داده است.
‐4 با توجه به راندمان بالای سلول سوختی درحالت الکتروگرمایی روز بـه روز سـلولهای سـوختی کـوچکتری بـا مقیاس تجاری و قیمت مناسب ساخته می شود.
معایب:
‐1 قیمت بالا
‐2 نیاز به یک مبدل توان الکترونیک قدرت جهت تنظیم ولتاﮊ خروجی باتوجه به راندمان بالا و سازگاری با محیط زیست و نیز پایین آمدن هزینه سلول سوختی با پیشرفت علم پیش بینی می شود که میزان زیادی از تولید به سمت سلول سوختی متمایل گردد.
توربینهای بادی انرﮊی بادی، انرﮊی است که از هزاران سال پیش مورد استفاده های متعدد داشته است. و از جمله انرﮊیهای متغیر با
زمان و مکان است. چگالی توان تولیدی بر حسب وات بر واحد سطح، یک تابع درجه سوم از سـرعت بـاد اسـت.
در اینصورت یک افزایش کوچک در سرعت باد، افزایش زیادی در توان را در بر خواهد داشت. بادها به دسته های خوب، عالی و شدید تقسیم بندی می شوند که معادل بـا سـرعتهای 13، 16 و 19 مایـل برسـاعت اسـت. توسـط توربینهای بادی ( ایروتوربین ) حرکت رانشی باد به انرﮊی مکانیکی دورانی تبدیل می شود که آن نیز به نوبه خـود توسط یک ﮊنراتور به انرﮊی الکتریکی تبدیل می گردد. ضریب تـوان یـک ایروتـوربینCP شـاخص نـشان دهنـده اصطکاک شفت ایروتوربین می باشد.
یک توربین بادی شامل یک رتور، پره های توربین، ﮊنراتور، وسایل مکانیکی مبدل سرعت و نیرو، شفت و درایـور ﮊنراتور می باشد. توربین های بادی مدرن می توانند به تنهایی یا به صورت مزرعه های بادی و دسته جمعی انرﮊی الکتریکی را تولید نمایند. پره های توربین بادی عموما دو یا سه پره می باشد که هر کدام حدود m 30‐ 10 طـول دارد.

شکل((2‐4 اجزاﺀ توربین بادی
21
انواع مختلفی ایروتوربین در دسترس هستند. آنها می توانند دارای محورهای افقی یا عمودی باشند. تعداد پـره هـا، ثابت یا متحرک بودن آنها و کنترل پره ها بستگی به نوع ایروتـوربین دارد. توربینهـای بـا محـور عمـودی بـا دارای
سیستم خود راه انداز نیستند و نیاز به مکانیسم راه انداز دارند.
توربینهای با محور افقی با دو تا یا بیشتر پره متداولترند. توان الکتریکی خروجی از رابطه زیر بدست می آید:
Pc  η gηm ACp KV 3(2‐1)
که در اینجا ηm و η g به ترتیب بازده های مکانیکی و الکتریکی ﮊنراتـور مـی باشـند. بـه همـین ترتیـب A سـطح جاروب شده، K یک ثابت و V سرعت برخورد باد به توربین می باشد.
اگر سرعت باد تغییر کند، با کنترل گام پره ها، توربین در یک سرعت ثابت عمل می کنـد و یـک ماشـین سـنکرون معمولی برای تولید فرکانس ac ثابت بکار گرفته می شود.
معمولا یک ﮊنراتور القایی با منبع قابل تغییر استفاده می گردد. در این حالت، توربین در یک سرعت نسبتا ثابت کار می کند. انتخاب سرعت متغیر موجب می شود که بازده توربین در رنج وسـیعی از سـرعتهای بـاد بهینـه گـردد در نتیجه خروجی افزایش می یابد. در آینده انتظار می رود که توربینهای پیشرفته در مد سرعت متغیر عمل نموده و از الکترونیک قدرت برای تبدیل خروجی فرکانس متغیر به فرکانس ثابت با اغتـشاشات هـارمونیکی حـداقل در آنهـا استفاده گردد.
اگرچه تبدیل انرﮊی باد به انرﮊی برق اثرات زیست محیطی حداقل دارد ولی ساختارهای بزرگ آنها مقـداری نـویز تولید نموده و از لحاظ زیباسازی هم مشکل ساز خواهد بود. با جایابی سیستمهای باد، تا حد امکان دور از مراکـز مسکونی، این تاثیرات حداقل می گردد. [12]
با توجه به تحقیقات انجام شده توربینهای بادی دارای مزایا و معایبی است که در زیر آورده شده اند.
مزایا:
‐1 انرﮊی تولید شده از توربین بادی می تواند ارزان شود.
‐2 هزینه تولید انرﮊی پائین
‐3 توربین بادی هیچ ماده زاید خروجی نداشته و هیچ سوختی هم نیاز ندارد.
‐4 استفاده بهینه از زمین: زمین مورد استفاده آن می تواند برای کشاورزی یا غذا دادن به حیوانـات مـورد اسـتفاده قرار گیرد.
معایب:
‐1 توان خروجی متغیر در ازای تغییرات سرعت باد
‐2 مکان های مناسب جهت نصب توربین بادی محدود می باشد.
‐3 اثر روحی روانی نیروگاه بادی به دلیل بزرگی آن بر روی مردم مجاور آن
‐4 کشتار پرندگان که از محدوده آن می گذرند
22
‐5 نیروگاه بادی بدلیل تولید انرﮊی پاک و نیز بدلیل پایین آمدن هزینه تمام شده انرﮊی توسط آنها بـه مـرور زمـان درآینده متقاضی بیشتری خواهند داشت.
شبکه های فتوولتاییک پدیده فتوولتائیک: به پدیده ای که در اثر تابش بدون استفاده از مکانیزمهای محرک، الکتریـسیته تولیـد کنـد پدیـده فتوولتائیک می گویند.
شبکه های فتوولتائیک مجموعه ای از سلولهای فتوولتاییک می باشند که انرﮊی خورشید را بطور مستقیم به انـرﮊی الکتریکی تبدیل می نمایند. سلولهای فتوولتائیک می توانند به صورت مربعی یا گرد باشند.
این سلولهای به گونه ای به هم متصل شده اند تا ردیفهای قابل حملی را تشکیل دهند. بـا اتـصال ایـن ردیفهـا بـه صورت سری موازی1 (امروزه این گونه سلولها عموما از ماده سیلیسیوم و سیلیسیوم مورد نیاز از شن و ماسه تهیـه می شود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت می گردد) می توان انرﮊی مورد نیاز خود را تامین نمود.
سیستمهای فتوولتائیک را می توان به طور کلی به سه بخش اصلی تقسیم نمود:
‐1 پنلهای خورشیدی: این بخش در واقع مبدل انرﮊی تابـشی خورشـید بـه انـرﮊی الکتریکـی بـدون واسـطه مکانیکی می باشد. جریان و ولتاﮊ خروجی از این پنلها ) DC مستقیم )می باشد.
‐2 تولید توان مطلوب یا بخش کنترل: این بخش در واقـع کلیـه مشخـصات سیـستم را کنتـرل کـرده و تـوان ورودی پنلها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار یا باتری تزریق یا کنترل می کند. در این بخش مشخصات و عناصر تشکیل دهنده با توجه به نیازهای بار الکتریکی و مصرف کننـده و نیـز شـرایط آب و هوایی محلی تغییر می کند.
‐3 مصرف کننده یا بار الکتریکی: با توجه به خروجی DC پنلهای فتوولتائیک، مصرف کننده می تواند دو نوع
DC یا AC باشد. همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتائیک می توان نیاز مصرف کننـدگان مختلـف را با توانهای متفاوت تامین نمود.
مجموعه یک شبکه فتوولتائیک تولید انرﮊی در شکل (2‐5) نشان داده شده است. در شـکل دیـده مـی شـود کـه انرﮊی خورشید از طریق شبکه فتوولتاییک به انرﮊی الکتریکی تبدیل و توسط یک مبدل تـوان بـه بـرق مـورد نیـاز شبکه تبدیل می گردد. با استفاده از یک ﮊنراتور پشتیبان می توان انرﮊی الکتریکی دائمی به شبکه تحویل داد.

شکل((2‐5 نحوه عملکرد سیستمهای فتوولتائیک[20]

1- Panel
23
بکارگیری شبکه های فتوولتائیک مزایا و معایبی دارند که در زیر شرح داده شده اند:
مزایا:
‐1 جهت نقاط دور دست کاربرد فراوانی دارد
‐2 نیاز به تعمیر آنها خیلی کم است
‐3 طبیعت دوست هستند معایب:
‐1 شرایط جوی و جغرافیایی محیط و میزان نور خورشید تاثیر مستقیم بر تولید توان در این وسیله دارند
‐2 این سلولها توان خروجی کمی تولید می نمایند
‐3 هزینه زمین در جاهایی که PV نصب می شود گران است و نسبت زمین مصرفی به توان خروجـی در آن کـم می باشد.
تحقیقات وسیعی در زمینه سلولهای خورشیدی درحال انجام است و با توجه به کاهش روز افزون ذخـایر سـوخت فسیلی و خطرات ناشی از بکارگیری نیروگاههای اتمی و با توجه به طبیعت دوست بودن این وسیله امید است کـه در آینده بعنوان جایگزین مناسب و بی خطر برای سوختهای فسیلی و نیروگاههای اتمی توسـط بـشر بکـار گرفتـه شود. [13]
وسایل ذخیره انرﮊی این وسایل با ذخیره انرﮊی در ساعات خاص و سپس پس دادن انرﮊی در ساعات تعیین شده به عنـوان منبـع تـوان
تولید پراکنده در شبکه توزیع شناخته شده اند. وسایل ذخیره انرﮊی شامل باتری، SEMS، سـوپر خازنهـا، سـدهای ذخیره آب و CAES می باشند. این وسایل معمولا با انواع دیگر تولید پراکنده ترکیب می شوند تا در زمان پیک بار مورد استفاده قرار گیرند.
بکارگیری این وسایل مزایا و معایبی دارد که در زیر شرح داده شده اند.
مزایا:
‐1 اصلاح کیفیت توان و قابلیت اطمینان
‐2 کاهش اندازه تولیدات پراکنده
‐3 صرفه جویی انرﮊی / تقاضا از تقسیم بندی بار
‐4 کاهش دادن احداث تجهیزات جدید در شبکه انتقال و توزیع معایب:
‐1 هزینه بالای سیستم ذخیره در مدت طولانی
‐2 تلفات توان کنار سایت جهت حفظ انرﮊی شارﮊ شده
‐3 نرخ تعمیرات بالا
24
با بکارگیری وسایل ذخیره انرﮊی می توان از اضافه توان شبکه در زمان پیک بار استفاده نمود و شبکه ای با قابلیت مانور بالایی داشت.
نیروگاههای انرﮊی جزر و مد انرﮊی جزر و مد حاصل نیروی گرانش ماه است که ناشی از تغییرات دوره ای انرﮊی پتانسیل آب در نقطه از سطح
زمین است. این تغییرات بوسیله ویژگیهای جغرافیایی مثل شکل و اندازه مصب رودخانه ها زیادتر می شود. نـسبت بین ماکزیمم خیز جزر و مد و مینمم مقدار آن می تواند برابر 3 به 1 باشد. در مصب رودخانه ها، دامنه جزر و مـد می تواند به بزرگی 10 تا 15 متر باشد. توان تولید شده از جزر و مد با ایجاد یک آبگیر و یک سـد در یـک نقطـه مفید در طول مصب تولید می شود. با نصب توربین در نقاط مناسب امکان تولید برق هم در زمـان جـزر و هـم در زمان مد وجود دارد. در شکل دو آبگیره، تولید می تواند در زمانهای مختلف انجـام شـود. بـه ایـن ترتیـب کـه در ساعات پیک عرضه از آبگیره دوم استفاده می گردد. استفاده از انرﮊی حاصل از جزر و مد، نیاز به محل های خاص دارد. بزرگترین این نیروگاهها از نوع یک آبگیره است کـه در انگلـستان و فرانـسه وجـود دارنـد. تـوان نـامی ایـن نیروگاهها 240 مگا وات است که از 24 توربین افقی پره ای استفاده می کنند که توان نامی هر کدام 10 مگا ولـت آمپر است. این نیروگاهها از سال 1966با فناوری خوبی آغاز به کار کرده و بطور متوسط حـدود 500 گیگـا وات ساعت، انرﮊی خالص در هر سال تولید نموده است. [12]
نیروگاههای ترمو الکتریک ترمو الکتریک با استفاده از تاثیرات ترموالکتریکی مواد، انرﮊی حرارتی را مستقیما به انرﮊی برق تبدیل می کننـد کـه
نیمه هادیها بهترین انتخاب برای ترموکوبلها هستند.
در یک ﮊنراتور ترموالکتریکی، ولتاﮊ سیبک تولید شده که تحت اختلاف دما بوجود میآید و یـک جریـان مـستقیم
DC را از طریق مدار باز راهاندازی میکند. [11]
نیروگاههای ترمیونیک تبدیل مستقیم گرما به برق که ادیسون به آن نایل گشت، آزاد شدن الکترونهـا از یـک جـسم داغ اسـت کـه تـابش
ترمیونیک نامیده میشود.گرمای ورودی، انرﮊی کافی به الکترونهایی که در کاتد هستند را میدهـد کـه ایـن باعـث گسیل شدن این الکترونها میگردد. اگر این الکترونها با استفاده از یک جمع کننده (آند) جمع شـوند و یـک مـسیر بسته از طریق یک بار برای کامل کردن مدار برگشتشان به کاتد برقدار گردد، خروجی الکتریکـی بدسـت مـیآیـد.
مبدلهایی که با گازهای قابل یونیزه مثل بخار سدیم در فضای بین دو الکترود پر میشوند. چگالی تـوان بـالاتری را بخاطر بیبار کردن فضای بار موجب میگردند. وقتی این شـاخص کـاهش مـییابـد، کاربردهـای بیـشتری عملـی میگردند. یک نمونه از این تکنولوﮊی 1TFE است که ترکیبی از مبدل و سوخت هستهای بوده و تـوان تولیـدی آن در مقیاس کیلووات تا مگاوات است و برای دورههای زمانی طولانی 7) تا 10 سال) میباشد.

1 - Thermal Fuel Element
25
مبدل دیگر دیگ بخار تولید همزمان برق و گرما، یک دیگ بخار با دمای بالاست که با مبـدلهای ترمیونیـک مجهـز شده است. خروجی الکتریکی آن 50 کیلووات در برابر یک مگاوات خروجی گرمایی است. [17]
نیروگاههای بیوماس بیوماس نوعی ماده آلی است که به وسیله گیاهان اعم از گیاهان خاکی ( که در زمین می رویند ) و گیاهان آبی ( که
در آب می رویند ) و مشتقات آنها تولید می شود. بیوماس شامل گیاهان جنگلی و پسمانده های آنها، گیاهـانی کـه به خاطر محتوای انرﮊی شان در " مزارع انرﮊی " کاشته می شوند، و کود حیوانی نیز مـی شـود. بـر خـلاف زغـال سنگ، نفت و گاز طبیعی که در طی میلیون ها سال بوجود می آیند، بیوماس را می توان منبع انـرﮊی تجدیـد پـذیر تلقی کرد زیرا عمر گیاه تجدید می شود و هر سال به مقدار آن اضافه می شود. بیوماس را می توان شکلی از انرﮊی خورشیدی تصور کرد چون که در واقع این انرﮊی در نتیجه فتوسنتز و رشد گیاهان حاصل می شود.
بیوماس، علاوه بر پسماند های چوبی و تفاله مواد گیاهی که در بالا به آنها اشاره شد، برخی مواد دیگر را نیز شامل می شود. انواع مختلف بیوماس به صورتی هستند که حجم را اشغال می کنند و محتوی مقدار زیادی آب هـستند (
50 تا 90 درصد ). از این رو، انتقال آنها تا مسافتهای دور اقتصادی نیست، بلکه تبدیل آنها به صورت انرﮊی قابـل استفاده باید در نزدیکی محل تولید که محدود به مناطق خاصی است، صورت گیرد. با وجود ایـن، بیومـاس را مـی توان به سوختهای گازی و مایع تبدیل کرد که بدین وسیله چگالی انرﮊی آن افزایش می یابد و انتقال آن بـه منـاطق دور عملی می شود.
تبدیل بیوماس به صورتهای گوناگون انجام می گیرد:
‐1 احتراق مستقیم مانند سوزاندن تفاله و پسماندهای چوبی
‐2 تبدیل گرما شیمیایی
‐3 تبدیل زیست شیمیایی
تبدیل گرما شیمیایی به دو شکل صورت می گیرد:
‐1 تهیه گاز
‐2 تهیه مایع
تهیه گاز با گرمایش بیوماس و با استفاده از اکسیژن محدود عملی می شود که در نتیجه آن گـاز، بـا ارزش گرمـایی پایین تولید می شود، یا اینکه بیوماس با بخار آب و اکسیژن در فشار و دمای بالا به طور شیمیایی ترکیب می شـود که حاصل آن تولید گاز با ارزش گرمایی متوسط است. این گاز را می توان مستقیما به عنوان سوخت مصرف کـرد آن را به متانول ( متیل الکل ( CH 3 OH یا اتانول ( اتیل الکل ( CH 3 CH 2 OH که سوختهای مایع هستند تبـدیل کرد و یا اینکه آن را به صورت گاز، با ارزش گرمایی بالا در آورد. تبدیل زیست شیمیایی به دو صورت انجـام مـی گیرد: تجزیه ناهوازی و تخمیر. تجزیه ناهوازی مستلزم تجزیه میکروبی بیومـاس اسـت. موجـود نـاهوازی موجـود
26
ریزی است که بدون نیاز به هوا یا اکسیژن می تواند زندگی کند. این موجود می تواند اکسیژن مورد نیاز خـود را از تجزیه ماده ای که در آن است به دست آورد. این نوع موجودات در تجزیه پسمانده های حیـوان دخالـت دارنـد و می توان در تجزیه سایر انواع بیوماس نیز از آنها استفاده کرد. این فرایند در دما های پایین تا 65 درجـه سـانتیگراد صورت می گیرد و حداقل به رطوبتی معادل 80 درصد نیاز دارد. در این فرایند گازی، گه عمدتا شامل دی اکـسید کربن و متان است تولید می شود و گاز محتوی حداقل ناخالصی های ممکن مانند سولفید هیدروﮊن است. این گاز را می توان مستقیما سوزانده یا با جدا کردن CO2 و دیگر ناخالصی ها، آن را به گـاز طبیعـی سـنتزی کـه کیفیـت بالاتری دارد تبدیل کرد. پسمانده های این فرایند شامل لجن و ماده مایع زایدی است که اولی دارای مقـدار زیـادی پروتئین است که از آن می توان به عنوان خوراک حیوانی استفاده کرد و دومـی را مـی تـوان بـه کمـک تکنیکهـای استاندارد زیست شناسی به خاک تبدیل کرد.
تخمیر عبارت است از تجزیه مولکولهای پیچیده به مولکولهـای عـالی در اثـر مخمـری ماننـد خمیرمایـه، بـاکتری، آنزیمها و غیره. تخمیر یک تکنولوﮊی کاملا جا افتاده و بطور وسیع پذیرفته شده برای تبدیل شکر و جو بـه اتـانول است. در سال 1979 در حدود شصت میلیون گالن اتانول در ایالات متحده تولید شد و پیشبینی میشود که مقدار آن در سال 1985 با استفاده از غلات اضافی به پانصد میلیون گالن برسد. در نظـر اسـت کـه اتـانول را بـا بنـزین مخلوط کنند و گاز و هول 90) درصد بنزین و 10 درصد اتانول) بدست آورنـد. ایـن طـرح در سـالهای اول دهـه
1980 به دلیل بالا بودن هزینه تولید و نیاز به انرﮊی زیاد در فرآیند تولید بـا موفقیـت بزرگـی روبـرو نـشد. طـرح دیگری که برای کاهش هزینه تولید اتانول به روش تخمیر تحت مطالعه است، پیـدا کـردن غـلاب یـا مـواد قنـدی ارزانتر و استفاده از روشهای تولیدی است که به انرﮊی کمتری نیاز داشته باشند. برای این منظور، گلوکز تولید شده ناشی از هیدرولیز پلیمر کربوهیدرات که بسیار فراوان هم است، و لیگنوسلولوز نامیده میشـود، مـورد توجـه قـرار گرفته است. مطالعات نشان دادهاند که استفاده از انرﮊی بیوماس را میتوان با انجام طرحهای جنگلکاری وسـیع در مناطقی که برای تولید مواد غذایی مساعد نیستند، عملی کرد. بدین وسیله میتوان از هر جریب (حدود 4000 متـر مربع) در هر سال ده تا بیست تن چوب جنگلی بدست آورد. وسعت جنگل ممکن است به 130 کیـومتر مربـع تـا
520 کیلومترمربع برسد. درختان با بکارگیری ادوات خودکار بریده میشوند و آنگـاه پـس از خـرد شـدن و پـودر شدن، آماده احتراق در نیروگاهی که در میانه جنگل قرار میگیرد میشوند. نیروگاههایی که با بیوماس سوختدهـی میشوند در مقیاسهای کم (کمتر از 100 مگاوات) بارهای پایه و بارهای میانی را در ایالات متحده تغذیه میکننـد.
این منابع قابل تجدید بوده و انتشار دی اکسید کربن را کاهش میدهند. خاکستر حاصل از این نیروگاهها هم دوباره بازیافت شده و بعنوان کود شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد.[17]
نیروگاه های مبدل انرﮊی خورشیدی – حرارتی – الکتریکی ویژگی انرﮊی گرمایی مورد نیاز واحدهای تولید پراکنده که از تبدیل نور و گرما به برق استفاده می کنند وابسته بـه ایجاد نور متمرکز شده، می باشد.
27
بشقابهای سهموی شکل و گیرنده های مرکزی برای تولید دما در رنج 400 تا 500، 800 تا 900 و بیشتر از 500
درجه سانتیگراد استفاده می شوند. بزرگترین ظرفیت نصب ( نزدیک 400 مگا وات ) می باشد. نیروگاه خورشیدی
– حرارتی – الکتریکی از جمع کننده های سهموی و از روغن برای انتقال انرﮊی حرارتی به یک مکـان مرکـزی از طریق سیکل بخار رانکین استفاده می کنند و اضافه بر این، دارای یک آتشدان گـاز طبیعـی بـرای عملکـرد ترکیبـی است. این تکنولوﮊی با نام اختصاری SEGS عرضه شده است و بیشتر از 90 درصد انرﮊی بـرق خورشـیدی را در جهان شامل می شود. این تکنولوﮊی از گاز طبیعی برای جبران تغییرات موقتی انرﮊی تابشی خورشید و بهبود تـوان عرضه شده سیستم، استفاده می کند. این جبران در سـاعات 7 تـا 11 شـب در تابـستان و 8 شـب تـا 5 صـبح در زمستان صورت می گیرد. [14],[4]
مزایای نیروگاههای خورشیدی
‐1 تولید برق بدون مصرف سوخت
‐2 عدم احتیاج به آب زیاد
‐3 عدم آلودگی محیط زیست
‐4 امکان تامین شبکه های کوچک و ناحیه ای
‐5 استهلاک کم و عمر زیاد
‐6 عدم احتیاج به متخصص
نیروگاه تولید همزمان برق، گرما و سرما :1(CHCP)
با استفاده از یک سوخت یا ترکیبی ازسوختهای متفاوت میتوان توسط مجموعه موتور‐ مولـد (یـا مجموعـههـای مبتنی بر توربین) برق تولید کرد. بخش بزرگی از کل گرمای اتلافی حاصل از فرآیند تولید برق را میتـوان توسـط مبدلهای گرمایی بازیافت کرد تا برای مصارف تامین گرمایش فضا، آبگـرم مـصرفی، بخـار مـورد نیـاز فرآینـدهای کارخانهها و... بکار برد. با استفاده از یک چیلر جذبی میتوان از بخشی از گرمای بازیافت شده بـرای تولیـد سـرما بهره گرفت. در نتیجه بطور همزمان میتوان هر سه نوع انرﮊی الکتریکی، گرمایی و سرمایی را تولید کـرد کـه ایـن پدیده بنام تولید همزمان برق، گرما و سرما شناخته میشود. از یک بویلر کمکی نیز مـیتـوان بـرای جبـران کمبـود گرمای مورد نیاز بارهای گرمایی و از یک منبع ذخیره گرما برای ذخیره گرما در مواقعی کـه بـار گرمـایی از میـزان خروجی گرما کمتر است استفاده کرد.
تولید متداول قدرت به طور میانگین تنها %35 بازده دارد، تا حدود %65 ظرفیت انرﮊی بصورت گرمای اتلافی آزاد میشود. جدیدترین تولید سیکل ترکیبی میتواند این بازده را صرفنظر از اتلاف انتقال و توزیع برق، تا %55 بهبـود بخشد. تولید همزمان، این اتلاف را با استفاده گرما در بخـشهای صـنعت، تجـارت و گرمـایش و سـرمایش منـزل کاهش میدهد. تولید همزمان عبارتست از تولید گرما و برق که هردوی آنها مورد استفاده قرار میگیرند. این تولیـد

1- Combined heat and cold and power
28
شامل گسترهای از فناوریها است، ولی معمولا شامل یک مولد برق و یـک سیـستم بازیافـت گرمـایی اسـت. تولیـد همزمان، نیز بعنوان »ترکیب برق و گرما «(CHP) و »انرﮊی کل« شناخته میشود.
در تولید متداول برق، تلفات بیشتر در حدود 5 تا %10 ناشی از انتقال و توزیع برق از نیروگاههای نسبتا دور افتاده تا شبکه برق است. هنگامیکه برق به کوچکترین مشتریان تحویل داده میشود، این تلفات بیشترین مقدار اسـت. بـا بهرهبرداری از گرما، بازده دستگاه تولید همزمان میتواند به %90 یا بیشتر برسد. بعـلاوه، بـرق تولیـد شـده توسـط دستگاه تولید همزمان معمولا بطور محلی استفاده میشود و تلفـات انتقـال و توزیـع قابـل صـرفنظر خواهـد بـود.
بنابراین صرفهجویی پیشنهادی توسط تولید همزمان در مقایسه با تامین برق و گرما توسـط نیروگاههـا و بویلرهـای متداول، در حدود 15 تا %40 خواهد بود.
ازآنجاییکه انتقال برق در مسیرهای طولانی آسانتر و ارزانتر از انتقال گرماست، دستگاه تولید همزمان معمولا هرچـه نزدیکتر به محل مصرف گرما نصب میشود و درحالت ایدهآل ظرفیت آنها را بگونهای درنظر میگیرنـد کـه تـامین کننده نیازهای گرمایی محل باشد. در غیر اینصورت یک بویلر اضافی مورد نیاز است و درنتیجه بخـشی از مزایـای زیست محیطی برآورده نخواهد شد. این بنیادی ترین اصل تولید همزمان میباشد.
هنگامیکه برق کمتر از حد نیاز تولید شود، لازم است تا باقیمانده آنرا خریداری کرد. با این وجود هنگامیکه ظرفیت دستگاه برمبنای نیاز گرمایی است، معمولا برق بیشتری نسبت به نیاز تولید میشود. برق اضافی را میتوان به شـبکه برق فروخت یا از راه شبکه توزیع، به مشتری دیگری تحویل داد. [17]
نیروگاههای آبی کوچک به طور کلی واحدهای آبی کوچک به دو دسته میکرو هیدرو و مینی هیدرو تقسیم می شوند.
در عمل تولید توان الکتریکی برای واحدهای میکروهیدرو در محدوده 5 تا 100 کیلو وات و برای مینی هیدرو در محدوده 500 کیلو وات تا 10 مگا وات می باشد. ارتفاع آب برای چنین واحدهایی می تواند در گستره ای از 1.5
تا 400 متر با محدوده دبی صدها لیتر تا دهها متر مکعب بر ثانیه باشد. [16]
دیزل ﮊنراتور این منابع سالهاست که در تولید برق ضروری مورد استفاده قرار می گیرند. سوخت اصلی آنها مازوت یـا گازوئیـل
است. در نوع جدید از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می شود. [16]
چرخ لنگر چرخ لنگر سیستم ذخیره انرﮊی الکترومکانیکی است که انرﮊی را به صورت انرﮊی جنبشی در یـک جـسم گـردان
ذخیره می کند. این سیستمها معمولا به دو صورت روتورهای فولادی و روتورهـایی از جـنس رزیـن سـاخته مـی شوند. در هر دو نوع سیستم، روتور در خلاﺀ می چرخد. در سیستمهای با روتور فولادی، بیشتر بـر ممـان اینرسـی روتور برای ذخیره انرﮊی تاکید دارند و در سیستمهایی با روتور مرکب بیشتر بر سرعت روتور برای ذخیـره انـرﮊی تاکید می کنند. [16]
29
موتورهای رفت و برگشتی موتورهای رفت وبرگشتی، بیشتر از 100 سال سابقه دارند و در واقع اولین مدل از تکنولوﮊی بـا سـوخت فـسیلی
هستند. و در تمامی بخشهای اقتصادی نتایج قابل قبولی داشته اند و انواع مختلف این موتورها از واحـدهای بـسیار کوچک با توان درحد کسری از اسب بخار تا واحدهای بزرگ 60 مگاواتی نیروگاهی ساخته شده اند. تقریبا تمامی موتورهایی که برای تولید انرﮊی بکار گرفته می شوند چهار زمانه هستند و در چهار سیکل عمل می کنند:
ورود ( مکش )
فشرده سازی
احتراق
تخلیه
در شکل زیر مراحل عملکردی موتورهای رفت و برگشتی نشان داده شده است.

شکل (2‐6) مراحل عملکردی موتورهای رفت و برگشتی
تعاریف مربوط به تولید پراکنده
با توجه به وسعت بهره برداری از تولید پراکنده توسط کشورهای مختلف مقررات متفاوتی در هر کـشور بـر تولیـد پراکنده اعمال می شود. بنابراین باید مقررات حاکم بر عملکرد مربوط به تولید پراکنده که در ایـن پـروﮊه در شـبیه سازیها بر تولید پراکنده اعمال شده است بیان شود. این تعاریف و مقررات در زیر شرح داده شده اند.
مکان تولید پراکنده: تولید پراکنده به شبکه توزیع و یا به سایت مصرف کننده متصل است.
هدف تولید پراکنده: تولید پراکنده جهت تولید قسمتی از توان مصرف کننده به صورت آمـاده بـه کـار مـورد بهـره برداری قرار می گیرد.
میزان تولید در تولید پراکنده: هر واحد تولید پراکنده باید حداکثر MW 1/5 تولید نمایـد، در مـورد مزرعـه هـای بادی تولید هر کدام از نیروگاههای بادی نیز از این قاعده پیروی میکنند.
محدودیتهای عملکردی تولید پراکنده دراین تحقیق ما تولید پراکنده را در حالت ماندگار و شبکه توزیع را بدون هیچ خطایی فرض کرده ایم.
30
تولید پراکنده را می توان بر اساس محدودیتهای تولید توان، نوع توان تولیـدی وعوامـل مـوثر در تولیـد تـوان بـه قسمتهای مختلفی تقسیم کرد که در زیر به تفضیل شرح داده شده است.
توربینهای گازی احتراقی، توربینهای کوچک این نوع تولید کننده ها را در صورتی که قابلیت اعمال پخش توان را داشته باشـند، مـی تـوان ماننـد نیروگاههـای
تولید متمرکز که دارای قابلیت پخش توان هـستند مـدل کـرد، ولـی در عـوض دارای محـدودیتهای متفـاوت زیـر میباشند.
الف) تولید توان خروجی: تولید توان خروجی این نوع تولید پراکنده دارای محدودیتهای تـوان مـاکزیمم و مینـیمم می باشد.
pg min ≤ pg ≤ pg max(2-2)
ب) تاخیر تولید: تاخیر تولید، تاخیری طبیعی می باشد و زمانی رخ می دهد که بخواهیم درمدت زمان خاصی تولید توان را افزایش دهیم. تغییرتوان در مدت زمان خاصی دارای محدودیتی است که عبارتنداز:
(2‐3) ∆pgt ≤ ∆pglim it
که در آن ∆Pgt میزان افزایش توان تولیدی خروجی از زمـان t‐1 و t مـی باشـد و ∆pglim it محـدودیت افـزایش
تولید توان می باشد. تولید کننده های انرﮊی نو این نوع تولید کننده ها شامل توربینهای بادی و شبکه های فتوولتاییک می باشند مشخـصه اصـلی ایـن نـوع تولیـد کننده ها این است که در موقعیت های اضطراری قابل پخش توان نیستند و توان خروجی آنها به شدت تحت تـاثیر اثرات محیط می باشد. در بسیاری از انواع این تولید پراکنده توان خروجـی تولیـد پراکنـده، تـابعی از ولتـاﮊ( ( v و
فرکانس ( ( f سیستم، در باسی که تولید پراکنده به آن وصل شده است می باشند. (2‐4)
pg ε( f ,v)
وسایل ذخیره انرﮊی وسایل ذخیره انرﮊی مانند باطری، قابلیت ذخیره وپس دهی انرﮊی را به شبکه در مدت زمان محدود و مـشخص را
دارند. این نوع از تولید پراکنده قابلیت پخش توان و کنترل میزان و مدت تولید توان خروجـی را دارنـد. مـی تـوان مشخصه ریاضی آنها را به طور کلی به صورت زیر تعریف کرد:
2 5 ) ∑pgt .T ≤ E ‐ ) t1: j که در آن؛ pgt ، مقدار توان آزاد شده در مدت زمان T می باشد ؛ E، انرﮊی قابل ذخیره می باشـد؛ و T زمـان آزاد سازی انرﮊی می باشد.
سلولهای سوختی
31
این نوع از تولید پراکنده فقط تولید توان حقیقی می نمایند. بنابراین توان راکتیو مورد نیاز را به طرفی بـا اسـتفاده از وسایل جانبی به کار رفته درشبکه مانند خازنهـای ثابـت، خازنهـای قابـل کنتـرل بـا ضـریب تـوان ثابـت و ادوات الکترونیک قدرت تامین نمود.
کاربردهای تولید پراکنده
تکنولوﮊیهای مختلف کاربردهای مختلفی در شبکه های توزیع دارند. این کاربردها بر اساس نیازمندیهای بار متغیـر است. این کاربردها در انتخاب تولید پراکنده مورد استفاده موثر است. درادامه تعدادی از ایـن کاربردهـا شـرح داده شده اند.
تولید پراکنده آماده به کار تولید پراکنده را می توان به صورت آماده به کار جهت تغذیه توان مورد نیاز بارهـای حـساس بـه کـار بـرد. ماننـد
بیمارستانها و کارخانه ها زمانی که شبکه خارج از سرویس است.
تقسیم پیک بار هزینه توان الکتریکی بر اساس منحنی تقاضای بار و تولید انتظاری موجود در یک زمان، تغییر می نماید. در نتیجـه،
تولیدات پراکنده می توانند جهت تغذیه بارها در زمانهای پیک بار مورد استفاده قرار گیرنـد. بدینوسـیله مـی تـوان هزینه الکتریسیته را برای مصرف کننده های صنعتی که باید هزینه زمان مصرف برق را پرداخت کنند، کاهش داد.
کاربردهای محلی و مناطق دوردست تولید پراکنده می تواند به طور مستقل برای تامین توان مناطق دوردست که دسترسی به شـبکه بـرق ندارنـد مـورد
استفاده قرار گیرد. کاربردهای آن عبارتند از روشنائی، گرمایش، سرمایش، مخابرات و کارگاههای تولیدی کوچـک.
ضمنا تولیدات پراکنده قابلیت پشتیبانی و تنظیم ولتاﮊ در کاربردهای محلی (بارهای حـساس) را هنگـام اتـصال بـه شبکه دارند.
تهیه گرما و الکتریسیته ترکیبی (CHP)
تولیدات پراکنده ای که قابلیت تهیه گرما و الکتریسیته ترکیبی را دارنـد، در مجمـوع دارای رانـدمان انـرﮊی بـالایی هستند. گرمای تولید شده از پروسه تبدیل سوخت به انرﮊی الکتریکی، در خود سایت رنج وسـیعی از کاربردهـا را دارا می باشد، مثل گرم کردن بیمارستانها و مراکز تجاری بزرگ و پروسه های صنعتی.
بار پایه شرکت دارنده تولید پراکنده، معمولا تولید پراکنده را برای تغذیه بار پایه جهت تهیه قسمتی از توان مورد نیاز شبکه مورد استفاده قرار می دهد با این عمل باعث بهبود پروفیل ولتـاﮊ شـبکه، کـاهش تلفـات تـوان و بهبـود کیفیت توان می شود.
نحوه اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه
‐1 مستقل از شبکه سراسری برق:
32
برای تامین انرﮊی الکتریکی مورد نیاز مناطق دور از شبکه سراسری برق از این نوع نیروگاهها استفاده می شـود کـه بازده توانی این سیستمها از چند صدوات تا چندین مگاوات متغیر، قابل نصب و راه اندازی می باشـد. کـه ممکـن است یک منبع تولید پراکنده بصورت تنهایی استفاده شود و یا اینکه برای افزایش قابلیت اطمینان از دو یا چند منبع بصورت موازی با هم استفاده گردد.
‐2متصل به شبکه سراسری برق
تقسیم بندی های مختلف تولید پراکنده
تولید پراکنده را می توان از دیدگاههای متفاوتی بررسی کرد. این تقسیم بندی ها بر اساس کاربرد هـای مختلـف و محدودیت های تولید پراکنده و نیز روش استفاده از آنها مطرح می شود. در ذیل این روشها به تفـصیل شـرح داده شده است.
دوره تغذیه و انواع توان تولیدی دوره تولید توان خروجی در تولید پراکنده به طور عمده مطابق اندازه تولید پراکنده نوع و کاربرد آن تغییر مـی کنـد
دوره تغذیه تولید پراکنده می تواند دروه دراز مدت تغذیه انرﮊی الکتریکی در بار پایه باشد، حالـت گـذاری تغذیـه انرﮊی الکتریکی که شامل تولید کننده های انرﮊی نو می باشد و دوره کوتاه مدت تغذیه انرﮊی الکتریکی که جهـت پشتیبانی از تغذیه شبکه مورد استفاده قرار می گیرد. با یک ساده سازی مطابق میزان تولیـد تـوان الکتریکـی دوره و نوع آن می توان مطابق جدول((2‐1 تقسیم بندی از تولید پراکنده بوجود آورد.
جدول((2‐1 تقسیم بندی تولید پراکنده دوره تغذیه توان نوع تولید پراکنده نکات توربین های گازی وسلولهای سوختی ‐ تولیــد تــوان حقیقــی و موهــومی بــه غیــر از بلند مدت سلولهای سوختی که تولید توان حقیقی تنهـا مـی نمایند. ‐ بعنوان بار پایه مورد استفاده قرار می گیرند. تغذیه غیر دائم سیــستم هــای انــرﮊی نو،نیروگاههــای ‐ وابسته به شرایط محیطی ‐ فقط توان حقیقی تولید میکنند. PVوWT ‐ در جاهای دور دست استفاده می شوند. کوتاه مدت باطریها، سلولهایPV، واحدهای ذخیره ‐ برای تضمین تداوم تغذیه به کار می روند. انرﮊی ‐ ذخیره انرﮊی برای استفاده کوتاه مدت 33
ظرفیت های تولید پراکنده
تولیدات پراکنده را مطابق جدول (2‐2) به چهار دسته از نظر ظرفیت تولید تقسیم نموده ایم. این ظرفیت ها دارای رنج تغییرات وسیعی از یک واحد کوچک تا تعداد زیادی واحدهای بهم پیوسته در حالت ماﮊولار می باشند.
جدول((2‐2 تقسیم بندی تولید پراکنده

مقدار ظرفیت تولید پراکنده

5KW-1W Micro
5MW-5KW Small
5MW-50MW Medium
50MW-300MW Large

نوع توان تولید شده جریان الکتریسیته خروجی می تواند هم مستقیم و هم متناوب باشـد. سـلولهای سـوختی، سـلولهای فتوولتائیـک و
باطریها جریان مستقیم تولید می نمایند، که برای بارهای DC مناسب است. همچنین می تـوانیم بوسـیله مبـدلهایی الکترونیک قدرت این جریان مستقیم را به جریان متناوب و قابل تزریق به شبکه تبـدیل نمـود. انـواع دیگـر تولیـد پراکنده، همچون توربینهای کوچک و توربینهای بادی تولید جریان متناوب می نمایند که در بسیاری از مـوارد بایـد توسط کنترل کننده های مدرن الکترونیک قدرت به گونه ای کنترل شوند که ولتاﮊ خروجی تنظـیم شـده ای داشـته باشند.
تکنولوﮊی روش دیگر دسته بندی تولیدات پراکنده می تواند مطابق نوع سوخت مصرفی آنها باشد. ایـن سـوختها مـی تواننـد
فسیلی یا غیر فسیلی باشند. دسته بندی ذکر شده مطابق جدول((2‐3 بر تولیدات پراکنده اعمال شده است.
جدول((2‐3 دسته بندی تولید پراکنده بر اساس مصرف سوخت
تولید پراکنده تکنولوﮊی توربین های کوچک و سلول های سوختی تکنولوﮊی سوختهای فسیلی وسایل ذخیره انرﮊی و تولید کننده های انرﮊی نو تکنولوﮊی مبتنی بر منابع غیر فسیلی 34
تلفات توان در شبکه های توزیع شعاعی[17]
در شکل (2‐7) یک شبکه شعاعی نشان داده شده است که در طرف بار آن یک تولید پراکنده وصـل شـده اسـت.

—d1379

5
5
6
6
8
10
12
13
13
14
15
15
16
17
19
20
21
22
22
26
27
28
29


35
35
36
38
39
39
41
42
44
45
47
49
50
56
57
57
62
72
75
75
76
76
77
78
79
80
80
82
82
83
83
85
85
86
86
86
96
101
105
105
109
110
110
111
112
120
137
فهرست مطالب
فصل اول- کلیات پژوهش
1-1- مقدمه.................................................................................................................................................................
1-2- ضرورت و اهمیت موضوع..................................................................................................................................
1-3- بیان مسأله...........................................................................................................................................................
1-4- اهداف پژوهش..................................................................................................................................................
1-5- سوالات پژوهش.................................................................................................................................................
1-6- روش پژوهش.....................................................................................................................................................
1-7- قلمرو پژوهش....................................................................................................................................................
1-8- تعریف واژه‌ها و اصطلاحات..............................................................................................................................
1-8-1- تعاریف مفهومی..........................................................................................................................................
1-8-2- تعاریف عملیاتی..........................................................................................................................................
1-9-ساختار کلی پایان نامه.........................................................................................................................................
فصل دوم: ادبیات پژوهش
2-1- مقدمه.................................................................................................................................................................
2-2- مدیریت دانش...................................................................................................................................................
2-2-1-گذری بر مدیریت دانش..................................................................................................................
2-2-2-دانش.............................................................................................................................................. 2-2-2-1- روابط داده،اطلاعات و دانش......................................................................................................
2-2-2-2- داده...........................................................................................................................................
2-2-2-3-اطلاعات .................................................................................................................................
2-2-3-طبقه بندی انواع دانش.....................................................................................................................................
2-2-4-منابع دانشی سازمان.........................................................................................................................................
2-2-5-تعاریف مدیریت دانش....................................................................................................................................
2-2-6- اهمیت به کارگیری مدیریت دانش.................................................................................................................
2-2-7-اهداف مدیریت دانش.....................................................................................................................................
2-2-2-8-فرآیند های مدیریت دانش..........................................................................................................................
2-2-9-مدیریت دانش در آموزش عالی.....................................................................................................................
2-3-سنجش مدیریت دانش...........................................................................................................................................
2-3-1- سنجش اثربخشی مدیریت دانش.....................................................................................................................
2-3-2- انواع رویکرد های سنجش مدیریت دانش.......................................................................................................
2-3-3- ابزارهای سنجش مدیریت دانش.....................................................................................................................
2 -3-3-1- کارت امتیازی متوازن............................................................................................................................
2-3-3-2- جهت یاب اسکاندیا................................................................................................................................
2-3-3-3- نظارت بر دارایی‌های نامشهود.................................................................................................................
2-3-3-4- حسابداری منابع انسانی.............................................................................................................................
2-3-3-5- روش شناسیKP3.................................................................................................................................
2-3-3-6- شاخص عملکرد مدیریت دانش...............................................................................................................
2-3-3-7- سیستم مبتنی بر رضایت کاربر..................................................................................................................
2 -3-4--مقایسه ابزار های سنجش مدیریت دانش.......................................................................................................
2-4- مدل تحقیق و اجزای آن.....................................................................................................................................
2-4-1-کارت امتیازی متوازن....................................................................................... ...........................................
2-4-2-. شاخص عملکرد مدیریت دانش...................................................................................................................
2-4-3-. فرآیند تحلیل شبکه‌ای.................................................................................................................................
2-5- دانشگاه مازندران...............................................................................................................................................
2-6-مروری بر تحقیقات انجام شده.............................................................................................................................
2-6-1-تحقیقات خارجی.........................................................................................................................................
2-6-2-تحقیقات داخلی...........................................................................................................................................
2-7-خلاصه فصل دوم..............................................................................................................................................
فصل سوم: روششناسی پژوهش
3-1- مقدمه.................................................................................................................................................................
3-2- نوعشناسی ‌پژوهش ...........................................................................................................................................
3-3- انتخاب خبره ....................................................................................................................................................
3-4- مدل و روش پژوهش ........................................................................................................................................
3-4-1- گام اول. تشکیل مدل و ساختاردهی به مسأله......................................................................................
3-4-2- گام دوم. تشکیل ماتریس مقایسات زوجی و محاسبه بردار اوزان در هر یک از سطوح.........................
3-4-3- گام سوم. محاسبه اثربخشی مدیریت دانش..........................................................................................
3-4-4- گام چهارم. تجزیه و تحلیل اثربخشی مدیریت دانش...........................................................................
3-5- ابزار و روش جمع‌آوری داده‌ها...........................................................................................................................
3-5-1- بررسی سازگاری ماتریس های مقایسات زوجی..........................................................................................
3-5-1-1-محاسبه سازگاری ماتریس های مقایسات زوجی.....................................................................................
3-6- معرفی نرم‌افزارهای مورد استفاده.........................................................................................................................
3-7- محدودیت‌های پژوهش......................................................................................................................................
فصل چهارم:تجزیه و تحلیل داده‌ها
4-1- مقدمه ...............................................................................................................................................................
4-2- مشخصات خبره‌ها .............................................................................................................................................
4-3- پیاده سازی روش................................................................................................................................................
4-3-1- گام اول. تشکیل مدل و ساختاردهی به مسأله................................................................................................
4-3-2- گام دوم. تشکیل ماتریس مقایسات زوجی و محاسبه بردار اوزان در هر یک از سطوح...................................
4-3-3- گام سوم. محاسبه اثربخشی مدیریت دانش....................................................................................................
4-3-3- گام چهارم. تجزیه و تحلیل اثربخشی مدیریت دانش.....................................................................................
فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- مقدمه ...............................................................................................................................................................
5-2- جمع بندی.........................................................................................................................................................
5-3- بحث و نتیجه گیری............................................................................................................................................
5-4- پیشنهادات.........................................................................................................................................................
5-4-1- کاربردی....................................................................................................................................................
5-4-2 تحقیقات آتی...............................................................................................................................................
منابع و مأخذ............................................................................................................................................................
پیوست‌ها
پیوست1-پرسشنامه مقایسات زوجی.............................................................................................................................
پیوست2- خروجی نرم افزار Super Decisions......................................................................................................
فهرست شکل‌ها
10 شکل1-1- ساختار کلی پایان نامه ..........................................................................................................
17 شکل2-1- اثر اطلاعات و دانش بر تصمیم گیری....................................................................................
40 شکل2-2- رابطه بین مولفه های اصلی در متدلوژیKp3 برای تعیین سهم دانش در عملکرد شرکت.......
46 شکل2-3- مدل اولیه تحقیق...................................................................................................................
48 شکل2-4- ارتباط کارت امتیازی متوازن با مدیریت دانش.......................................................................
51 شکل2-5- تفاوت ساختار سلسله مراتب و شبکه.....................................................................................
54 شکل2-6- فرمت استاندار سوپر ماتریس.................................................................................................
58 شکل2-7- مدل سنجش اثر بخشی مدیریت دانش...................................................................................
59 شکل2-8- مدلANP سنجش عملکرد مدیریت دانش.........................................................................
60 شکل2-9- مدل وو و ونگ برای ارزیابی موفقیت مدیریت دانش............................................................
62 شکل2-10-توانمندی مدیریت دانش به منظور اثربخشی مدیریت دانش...................................................
65 شکل2-11-مدل مفهومی ارزیابی و آسیب‌شناسی مدیریت دانش در مؤسسات آموزش عالی...............
68 شکل2-12-مدل عوامل تأثیر گذار بر موفقیت سیستم مدیریت دانش و همچنین پیامدها آن......................
73 شکل2-13-چارچوب مرور ادبیات پژوهش............................................................................................
78 شکل3-1-مدل تحقیق............................................................................................................................
106 شکل5-1-یافته‌های پژوهش...................................................................................................................
فهرست جداول
33 جدول 2-1- رویکردهای متفاوت ارزیابی مدیریت دانش.......................................................................
36 جدول 2-2- شاخصهای کارت امتیازی متوازن.....................................................................................
37 جدول 2-3- شاخصهای جهت یاب اسکاندیا.......................................................................................
38 جدول 2-4- شاخصهای نظارت بر داراییهای نا مشهود........................................................................
39 جدول 2--5 شاخصهای حسابداری منابع انسانی...................................................................................
40 جدول 2-6- شاخصهای متدلوژی Kp3..............................................................................................
42 جدول 2-7- شاخصهای عملکرد مدیریت دانش...................................................................................
43 جدول 2-8- شاخصهای سیستم مبتنی بر رضایت کاربر.........................................................................
44 جدول 2-9- مقایسه ابزارهای سنجش مدیریت دانش..............................................................................
48 جدول 2-10- مدل کارت امتیازی متوازن برای دانشگاه.........................................................................
69 جدول 2-11- پژوهشهای انجام شده در حوزه سنجش مدیریت دانش..................................................
81 جدول 3-1-مقادیر ترجیحات برای مقایسات زوجی...............................................................................
81 جدول 3-2 - نمونه پرسشنامه مقایسه زوجی...........................................................................................
83 جدول3-3- شاخص ناسازگاری تصادفی...............................................................................................
85 جدول 4-1- مشخصات خبره.................................................................................................................
86 جدول 4-2- درجه اهمیت شاخص‌های اثربخشی مدیریت دانش............................................................
87 جدول 4-3- درجه اهمیت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل ابعاد کارت امتیازی متوازن.................
88 جدول 4-4- اولویت دانشکده‌ها تحت کنترل فرآیند های چرخه دانش در بعد مشتری..........................
89 جدول 4-5- اولویت دانشکده‌ها تحت کنترل فرآیند های چرخه دانش در بعد فرآیندهای داخلی.........
90 جدول 4-6- اولویت دانشکده‌ها تحت کنترل فرآیند های چرخه دانش در بعد نوآوری و یادگیری......
91 جدول 4-7- اولویت دانشکده‌ها تحت کنترل فرآیند های چرخه دانش در بعد مالی................................
92 جدول 4-8- اولویت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل دانشکده‌ها در بعد مشتری...........................
93 جدول 4-9- اولویت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل دانشکده‌ها در بعد فرآیند های داخلی..........
94 جدول 4-10- اولویت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل دانشکده‌ها در بعد نوآوری و یادگیری.....
95 جدول 4-11- اولویت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل دانشکده‌ها در بعد مالی.............................
97 جدول 4-12-سوپر ماتریس اولیه در بعد مشتری.....................................................................................
97 جدول 4-13- سوپر ماتریس نهایی در بعد مشتری..................................................................................
98 جدول 4-14- سوپر ماتریس اولیه در فرآیند های داخلی........................................................................
98 جدول 4-15- سوپر ماتریس نهایی در بعد فرآیندهای داخلی..................................................................
99 جدول 4-16- سوپر ماتریس اولیه در بعد نوآوری و یادگیری.................................................................
99 جدول 4-17- سوپرماتریس نهایی بعد نوآوری و یادگیری....................................................................
100 جدول 4-18- سوپرماتریس اولیه بعد مالی..............................................................................................
100 جدول 4-19- سوپر ماتریس نهایی در بعد مالی......................................................................................
102 جدول 4-20- محاسبه شاخص مطلوبیت برای سنجش اثربخشی مدیریت دانش.......................................
103 جدول 4-21-تجزیه و تحلیل اثربخشی از طریق پنج جزء فرآیند های چرخه دانش..................................
فهرست نمودارها
52 نمودار2-1- ارتباط درونی و بیرونی میان عناصر......................................................................................
63 نمودار2-2- سلسله مراتب سنجش اثربخشی مدیریت دانش..................................................................
64 نمودار2-3-مدل سلسله مراتبی ارزیابی عملکرد سیستم مدیریت دانش سازمان.....................................
76 نمودار3-1-گام‌های پیاده سازی مدل......................................................................................................
87 نمودار 4-1- درجه اهمیت فرآیندهای چرخه دانش تحت کنترل ابعاد کارت امتیازی متوازن...................
88 نمودار 4-2- اولویت دانشکده‌ها تحت کنترل فرآیند های چرخه دانش در بعد مشتری.............................
89 نمودار 4-3- اولویت دانشکده‌ها تحت کنترل فرآیند های چرخه دانش در بعد فرآیندهای داخلی............
90 نمودار 4-4- اولویت دانشکده‌ها تحت کنترل فرآیند های چرخه دانش در بعد نوآوری و یادگیری .........
91 نمودار 4-5- اولویت دانشکده‌ها تحت کنترل فرآیند های چرخه دانش در بعد مالی.................................
92 نمودار 4-6- اولویت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل دانشکده‌ها در بعد مشتری...........................
93 نمودار 4-7- اولویت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل دانشکده‌ها در بعد فرآیند های داخلی..........
94 نمودار4-8- اولویت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل دانشکده‌ها در بعد نوآوری و یادگیری.........
95 نمودار 4-9- اولویت فرآیند های چرخه دانش تحت کنترل دانشکده‌ها در بعد مالی...............................
107 نمودار5-1- تجزیه و تحلیل اثربخشی مدیریت دانش از طریق ابعاد کارت امتیازی متوازن........................
108 نمودار5-2- تجزیه و تحلیل اثربخشی مدیریت دانش از طریق فرآیند های چرخه دانش...........................
109 نمودار5-3- میزان اثربخشی مدیریت دانش دانشکده‌ها............................................................................
فصل اول:
کلیات پژوهش

1-1-مقدمه
روند رو به رشد رقابت در عرصه اقتصاد جهانی موجب تحولی عظیم در رویکرد سازمانها برای خلق ارزشهای رقابتی پایدار بوده است (بونتیس و همکاران،1999). در ابتدای عصر صنعتی شدن، سازمانها اثربخشی، کارایی و همچنین برتری رقابتی خود را از طریق اتوماسیون، کاهش ضایعات و حذف فرآیندهای اضافی افزایش دادند؛ ولی در حال حاضر و در عصر دانش و دانش کاری، سازمانها در صدد سازماندهی مجدد جهت حذف مشاغل و نیروهای اضافی هستند. این جنبش از طریق مهندسی مجدد و مدیریت کیفیت جامع و مانند این‌ها انجام میشود که سازمانهای روان‌تری را به ارمغان میآورد. در اینجاست که نقش دانش و مدیریت دانش روشن میشود و سازمانها در پی تحقق و استفاده ِیکی از مهم‌ترین داراییهای ناشناخته و راکد خود بنام دانش بر میآیند. لذا، مدیریت دانش در این راستا باید از سویی همراه با اثربخشی و کارایی و از سوی دیگر باید بتواند به خوبی از عهده کسب، حفظ و نگهداری و انتشار دانش در سطح سازمان برآید. مسلماً بهکارگیری مناسب این سرمایه در صورت وجود معیارها و شاخصهای مناسب موجب میشود از سویی کارایی و اثربخشی مدیریت دانش افزایش یافته و از سوی دیگر میزان تأثیر آن بر عملکرد سازمان مشخص شود و فقط مورد ارزیابی کیفی قرار نگیرد (شائمی برزکی،1384).
امروزه مؤسسات آموزش عالی با چالشهای فراوانی از جمله تغییرات سریع فنّاوری، گسترش سیستمها، تقاضای متنوع جامعه، افزایش هزینههای آموزشی و نیاز به تطبیق با عصر دانش و اطلاعات مواجهند. یکی از ابزارهایی که برای مقابله با این شرایط بکارگرفته میشود، مدیریت دانش است. مدیریت دانش در آموزش عالی مجموعهای از فرآیندهای سازمانی است که از ایجاد و انتقال دانش در این مؤسسات حمایت کرده و دست‌یابی به اهداف سازمانی و دانشگاهی را ممکن میسازد (صادقی آرانی،1387). نقش اصلی این مؤسسات، مدیریت کردن دانش (هم دانش ضمنی و هم دانش آشکار) است تا بتوانند عملکرد دانش را جهت توسعه و پیشرفت جامعه افزایش دهند (حمیدی زاده،1387).
در این فصل، کلیات پژوهش ارائه می‌گردد. در ابتدا ضرورت و اهمیت انجام این پژوهش و مسأله‌ی مورد نظر مطرح خواهد شد و سپس اهداف، سوال و روش پژوهش بیان می‌شود. در پایان این فصل نیز، قلمرو پژوهش مطرح شده و واژگان کلیدی و پرکاربرد در این مطالعه تعریف خواهند شد.
1-2-ضرورت و اهمیت موضوع
در محیط رقابتی امروزی، نیاز سازمانها به داراییهای دانشی نسبت به گذشته شدت چشمگیری یافته است. غیر قابل تقلید بودن، کمیاب بودن، ارزشمند بودن و غیر قابل جایگزین بودن از ویژگیهای این دارایی دانشی، همراه با ظهور رویکردها و مفاهیمی چون مدیریت دانش، سرمایه فکری، دارایی نامشهود، دیدگاه دانش گرا به سازمان و نیز افزایش تحقیقات دانشگاهیان و دست اندرکاران اجرایی، همگی گویای اهمیت فزاینده منابع دانشی در سازمانها هستند (انوری رستمی و شهائی،1388). امروزه، محیط سازمانها به لحاظ تحولات علمی و فناوری روز به روز بی ثباتتر و پیچیده‌تر میشود. در چنین شرایطی، سازمانهایی برنده و کامیاب هستند که ضمن کسب دانش و آگاهی وسیع از عوامل محیطی، حفظ بقا و حیات خود، زمینه رشد و پویایی و افزایش عملکرد سازمان را بهبود و ارتقا بخشند. یکی از راههای تحقق این امر، مقوله مدیریت دانش است (رجایی پور و رحیمی،1387).
در این میان، گرچه از سه دهه از ارائه مدیریت دانش در محافل علمی میگذرد اما این موضوع در مؤسسات آموزش عالی به ویژه دانشگاهها از دیر باز مطرح بوده چرا که فلسفه وجودی این مؤسسات، تولید و انتشار دانش در جامعه بوده و مدیریت دانش در این سازمانها همواره در محور برنامهریزی استراتژیک آن‌ها قرار داشته است. اگرچه اغلب این تلاشها بر مدیریت اختراعات، پژوهشها، تحقیقات و غیره بوده اما جایگاه این مؤسسات در تربیت نیروی انسانی ماهر و شایسته برای دیگر سازمانها میطلبد تا تلاش خود را در مدیریت دانش، گسترش داده و به دیگر حوزه‌های سازمان نیز وارد کنند. صاحب نظران، موفقیت و کامیابی آموزش عالی را در محیط پویای کنونی وابسته به سرمایههای معنوی آن از جمله مدیریت دانش میدانند (استین،2004). توسعه آموزشها در یک ساختار مناسب هرچند میتواند مفید باشد، اما اگر دانش کسب شده مدیریت نشود و توسعه دانش در راستای نیازهای جامعه نباشد، نمیتواند مشکلات زیادی را حل کند (نیازی، 1389). بنابراین مادامی که دانشگاهها در زمینه ارزیابی داراییهای دانشی خود، پیمایشی انجام ندهند، مدیریت دانش، بهبود عملکرد و توسعه سازمانی را نخواهد داشت.
1-3- بیان مسئله
امروزه دانش به عنوان مهم‌ترین سرمایه و دارایی یک سازمان و محرکی برای ایجاد مزیت رقابتی، تحول سازمانی، نوآوری و غیره در سازمان به شمار میرود. این دارایی، در مقایسه با انواع دیگر داراییها، دارای این طبیعت منحصربهفرد است که هر چه بیشتر استفاده شود به ارزش آن افزوده میشود (نیرمال و همکاران،2004). مدیریت این دارایی نامشهود در طول دهههای گذشته توجه زیادی را به خود جلب نموده به طوری که اجرای یک استراتژی موثر مدیریت دانش و تبدیل شدن به یک سازمان دانشمحور، شرط الزامی موفقیت سازمانها در دورهای است که به اقتصاد دانشمحور معروف است (گروز،2002 ).
از این رو در اقتصاد دانشمحور و محیط پرتلاطم امروزی، دانشگاهها که مراکز آموزش، تولید دانش و نیروی کار دانشی میباشند، دانش نقشی مهم و استراتژیک در آن‌ها ایفا میکند. بنابراین مؤسسات آموزشی نیازمند شناسایی وضع موجود خود، جهت توسعه برنامههای بهبود در راستای دست‌یابی به وضعیت مطلوب هستند و نیاز به سنجش اثربخشی مدیریت دانش در این مؤسسات توسط متخصصان و افراد حرفهای بیش از پیش احساس شده و از اهمیتی ویژه برخودار است.
برای دست‌یابی به این مهم، پژوهش حاضر در پی سنجش اثربخشی مدیریت دانش در دانشگاه مازندران است. دلیل این انتخاب از یک سو به جهت اهمیت دانشگاه مازندران به عنوان یکی از دانشگاههای بزرگ در کشور و بزرگ‌ترین مرکز آموزش عالی استان و از سوی دیگر، تاکنون پژوهشی در این زمینه با توجه به ضرورت آن صورت نگرفته است.
1-4- اهداف پژوهش
این پژوهش به منظور توصیف و ارزیابی وضعیت اثربخشی مدیریت دانش در دانشگاه مازندران و افزایش سطح آگاهی مسئولین امر در این خصوص، به بررسی و تعیین عوامل و شاخصهای مؤثر در سنجش اثربخشی مدیریت دانش و میزان اثربخشی آن در دانشکدهها میپردازد تا به کمک آن، قوتها و ضعفهای موجود مشخص و برنامهریزیهای لازم در خصوص بهبود آن انجام شود. بنابراین اهداف پژوهش حاضر عبارتند از:
1-تعیین عوامل اصلی تأثیرگذار در سنجش اثربخشی مدیریت دانش در دانشکدههای دانشگاه مازندران.
1-1-بررسی شاخصهای اندازهگیری عوامل تأثیرگذار در سنجش اثربخشی مدیریت دانش در دانشگاه مازندران.
2-سنجش اثربخشی مدیریت دانش در دانشگاه مازندران.
1-2- تعیین و سنجش اثربخشی مدیریت دانش در دانشکدههای دانشگاه مازندران.
1-5- سوال پژوهش
میزان اثربخشی مدیریت دانش در دانشکدههای دانشگاه مازندران چقدر است؟
1-6- روش پژوهش
این تحقیق نیز با مرور ادبیات موضوع، بررسی و مقایسه شاخصها و ابزارهای موجود در این زمینه، از رویکردی یکپارچه در قالب تکنیک فرآیند تحلیل شبکهای (ANP) برای سنجش میزان اثربخشی مدیریت دانش و مقایسه دانشکدههای دانشگاه مازندران استفاده کرده است که در آن ابعاد کارت امتیازی متوازن (BSC) به عنوان شاخصهای سنجش اثربخشی و ابزار شاخص عملکرد مدیریت دانش (KMPI) به عنوان فرآیندهای چرخه دانش شناسایی شدند. همچنین دادههای تحقیق با روش میدانی و از طریق توزیع پرسشنامه مقایسات زوجی بین خبرگان دانشگاه جمعآوری شده‌اند و از نرمافزار Super Decisions نیز برای تجزیه و تحلیل دادهها استفاده شده است.
1-7- قلمرو پژوهش
- قلمرو موضوعی: قلمرو موضوعی این تحقیق اثربخشی مدیریت دانش است.
- قلمرو مکانی: در این تحقیق، دانشکدههای دانشگاه مازندران از لحاظ اثربخشی مدیریت دانش و از دید خبرگان این دانشگاه مورد بررسی قرارگرفته شدهاند.
- قلمرو زمانی: دادههای این تحقیق در نیمه اول سال 1391 جمعآوری شده است.
1-8- تعریف واژهها و اصطلاحات پژوهش
1-8-1- تعاریف مفهومی
-مدیریت دانش: مدیریت دانش فرآیند خلق دانش، کسب دانش، ذخیره دانش، به اشتراکگذاری دانش، بهکارگیری دانش و ارزیابی دانش مناسب در زمان مناسب توسط فرد مناسب در سازمان است که از طریق ایجاد پیوند میان منابع انسانی، فناوری اطلاعات و ارتباطات و ایجاد ساختاری مناسب برای دست‌یابی به اهداف سازمانی صورت پذیرد (افرازه،1386).
- شاخص عملکرد مدیریت دانش: لی و همکاران در سال (2005) برای ارزیابی عملکرد یک سازمان در اجرای مدیریت دانش، معیاری با عنوان شاخص عملکرد مدیریت دانش ارائه کردند. با اندازهگیری اثربخشی چرخه دانش، این شاخص اندازهگیری میشود. چرخه دانش، از جمع جبری اثربخشی فرآیندهای تشکیلدهنده سیستم مدیریت دانش تشکیل شده است که از پنج مؤلفه تشکیل یافته و تأثیر هر یک از مراحل پنجگانه فرآیند چرخه دانش شامل خلق دانش، جمعآوری دانش، تسهیم دانش، بهکارگیری دانش و درونیسازی دانش را در محاسبه شاخص مورد نظر قرار میدهد.
-فرآیند چرخه دانش: چرخه دانش شامل فرآیندهایی است که به بکارگرفته میشود تا دانش ایجاد، منتقل و به بکارگرفته شود و خود منتج به دانش جدید شود. در واقع در چرخه دانش، داده به اطلاعات تبدیل میشود، اطلاعات دست‌چین و تقویت شده و تبدیل به دانش میشود. این دانش سپس به کار گرفته میشود و نتایج آن مستند میگردد و داده، اطلاعات و دانش جدیدی را ایجاد مینماید. در فرآیند درونیسازی چرخه دانش، حافظه سازمانی کاربرد دارد که منظور از آن توانایی سازمان برای حفظ و نگهداری دانش است رادینگ،1383؛ به نقل از لطیفی و موسوی،1387.
-فرآیند خلق دانش: دانش هنگامی که افراد، روشهای نوین انجام کارها را دریافته یا مهارت جدیدی کسب مینمایند، خلق میشود. گاهی اوقات دانش خارجی وارد سازمان میشود. (حسن بیگی، 1389).
-فرآیند ذخیره دانش: دانش مفید و مناسب باید به شکلی منطقی در یک مخزن دانش، به گونهای ذخیره شود که دیگران نیز در سازمان بتوانند به آن دسترسی داشته باشند (حسن بیگی، 1389).
-فرآیند تسهیم دانش: انتشار، تبادل و به اشتراکگذاری دانشهای خلق شده و کسب شده در سازمان از طریق جلسات بحث گروهی، سوال و جواب با نخبگان و یا حتی ارسال یک ایمیل به اعضای سازمان تعریف میشود (گولد و همکاران،2001).
-فرآیند بهکارگیری دانش: این فرآیند یعنی استفاده واقعی از دانش که شامل مکانیسمهای دست‌یابی سازمان به دانش مورد نیاز میباشد و به منظور افزایش اثربخشی و بهرهوری در سازمان صورت میگیرد (داونپورت،1998).
-فرآیند درونیسازی دانش: درونیسازی دانش در واقع تبدیل دانش تصریحی به دانش ضمنی سازمان است (نوناکا،1994).
-اثربخشــــی مدیریت دانش: منظور از اثربخشی مدیریت دانش، برآورده کردن اهداف مدیریت دانش و رضایتمندی از آن است (صمیمی و آقایی،1384).
-کارت امتیازی متوازن: کارت امتیازی متوازن یک چهارچوب ارزیابی عملکرد است که با مجموعهای از مقیاسهای مالی و غیر مالی، یک نگاه کامل به عملکرد شرکت میاندازد (کاپلان ونورتون،1996). کارت امتیازی متوازن به مدیران اجازه میدهد تا به تجارت از چهار بعد مهم نگاه کنند:
-بعد مالی: این بعد، نوعاً حاوی مقیاسهای سنتی عملکرد مالی است که معمولاً به سودآوری مربوط میشود. معیارهای ارزیابی معمولاً سود، جریان نقدینگی، بازگشت سرمایه صرف شده و ارزش اقتصادی میباشند.
-بعد مشتری: مشتریان منبع سودآوری کسب و کارند؛ بنابراین ارضای نیازهای مشتری هدفی است که شرکت‌ها دنبال میکنند. در این بعد، مدیریت مشتریان هدف مورد انتظار و اجزای بازار هدف را برای واحدهای عملیاتی.
تعیین میکند و به عملکرد واحدهای عملیاتی در این اجزای بازار هدف نظارت میکند. نمونههایی از این مقیاسهای اصلی و ذاتی شامل: رضایت مشتری، حفظ مشتری، کسب مشتری جدید، موقعیت بازار و سهم هدف است.
-بعد فرآیندهای داخلی: هدف از این بعد این است که با برتری یافتن در برخی فرآیندهای کسب و کار که عظیمترین اثر را دارند، رضایت مشتریان و ذینفعان جلب گردد. در تعیین اهداف و مقیاسها، اولین مرحله می‌بایست تحلیل زنجیره ارزش باشد. یک فرآیند عملیاتی قدیمی، میبایست برای درک اهداف بعد مالی و مشتری تعدیل شود. بنابراین باید یک زنجیره ارزش فرآیند کسب و کار که قادر به برآوردن نیازهای فعلی و آتی است، ایجاد شود. یک زنجیره ارزش داخلی شرکت شامل سه فرآیند، نوآوری، عملیات و خدمات پس از فروش میباشد.
-بعد نوآوری و یادگیری: هدف اولیه این بعد فراهم کردن زیر بنایی جهت دست‌یابی به اهداف سه بعد دیگر و ایجاد رشد بلند مدت و بهبود از طریق افراد، سیستمها و رویههای سازمانی است. از آنجایی که کارکنان برای شرکتها یک سرمایه غیر محسوس هستند، در رشد کسب و کار سهیم میباشند، این بعد به مقیاس عملکرد کارکنان مثل رضایت کارکنان، تداوم آموزش و مهارتها تاکید میکند (کاپلان ونورتون،1996).
-فرآیند تحلیل شبکه‌ای(ANP): فرآیند تحلیل شبکهای یکی از تکنیکهای تصمیمگیری چند معیاره است که توسط ساعتی به منظور ارائه راه حل برای آن دسته از مسایل تصمیمگیری چند معیاره که روابط و همبستگی متقابل در میان سطوح تصمیمگیری (هدف،معیارهای تصمیمگیری و زیر معیارهای آن، آلترناتیوها) وجود دارد، ارائه شده است. فرآیند تجزیه و تحلیل شبکهای بسط تکنیک تحلیل سلسله مراتبی (AHP) است (ساعتی،2004).
1-8-2- تعاریف عملیاتی
با توجه به مدل بکارگرفته شده در این پژوهش و اجزای آن، تعاریف عملیاتی اجزای مدل به شرح زیر است:
-کارت امتیازی متوازن: در این پژوهش از این ابزار برای سنجش اثربخشی مدیریت دانش استفاده و چهار بعد آن به عنوان شاخصهای اثربخشی مدیریت دانش در نظر گرفته شده است.
-بعد مالی: در این مطالعه این بعد مربوط به بودجه و امکانات میشود.
-بعد مشتری: این بعد برای سنجش تأمین انتظارات مشتریان از شاخصهایی در مورد دانشجو و شهرت و اعتبار استفاده میکند.
-بعد نوآوری و یادگیری: در این مطالعه منظور از این بعد، توانمندسازی کارکنان، اساتید، وضعیت تکنولوژی اطلاعات، وضعیت برنامهریزی استراتژیک و نوآوری است.
-بعد فرآیندهای داخلی: ظرفیت و خدمات، کارکنان، استانداردسازی، ارزیابی عملکرد و تکنولوژی از شاخصهای این بعد هستند.
- فرآیندهای چرخه دانش: در این پژوهش، از این فرآیندها به عنوان ابعادی برای شاخصهای اثربخشی مدیریت دانش استفاده شده است که شامل فرآیندهای زیر است:
-فرآیند خلق دانش: این فرآیند توسط دو معیار شناخت یا درک وظیفه و اطلاعات شناخته میشود.
-فرآیند ذخیره دانش: در این مطالعه منظور از فرآیند ذخیره، بهکارگیری بانکهای اطلاعاتی، مدیریت سیستماتیک دانش مرتبط با وظایف سازمانی و ظرفیت فردی برای ذخیرهسازی دانش است.
-فرآیند تسهیم دانش: تسهیم دانش کلیدی و زیر ساخت های تسهیم دانش، محتوای این فرآیند هستند.
-فرآیند بهکارگیری دانش: منظور از این فرآیند، میزان استفاده از دانش سازمان و فرهنگ سازمانی مطلوب برای استفاده از دانش است.
-فرآیند درونیسازی دانش: این فرآیند با ظرفیت موجود برای بومیسازی دانش مربوط به وظایف سازمانی، فرصت آموزشی و درجه یادگیری سازمانی شناسایی میشود.
1-9- ساختار کلی پایان نامه:

فصل دوم:
مروری بر ادبیات مدیریت دانش و سنجش آن، اجزای مدل تحقیق و مطالعات پیشین

فصل سوم:
روششناسی پژوهش و تشریح مدل تحقیق در قالب
فرآیند تحلیل شبکه‌ای
فصل اول:
کلیات پژوهش

فصل چهارم:
تجزیه و تحلیل داده‌ها به کمک نرم افزار های مربوطه

فصل پنجم:
نتیجهگیری و پیشنهادات

شکل1-1-ساختار کلی پایان نامه

فصل دوم:
ادبیات پژوهش

2-1-مقدمه:
امروزه اغلب سازمانها در پی اجرای برنامههای مدیریت دانش میباشند. برای مثال 80 درصد شرکتهای فورچون دارای 500 کادر مدیریت دانش هستند؛ شرکت فورد بین سالهای 1997 تا 2000 به خاطر اجرای اثربخش، برنامه مدیریت دانش توانست حدود یک میلیارد دلار صرفه جویی کند (بونتیس،2002). با این توضیح، تبیین اهمیت مدیریت دانش و تأثیر آن در عملکرد سازمان تا حد زیادی منوط به قدرت توجیه و تبیین نقش آن در افزایش قدرت رقابتی سازمان و کسب سهم بیشتری از بازار میباشد. یکی از منطقیترین رویکردها در این زمینه، اندازهگیری تأثیر مدیریت دانش بر عملکرد سازمان‌ها از طریق اندازهگیری مدیریت دانش در سیستم اندازهگیری عملکرد کلی سازمان است که میتواند در سطح سازمان ویا در سطح فرآیندهای فردی و پروژهای انجام گیرد (احمد و همکاران،1999). این گفته لرد کلوین در اینجا میتواند صادق باشد و اهمیت تدوین شاخصها و سنجههای اندازهگیری مدیریت دانش و سرمایه فکری را نشان دهد:
«وقتی از آنچه صحبت میکنید، بتوانید آن را به صورت کمی و عددی بیان نموده و اندازهگیری کنید»،
میتوانید درک مناسبی از آن بدست آورید. اما در مقابل، وقتی نتوانید منظور خود را به صورت کمی و عددی بیان کنید، در واقع نمیتوانید درک و شناخت مناسبی از آن حاصل نمایید. (شائمی برزکی،1384).
نظر به اینکه، کلیهی سازمانهای آموزشی، دانش را در بطن و متن خود دارند و طی روند روزمره اطلاعات را پردازش و به دانش تبدیل میکنند و با در آمیختن ارزشها، راهبردها و تجارب، مبنای تصمیمگیری و اقدامات آیندهی سازمان را شکل میدهند. آنچه در این فرآیند مهم است، آگاهی و دانشآفرینی آگاهانه است. مؤسسات آموزش عالی در نقش سازمانهای دانش محور عمدتاً فعالیتهای اصلی خود را معطوف به یادگیری، خلق و نشر دانش میکنند. دانشگاه به عنوان یک سازمان آموزشی بخش عظیمی از فعالیتهای مربوط به دانش را انجام میدهد (راولی،2000). بنابراین مادامی که دانشگاهها در زمینه ارزیابی داراییهای دانشی خود، پیمایشی انجام ندهند، مدیریت دانش بهبود عملکرد و توسعه سازمانی را نخواهد داشت.
در بخش اول این فصل، سعی شده است تا مروری بر مباحث دانش و مدیریت دانش صورت گیرد. پس از مطرح شدن مدیریت دانش، در بخش دوم، به سنجش آن و معرفی انواع رویکردها و ابزارهای مربوطه در این حوزه پرداخته خواهد شد. بخش سوم نیز به تشریح ابزارهای سنجش بکار رفته در تحقیق و فرآیند تحلیل شبکهای اختصاص دارد. در پایان هم مروری بر مطالعات پیشین انجام شده در این زمینه صورت میگیرد.
2-2-مدیریت دانش
2-2-1-گذری بر مدیریت دانش:
به همراه اهمیت یافتن کسب و بهکارگیری دانش در نوآوری و مزیت رقابتی پایدار، در سالهای اخیر، سازمانها و شرکتهای مختلف، پیوستن به روند دانش را آغاز کردهاند و همچنین مفاهیم جدیدی چون کاردانش محور، کارکنان دانش محور، مدیریت دانش و سازمانهای دانش محور، خبر از شدت یافتن این روند میدهند. پیتر دراکر، با بهکارگیری این واژگان خبر از ایجاد نوع جدیدی از سازمان میدهد که در آنها به جای قدرت بازو، قدرت ذهن حاکمیت دارد. بر اساس این نظریه، در آینده جوامعی میتوانند انتظار توسعه داشته باشند که از دانش بیشتری برخوردار باشند. به این ترتیب برخورداری از منابع طبیعی نمیتواند به اندازه دانش مهم باشد. سازمان دانشمحور به توانمندیهایی دست مییابد که قادر است از نیروی اندک قدرتی عظیم بسازد. اینگونه سازمانها با چالشهای نوینی روبرو هستند. امروزه شرایط و فضای رقابتی سازمانها بیش از پیش پیچیده و متغیر شده است. این فضا به سرعت در حال تغییر است به گونهای که برای بیشتر سازمانها این سرعت به مراتب بیش از سرعت پاسخگویی و توان تطبیق آنهاست. تغییرات مستمر دانش نیز وضعیت عدم تعادل جدیدی برای سازمانها به وجود آورده است (الوانی،1381). جریان بیپایان دانش، بازارها را در حالت تغییر مداوم قرار داده که این امر سازمانها را ملزم به تغییرات مستمر میکند. در این بین مهمترین نقشی که میتوان به مدیریت دانش داد این است، که آن را به عنوان یک متدلوژی تغییر در نظر بگیریم. مدیریت دانش ازیک طرف با جذب دانشهای جدید به درون سیستم و از طرفی دیگر با اداره مؤثر آن دانشها.
میتواند مهمترین عامل تغییر یک سازمان باشد (هلز،2001).
2-2-2-دانش:
یکی از مشکلاتی که سازمانها با آن مواجه میشوند هنگام معرفی کردن مدیریت دانش است، چراکه این معرفی به کارکنان کمک میکند تا فهم مشترکی راجع به دانش و مدیریت دانش داشته باشند. علیرغم بسیاری از داراییهای دیگر، دانش چیزی نیست که انسان بتواند آن را لمس کند، یا آن را احساسکند و به همین دلیل جزء داراییهای ناملموس و نامشهود است. بعضی از دانشها در خارج از ذهن انسان، درون فرمتهای متنی قراردارند، اما درصد عمدهای از دانش در مغز افراد وجود دارند. یکی دیگر از ویژگیهای مشکل بودن درک دانش، اینست که ارزش دانش تا حد زیادی زمینهای است (ایوانس،2000). اما دانش چیست؟ دانش، چیزی نیست که بتوان آن را جمعآوری و یا زیر سقف یک شرکت زندانی کرد. در واقع بسیاری از فیلسوفان اعتقاد دارند که دانش یک ساختار انسانی دارد که نمیتواند خارج از ذهن یک فرد وجود داشته باشد و شامل تفکر، در یک زمینه مملو از اطلاعات است واتسون،2003. همچنین میگویند دانستن عملی انسانی است، یعنی این که دانش در انسانی وجود داردکه میداند (لانگ،2001).به هنگام تحقیق در مدیریت دانش، تعریف دانش از ضروریات به شمار میرود. بدون چنین تعریفی، مدیران دقیقاً متوجه نمیشوندکه به دنبال مدیریت چه چیزی هستند و آیا اصولاً چنین دانشی ارزش مدیریت دارد یا خیر؟ از این رو، تعاریف مختلفی برای دانش سازمانی ارائه شده است. برای برخی دانش سازمانی، فرزانگی است که نتیجه یادگیری و تجربه است، برای برخی دیگر دانش سازمانی، یا فقط یادگیری و یا فقط تجربه است. بلاکر (1999) نیز در تعریف دانش گفته است که: دانش، یعنی موضوعی چند لایه، پیچیده، پویا و انتزاعی که در ذهن انسان نهفته است.
نوناکا و تاکوچی(1995) معتقدند که دانش عبارت است از اعتقاد و باوری که منجر به افزایش توان بالقوه پدیدهها برای اقدامات و تصمیمات اثربخش میشود. در این تعریف چند نکته اساسی نهفته است: اول این که دانش الزاماً موجب اثربخششدن اقدامات و تصمیمات نمیشود و این اثربخشی تابع عوامل مختلفی است. دوم این که، در این تعریف، پدیده ممکن است فرد، گروه یا سازمان و حتی جامعه باشد. سوم این که، دانش در درون افراد نهفته است.فلاسفه و فرزانگان سالهاست که ایدهی دانش را مورد بحث و بررسی خود قرار دادهاند. آنها بر این باورند که دانش، فراتر از دادهها و اطلاعات است. اکثر مردم، به طور شهودی فکر میکنند که دانش، وسیع تر، عمیقتر و غنیتر از دادهها و اطلاعات است. مردم معمولاً هنگام گفت وگو درباره صاحبان دانش، تصویر کسانی را ارائه میدهند که در زمینهای خاص دارای اطلاعاتی زیاد، عمیقتر و قابل اعتماد بوده و اشخاصی هوشمند و تحصیل کردهاند (داونپورت، پروساک،1379) .از این رو در ادامه، جهت درک بهتر از مفاهیم داده، اطلاعات و دانش، روابط بین آنها بحث میشود.
2-2-2-1-روابط داده، اطلاعات و دانش
روابط قابل ملاحظهای بین دانش و مفاهیمی شبیه داده و اطلاعات وجود دارد. داده، اطلاعات و دانش نمیتوانند به عنوان موجودیتهای جداگانه در نظرگرفته شوند بلکه در طول یک طیف قرار دارند. به عنوان مثال، داده از هر نوع زمینهای مستقل است منتها اگر داده در یک زمینه قرارگیرد، ما کم و بیش میفهمیم رابطهای بین آنها وجود دارد که اطلاعات را تشکیل میدهد. یک مفهوم مهمی که اینجا وجود دارد این است که دانش شامل تشخیص یا فهم الگوها است و موقعی که یک الگو در میان اطلاعات وجود دارد، الگو، استعداد ارائه دانش را دارد. نگاه به اطلاعات و دانش بر اساس یک رابطه تعاملی و پویا مناسبتر است زیرا اطلاعات توسعه دانش را تسهیل میکند، باعث ایجاد دانش شده و آن را عمیقتر و بیشتر میکند. در ادامه روابط بین داده، اطلاعات و دانش تشریح می شود (ساداتی،1389).
2-2-2-2-داده
دادهها اولین سطح دانش را تشکیل میدهند و عبارتند از ارقام، اعداد، نمودارها و نظایر اینها، که به
خودی خود تولید معنی نمیکنند (بارنی، 1999). سازمانهای نوین، معمولاً دادهها را در یک سیستم اطلاعاتی ذخیره میکنند. این دادهها توسط واحدهایی نظیر واحد مالی، حسابداری و بازاریابی به سیستم تزریق میشوند. بعضی از سازمانها به اشتباه فکر میکنند، دادههای بیشتر نسبت به دادههای کمتر از حالت مطلوبتری برخوردارند و با استفاده از آنها میتوانند تصمیمات بهتری را اتخاذ کنند. این وضعیت به دو دلیل نادرست است: اول اینکه دادههای زیاد، کار تشخیص دادههای مربوط و درک آنها را دشوار میکند. دلیل اساسیتر، اینکه دادهها فاقد معنی قابل استفادهاند، یعنی تنها بخشی از واقعیت را نشان داده و از هر نوع قضاوت، تفسیر و مبنای قابل اتکا برای اقدام مناسب، تهی هستند .دادهها را میتوان مواد خام عناصر مورد نیاز برای تصمیمگیری به شمار آورد، چرا که نمیتوانند عمل لازم را تجویزکنند. دادهها نشانگر ربط، بی ربطی و اهمیت خود نیستند، اما بههرحال برای سازمانها و مخصوصاً، سازمانهای بزرگ اهمّیت زیادی دارند (داونپورت و پروساک، 1379).
2-2-2-3-اطلاعات
دومین سطح دانش را اطلاعات تشکیل میدهد. این سطح، دادههای کمی خلاصه شده را در بر میگیردکه گروهبندی، ذخیره، پالایش و سازماندهی شدهاند تا بتوانند معنیدار شوند. این دادهها هم، دانش را نشان نمیدهند. آنها نشانگر آغاز مدیریت اطلاعات هستند، اطلاعاتی که مدیر میتواند بهکار گیرد تا کاری بیش از پردازش مراوده فردی را انجام دهد. اطلاعات غالباً تشکیل اعداد و ارقام، کلمات و گزارههای انباشته شده را به خود گرفته و معنایی را ارائه میکند که بزرگتر از آن چیزی است که از دادههای خام مکشوف میگردد. ولی نظریه پردازان و دست اندرکاران دانش همگی بر این باورند که این اطلاعات است و نه دانش. اگرچه خط و مرز بین دانش و اطلاعات روشن نیست، لیکن چند ویژگی وجود دارد که این دو را از هم جدا میکند.
1- سطح ظرافت: اطلاعات غالباً به موقعیتها، شرایط، فرآیندها و یا هدفهای خاص اشاره دارد. در این صورت دربرگیرندهی سطحی از ظرافت و دقت است که آن را برای کار مورد نظر مناسب میکند. ورای موقعیت یا کار خاص، اطلاعات تا زمانی که به دانش تبدیل نشود، کم ارزش خواهد بود.
2-زمینه: اطلاعات معادل دادهها در متن است .زمینه ممکن است محصول، مشتری یا فرآیند کسب وکار باشد و شکل اولیه دادهها را تا سطح اطلاعات ارتقا دهد. زمینه، اطلاعات را برای مدیریت جهت تصمیمگیری و برنامهریزی مفید میکند. مدیر نتایج معناداری را در خصوص معاملات با بررسی و بازبینی دادهها استخراج میکند. برای اینکه داده مفید واقع شود، باید در درجه اول در زمینه قرارگیرد.
3-دامنه: دامنه اطلاعات کلاً محدود به زمینههای است که در آن ایجاد میشود. اطلاعات فروش به مدیران در خصوص فروش، مطالبی ارائه میدهد، دانش در این خصوص فراتر عمل میکند و در موقعیتهای گوناگون کاربرد دارد.
4-به هنگام بودن: اطلاعات بر زمان مبتنی است. بنابراین، به طور مداوم در حال تغییر است .به مجرد اینکه داده جدید، اخذ شود، اطلاعات جدیدی مورد نیاز خواهد بود. دانش به علت بار معنایی زیاد خود، حساسیت زمانی کمتری دارد. دانشی که از اطلاعات دیروز و امروز به دست آمده، میتواند برای درک اطلاعات فردا به کار رود (ساداتی،1389).
دانش به واسطه نزدیکی به تصمیمها و اقدامات سازمانی به مراتب بیش از دادهها و اطلاعات می تواند باعث بهبود عملکرد شده و در نتیجه کیفیت خدمات سازمانها را به طور عام و سازمانهای دولتی را به طور خاص بهبود ببخشد (هلز و بتر،2002) در شکل (2-1) توالی اثر اطلاعات و دانش بر تصمیمگیری آمده است.

اقدام
تصمیم
دانش
اطلاعات

شکل(2-1): اثر اطلاعات و دانش بر تصمیمگیری ( هلز وبتر ،2002).
دانش پدیدهای پیچیده و چند بعدی است و برای مدیریت مطلوبتر، نیازمند درک ویژگیهای پیرامون آن است. مجزا ساختن انواع متفاوت و در عین حال مهم دانش در مدیریت و کاربرد آن به طور اثربخش در چارچوب سازمان ضروری و مهم به نظر میرسد. زیرا انواع مختلف دانش دارای کاربردهای گوناگونی در مدیریت دانش هستند و همچنین مستلزم بهکارگیری مدلهای بخصوص در مدیریت دانش میباشند. با مقایسه انواع دانش می توان درک بهتری از دانش به وجود آورد.
2-2-3-طبقه بندی انواع دانش:
معروفترین طبقهبندی از دانش، توسط نوناکا وتاکوچی (1995) انجام گرفته است، که این طبقهبندی، مبتنی بر نگرش پولانی در خصوص دانش میباشد. نوناکا در این طبقهبندی، دو نوع دانش را معرفی میکند که عبارتند از:
1- دانش صریح (آشکار یا عینی).
2-دانش ضمنی (نهان یا نهفته).
نوناکا دانش ضمنی را دانشی تعریف میکند که به صورت واضح بیان نشده است در حالیکه پولانی (1996) این نوع دانش را، دانشی میداند که نمی توان به صورت صریح بیان کرد.
شکاف بین این دو تعریف را کیم و همکاران (2003) با ارائه دانش مفهومی پر میکند و آن را به صورت دانشی تعریف میکند که به صورت غیر صریح و درونی وجود دارد ولی با صرف هزینه و زمان میتوان آن را به صریح تبدیل کرد.
دانش ضمنی، شکلی از دانش است که از تجربیات و اعمال مستقیم و معمولاً از طریق مکالمات تعاملی خوب میتواند به اشتراک گذاشته شود. دانش ضمنی، دانشی است که احساس یا درک می شود اما نمیتواند به دانش صورت مکتوب، بیان شود ( واتسون،2003 ). مشکلات کدگذاری و شفاهی بیان کردن، از ویژگیهای آن (دانش ضمنی) است. دانش ضمنی تولید میشود اما از افرادی که مالک آن هستند جدا نیست و به عنوان مهارت و خبرگی انسانی که در ذهن افراد ذخیره شده و از طریق تجربه وتعامل با محیط بدست میآید، میباشد .بخشی از دانش که در داخل سازمان تولید میشود، دانش صریح است که به آسانی قابل ذخیره و انتقال است (فورکِدل وگادامیلاس،2002).
دانش صریح به آسانی قابل تشخیص است، نوشته و کدگذاری میشود ( واتسون،2003 ) و مستندکردن، اخذ و توزیع آن در فرمتهای گوناگون آسان است، بنابراین میتواند در سراسر سازمان در شکل قوانین و رهنمودها بیان شود (آدنفلت ولاجرسترو، 2005).
سیستمهای مبتنی بر دانش، دانش صریح را کدگذاری و قابل استفاده میکنند اما سیستمهای مدیریت
دانش بایستی با هر دو دانش صریح و ضمنی کار کنند. کوشش برای کدسازی همه دانش اشتباه است (تبدیل به صریح کردن) و باعث میشود که بیشتر دانش ضمنی از دست برود ( واتسون،2003 ). همچنین انتقال و پخش، دانش ضمنی مشکل است و تنها از طریق تعاملات مستقیم بین افراد توزیع میشود (فورکدل وگادامیلاس، 2002).
از سوی دیگر، علوی و لیدنر (2000) در طبقهبندی دانش را به چهار دسته طبقهبندی کردهاند:
1 -دانش ضمنی (نهفته) در زمینه اقدامات و تجارب افراد میباشد و تشکیلدهندهی مدلهای ذهنی افراد است.
2 -دانش صریح (آشکار) در مقایسه با دانش ضمنی عمومیت بیشتری داشته و به راحتی قابل انتقال است.
3- دانش فردی که در وجود فرد نهفته است و ریشه در اقدامات فردی او دارد.
4 -دانش گروهی دانشی است که در سیستمهای اجتماعی و فرهنگی یک سازمان نهفته است.
کوک نیز طبقهبندی مشابهی از دانش ارائه داده است. مطابق نظرکوک میتوان دانش را به انواع چهارگانه صریح، ضمنی، فردی و گروهی تقسیم نمود (کوک و برون ،1999 ). بررسی طبقهبندیهای ارائه شده در خصوص دانش این نکته را آشکار میکند که فصل مشترک اکثر صاحب نظران در مورد انواع دانش حول محورهای دانش ضمنی، دانش صریح، دانش فردی و دانش گروهی متمرکز شده است. بنابراین دانش میتواند صریح، ضمنی، فردی یا جمعی (سازمانی) باشد.
2-2-4-منابع دانشی سازمان
بعضی از منابع دانشی مستقل از سازمانی هستند که در آن قرار دارند و بعضی دیگر برای وجودشان به سازمان
وابسته هستند. دراکر هم مطرح میکند که منایع دانش در همه جای سازمان موجود میباشند ولی تنها به توانایی سازمان برای شناخت آنها محدود میشوند (دراکر،1992).
کیم و همکاران (2003) دانش سازمانی را از لحاظ منشاء به دو دسته تقسیم میکنند:
دانش تجربی: حاصل تجمیع تجربیات افراد یا سازمان در انجام وظایف و کسب و کارخود میباشد.
دانش تحلیلی: از تحلیل اطلاعات و دادههای بدست آمده در عملیات و تراکنشهای سازمانی حاصل میشود که الگوها و مدلها به این دسته تعلق دارند.
بنابر نظر آپستلو (2003) منابع دانش با سایر منابع سازمان متفاوت میباشند که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره میشود:
-دارائیهای دانشی مانند دارائیهای دیدگاه منبع محور قابل سنجش نمیباشند.
-دارائیهای دانشی قابلیت بازآفرینی دارند یعنی علاوه بر ایجاد ارزش افزوده برای کالاها و خدمات میتوانند، منجر به ایجاد دانش جدیدی شوند .
-دارائیهای دانشی اغلب پس از بهکارگیری آنها افزایش ارزش میدهند در حالی که در دیدگاه منبع محور دارائیها با هر بار استفاده، ارزششان کاهش پیدا میکند (آپستلو،2003) .
-به عقیده استوارت (1997) به منظور اثربخش بودن برنامههای مدیریت دانش، ارتقاء عملکرد سازمان و دستیابی به مزیت رقابتی باید بین استراتژیهای مدیریت دانش و استراتژیهای سازمان هماهنگی وجود داشته باشد. بدون یک هدف استراتژیک منابع دانش نمیتوانند تعریف و مدیریت شوند (استوارت، 1997).
2-2-5-تعاریف مدیریت دانش:
در خصوص تعریف مدیریت دانش توافقی وجود ندارد و تعاریف گوناگونی در این خصوص ارائه گردیده است که هر یک ابعادی از این موضوع را نمایش میدهد. با بررسی و تحلیل تعاریف موجود در زمینه مدیریت دانش، چند نمونه از تعاریفی که جامع،کاربردی و دقیق هستند مختصراً در ذیل به آنها اشاره میگردد:
- مالهوترا (2000) تعریف خود از مدیریت دانش را اینگونه ارائه میدهد: مدیریت دانش، فرآیندی است که به واسطه آن سازمانها در زمینه (یادگیری) درونی کردن دانش (کدگذاری) دانش بیرون کردن دانش و توزیع و انتقال دانش، مهارتهایی را کسب میکنند.
-سویبی (1997) معتقد است مدیریت دانش، هنر خلق ارزش بوسیله بکارگیری سرمایههای فکری میباشد.
-حسن علی (2002 ) مدیریت دانش را به عنوان یک مجموعه پدیدار شده از استراتژیها و راهکارها برای خلق، نگهداری و استفاده داراییهای دانش (شامل افراد و اطلاعات) تعریف میکند که اجازه میدهد دانش در زمان مناسب و به افرادی که نیاز دارند جریان یابد، بطوری که آنها بتوانند از این داراییها برای ایجاد ارزش بیشتر برای شرکت استفاده کنند.
-پرز معتقد است مدیریت دانش عبارت است از گردآوری دانش، قابلیت های عقلانی و تجربیات افراد یک سازمان و ایجاد قابلیت بازیابی برای آنها به عنوان یک سرمایه سازمانی (پرز،1999).
-هیبارد مدیریت دانش را فرآیند بهدستآوردن تخصص گروهی در یک شرکت میداند که بالاترین درآمد و ارزش را به وجود میآورد. به نظر وی، این تخصص میتواند در پایگاه داده، اسناد و مغز افراد وجود داشته و مبادله شود (آکونویو،2003).
-هاونز و ناپ بر این باور هستند که مدیریت دانش را میتوان "تأکیدی از فنآورانه و اجتماعی" بر شمرد و در آن حساب ویژهای را برای توجه به افراد، فرهنگ و ساختار سازمانی و اقدامات فناوری اطلاعات باز نمود (هاونز و ناپ، 1999).
-مرکز کیفیت و بهره وری آمریکا مدیریت دانش را راهبردهای نظام مند و فرآیندهای تعریف، به دست آوردن، انتقال و بهکاربردن اطلاعات و دانش توسط افراد و سازمان جهت ایجاد نوآوری، رقابت و ارتقاء بهرهوری تعریف میکند (آکونویو،2003).
-مدیریت دانش فقط مدیریت بر دانشهای سازمان نمیباشد بلکه مدیریت سازمان با نگاه دانش محور است. به اختصار این تعریف مبین این موضوع است که کدام دانشها برای سازمان حیاتی بوده و وضع سازمان در هر کدام از این حوزهها با توجه به جهت گیریهای آتی چگونه میباشد. به عبارت دیگر سازمان به چه میزان دانش دارد، با توجه به اهداف تعیین شده چه میزان دانش داشته باشد و از چه طریقی میتوان این شکاف دانشی را پوشش داد. در یک نگاه کلی میتوان گفت مدیریت دانش میتواند همان سازماندهی دانستهها باشد، یعنی تلاش برای به دستآوردن دانش ضروری، اشتراک اطلاعات در داخل یک سازمان و تاکید بر تقویت حافظه سازمانی به منظور بهبود روند تصمیمگیری، افزایش تولید و حمایت از نوآوری در سازمان (دهقان نجم، 1388).
2-2-6- اهمیت بهکارگیری مدیریت دانش
بسیاری از سازمانها به منظور ارتقای موقعیت دانشی خود اقدام به پیادهسازی مدیریت دانش نمودهاند به گونهای که بتوانند هم دانشهای درون سازمانی را انتشار و توسعه داده و هم به کسب دانش از منابع برون سازمانی نظیر شرکای تجاری و مشتریان خود بپردازند. از مهمترین عللی که موجب شده تا سازمانها به موضوع مدیریت دانش تمایل نشان دهند آن است که مدیریت دانش:
موجب افزایش بهره وری و سوددهی میشود.
همکاری را تقویت مینماید.
موجب بروزو رشد خلاقیت میشود.
موجب تشویق و نوآوری میشود.
به برقراری و تسریع جریان انتقال دانش از تولیدکننده به دریافتکننده کمک میکند.
موجب تسهیل اشتراک اطلاعات بین کارکنان میشود.
توان سازمان را برای مقابله با پدیده تورم اطلاعات افزایش میدهد.
دانش کارکنان را پیش از ترک احتمالی سازمان گردآوری و ذخیره مینماید.
کیفیت ارائه خدمات به مشتری را بهبود میبخشد.
و از طریق افزایش سطح آگاهی سازمان نسبت به راهکارها، محصولات و عملکرد سازمانهای رقیب به سازمان کمک میکند تا از گردونه رقابت خارج نشود (امین پور، 1385).
2-2-7-اهداف مدیریت دانش
مدیریت دانش شامل فرآیند ترکیب بهینه دانش و اطلاعات در سازمان و ایجاد مناسب به منظور تولید، اشتراک و بهکارگیری دانش و تربیت نیروهای انسانی خلاق و نوآور است. هدف مدیریت دانش ایجاد یک سازمان یادگیرنده و شراکت با ایجاد جریانی بین مخازن اطلاعات ایجاد شده توسط افراد قسمتهای مختلف شرکت (مالی،عملکرد،هوش رقابتی و غیره) و مرتبط کردن آنها با یکدیگر است. به عبارت دیگر هدف نهایی مدیریت دانش ارتقای ارزش افزوده دانش موجود در سازمان به منظور توسعه و بهبود خلاقیت، بهرهوری و ایجاد مزیت رقابتی برای سازمان است (ورنا،2001).
2-2-8-فرآیندهای مدیریت دانش:
طبق تعریف داونپورت (1998) فرآیند سازمانی، مجموعهای از فعالیتها با یک شروع، پایان و نتایج قابل شناسایی میباشد. هنگامی که فرآیندهای سازمانی بر اساس دانش صورت گیرند، فرایندهای سازمانی به فرآیندهای دانشی تبدیل میشوند (داونپورت،1998). سیستم مدیریت دانش به منظور تحقق اهداف خود باید فعالیتها یا فرآیندها را به کار گیرد. در این راستا فرآیندهای متنوعی ارائه شده است:
طبق مدل گلد(2001)، چهار قابلیت فرآیندی به منظور اثربخشی مدیریت دانش نیاز میباشد:
-جمعآوری و ایجاد دانش (کسب دانش).
-ذخیره دانش و قرار دادن آن در دسترس (تبدیل دانش).
-بهکارگیری صحیح دانش (به کارگیری دانش).
-جلوگیری از استفاده ناصحیح دانش (حفظ دانش).
در این مدل فرآیند نشر دانش بعنوان یک جزء جداگانه در نظرگرفته نشده است، زیرا در همه اجزاء قابلیتهای فرآیندی دانش به خصوص درکسب دانش، تبدیل دانش و به کارگیری دانش به آن توجه گردیده است.
-کسب دانش: کسب دانش شامل فعالیتهای سازمان به منظور به دست آورد دانش میباشد. کسب دانش در واقع فرآیند جداسازی دانش از یک منبع خارجی میباشد (ورکاسلو،1998).
-تبدیل دانش: این فرآیند شامل سودمندسازی دانش میباشد. به منظور ایجاد ارزش از دانش موجود، فرآیند تبدیل دانش به توانایی سازمان در تلفیق کردن، یکپارچه ساختن، سازماندهیکردن و توزیعکردن دانش بستگی دارد (داونپورت،1998). دانش باید به گونهای ذخیره و سازماندهی گردد که قابل جستجو و قابل دستیابی مجدد باشد، بطوریکه بتوان از آن استفاده مجددکرد ( علوی، 2006).
-بهکارگیری دانش: فرآیند بهکارگیری دانش، استفاده واقعی از دانش میباشد. این فرآیند شامل مکانیسم های دسترسی یافتن سازمان به دانش مورد نیاز میباشد (داونپورت،1998).
-حفظ دانش: سازمان به منظور ایجاد و حفظ مزیت رقابتی باید به حفظ دانش خود بپردازد. این فرآیند شامل جلوگیری از استفادههای نادرست و غیر قانونی و همچنین استفاده رقبا میباشد (پورتر،1980).
همچنین در دستهبندی دیگر مدیریت دانش شامل یک فرآیند چرخشی است که مراحل زیر را در بر دارد:
1-تولید و خلق دانش: دانش ابتدا از طریق تجربیات و مهارتهای کارکنان نشئت میگیرد .بعبارت دیگر، در زمانی که افراد در پی یافتن نحوه انجام کار هستند در واقع دانش خلق میکنند. چنانچه این دانش نتواند در درون سازمان ایجاد شود آن را از بیرون وارد خواهند کرد.
2-انباشت دانش: دانش تولید شده باید در همان شکل خام خود در پایگاه داده ذخیره شود .بسیاری از سازمانها تدابیر لازم را از طریق طراحی سیستمهای اطلاعاتی و سیستمهای انباشت داده در این راستا اندیشیدهاند.
3-پالایش دانش: دانش جدید باید در بستری قرارگیرد که براحتی قابل دسترسی باشد تا بتوان استفاده مناسبی از آن بعملآورد. در همین مرحله است که دانش ضمنی وارد صحنه شده و همراه با دانش آشکار مورد پالایش قرار میگیرد.
4-ذخیره دانش: کدبندی دانش آشکار و نهان (ضمنی) به قابلیت دسترسی به دانش و ذخیره مناسب آن جهت استفادههای لازم کمک میکند.
5-مدیریت و اداره دانش: همانند یک کتابخانه، دانش نیز باید بروز نگهداشته شود و مورد بازرسی و تجدید نظر قرارگیرد.
6-انتشار و توزیع دانش: دانش باید به شکل و فرمت مناسبی برای کسانی که نیاز به آن دارند، در دسترس قرارگیرد. در این رابطه تکنولولوژیهای جدید مانند گروه افزارها، اینترنت، اینترانت، سیستمهای پشتیبانی تصمیم و سیستمهای اطلاعات مدیریت سازمان را در انتشار اطلاعات یاری میدهند.
براساس این فرآیند، میتوان سه هدف کلی را در فرایند مدیریت دانش ذکر کرد: توزیع دانش در سازمان؛
خلق دانش و ترویج نوآوری؛ و افزایش مشارکت و مساعدت کارکنان و به تبع آن افزایش سطح مهارت کارکنان ( باس،2004).
در یک الگوی دیگری از فرآیند مدیریت دانش که تا حد زیادی مشابه مورد بالا است، مک اینرنی)2000) فرآیند مدیریت دانش را بعنوان یک فرآیند چرخشی شامل چهار مرحله جمعآوری داده، جستجو و پالایش، ایجاد ارتباط بین آنها و کدبندی آنها میداند در این الگو یادگیری سازمانی در کانون فرایند مدیریت دانش قرار دارد و بعنوان یک ارزش تلقی میشود.
با توجه به فعالیتها و فرآیندهای بیان شده میتوان آنها را در قالب زیر تلفیق نمود:
1-فرآیند خلق دانش(خلاقیت): اولین مرحله از مراحل وسیع فرآیند مدیریت دانش است، دانش در سازمان در دو چرخه متمایز شخصی و گروهی خلق میشود. دانش شخصی وقتی در بافت سازمانی به کار میرود دانش جدیدی خلق میکند که میتوان آن را دانش سازمانی نامید. چرخه دانش جمعی از کاربرد دانش شخصی در بافت سازمان به وجود میآید که میتوان آن را دانش سازمانی نیز نامید. دانش سازمانی شامل انواع دانش فراوردهای، دانش فرآیندی، دانش رقابتی، دانش تکنیکی و... میباشد.
2-فرآیند اکتساب دانش (برداشت): فرآیند اکتساب دانش یا برداشت دانش برای پاسخگویی به نیازهای فعلی و قابل پیشبینی آینده و تحقق اثر بخش هدفها ضروری است. دانش را می توان از طریق مکانیزمهای مختلفی کسب کرد. به منظور شناسایی مکانیزمهای اکتساب دانش میتوان آن را در دو طبقه قرار داد: منبع درون سازمان و منبع بیرون از سازمان. منبع درونی اکتساب دانش، ذهن کارکنان (دانش تلویحی و مستتر) یا پایگاه دادههای سازمان که به شکل اطلاعات کدگذاری شده است. منبع بیرونی اکتساب دانش، که دانش جدید را وارد سازمان میکند که به دو طریق صورت میگیرد:
الف-الگوبرداری: در این روش سازمان عملیات عالی را از دیدگاه رقبا شناسایی میکند و موفقیت آنها را به عنوان الگوی خود قرار میدهد. بدین منظور وضعیت فعلی خود را با معیارهای آن ها مقایسه و ارزیابی میکند. شکافها شناسایی و راهحلها طراحی میشود. دانش جدید به عنوان معیارهای موفقیت سازمان مرجح وارد سازمان میشود.
ب-همکاری بین سازمانی: در این روش دانش جدید از طریق سهیم سازی و اشاعه تکنولوژی، جا به جایی کارکنان در بین سازمانها، ارتباط با شرکا و....وارد سازمان میشود.
3-فرآیند پالایش: در مقابل فرآیند برداشت که اجازه ورود هر دانشی را به سازمان میدهد، فرآیند پالایش قرار دارد. سازمان باید با استفاده مکانیزمهای منطقی از ورود دانش غیر ضروری جلوگیری کند و فقط دانش مفید و قابل کاربرد اجازه ورود به سازمان را داشته باشد. برای تحقق این هدف تیم مدیریت سازمان میتواند با استفاده از بصیرتها؛ ماموریت ها و هدفهای سازمانی چارچوبی برای ارزیابی دانش فراهم کند.
4-فرایند سازماندهی(پیکربندی یا تلفیق): در این فرایند سازمان مجموعه عظیم دانش را بعد از ورود آن به پایگاه دانش، برای کاربرد باید ذخیره و سازماندهی کند. فرآیند سازماندهی در هر کجای سازمان ممکن است صورت گیردکه علوی (1999) این مکانها را چنین لیست کرده است: حافظه سازمانی، افراد، فرهنگ سازمانی، فرآیند و رویهها، اکولوژی: محل فیزیکی، بایگانیها (دیجیتالی وکاغذی)، روشهای یادگیری، درک، تفکر، احساس، سهیم سازی و انتقال بین اعضای سازمان. هدف نهایی این مرحله،کمک به اعضای سازمان جهت دسترسی به دانش لازم در فرآیندهای اخذ تصمیم است.
5-فرآیند توزیع دانش: این فرآیند عبارت است از توزیع دانش تا نقاط فعالیت و حتی فراتر از آن، به بیرون سازمان است. عوامل متعددی از جمله تسهیلات ارتباطی و فرهنگ سازمانی میتوانند به این فرایند کمک کنند. در مورد تسهیلات ارتباطی باکمن (1998) بیان میکند که یکی از مقاصد اصلی مدیریت دانش تسهیل ارتباطات در تمام قلمروهای سازمان است تا اعضای سازمان با همکاری هم، چالشها و فرصتهای پنهان را شناسایی کنند و در خصوص اهمیت فرهنگ سازمانی در دانش سازمانی و اشاعه آن میتوان گفت فرهنگ منجر به خلق محیطهای هماهنگساز سینرژیک میشود. اگر در سازمانی ارزشها و فرهنگ به تشویق یادگیری و دانش سازی بپردازد، تمام کارکردهای سازمان تغییر میکند.
6-فرآیند کاربرد یا اعمال قدرت دانش که از دیدگاه اکثر پژوهشگران از جمله فیفر و سوتن مهمترین فرآیند است.آنها بیان میکنند که مزیت رقابتی متعلق به سازمانهایی که بهترین داراییهای دانش را دارند، نیست بلکه متعلق به سازمانهایی است که به بهترین صورت از دانش خود در عمل استفاده مینمایند. اگر دانش تبدیل به عمل نشود و فعالیتهای سازمانی بر اساس دانش سازمانی نباشد همه فعالیتها و فرآیندهای مدیریت دانش عقیم و بی اثر است. کاربرد دانش باعث میشود شکاف دانش بین دانستن با عملکردن از بین برود و حلقه مهم بازخورد، یادگیری با انجام دادن و کاربرد به وجودآید. همچنین فرآیند کاربر دانش، خلق سناریوی یادگیری زمینهای از کاربرد دانش را ممکن میکند، برخلاف این که یادگیری به این روش بسیار مشکل است اما در خلق دانش بسیار مهم است، زیرا مستلزم فرا تحلیل و ارزیابی فرآیندها است و به همین علت اغلب در سازمانها فراموش می شود (دهقان نجم، 1388).
به هر حال الگوهای متفاوتی از فرآیند مدیریت دانش ارائه شده است که غالب آنها از محتوای یکسانی برخوردارند. نکته مهم آن است که اجرای این فرآیند در سازمان مستلزم تغییر در دانش، نگرش، فرهنگ سازمان و روشها و فرآیندهای عملیاتی سازمان است تا بستر لازم برای افزایش اثربخشی و کارایی این فرآیند فراهم گردد.
2-2-9- مدیریت دانش درآموزش عالی:
امروزه مدیریت دانش، یکی از جدیدترین و کلیدیترین مباحث مدیریت در آموزش عالی محسوب میشود در حالی که این مقوله پدید های چندان جدید نیست. در واقع مدیریت دانش از صدها سال پیش صنعتگران و صاحبان مشاغل مختلف تجارب حرفهای خود را به فرزندان و شاگردان خویش منتقل مینمودند، وجود داشته است. در سال (1990) این واژه به طور جدی وارد مباحث سازمانی شده است. در این راستا دراکر عقیده دارد که دانش چیزی فراتر از سرمایه یا کار و به منزله تنها منبع اقتصادی با ارزش و مهم در جامعه دانش محور مطرح است (راولی،2000). هدف کلی مدیریت دانش درآموزش، تصمیمگیری بهبود یافته در سراسر سازمان به منظور ارتقا و بهبود یادگیری دانشآموزان. این هدف کلی به طور فزایندهای در مدارس، دانشکدهها و دانشگاهها که تحت فشار از طرف منابع درونی و بیرونی، به منظور افزایش پاسخگویی میباشند. مدیریت دانش در آموزش این نکته را یادآوری میکند که حقیقتاً آموزش یک تلاش یکپارچه است. بیشتر افراد از آموزش ابتدایی و متوسط به اندازهی آموزش عالی، مطلب یادگرفتهاند. مدیریت دانش در آموزش بیان میکند که بهکارگیری تمرین مدیریت دانش برای دانش آموزان در مدارس و محیطهای دانشگاهی مفید و عملی است. با ذکر این نکته که مدیریت دانش خودش به تنهایی یک پایان راه یا سیستمی فراگیر که تغییر ایجاد کند نیست، بلکه آن فقط مجموعهای از اعمال و ارزشها را پیشنهاد میکند بعضی از آنها برای یک سازمان مناسب است و بعضی از آنها برای سازمانی دیگر مناسب است که به افراد کمک میکند تا بتوانند بهتر به اهدافشان برسند. (قریشی و احمدی،1387). امروزه، تمامی صاحب نظران و نیز کارشناسان آموزش عالی براین دو سوال تاکید دارند: 1-دانش در مفهوم سازمانی چیست؟ 2-چگونه میتوان از آن بهره برداری مطلوب کرد؟
در پاسخ سوال اول باید گفت که:
دانش یکی از عوامل بنیادی است که کاربرد موفق آن، دانشگاهها را یاری میرساند تا خدمات بدیع ارائه دهند و در محیط متکی به دانش است که دانشگاهها و موسسات آموزش عالی قادر میشوند مزیت رقابتی و برتری علمی خود را همچنان حفظ نمایند (نعمتی،1384). تحقیقات اخیر نشان داده است که سازمانهای دانش محور با استفاده از هوش سازمانی و خلاقیت، اطلاعات و دانش را در جهت کسب برتریهای خاص در اختیار میگیرند و همچنین از آن در جهت رشد و توسعه پایدار در ایجاد محیطی پویا استفاده میکنند و نیز با بهکارگیری و هدایت مهارتها و تخصص کارکنان (طبق سامانه نقشه دانش) سازمان را قادر به یادگیری مداوم و خلاقیت میکنند.
در پاسخ به سوال دوم (چگونگی بهرهبرداری از دانش) چنین میتوان گفت: امروز دانشگاهها دریافتند که برای انجام موثر امور، نیازمند یکپارچه نمودن هردو نوع دانش هستند چرا که مدیریت دانش با کشف و ارتقا دارایی یک سازمان با دیدگاهی پیش برنده اهداف سازمان است، مرتبط میشود. دانشی که مدیریت میشود شامل هر دو دانش صریح و ضمنی است. از این رو دانشگاهها در حال ابداع روشهای نوین به منظور تبدیل دانش ضمنی به دانش صریح هستند که قابل ذخیره سازی و انتقال به کلیه اعضای سازمان است. در واقع هدف اصلی مدیریت دانش نیز تبدیل دانش ضمنی به دانش صریح و انتشار و کاربرد موثر آن است. (رعیت،1390).
2-3- سنجش مدیریت دانش:
در اغلب منابع، مدیریت دانش دارای چهار بخش اصلی ایجاد، ذخیرهسازی و بازیابی، انتقال و بهکارگیری دانش است و همواره پنجمین مرحله که میتواند اندازهگیری دانش باشد در مراحل اصلی مدیریت دانش از قلم افتاده است، در حالیکه وجود آن برای موفقیت اجرای سایر فرآیندهای مدیریت دانش امری ضروری است (جعفری و همکاران،1386). از این رو اندازهگیری، از جمله مسائلی در مدیریت دانش است که به نسبت بخشهای دیگر آن کمترین توسعه یافته و در عین حال تلاشهای بسیار جدی بر روی آن انجام شده است. علت این کمتر توسعه یافتگی را میتوان در آن دانست که اندازهگیری چیزی که دیده و یا احساس نمیشود بسیار دشوار است (مک اینرنی،2002). همچنین اندازهگیری مدیریت دانش موضوعی پیچیده است که این پیچیدگی از یک طرف، حاصل تعداد متغیرهای دخیل در موضوع و از طرف دیگر ،به علت وجود متغیرهای کلامی است که مولفه ابهام را به تصمیمگیری میافزاید (زیمرمن،1996). اما بدون تردید توسعه حوزههای دیگر مدیریت دانش منوط به توسعه اندازهگیری است. چرا که مدیران باید بتوانند ارزش حضور استراتژیها و متدولوژیهای مدیریت دانش را در سازمان خود نمایان کنند، و در غیر این صورت نخواهند توانست بهبود های حاصل شده را با مدیریت دانش مرتبط سازند (مک اینرنی،2002). توسعه مبانی اندازهگیری مدیریت دانش در سالهای اخیر انجام شده است و در برخی سازمانها به کار بسته شده است، اما مطالعات بهبودی در جهت طراحی متدهای جهانی لازم است (ِلمون،2004 ).
2-3-1- سنجش اثربخشی مدیریت دانش:
اساساً مدیریت دانش را پیادهسازی میکنیم تابه نتیجه مطلوب برسیم و مطلوبیت خود شاخصی قابل اندازهگیری است، چرا که اگر غیر از این باشد، نمیتوانیم رسیدن به مطلوب را اثبات نماییم. بسیاری از شرکتهای بزرگ در سالهای اخیر، سرمایهگذاریهای بسیاربالایی در زمینه مدیریت دانش انجام دادهاند، و به تبع آن این شرکتها خواستار انعکاس نتایج در عملکرد و سرمایههای ملموس خود هستند (خدیور و همکاران،1386). اگر بخواهیم موفقیت مدیریت دانش را بسنجیم باید قادر باشیم دانش را بسنجیم. ارزیابی دانش هم به معنی برآورد ارزش پولی آن نیست؛ به این معنی است که تعیین کنیم آیا اهداف دانش تحقق یافتهاند یا نه. اگر سازمانها در اندازهگیری دانش خود شکست بخورند، چرخه دانش نا تمام میماند، به این دلیل است که بازخوردی وجود ندارد تا بر اساس آن در عناصر بنیادی متعدد مدیریت دانش، اصلاحات احتمالی انجام گیرد. با توجه به این، تعریف شاخصهای جایگزین به منظور تعیین میزان موفقیت سیستم مدیریت دانش از چالشهای مدیریت دانش محسوب میشود (پروبست و همکاران،2000).
منظور از اثربخشی مدیریت دانش نیز برآورده کردن اهداف مدیریت دانش و رضایتمندی از آن است (صمیمی و آقایی،1384). سنجش اثربخشی مدیریت دانش بر حسب منافع تجاری دشوار است زیرا ابزارهای مدیریت دانش هنوز به طور واضح تعریف نشدهاند. چن و چن (2006) عملکرد مدیریت دانش را به ابزارهای کمی و کیفی با دورنماهای مختلف تقسیمبندی کردند. مقیاسهای کیفی شامل بهبود مهارتهای کارکنان، کیفیت محصول، فرآیندهای تجاری و روابط مشتری (فروشنده) میباشد، در حالیکه مقیاسهای کمی شامل کاهش قیمتهای عملیاتی، بهبود تولید و افزایش سود است. چو وگو (2008) چهار عنصر را در فرآیندهای سازمانی تعریف کردند که شامل فعالیتهای دانش، دارائیهای دانش، تاثیر بر فعالیتهای سازمانی و اهداف تجاری میباشد. در حالی که کالیفا و لیو نشان دادند اثر بخشی مدیریت دانش بستگی به تاثیر مدیریت دانش بر دستیابی به اهداف شرکت دارد. با این حال این ابزارها بر سازمان تمرکز دارند نه بر خود مدیریت دانش (کالیفا و لیو، 2003). بنابراین مدیریت دانش جهت اجرای اثربخش نیاز به روشها، فنآوری و ابزارهای درست دارد (جعفری و همکاران،1386).
در نهایت میتوان گفت سنجش اثربخشی مدیریت دانش بسیار دشوار است و روش واحدی جهت سنجش آن وجود ندارد. برای سنجش اثربخشی مدیریت دانش، عوامل و شاخصهای مختلفی وجود دارند که برای تعیین آنها باید دقت لازم را به عمل آورد. بررسی ادبیات و تحقیقات موجود در این زمینه نشان داد که یکی از روشها میتواند استفاده از ابزارهای سنجش موجود در این زمینه باشد. بنابراین، پژوهش حاضر با مرور رویکردهای موجود در این حوزه به معرفی و مقایسه برخی از ابزارهای مهم میپردازد.
2-3-2- انواع رویکردهای سنجش مدیریت دانش
در زمینه ارزیابی عملکرد و اندازهگیری مدیریت دانش، روشها و رویکردهای گوناگونی توسعه یافته است. تقریبا هیچ استاندارد واحدی درباره مدلهای سنجش استاندارد طبقهبندی شده در مدیریت دانش وجود ندارد. به چند دستهبندی از این رویکردها در ادامه اشاره میشود:
-چن و چن (2005) سنجش عملکرد مدیریت دانش را در هشت دسته طبقهبندی کردند که این هشت طبقه عبارتند از: تجزیه و تحلیل کیفی، تجزیه و تحلیل کمی، تجزیه و تحلیل شاخصهای مالی، تجزیه و تحلیل شاخصهای غیر مالی، تجزیه و تحلیل عملکرد داخلی، تجزیه و تحلیل عملکرد خارجی، تجزیه و تحلیل سازمان محور و تجزیه و تحلیل پروژه محور.
-.رویکردکیفی: یک رویکرد کیفی، با استفاده از نتایج بررسیهای مقدماتی تکمیل میشود و بوسیله محققان یادگیری سازمانی مورد بازنگری قرار میگیرد. برای مثال، موفقیت در زمینه دانش میتواند بصورت تسهیم فرهنگ سازمانی، نه فقط دانش فنی بلکه دانش مرتبط با عوامل رفتاری نیز باشد (هرتزوم، 2002). علاوه برآن مصاحبههای تخصصی، عوامل حیاتی موفقیت و پرسشنامه برای پیادهسازی روشهای کیفی برای جستجوی مسایل انسانی خاص، مورد استفاده قرار میگیرند. از دیدگاه سازمانی، توجه به کنترلهای داخلی سازمان از سال (1990) بصورت معناداری افزایش یافت. چانگچیت و همکارانش از یک پرسشنامه برای آزمونهای تجربی برای تست اینکه چگونه سیستم خبره رضایت بخش بوده است، استفاده کردند تا بتوانند انتقال دانش کنترل داخلی برای مدیریت را تسهیل نمایند که نتایج نشان داد سیستمهای خبره برای کمک به انتقال دانش کنترل داخلی برای مدیران مناسب هستند. (چانگیت و همکاران، 2001). لانگ باتم و چائوریدیس (2001) در مصاحبه با اعضای ستادی کلیدی در سازمانها، مراحل مختلف برای نزدیک شدن و توسعه برنامههای مدیریت دانش را گزارش دادند. در پروژه - ریسرچای دیگر، محققان مسایل مربوط به عوامل حیاتی موفقیت و ارزیابی مدیریت دانش را بررسی کردند که ایجاد عوامل کلیدی و عملی احتمالا باعث موفقیت در پیادهسازی سیستم مدیریت دانش میشود (چائوریدیس وهمکاران، 2003).
-رویکرد کمی: هدف تجزیه و تحلیلهای کمی ارائه میزان تاثیر، هم بر تصمیمگیری و هم بر عملکرد وظیفه ای، با استفاده از دادههای تئوریکی است که مربوط، دقیق، بموقع و بهآسانی در دسترس قرار میگیرند. این ارزیابی میتواند موانع تجزیه و تحلیلهای کیفی بویژه در رابطه با قضاوتهای ذهنی در نتایج تجربی اجتناب نماید. بنابراین، یک رویکرد تحقیقاتی کمی طراحی شده است تا یک نسبت محسوس، قابل مشاهده و قابل مقایسه را ارائه دهد. بعبارت دیگر تحلیلهای کمی میتوانند با ارزیابی دانش صریح در سازمان یا فرد، هم در شاخصهای مالی و هم غیر مالی مورد استفاده قرارگیرد، که در ادامه مورد بحث قرارگرفتهاند.(چن و همکاران،2009).
-رویکرد مالی : روشهای کمی سنتی که بر معیارهای مالی مشهور تمرکز دارند عبارتند از: تجزیه و تحلیل صورتهای مالی، دوره برگشت سرمایه، بازده سرمایه (ROI)، ارزش فعلی خالص (NPV) نرخ برگشت دانش (ROK) و نسبت کیو توبین. این روشها برای ارزیابی ارزش مبادلات روزانه سیستمهای پردازشی بسیار مناسبند. لیتاماکی و کوردوپلاسکی از شاخص بازده سرمایه را برای ارزیابی پروژههای دانش و عملکرد ارزش افزوده محصولات مشتری (CVA) استفاده کردند (لیتاماکی و کوردوپلسکی، 1997).
استین و همکارانش از دیدگاه مدیریتی یک سیستم دانش محور را توسعه دادند. دراین سیستم، مکانیزهکردن فعالیتهای دستی، دورههای آموزشی اعضای ستادی جدید و ذخیره دانش درنظر گرفته شد تا یک دانشگاه رابرای بهبود خدمات توانمند سازد (استینو همکاران، 2001). همچنین در ارزیابی عملکرد از ارزش فعلی خالص نیز برای تشخیص نتایج پروژه استفاده میشود. از دیدگاه علمی، ثابت شده است که کیو توبینز هزینههای جایگزینی را برای داراییهای نامشهود به علت نامشهود بودن عملیات حسابداری، نادیده میگیرد (لِو، 2001).
-رویکرد غیر مالی: در واقع، روش معیارهای غیر مالی با تحلیل صورتهای مالی سنتی تفاوت دارد. در واقع این روش از شاخصهای غیر مالی مانند: هر کارمند هرچند وقت یکبار در پایگاهها دانش گزارشی را ثبت میکند، هرکارمند چه مقدار زمان برای ارائه یک پیشنهاد دارد، چه تعداد موضوع در هیئت مدیره برای بحث و گفتگو وجود دارد، و چه تعداد انجمنهای خبرگی (CoP) در شرکت وجود دارد؟ همه این شاخصها با عوامل رفتاری و شرایط معمول سیستم ارتباط دارند. انجمنهای خبرگی نقش فزایندهای در سازمانهای دانش محور و مدرن را ایفا میکند. اسمیت و مور یک چارچوب نظارتی دانش ارائه دادهاند که بر چگونگی تعریف، ارزیابی و استفاده از شاخصهای عملکرد برای مدیریت دانش در انجمنهای خبرگی تمرکز دارد. این نتایج موفقیتآمیز بوده و رهنمودهای مفیدی را برای رویههای مدیریت دانش پیشنهاد میدهد (اسمیت و مور، 2004). هالت و همکاران از چهار معیار برای دستیابی به دانش سازمانی استفاده کردند که عبارتند از: افراد، زمینه، محتوا (ظرفیت) و ارزیابی فرآیند دانش (هالت و همکاران، 2004). این رویکردها افراد را قادر میسازند که دانش را به عملکرد کسب و کار با یک رفتار صریحتر مرتبط سازد، و بینش ارزشمندی در ارتباط با اینکه دانش چگونه ممکن است بصورت استراتژیک مدیریت شود، ارائه میدهند.
رویکرد عملکرد داخلی: روشهای ارزیابی عملکرد داخلی برکارایی فرآیند و کارایی دستیابی به هدف تمرکز دارد. این روشها، عملکرد مدیریت دانش را از طریق شکاف بین ارزش فعلی و ارزش مورد نظر ارزیابی میکنند. روشهای رایج در این زمینه عبارتند ازنرخ بازگشت سرمایه، ارزش فعلی خالص (NPV)، کارت امتیازی متوازن (BSC)، ارزیابی برمبنای عملکرد، ارزیابی بر مبنای فعالیت و روشهای دیگر.
تمرکزکاپلان و نورتون بر مفهوم کارت امتیازی متوازن بر این اساس استوار است که همه جنبههای ارزیابی دارای عیبهایی هستند. به هر حال، اگر شرکتها بتوانند بعضی از این موانع را با مزیتهای دیگر جبران کنند، میتواند منجر به تصمیماتی شود که هم موجب سودآوری کوتاه مدت و هم موفقیت بلند مدت شود (کاپلان و نورتون، 1996). بسیاری از محققان بحث کردهاند که کارت امتیازی متوازن برای تعیین روابط مبتنی بر کسب و کار، بین کاربرد مدیریت دانش استراتژیک و استراتژی IT و پیاده سازی آن بکار میرود (لیتاماکی و کوردوپلاسکی، 1997). از دیدگاه ارزیابی مبتنی بر فعالیت هم، دانش ارزشمند در کارکنان وجود دارد، و این در توانایی سازمانی برای حل مسایل و خلق دانش جدید، بسیار مهم است. به این معنا مدیریت دانش میتواند به عنوان یک فعالیت در نظرگرفته شود، و بعنوان یک جزء اصلی تشکیل دهندۀ یک مجموعه، عمل کند (حسن و گلد، 2001).
- رویکرد عملکرد خارجی: روشهای ارزیابی عملکرد خارجی روشهایی هستند که عملکرد شرکت را با شرکتهای الگو (شرکتهای برتر) و رقبای اصلی و یا متوسط صنعت مقایسه میکنند. با الگو برداری و متدلوژیهای بهترین تجربه، دانشگاههای فنی قادر به تعیین عملکرد مدیریت دانش خود، و مقایسه خودشان با شرکتهای دیگر هستند و فعالیتهای مناسب را انجام میدهند. الگو برداری به این علت که عملکرد فعال سرمایه فکری را افزایش میدهد، بعنوان ابزاری برای تشخیص، درک و پذیرش بهترین تجربه بنظر میرسد (مار،2004). از دیدگاه یادگیری سازمانی، الگو برداری با افزایش عملکرد سازمانی در ارتباط است و از طریق ایجاد استاندارها در برابر فرآیندها، محصولات و عملکرد میتوان آنها را مقایسه نمود و در نهایت بهبود داد. (استونهاز و همکاران،2001) .رویکرد «بهترین تجربه» یک عنصر ضروری برای مدیریت دانش است . همچنین فرصتی را برای حفظ و استفاده از دانش حتی وقتی که یک متخصص سازمان را ترک میکند، فراهم میآورد (آسو و همکاران،2002).
-رویکرد سازمانی محور: تجزیه و تحلیل سازمان محور برکل سازمان و بر ابعاد چندگانه و چند لایه در شرکتها متمرکز شده است. ارزیابی عملکرد مدیریت دانش میتواند از طریق سرمایههای فکری، کارت امتیازی متوازن، فنآوری و دیدگاه فرآیندی تجزیه و تحلیل شود. هدف اصلی، برآورد سطح عملکرد مدیریت دانش در کل سازمان است. سیستمهای حسابداری مالی استاندارد، قادر به تخمین آسان سرمایه گذاریهای سرمایه فکری نیستند. در میان رویکردهایی که به طور گسترده برای مدیریت وگزارشدهی سرمایه فکری استفاده میشوند، میتوان به «نظارت بر دارایی های نامشهود» که توسط سویبی و «رویکرد سرمایه فکری»که توسط ادونسن ارائه شد، اشاره کرد (سویبی،1998؛ ادونسن، 1997). این روشها برای ارزیابی سرمایه انسانی، نوآوری، فرآیندی و مشتری طراحی شدهاند.
-رویکرد پروژه محور :مطالعات اخیر در مورد مدیریت دانش و یادگیری سازمانی در پروژههای محیطی بر تفاوتهای یادگیری از پروژه (نه فقط یک پروژه منحصر به فرد، بلکه در طول و بین پروژهها) تاکید دارد (دفیلیپی، 2001). با این وجود، یک سازمان پروژهای، برای جلوگیری از تکه تکه شدن دانش و از دست رفتن یادگیری سازمانی نیازدارد تا بطور خاص از مدیریت دانش سیستماتیک موثر استفاده کند. کسوی و همکارانبا تحقیق بر روی مدیریت دانش و قابلیت های دانش در سازمانهای پروژهای بویژه از دیدگاه یک برنامهریز و ارائه مدل، نشان دادند به منظور مدیریت نظاممند دانش خلق شده در یک پروژه، خود پروژه باید به طور سیستماتیک توسط مدل مدیریت شود (کسوی و همکاران،2003).
جدول(2-2) رویکردهای متفاوت ارزیابی مدیریت دانش را به همراه محققان، بصورت خلاصه نشان میدهد:
جدول2-1: رویکرد های متفاوت ارزیابی مدیریت دانش
طبقه زیر شاخه ها محققان
تجزیه و تحلیل کیفی پرسشنامه چانگیت و همکاران(2001)
مصاحبههای تخصصی لانگ باتم و چائوریدیس(2001)
عوامل حیاتی موفقیت چائوریدیس و همکاران(2003
تجزیه و تحلیل کمی
تجزیه و تحلیل شاخصهای مالی ارزش خالص فعلی
کیو توبین
بازده دارایی استین و همکاران(2001)
لو(2001)
لیتاماکی و کوردوپلاسکی (1997)
تجزیه و تحلیل شاخصهای
غیر مالی افراد، محتوا، مفهوم و رزیابی فرآیند دانش هالت و همکاران (2004)
انجمنها خبرگی اسمیت ومور (2004)
تجزیه و تحلیل عملکرد داخلی ارزیابی بر مبنای فعالیت حسن و گلد (2001)
کارت امتیازی متوازن کاپلان ونورتون (1996)
تجزیه و تحلیل عملکرد خارجی الگوبرداری
بهترین تجربه مار(2004)
پمبرن و همکاران (2001)
آسو و همکاران (2001)
تجزیه و تحلیل پروژه محور مدل مدیریت پروژه مدیریت دانش کسوی و همکاران (2003)
تحلیل سازمانی محور سرمایه فکری سویبی(1998)، ادونسن(1997)
- کواچ و وانگ (2011) در پروژه - ریسرچ‌ای با عنوان «سنجش عملکرد مدیریت دانش» رویکردهای سنجش مدیریت دانش را در دو دسته گسترده کمی و کیفی طبقهبندی کردند:
-رویکرد کیفی: تحقیق کیفی معمولاً شاخصها و نتایج را از بررسیهای مقدماتی در سازمان و از مرور توسط محققان یادگیری سازمانی بدست میآورند. از مزایای تحقیق کیفی شامل اثربخشی آن در تعیین عوامل ناملموس و قابلیت آن‌ها در توصیفات متنی پیچیده درباره بعد "انسانی" مدیریت دانش مثل فرهنگ، رفتار، عمل، عقیده و تجربه است. علاوه بر آن، رویکردهای کیفی در شناسایی بهترین تجربه هم موثر هستند. از آنجا که دانش به عنوان دارایی نامشهود شناخته شده است، روشهای کیفی به صورت گسترده برای ارزیابی مدیریت دانش مورد استفاده قرار میگیرند. ولی به دلیل آنکه معمولاً به صورت ذهنی اجرا میگردند، دقت و صحت نتایج تا حد زیادی متکی بر نظر تخصص محققان میباشد.
متداول‌ترین روشها برای سنجش مدیریت دانش داخلی شامل پرسشنامه، پیمایش و مصاحبه تخصصی است. چانگچیت و همکاران (2001) یک پرسشنامه برای بررسی تأثیر سیستم خبره در تسهیل انتقال کنترل داخلی دانش برای مدیرانی که تجربههای کاری آن‌ها به غیر از سیستمهای حسابداری و کنترلی است، ارائه دادند. دراوچ و مک ناتن (2002) یک مدل پیمایشی برای ارزیابی مدیریت دانش بر اساس ابزار بازار گرایی جاورسکی و کالی (1993) و چرخه خلق دانش نو ناکا و تاکوچی توسعه دادند. بوکر و همکاران (2008) با 12 متخصص در زمینه مدیریت دانش مصاحبه کردند، بر اساس یافتهها، آن‌ها یک چارچوب برای بررسی ارتباط مدیریت دانش با سرمایه فکری نسبت به بازده علمی مدارس تجاری، ساختند.

—d1215

2-2-1. سیستم تولید جریانی با دو ماشیندر این سیستم جریانی تنها دو ماشین وجود دارد. آلدوویزان (1998) [8] این مسئله را همراه با محدودیت زمان نصب جدا از زمان پردازش و با تابع هدف مجموع زمانهای تکمیل کارها مورد بررسی قرار داد. پس از آن آلدوویزان (2001) [9] همین مسئله را به کمک روش شاخه و کران حل کرد. بعدها هر دوی این محققان کار خود را برای همین مسئله در حالت سه ماشین تعمیم دادند. شیو(2004) [48] مسئله F2|nwt,sij|Ci را به کمک نمایش مسئله به فرم مسئله فروشنده دورهگرد به کمک الگوریتم کلونی مورچگان حل کرد و نشان داد که نتایج حاصل از آن بهتر از روشهای ابتکاری است که توسط اللهوردی و آلدوویزان بدست آمده بود.
2-2-2. سیستم تولید جریانی با بیش از دو ماشیندر این دسته پژوهشهای زیادی انجام شده است که از آن جمله میتوان به پژوهش انجام شده توسط توکلی مقدم و همکارانش(2008) [50] اشاره کرد که مسئله زمانبندی تولید جریانی بدون انتظار با توابع هدف مینیممسازی متوسط زمان تکمیل وزنی و متوسط دیرکرد وزنی را به کمک الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی حل کرد. بابک جوادی و همکارانش(2008) [27] مسئله چند هدفه سیستم جریانی بدون انتظار فازی را به کمک برنامهریزی خطی حل کرد. که پن و همکارانش(2009) [41] همین مسئله را با توابع هدف مینیممسازی بیشینه زمان تکمیل و مینیممسازی بیشینه دیرکرد به کمک الگوریتم دیفرانسیل تکاملی حل کرد. یوتسنگ و تای لین(2010) [52] مسئله مورد بحث را توسط الگوریتم ژنتیک ترکیبی حل کردند. ونگ و همکارانش نیز(2010) [55] روشی بر پایه الگوریتم جستجوی ممنوع به نام جستجوی ممنوع شتاب داده شده برای حل مسئله زمانبندی تولید جریانی بدون انتظار با تابع هدف مینیممسازی بیشینه دیرکرد ارائه کردند که در آن از سه روش ابتکاری جهت تولید جواب کاندیدا استفاده شده بود. در ادامه پژوهشهای انجام شده چینگ یینگ و همکارانش(2012) [58] مسئله تولید جریانی بدون انتظار را در شرایط تولید سلولی و با محدودیت زمان نصب وابسته به گروهبندی کارها مورد مطالعه قرار دادند. ناگانو و همکارانش(2013) [47] این مسئله را با در نظر گرفتن زمانهای نصب جدا از زمان پردازش بررس کرده و روش حلی با رویکرد جستجوی خوشهبندی تکاملی برای این مسئله با تابع هدف زمان درجریان ساخت نهایی ارائه کردند. داوندرا و همکارانش(2013) [12] با بهرهگیری از الگوریتم تاکید خود سازمانی گسسته جوابهای نسبتا خوبی برای مسئله تولید جریانی بدون انتظار با هدف مینیممسازی ماکزیمم زمان تکمیل بدست آوردند.
2-2-3. سیستم تولید جریانی منعطف تحقیقات انجام شده در این دسته خود به دو بخش سیستمهای تولید جریانی منعطف با دو ایستگاه کاری یا بیش از دو ایستگاه کاری تقسیمبندی میشوند. اما در کل پژوهشهای انجام شده در این دسته از نظر فراوانی بسیار کمتر از دو دسته قبل است. برای مثال، ونگ و لیو(2013) [56] مسئله تولید جریانی بدون انتظار را در محیطی مشتمل بر دو ایستگاه کاری مورد بررسی قرار دادند و روش حلی بر پایه الگوریتم ژنتیک برای این مسئله ارائه کردند. جولایی و همکارانش(2013) [28] این مسئله را با دو تابع هدف مینیممسازی بیشینه زمان تکمیل و مینیممسازی بیشینه دیرکرد بررسی کرده و به کمک رویکرد دو هدفه الگوریتم تبرید شبیهسازی شده به حل آن پرداختند. همچنین همین نویسنده به کمک همکارانش (2009) [29] به بررسی این مسئله در شرایط وجود بیش از دو ایستگاه کاری و وجود احتمال رد سفارشات پرداخته و با رویکرد پنجرههای زمانی مدل ریاضی این مسئله را ارائه کرده است همچنین با استفاده از الگوریتم ژنتیک روش حلی نیز برای آن ارائه داده است.
مقالات مورد بررسی در این بخش در جدول(2-4) آورده شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 4 جدول 2-4. مسائل تولید جریانی با محدودیت پردازش بدون انتظارنویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
آلدوویزان F2|nwt,sij|Cj- 1998 8
آلدوویزان F2|nwt,sij|Cjشاخه و کران 2001 9
شیو و همکاران F2|nwt,sij|Ciبا رویکرد تبدیل مسئله به فروشنده دورهگرد با الکوریتم کلونی مورچگان حل شد. 48
توکلی مقدم و همکاران FmnwtWiCiWi,WiTiWiرویکرد چند هدفه الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی 2008 50
جوادی و همکاران FmnwtWiCiWi,WiEiWiرویکرد چند هدفه فازی به کمک برنامهریزی خطی 2008 27
که پن و همکاران FmnwtCmax,Lmaxالگوریتم دیفرانسیل تکاملی 2009 41
تسنگ و تای لین FmnwtCmaxالگوریتم ترکیبی ژنتیک 2010 52
ونگ و همکاران FmnwtLmaxالگوریتم جستجوی ممنوع شتابدهی شده 2010 56
چینگ یینگ و همکاران Fmnwt,cellCmaxسه الگوریتم بر پایههای الگوریتمهای ژنتیک، تبرید شبیهسازی شده و تکرار حریصانه 2012 58
ناگانو و همکاران FmnwtCiرویکرد جدید جستجوی خوشهبندی تکاملی 2012 47
داوندرا و همکاران FmnwtCmaxالگوریتم تاکید خود سازمانی گسسته 2013 12
2-3. زمان نصب وابسته به توالی کارهابه زمان صرف شده جهت آمادهسازی ماشین برای انتقال کار روی آن زمان نصب میگویند. زمان نصب عموما صرف نصب ابزارهای لازم روی ماشین، تمیزکاری و … میشود. با نگاهی کلی به تاریخ پژوهشهای انجام شده در حوزه زمانبندی میتوان دریافت که تا دههها زمان نصب در ادبیات زمانبندی به کلی نادیده گرفته میشده است و عموما جزیی از زمان پرداش کار در نظر گرفته میشده است. این رویه شاید در برخی صنایع قابل توجیه باشد اما لزوم در نظر گرفتن زمان نصب بطور جداگانه در بسیاری از موارد غیر قابل انکار است.
به طور کلی مسائل زمانبندی از حیث در نظر گرفتن زمان نصب به دو دسته کلی تقسیم میشوند: در دسته اول که زمان نصب مستقل از توالی نامیده میشود و در آن زمان نصب یک کار بر روی ماشین تنها به خود آن کار بستگی دارد و به کار قبل از آن و یا اصطلاحا به توالی وابسته نیست. دسته دوم که آن را زمان نصب وابسته به توالی کارها مینامند به حالتی اطلاق میشود که زمان نصب یک کار روی ماشین به کار قبلی که روی آن ماشین نصب شده است نیز بستگی دارد. در این دسته حالت خاص دیگری نیز وجود دارد که آن را زمان نصب وابسته به گروههای کاری مینامند که به معنای این است که زمان نصب کارهای درون یک گروه کاری با گروه کاری دیگر متفاوت است و اگر دو کار از دو گروه متفاوت بلافاصله روی ماشین قرار بگیرند زمان نصب بزرگتری نسبت به حالتی دارد که کارهای یک گروه پشت سر هم قرار بگیرند.
اهمیت مدنظر قرار دادن زمان نصب به عنوان عاملی تاثیرگذار در بهرهوری سیستم تولیدی در تحقیقات متعددی مورد بحث قرار گرفته است. فلین [19] تاثیر زمانهای نصب وابسته به توالی را مورد تحقیق قرار داده است و ورتمن [57] فاکتورهایی که بیشترین تاثیر را در عملکرد سیستم دارند مورد بررسی قرار داد که در آن زمان نصب یکی از موثرترین راهها برای بهبود خدمات به مشتریان و کاهش هزینههای انبارداری معرفی شده است.
اگرچه محدودیت زمان نصب وابسته به توالی در اغلب چیدمانهای مسائل زمانبندی مورد مطالعه قرار گرفته است اما از آنجا که مسئله مورد بحث در حوزه تولید جریانی است در ادامه تنها به ارائه مهمترین مطالعات انجام شده در مسائل زمانبندی با محدودیت زمان نصب وابسته به توالی کارها در محیطهای مختلف سیستم تولید جریانی و به خصوص در سیستمهای تولید جریانی بدون انتظار اکتفا میشود.
2-3-1. سیستمهای تولید جریانیسیستم تولید جریانی مشتمل بر تعدادی ماشین است که به طور متوالی قرار گرفتهاند و کارها عموما با ترتیب یکسانی روی ماشینها پردازش میگردند. در نظر گرفتن محدودیت زمان نصب وابسته به توالی کارها میتواند معیارهای بهینهسازی را در چنین سیستمهایی تحت تاثیر قرار دهد. وانچیپورا و سریدهاران [54] برای مسئله Fm|sijk|Cmax دو الگوریتم جهت تخصیص زمانهای نصب تعریف کرده و سپس مسئله را با روشی ابتکاری بر پایه ساختن توالی حل کردهاند. میرابی [36] نیز همین مسئله را به کمک رویهای ترکیبی از الگوریتم ژنتیک حل کرده است.
سیستمهای تولید جریانی منعطف نیز ساختاری مشابه سیستم تولید جریانی ساده دارند، با این تفاوت که حداقل در یکی از ایستگاههای کاری بیش از یک ماشین وجود دارند. لذا مسئله مورد بحث تعمیمی از حالت مسئله ماشینهای موازی است. میرصانعی و همکارانش [37] این مسئله را با هدف بیشینه زمان تکمیل کارها مطالعه نموده و رویه حلی با رویکرد الگوریتم تبرید شبیهسازی شده برای آن ارائه نمودند. حکیمزاده و زندیه [25] مسئله فوق را با در نظر گرفتن دو تابع هدف و نیز وجود بافرهای محدود بین ایستگاههای کاری حل کردند.
2-3-2. سیستمهای تولید جریانی بدون انتظارسیستمهای تولید جریانی بدون انتظار از نظر نحوه چیدمان ماشینآلات تفاوتی با سیستمهای تولید جریانی بدون انتظار ندارند، تنها تفاوت در نحوه پردازش بدون انتظار کارها روی ماشینآلات است. در چنین شرایطی زمان نصب وابسته به توالی کارها میزان تاخیر احتمالی در شروع کار روی ماشین اول را که برای تامین شرایط پردازش بدون انتظار لازم است تحت تاثیر قرار میدهد.
عرب عامری و سلماسی(2013) [10] نیز روش حلی با رویکرد الگوریتم ترکیبی بهینهسازی تجمعی ذرات و جستجوی ممنوع برای مسئله Fm|nwt,sijk|wj'Ej+wj"Tj پیشنهاد دادند. گاوو و همکارانش [21] مسئله تولید جریانی بدون انتظار را با محدودیت زمان نصب وابسته به توالی و تابع هدف زمان در جریان کل بررسی نموده و چهار رویه ابتکاری برای حل آن پیشنهاد دادهاند. رمضانی و همکاران [43] مسئله سیستم تولید جریانی منعطف بدون انتظار را در حالتی که ماشینهای درون هر ایستگاه عملکرد مشابه و نسبتهای سرعت مشخص دارند مدنظر قرار داده و به کمک رویکرد ترکیبی فراابتکاری به حل آن پرداخته است.
پژوهشهای مرور شده در این بخش در جدول(2-5) خلاصه شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 5 جدول 2-5. مسائل سیستم تولید جریانی با محدودیت زمان نصب وابسته به توالی کارهانویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
وانچیپوراو سریدهاران Fm|sijk|Cmaxروش ابتکاری بر پایه ساختن جواب 2013 54
میرابی Fm|sijk|Cmaxرویه ترکیبی براساس الگوریتم ژنتیک 2014 36
میرصانعی و همکاران Fm|sijk|Cmaxالگوریتم شبیهسازی تبرید 2011 37
حکیم زاده و زندیه Fmsijk,bCmax,Tjچند رویه فراابتکاری 2012 25
عرب عامری و سلماسی Fm|nwt,sijk|wj'Ej+wj"Tjالگوریتم ترکیبی از بهینهسازس تجمعی ذرات و جستجوی ممنوع 2013 10


گاوو و همکاران Fm|nwt,sijk|Cjچهار رویه ابتکاری 2013 21
رمضانی و همکاران FFm|nwt,sijk|Cmaxسه روش فراابتکاری بر پایه الگوریتمهای ژنتیک، تبرید شبیهسازی شده و تکرار حریصانه 2013 43
2-4. محدودیت کاری ماشینآلاتمحدودیت کاری ماشینآلات به این معنی است که هر ماشین پس از انجام حجم مشخصی از کار از دسترس خارج میشود که این مسئله میتواند دلایل متعددی همچون انجام تعمیرات اساسی و … داشته باشد. برای مثال یک ماشین پرس عموما بعد از انجام تعداد مشخصی پرس جهت تنظیم، تعویض روغن و تعمیرات برای مدتی از دسترس خارج میگردد. پیادهسازی این محدودیت در مسائل بهینهسازی معمولا به دو صورت انجام میشود: در دسته اول مسائل، ماشینها پس از گذراندن تعداد یا حجم مشخصی از کار از دسترس خارج میگردند و در دسته دوم، ماشینها پس از سپری کردن زمان مشخصی از لحظه شروع به کار از دسترس خارج میشوند. به کار بردن هر کدام از این دو رویکرد به ویژگیهای ماشینآلات و محصول تولیدی بستگی دارد. محمدی و فاطمی قمی [38] مسئله محدودیت ساعات کاری ماشینآلات را با در نظر گرفتن زمان نصب وابسته به توالی کارها در محیط تولید جریانی مورد مطالعه قرار دادند و آن را با رویکردی ابتکاری بر پایه الگوریتم ژنتیک حل نمودند. همین نویسنده به کمک همکارانش [39] دو روش الگوریتمی جدید را نیز برای مسئله تولید جریانی همراه با محدودیت حجم کاری، زمان نصب وابسته به توالی و تولید بر مبنای تقاضا ارائه کردند. جورجیادیس و پولیتو [22] نیز همین محدودیت را در حالتی که تعداد کار پردازش شده در روز محدود باشد در سیستمهای تولید جریانی بررسی کردند. بابایی و همکاران [11] نیز مسئله بهینهسازی همزمان تولید محصولات بر پایه تقاضا و زمانبندی را در محیط تولیدی جریانی مطالعه نموده و برای آن به کمک الگوریتم ژنتیک جوابهای با کیفیتی بدست آوردند.
مقالات مروری در این بخش در جدول(2-6) خلاصه شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 6 جدول 2-6. مسائل سیستم تولید جریانی با محدودیت حجم کاری ماشینآلاتنویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
محمدی و فاطمی قمی Fm|sijk|MINcostالگوریتم ژنتیک 2011 38
محمدی و همکاران Fm|sijk|MINcostدو الگوریتم ترکیبی جدید 2011 39
جورجیادیس و پولیتو Fm||MINcostرویه فراابتکاری جدید 2013 22
بابایی و همکاران Fm||MINcostالگوریتم ژنتیک 2013 11
2-5. استراتژیهای مدیریت تولیدمدیریت تولید به معنای تعیین میزان تولید محصولات با استفاده از پیشبینیهای انجام شده از نیاز بازار، تعیین زمان مناسب تحویل و … است. همانطور که از تعریف برمیآید مدیریت تولید به دلیل مشخص نمودن تعداد کارها و موعد تحویل ارتباط تنگاتنگی با زمانبندی تولید محصولات دارد. یکی از مهمترین مسائل در مدیریت تولید این مسئله است که محصول با رویکرد تولید برای سفارش تولید شوند یا با استراتژی تولید برای ذخیره [24]. در استراتژی تولید برای سفارش، محصولات یک سفارش تنها از زمانی که سفارش به سیستم تولیدی ابلاغ میشود توانایی تولید شدن دارند. استراتژی تولید برای ذخیره نیز تعداد محصولات را با توجه به نیاز بازار و سهم محیط تولیدی از بازار پیشبینی مینماید. از اصلیترین اشکالات استراتژی تولید برای ذخیره هزینه نگهداری محصولات است. استراتژی تولید برای سفارش هم به دلیل متغیر بودن تعداد و حجم سفارشات و لزوم تحویل به موقع جهت کسب رضایت مشتری زمانبندی را مشکلتر خواهند کرد. از این رو در سالهای اخیر توجه به استراتژیهای ترکیبی مدیریت تولید رو به افزایش بوده است. یوسف و همکاران [24] تاثیر زمانبندی بر استراتژیهای ترکیبی تولید برای ذخیره و تولید برای سفارش را در زمانبندی تک ماشین در پروژه - ریسرچمفصلی مورد بحث قرار داده است. در این پروژه - ریسرچاو محصولات را به دو گروه تقسیم کرده است: تعداد زیادی از محصولات که تقاضای کمی دارند و تعداد کمی از محصولات که تقاضا برای آنها زیاد است. در نهایت محصولات با تقاضای زیاد را با استراتژی تولید برای ذخیره و محصولات با تقاضای کم را با رویه تولید برای سفارش به خط تولید میفرستد. همین رویکرد توسط آدان و وال [7] نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. عیوضی و همکاران [16] نیز مدل توسعه یافتهای بر مبنای زمانبندی و کنترل تولید نیمههادیها ارائه کردند که در آن دو رویکرد برای اولویت دادن به کارهای تولید برای سفارش و تولید برای ذخیره وجود دارد. زائر پور و همکاران [59] نیز ساختار تصمیمگیری برای ترکیب استراتژیهای تولید را مورد بررسی قرار داده و با رویهای ترکیبی از رویکردهای ایاچپی و تاپسیس به اتخاذ تصمیم پرداخته است.
مقالات مروری در این بخش در جدول(2-7) خلاصه شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 7 جدول 2-7. مسائل با محدودیت استراتژیهای ترکیبی مدیریت تولیدنویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
یوسف و همکاران 1||Cmax- 2004 24
آدان و وان -- 1998 7
عیوضی و همکاران -- 2009 16
زائرپور و همکاران -AHP,TOPSIS 2009 59
2-6. تابع هدفگسترش مفاهیم تولید به موقع اهمیت زمانهای زودکرد را برای دانشمندان علم زمانبندی بیش از پیش روشن کرده است. پس از بکارگیری موفق این مفاهیم در صنعت و تاثیر قابل توجه آن بر عملکرد تولید و کاهش موجودی انبار تعداد پژوهشهای زمانبندی که به این مسئله توجه نشان داده بودند افزایش چشمگیری یافت. در عمل محصولاتی که زودتر از موعد ساخته میشوند باید به انبار بروند و محصولاتی که دیرتر از موعد تحویل میگردند نیز نارضایتی مشتریان را در پی دارند. از آنجا که بسته به شرایط اهمیت این دو هزینه برای هر کدام از کارها میتواند متفاوت باشد، ضرایب وزنی هزینهها برای هرکار متفاوت تعریف میگردد.
در کنار رشد تحقیقات زمانبندی که درآنها مفهوم تولید به موقع مدنظر قرار گرفته است، پژوهشهایی نیز انجام شده است که با حفظ مفهوم تولید به موقع به سایر هزینههای موجود در سیستم نیز پرداختهاند. در این تحقیقات هزینههایی نظیر عدم پذیرش کارها، هزینههای انبارداری و … نیز در نظر گرفته میشوند.
در این نمونههایی از تحقیقات انجام شده در زمینه تولید جریانی بدون انتظار که در آنها رویکرد تولید به موقع به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است مرور میشوند.
عرب عامری و سلماسی [10] مسئله زمانبندی تولید جریانی بدون انتظار را با محدودیت زمان نصب وابسته به توالی کارها و با محدودیت مجموع زمانهای زودکرد و دیرکرد وزنی به کمک الگوریتم ترکیبی بهینهسازی تجمعی ذرات و جستجوی ممنوع حل کردند. جولایی و همکاران [29] نیز با حفظ مفهوم تولید به موقع تابع هدفی شامل مجموع وزنی زودکردها و دیرکردها و ضرر ناشی از رد سفارشات جهت رسیدن به بیشینه سود حاصل از پردازش کارها برای مسئله تولید جریانی بدون انتظار تعریف کردند.
در جدول(2-8) پژوهشهای مرور شده در این بخش به اختصار آورده شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 8 جدول 2-8. مسائل سیستم تولید جریانی با تابع هدفهای تولید به موقعنویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
عرب عامری و سلماسی Fm|nwt,sijk|wj'Ej+wj"Tjالگوریتم ترکیبی از بهینهسازس تجمعی ذرات و جستجوی ممنوع 2013 10
جولایی و همکاران FFm|nwt|MAXbenefitالگوریتم ژنتیک 2009 29
2-7. جمعبندیدر این فصل، ابتدا به کمک رویکرد سه نمادی به طبقهبندی مسائل زمانبندی پرداخته شد. پس از آن ادبیات سیستم تولید جریانی منعطف بدون انتظار تشریح گردید. در ادامه فصل جهت مرور ادبیات موضوع مورد بررسی مقالات و پژوهشهای انجام شده به تفکیک محدودیتها و تابع هدف تحقیق مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به مطالب عنوان شده در این فصل تحقیق پیش رو از جنبه تابع هدف، کاربرد رویکردهای مدیریت تولید در زمانبندی و بکارگیری مسئله محدودیت ساعات کاری در محیط سیستم تولیدی تولیدی منعطف بدون انتظار نوآوری دارد.
فصل سوممدل ریاضی پیشنهادی3-1. مقدمهرویکردهایی همچون برنامهریزی خطی و غیرخطی، برنامهریزی عدد صحیح و … به عنوان رویکردهای دقیق برای بدست آوردن جواب از توانایی محدودی برخوردارند. با پیچیده شدن مسائل دنیای واقعی این واقعیت بیش از پیش برای دانشمندان روشن گردید که برای حل مسائل جدید به ابزارهایی کارآمدتر نیازمندند. از این رو امروزه تمرکز مطالعاتی از بدست آوردن جواب دقیق توسط این روشها به بدست آوردن جوابهای نزدیک به بهینه به کمک روشهای ابتکاری و فراابتکاری معطوف گردیده است. اگر چه روشهای دقیق امروزه بسیار کمتر مورد استفاده قرار میگیرند اما همچنان به عنوان ابزاری برای اعتبارسنجی روشها و مدلها بسیار سودمندند.
در این فصل، مسئله زمانبندی تولید جریانی منعطف با محدودیت ساعات کاری ماشینآلات و زمانهای نصب وابسته به توالی کارها و نیز با درنظر گرفتن رویکرد مدیریت تولید ترکیبی تولید برای سفارش و تولید برای ذخیره مورد بررسی قرار میگیرد. در ادامه مدل ریاضی ارائه شده برای این مسئله به طور کامل تشریح شده و اعتبارسنجی میگردد.
3-2. تعریف مسئلهمسئله زمانبندی تولید جریانی منعطف با محدودیت ساعات کاری ماشینآلات و زمانهای نصب وابسته به توالی کارها و نیز با درنظر گرفتن رویکرد مدیریت تولید ترکیبی تولید برای سفارش و تولید برای ذخیره به صورت زیر ارائه میگردد:
یک محیط صنعتی با قابلیت تولید N محصول متفاوت و مستقل در نظر گرفته میشود. چیدمان ماشینآلات در این محیط تولیدی به صورت سیستم جریانی منعطف است، به این معنی که حداقل در یکی از ایستگاههای کاری بیش از یک ماشین وجود دارد. ماشینهای موجود در هر ایستگاه کاری کاملا مشابه هستند و هر کدام مقدار زمان مشخصی میتوانند در حال کار باشند و پس از آن از دسترس خارج میشوند. هر سیستم تولیدی با توجه به پیشبینیهای انجام شده براساس فروش قبلی خود سهم مشخصی از بازار را برای خود متصور است. از طرفی سیستم تولیدی ممکن است سفارشاتی را نیز دریافت کند(برای مثال سفارشات صادراتی یا تولید محصول برای یک ارگان مشخص). این سفارشات در زمان خاصی به سیستم تولیدی ارائه شده و موعد تحویل مشخصی دارند. معیار بهینهسازی این مسئله به حداقل رساندن هزینههای ناشی از رد کردن سفارشات، تحویل ناقص سفارشات(به دلیل محدودیت ظرفیت تولید) و هزینههای ناشی از زودکرد و دیرکرد تحویل سفارشات است. برای هر کدام از هزینههای ذکر شده براساس اهمیتی که برای مدیریت دارد ضرایب وزنی مشخصی در نظر گرفته میشود. برای درک بهتر مسئله نمای کلی محیط تولیدی -241304619625شکل SEQ شکل * ARABIC 1 شکل 3-1. نمای کلی مسئله مورد بررسی0شکل SEQ شکل * ARABIC 1 شکل 3-1. نمای کلی مسئله مورد بررسی-2578723158170در شکل(3-1) نشان داده شده است.
3-2-1. مفروضات مسئلهمفروضات زیر بر مسئله مورد بررسی حاکم است:
هر ماشین در هر لحظه تنها توانایی پردازش یک کار را دارد و هر کار در هر ایستگاه تنها باید بر روی یک ماشین پردازش شود.
هر سفارش شامل تعداد مشخصی از هر کدام از محصولات قابل تولید است.
کارهایی که برای ذخیره در انبار و براورده کردن سهم بازار تولید میشوند از لحظه صفر در دسترس خواهند بود و تا پایان افق برنامهریزی برای تکمیل تولید فرصت دارند.
زمانهای پردازش، ضرایب انواع هزینهها، تعداد ماشینهای هر ایستگاه و ظرفیت تولید(مقدار ساعتی که هر ایستگاه در دسترس است) مشخص است.
بیکاری ماشینها مجاز است.
3-3. مدل پیشنهادیدر این بخش، مدل ریاضی عدد صحیح غیرخطی پیشنهادی برای مسئله مورد بحث ارائه میگردد. پیش از ارائه کامل مدل، پارامترهای ورودی، متغیرهای تصمیمگیری، تابع هدف و محدودیتها به طور مجزا تشریح میگردند.
3-3-1. پارامترهای ورودی مسئله:s تعداد ایستگاههای کاری s=1, …,S:k تعداد ماشینهای موجود در هر ایستگاه کاریs. s=1, …,S ، k=1, …,ms:i تعداد سفارشات (برای سهولت در مدلسازی، i=1 مجموع کارهای با رویکرد تولید برای سفارش را نمایندگی میکند) i=1, …, N:j تعداد کارهای (محصولات) قابل تولید در محیط تولیدی j=1, …, J:t شماره هر کار در هر سفارش (sumi مجموع تعداد کارهای هر سفارش)t=1, …, sumi, i=1, …, N
:q محل قرارگیری هر کار در توالی کلی کارها (Z مجموع تعداد کارهای سفارشات پذیرفته شده به علاوه کارهای رویکرد تولید برای ذخیره)q=1, …, Z:Ri زمان در دسترس قرار گرفتن سفارش i (کارهای تولید برای ذخیره از لحظه صفر در دسترس هستند) i=2, …, N:Di موعد تحویل سفارش i به مشتری (کارهای تولید برای ذخیره تا پایان افق برنامهریزی برای تحویل فرصت دارند) i=2, …, N:Wti وزن دیرکرد در تحویل سفارش i به ازای هر واحد زمانی i=2, …, N
:Wei وزن زودکرد در تحویل سفارش i به ازای هر واحد زمانی i=2, …, N
:Wni وزن هزینه ناشی از رد سفارش (کارهای تولید برای ذخیره همیشه پذیرفته شده هستند و رد کردن برای آنها متصور نیست) i=2, …, N
:Wgi وزن هزینه ناشی از تحویل ناقص سفارش i به مشتری به ازای هر کار تحویل نشده (به دلیل محدودیت ساعات کاری ممکن است یک سفارش به طور کامل پردازش نشود، کارهای تولید برای ذخیره هم در صورت تحویل ناکامل توانایی براورده کردن نیاز بازار را ندارند) i=1, …, N
:cas محدودیت زمانی هر ماشین k در ایستگاه کاری s. s=1, …, S:pjs زمان پردازش کار نوع j در ایستگاه کاری s. j=1, …, J , s=1, …,S:hji تعداد کار نوع j در سفارش i. i=1, …, N, j=1, …, J:sjj'sk زمان نصب کار نوع j' هنگامی که این کار دقیقا پس از کار نوع j در ایستگاه کاری s روی ماشین k انجام شود. j,j'=1, …, J, s=1, …,S, k=1, …,ms3-3-2. متغیرهای تصمیمگیری مسئله:xtiq 1 اگر کار شماره t از سفارش i در محل q از توالی کارها قرار بگیرد و 0 در غیر اینصورت. t=1, …, sumi, i=1, …, N, q=1, …, Z:yqsk 1 اگر کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها روی ماشین k در ایستگاه s پردازش شود و 0 در غیر اینصورت. q=1, …, Z, , s=1, …,S, k=1, …,ms:vqj 1 اگر کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها از نوع j باشد و 0 در غیر اینصورت. q=1, …, Z, j=1, …, J:fi 1 اگر سفارش i پذیرفته شود و 0 در غیر اینصورت. i=1, …, N:stqs زمان شروع کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها در ایستگاه کاری s. q=1, …, Z, s=1, …,S:cqs زمان تکمیل کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها در ایستگاه کاری s. q=1, …, Z, s=1, …,S:deq زمان تاخیر لازم برای برقراری شرایط پردازش بدون توقف برای کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها. q=1, …, Z:avqs زمان در دسترس قرار گرفتن ایستگاه کاری s برای پردازش کار قرار گرفته در موقعیت q توالی کارها. q=1, …, Z, s=1, …,S:gq 1 اگر کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها انجام شود و 0 در غیر اینصورت (به دلیل محدودیت ساعات کاری ایستگاهها ممکن است کار انجام نشود). q=1, …, Z3-3-3. تابع هدفminZ=i=2Ntardii× fi×wti+i=2Nearlii ×fi×wei+i=1Nwni×1-fi+i=1Nsumi-nondi×fi×wgiاز آنجا که در صنایع امروزی اهمیت تحویل به موقع محصولات به مشتریان از اهمیت ویژهای برخوردار است، تابع هدف این مسئله با رویکرد تولید به موقع تعیین شده است. در اکثر پژوهشهایی که تاکنون انجام شده است هزینه دیرکرد برای کارهای پردازش شده محاسبه میشود، اما در این تحقیق از آنجا که بستههای سفارش داده شده باید تحویل مشتری شوند، هزینههای مربوطه نیز برای سفارشات محاسبه میشوند. برای یک بسته سفارشی مفروض چهار هزینه متصور است که به شرح زیر هستند.
هزینه دیرکرد: هزینه دیرکرد برای هر سفارش برابر است با بیشینه دیرکرد کارهای آن سفارش ضرب در میزان اهمیت(وزن) دیرکرد آن سفارش. لازم به ذکر است چنانچه سفارش مربوطه پذیرفته شده باشد (fi=1) هزینه دیرکرد برای آن متصور است و در غیر این صورت هزینه رد سفارش که در ادامه خواهد آمد باید محاسبه گردد. به دلیل اینکه موعد تحویل محصولات تولید برای ذخیره پایان افق برنامهریزی است، محاسبه هزینه دیرکرد برای آنها معنی پیدا نمیکند به همین دلیل این هزینه تنها برای سفارشات تولید برای سفارش محاسبه میشود(i=2). عبارت هزینه دیرکرد در تابع هدف به صورت زیر است:
(3-1) i=2Ntardii× fi×wtiهزینه زودکرد: این هزینه نیز مانند هزینه دیرکرد برای بستههای سفارشی پذیرفته شده(fi=1) محاسبه میشود. برای یک بسته سفارشی مفروض مقدار زودکرد برابر است با بیشینه زودکرد هر کدام از کارهای سفارش ضرب در اهمیت(وزن) زودکرد آن سفارش. از آنجا که موعد تحویل محصولات با استراتژی تولید برای ذخیره پایان افق برنامهریزی است برای آنها هزینه زودکرد متصور نیست(i=2). عبارتی که محاسبه هزینه زودکرد را در تابع هدف نمایندگی میکند به صورت زیر است:
(3-2) i=2Nearlii ×fi×weiهزینه رد سفارش: عدم پذیرش سفارش به دلیل از دست دادن سود ناشی از تولید آن برای سیستم تولیدی دارای هزینه است. هزینه رد سفارش برابر است با اهمیت(وزن) آن سفارش. در این بخش وزن سفارش میتواند میزان سود از دست رفته را نمایندگی کند. عبارت مربوط به این هزینه در تابع هدف مطابق رابطه(3-3) است.
(3-3) i=1Nwni×1-fiهزینه تحویل ناقص سفارش: چنانچه یک یا چند کار در سفارشات پذیرفته شده به دلیل محدودیت ساعات کاری ماشینآلات نتوانند پردازش خود را کامل کنند، بسته سفارشی ناقص پردازش میگردد. در چنین شرایطی یا سفارش باید ناقص تحویل شود و یا از موجودی انبار که کالاهای تولید برای ذخیره است برای کامل کردن سفارش استفاده شود که در هر دو حالت هزینههایی را در پی دارد. هزینه تحویل ناقص سفارش به صورت شمارش تعداد کارهای پردازش نشده در یک سفارش پذیرفته شده ضرب در میزان اهمیت(وزن) آن سفارش محاسبه میشود. تعداد کارهای پردازش نشده برای هر سفارش(sumi-nondi) با استفاده از تعداد کارهای پردازش شده هر سفارش که در محدودیتها محاسبه میشود محاسبه میگردد. بدیهی است این هزینه نیز تنها برای سفارشات پذیرفته شده متصور است. عبارت مربوط به هزینه تحویل ناقص در تابع هدف مطابق عبارت(3-4) است.
(3-4) i=1Nsumi-nondi×fi×wgi3-3-4. محدودیتهاj=1Jhji fi≤mscas , s=1,…,Sاین محدودیت تضمین میکند که مجموع زمان پردازش کارهایی که پذیرفته میشوند از مجموع زمان در دسترس در هر ایستگاه بیشتر نباشد.
f1≥1این محدودیت وجود کارهایی که تحت استراتژی تولید برای ذخیره تولید میشوند را در توالی کارهای نهایی تضمین میکند.
sumi=j=1Jhji, i=1,…, Nاین محدودیت مجموع محصولات سفارش داده شده در هر بسته سفارشی را محاسبه میکند.
Z=i=1Nsumi fi, i=1,…,N
این محدودیت تعداد کل کارهایی که در اثر پذیرفته شدن سفارشات باید پردازش شوند را محاسبه میکند.
t=1Zxtiq=1, q=1,…,Z and i=1,…,Nq=1Zxtiq=1, t=1,…,Z and i=1,…,N این مجموعه محدودیتها تخصیص هر کار به یک مکان در توالی و تخصیص هر مکان در توالی به یک کار را تضمین میکنند.
k=1msyqsk=1, q=1,…,Z and s=1, …,Sاین محدودیت تخصیص یک ماشین در هر ایستگاه کاری به هر کار موجود در توالی را تضمین میکند.
deq=maxi=1Nt=1sumiri xqit,avqs-avqs-1,…, avq2-avq1, q=1,…,Zمحاسبه میزان تاخیر در شروع پردازش هر کار در توالی در ایستگاه اول برای تامین شرایط پردازش بدون انتظار توسط این محدودیت انجام میشود. میزان تاخیر لازم برای پردازش بدون انتظار برابر با بیشینه فاصله زمانهای در دسترس برای آن کار در هر دو ایستگاه کاری متوالی است.
st11=deq+avq1stq1=deq+avq1+j=1Jj'=1Jq'=1q-1k=1ms(vqj' vq-1j yq1k yq-11k) sjj'1k, q=2,…,Zstqs=cqs-1+ j=1Jj'=1Jq'=1q-1k=1ms(vqj' vq-1j yqsk yq-1sk) sjj'sk, s=2,…, S and q=2,…,Zاین مجموعه از محدودیتها زمان شروع پردازش هر کار را در هر ایستگاه کاری را محاسبه میکند. اگر هر دو کار متوالی روی یک ماشین در هر ایستگاه از دو نوع متفاوت باشند زمان نصب به کار دوم تعلق میگیرد.
cqs=stqs+j=1Jvqj pjs, s=1,…,Sاین محدودیت زمان تکمیل پردازش هر کار در هر ایستگاه کاری را تعیین میکند.
avqs=min1≤k≤msmax1≤q≤q'-1cq's yq'sk, s=1,…,S and q=1,…,Zمحاسبه زمان در دسترس قرار گرفتن هر ایستگاه کاری برای هر کار توسط این محدودیت محاسبه میگردد. همانطور که از محدودیت مشخص است زمان در دسترس قرار گرفتن هر ایستگاه کاری برای هر کار برابر است با کمینه زمان در دسترس قرار گرفتن ماشینهای درون آن ایستگاه. زمان در دسترس قرار گرفتن هر ماشین نیز برابر است با بیشینه زمانهای تکمیل کل کارهایی که تاکنون روی آن ماشین پردازش شده است.
tardii=max0, max1≤q≤zt=1zxtiq cqs-di, i=2,…,N and s=Searlii=max0,di-max1≤q≤zt=1zxtiq cqs, i=2,…,N and s=Sاین دو محدودیت میزان دیرکرد و زودکرد را برای هر بسته سفارشی محاسبه میکند. دیرکرد یک سفارش برابر است با بیشینه مقدار دیرکرد هر کدام از کارهای آن سفارش و مقدار زودکرد هر سفارش برابر است با بیشینه زودکرد هر کدام از کارهای آن سفارش.
gq-k=1msyqsk=0 q=1, …, Z , s=Sاین محدودیت انجام شدن یا نشدن هر کار را تعیین میکند. اگر هیچ یک از ماشینهای ایستگاه کاری آخر به کار در موقعیت q در توالی کارها به تخصیص پیدا نکنند، به این معنی است که کار به پایان پردازش خود نرسیده است.
gq-k=1msyqsk=nondi=sumi-t=1sumiq=1Zgqxtiq, i=1, …, N این محدودیت تعداد کارهای انجام شده در هر سفارش را محاسبه میکند.
با توجه به توضیحات ارائه شده مدل ریاضی پیشنهادی به صورت زیر خواهد بود:
minZ=i=2Ntardii× fi×wti+i=2Nearlii ×fi×wei+i=1Nwni×1-fi+i=1Nsumi-nondi×fi×wgi Subject to:
j=1Jhji fi pjs≤mscas, s=1,…,S f1≥1sumi=j=1Jhji, i=1,…, NZ=i=1Nsumi fi, i=1,…,Nt=1Zxtiq=1, q=1,…,Z and i=1,…,N
q=1Zxtiq=1, t=1,…,Z and i=1,…,N k=1msyqsk=1, q=1,…,Z and s=1, …,S deq=maxi=1Nt=1sumiri xqit,avqs-avqs-1,…, avq2-avq1, q=1,…,
st11=deq+avq1stq1=deq+avq1+j=1Jj'=1Jq'=1q-1k=1ms(vqj' vq-1j yq1k yq-11k) sjj'1k, q=2,…,Zstqs=cqs-1+ j=1Jj'=1Jq'=1q-1k=1ms(vqj' vq-1j yqsk yq-1sk) sjj'sk, s=2,…, S and q=2,…,Z
cqs=stqs+j=1Jvqj pjs, s=1,…,Savqs=min1≤k≤msmax1≤q≤q'-1cq's yq'sk, s=1,…,S and q=1,…,Ztardii=max0, max1≤q≤zt=1zxtiq cqs-di, i=2,…,N and s=Searlii=max0,di-max1≤q≤zt=1zxtiq cqs, i=2,…,N and s=Sgq-k=1msyqsk=nondi=sumi-t=1sumiq=1Zgqxtiq, i=1, …, N 3-4. اعتبارسنجی مدلاعتبارسنجی مدل گام مهمی در اطمینان از صحت یک مدل ریاضی است. از آنجا که طبق مطالعات پژوهشگر چنین تحقیقی تاکنون انجام نشده است و مدل ارائه شده از چند نظر جدید است لزوم انجام اعتبارسنجی کاملا روشن به نظر میرسد.
اعتبارسنجی به این معنی است که نتایج بدست آمده از حل مدل باید با واقعیت مطابقت داشته باشد. بر این اساس اعتبارسنجی مدل ریاضی ارائه شده در دو مرحله انجام میگردد. مرحله اول اعتبارسنجی مدل به کمک یک مسئله حل شده و مرحله دوم حل یک مسئله تولید شده و بررسی اعتبار مدل.
3-4-1. اعتبارسنجی مدل به کمک مسئله حل شدهدر این بخش تحقیق انجام شده توسط ونگ و لیو [56] که مسئله تولید جریانی بدون انتظار منعطف با دو ایستگاه کاری و تابع هدف بیشینه زمان تکمیل کارها که حاوی حل تعدادی مسئله جهت استفاده سایر پژوهشگران است به عنوان مسئله جهت اعتبارسنجی مدل ارائه شده مدنظر قرار گرفته است.
جهت انجام فرایند اعتبارسنجی لازم است پارامترهای مدل ارائه شده در این تحقیق طوری تعریف شوند که مسئله با نمونه ارائه شده در پروژه - ریسرچونگ و لیو [56] مشابه گردد. بر این اساس، تعداد کارهای موجود در هر سفارش یک تعریف شده است. زمانهای نصب صفر در نظر گرفته شده و نوع کارهای موجود در سفارش متفاوت تعریف شده است. همچنین ظرفیت کاری ماشینآلات نامتناهی تعریف شده و امکان رد سفارش حذف گردیده است. همچنین از آنجا که تابع هدف این پروژه - ریسرچبیشینه زمان تکمیل است، تابع هدف مدل ارائه شده را نیز بیشینه زمان تکمیل سفارشات قرار داده تا نتایج قابل مقایسه باشند. قابل ذکر است که تغییر تابع هدف تاثیری در صحت عملکرد محدودیتها ندارد. تغییرات انجام شده در مدل پیشنهادی به طور خلاصه در جدول(3-1) آمدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 9 جدول 3-1. تغییرات اعمال شده در مدل پیشنهادی جهت اعتبارسنجیفاکتور وضعیت اصلی وضعیت تغییر یافته
تابع هدف کمینه هزینهها بیشینه زمان تکمیل کارها
زمان نصب بزرگتر از صفر صفر
تعداد کارهای موجود در سفارش از انواع متفاوت و معمولا بیش از یک کار از انواع متفاوت و یک کار
قابلیت رد سفارش وجود دارد وجود ندارد
ظرفیت کاری ماشینآلات محدود نامحدود
در تحقیق مورد استفاده سیستم تولید جریانی بدون انتظار شامل دو ایستگاه کاری و هر ایستگاه شامل دو ماشین یکسان است. کوچکترین ابعاد مسئله مورد بررسی در این پروژه - ریسرچمسئلهای مشتمل بر ده کار است که بنابر توضیحات ارائه شده در بالا در مدل پیشنهادی ما به صورت ده سفارش که هر کدام شامل یک کار است تعبیر میشوند. زمان پردازش کارها روی ماشین نیز دارای توزیع یکنواخت بین [50 ،1] میباشد بر همین مبنا با استفاده از تابع تولید اعداد تصادفی یکنواخت در نرمافزار متلب اعداد زیر به عنوان زمانهای پردازش تولید شدهاند.
(3-5) pqs=41 7 32 14 48 8 48 48 22 4546 46 5 28 49 49 25 8 46 48این مسئله در نرمافزار لینگو 9 حل شده است که در نتیجه آن توالی سفارشات به صورت q7, q3, q9, q8, q1, q10, q5, q2, q4, q6 و مقدار تابع هدف برابر 326 است. این در حالی است که مقدار تابع هدف در تحقیق مورد استفاده برای این مسئله برابر 292.3 است. این تفاوت حدودا 11% میتواند به دلیل متفاوت بودن مقدار زمانهای پردازش بوده باشد.
3-4-2. اعتبار سنجی مدل به کمک مسئله تولیدیدر این روش، اعتبارسنجی به کمک یک مسئله تولید شده و بررسی درستی عملکرد محدودیتها صورت میگیرد. این روش به عنوان مکملی برای روش قبلی است چرا که در روش قبل به دلیل تفاوت توابع هدف تغییر آن ناگزیر بود. برای انجام این روش دادههای ارائه شده در جدول(3-2) مورد استفاده قرار میگیرند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 10 جدول 3-2. دادههای لازم جهت پیادهسازی مدل ریاضیفاکتور مقدار
تعداد سفارش 5
تعداد کارهای موجود در هر سفارش 1
تعداد ایستگاه 2
تعداد ماشین در هر ایستگاه 2
زمانهای پردازش unif [1, 50]زمانهای نصب 0
موعدهای تحویل 50
وزنهای زودکرد و دیرکرد 10
وزن رد سفارش 20
امکان رد سفارش وجود دارد
ظرفیت ماشینآلات نامحدود
لازم به ذکر است که دلیل اصلی کوچک در نظر گرفتن ابعاد مسئله یا حذف فاکتوری همچون محدودیت ظرفیت ماشینآلات تنها به دلیل افزایش چشمگیر زمان حل مسئله در نرمافزار لینگو و امکان نرسیدن به جواب بهینه کلی بوده است و از آنجا که این تغییرات جزیی از دامنه تغییرات ممکن این فاکتورها است تاثیری در اعتبارسنجی مدل نخواهند داشت.
-241304295775شکل SEQ شکل * ARABIC 2 شکل 3-2. گانت چارت جواب بهینه مسئله طراحی شده جهت اعتبارسنجی مدل ریاضی.0شکل SEQ شکل * ARABIC 2 شکل 3-2. گانت چارت جواب بهینه مسئله طراحی شده جهت اعتبارسنجی مدل ریاضی.right10596120مسئله مورد بررسی در این بخش در نرمافزار لینگو 9 حل شد و جواب بهینه برابر 2830 بود. توالی کارها نیز به صورت q2, q3, q5, q1, q4 بدست آمد. جهت اطمینان از درستی عملکرد مدل گانت چارت جواب بهینه در شکل(3-2) رسم شده است.
3-5. تعیین پیچیدگی مسئلهانتخاب روش حل مناسب میتواند در دقت و کیفیت و زمان مورد نیاز برای حل یک مسئله تاثیر قابل توجهی داشته باشد. شاخهای از علوم کامپیوتر با نام نظریه پیچیدگی بر مطالعه این مبحث تمرکز دارد. به طور خلاصه پیچیدگی یک مسئله با میزان محاسبات لازم جهت حل آن ارتباط مستقیم دارد. این بدان معناست که با افزایش ابعاد مسئله طبیعتا زمان حل آن نیز افزایش مییابد. چنانچه زمان حل مسئله نسبت به ابعاد آن با تابعی چندجملهای افزایش یابد، زمان این مسئله را چندجملهای میگویند. چنین مسائلی عمدتا با روشهای دقیق قابل حل هستند.
دسته بزرگتر و مهمتری از مسائل بهینهسازی که عمدتا مسائل زمانبندی نیز در این دسته قرار میگیرند دارای تابع زمانی غیر چندجملهای هستند. چنین مسائلی را در علم پیچیدگی NP-hard مینامند. این دسته از مسائل با روشهای دقیق قابل حل نبوده و لذا از روشهای تقریبی جهت یافتن نزدیکترین جواب به بهینه کلی بهره گرفته میشود. در نتیجه شناخت مسئله از نقطه نظر پیچیدگی آن میتواند بر کیفیت جواب تاثیر مستقیم داشته باشد.
8426456118225شکل SEQ شکل * ARABIC 3 شکل 3-4. سلسله مراتب پیچیدگی در توابع هدف مسائل زمانبندی [6].00شکل SEQ شکل * ARABIC 3 شکل 3-4. سلسله مراتب پیچیدگی در توابع هدف مسائل زمانبندی [6].10096503163570شکل SEQ شکل * ARABIC 4 شکل 3-3. سلسله مراتب پیچیدگی در مسائل کارگاهی زمانبندی [6].00شکل SEQ شکل * ARABIC 4 شکل 3-3. سلسله مراتب پیچیدگی در مسائل کارگاهی زمانبندی [6].center17732300center567841500پیندو [6] در کتاب مفصل خود پیرامون موضوع زمانبندی سلسله مراتب مسائل پیچیدگی در مسائل زمانبندی را در گرافهایی تشریح میکند. این گرافها در شکلهای(3-3) و (3-4) آمدهاند.
همانطور که از این شکلها مشخص است میزان پیچدگی یک مسئله زمانبندی به نحوه چیدمان ماشینآلات و تابع هدف مسئله بستگی مستقیم دارد. نکته قابل تعمل در مسئله پیچیدگی آن است که پس از تشخیص میزان پیچیدگی یک مسئله به کمک این گرافها میتوان این میزان را به حالات خاص این مسائل نیز تعمیم داد. به عنوان مثال مقدار پیچیدگی مسئله 1||Cj که حالت خاصی از مسئله 1||WjCj است را میتوان معادل مقدار پیچیدگی مسئله 1||WjCj دانست. این مسئله را در علم پیچیدگی به صورت 1||Cj∝1||WjCj نشان میدهند.
در این تحقیق مسئله زمانبندی تولید جریانی منعطف بدون انتظار با محدودیت ساعات کاری ماشینآلات، زمان نصب وابسته به توالی کارها و استراتژی ترکیبی تولیید با هدف حداقل سازی هزینهها مورد بررسی قرار میگیرد. راک [45] نشان داد که مسئله تولید جریانی بدون انتظار با تابع هدف بیشینه زمانهای تکمیل NP-hard است. با توجه به نتایج مطرح شده در مورد میزان پیچیدگی مسئله پردازش بدون انتظار به یقین میتوان گفت که مسئله مورد بحث در این تحقیق نیز از میزان پیچیدگی NP-hard برخوردار است لذا حل این مسئله در ابعاد بزرگ را نمیتوان به طور کارایی با روشهای دقیق انجام داد. در فصل آینده روشهای حل کارایی با استفاده از رویکردهای فراابتکاری ارائه میگردند. ولید جریانی منعطف بدون انتظار با محدودیت ساعات کاری ماشین
3-6. جمعبندیدر این فصل، پس از بیان تعریف مسئله مورد بررسی و تشریح ویژگیهای آن، مدل ریاضی عدد صحیح غیر خطی جدیدی برای حل آن ارائه گردید. در ادامه فصل نیز اعتبار مدل ریاضی ارائه شده با استفاده از دو رویکرد سنجیده شد. در پایان فصل نیز دلایلی مبنی بر ناکارامدی روشهای حل دقیق برای مسئله مذکور بیان شده و میزان پیچیدگی آن مورد بررسی قرار گرفت.
فصل چهارمالگوریتمهای فراابتکاری پیشنهادی و نتایج محاسباتی
4-1. مقدمههدف از حل هر مسئله بهینهسازی یافتن بهترین ترکیب ممکن از متغیرهای جواب برای آن مسئله است. مسائل بهینهسازی از منظر ماهیت جواب شدنی برای آنها به دو دسته کلی مسائل پیوسته و مسائل گسسته تقسیم میشوند. مسائل حوزه زمانبندی به عنوان دستهای مهم از مسائل بهینهسازی ترکیبی یکی از شناخته شده ترین مسائل با ساختار گسسته هستند. فاکتورهای جواب این دسته از مسائل باید به صورت گسسته کدگذاری شوند. با توجه به اهمیت مسائل این حوزه تاکنون رویکردهای جواب متنوعی برای حل این مسائل ارائه گردیدهاند. با نگاهی کلی، روشهای حل ارائه شده را میتوان در دو گروه کلی روشهای دقیق و تقریبی جای داد. ساختار رویکردهای دقیق به گونهای است که عملکرد آنها را تنها به حل مسائل با پیچیدگی مشخص و ابعاد کوچک محدود میکند. این رویکردها برای مسائل با ابعاد بزرگ زمانهای حل بسیار ناکارامدی را ارائه میدهند. برهمین اساس، لزوم استفاده از رویکردهای تقریبی در حل مسائل پیچیده بدیهی به نظر میرسد. این رویکردها بسته به نوع آنها میتوانند جوابهای با کیفیت قابل قبول را در زمان منطقی ارائه دهند.
روشهای فراابتکاری دسته مهمی از روشهای تقریبی هستند که عموما با الگوبرداری از رفتار طبیعت تدوین گردیدهاند. وجه تمایز اصلی این روشها با روشهای تقریبی دیگر استفاده از متدهایی برای اجتناب از توقف فرایند جستجو در بهینه محلی است. براساس استراتژیهای بکار رفته در فرایند الگوریتم، امروزه طیف گستردهای از روشهای فراابتکاری به جامعه محققین ارائه شده است که برای مثال میتوان به الگوریتمهایی نظیر ژنتیک، جستجوی ممنوع، مورچگان، تبرید شبیهسازی شده، سیستم ایمنی مصنوعی و … اشاره کرد.
در ادامه فصل پیش رو، الگوریتمهای فراابتکاری ارائه شده به منظور حل مسئله مورد بررسی شامل الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی و تبرید شبیهسازی شده با رویکرد ابری به طور کامل تشریح میگردند. پس از آن با استفاده از رویکرد تنظیم پارامترها به روش تاگوچی الگوریتمهای ارائه شده کالیبره شده و به وسیله آزمایشات طراحی شده مورد سنجش قرار میگیرند. در نهایت نتایج استخراج شده از اجرای آزمایشات تشریح میگردند.
4-2. الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعیالگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی یکی از جدیدترین الگوریتمهای الگوبرداری شده از رفتارهای طبیعی پدیدهها است. همانگونه که از نام آن هویدا است، این الگوریتم از سیستم ایمنی بدن موجودات زنده و بالاخص پستانداران الگوبرداری شده است. روند کلی الگوریتم بسیار شبیه به الگوریتم ژنتیک بوده اما وجود تفاوتهایی تاثیرگذار باعث برتری نسبی این الگوریتم نسبت به الگوریتم ژنتیک در برخی مسائل بهینهسازی ترکیبی گردیده است.
سیستم ایمنی بدن انسان مجموعهای پیچیده است که وظیفه حفاظت بدن در مقابل خطرات و حفظ سلامتی آن را به عهده دارد [34]. این سیستم این وظیفه را با شناسایی عوامل مضر خارجی به نام پاتوژنها و تلاش جهت نابودسازی آنها انجام میدهد. این عوامل عموما به کمک فاکتور پروتئینی موجود در ساختارشان که آنتیژن نام دارد شناسایی میشوند. پس از شناسایی آنتیژن، بدن فاکتور پروتئینی مناسب جهت نابودسازی آنتیژن مربوطه را که آنتیبادی نام دارد ساخته و به جریان خون میفرستد و از این طریق عامل خارجی مضر را نابود میکند این فرایند را پاسخ اولیه ایمنی مینامند. پس از رفع خطر، بدن بهترین آنتیبادی ساخته شده را در حافظه خود نگه میدارد تا چنانچه این آنتیژن بار دیگر وارد بدن شد بتواند عملکرد سریعتری داشته باشد. دلیل علمی واکسیناسیون نیز همین است.
در کل سیستم ایمنی بدن انسان به زیر شاخه سیستم ایمنی ذاتی و سیستم ایمنی قابل انطباق تقسیم میشود [34]. سیستم ایمنی ذاتی وظیفه دفاع عمومی بدن را برعهده داشته و تنها توانایی مبارزه با بیماریهای مشخصی را دارد، چیزی را به یاد نمیسپارد و عملکرد خود را بهبود نمیبخشد. اما سیستم ایمنی قابل انطباق توانایی مواجهه با عوامل بیماریزای جدید را داشته و در هر زمان بهترین عملکرد خود را در مقابل پاتوژنهای جدید به خاطر میسپارد. لازم به ذکر است که تمام الگوریتمهای ایجاد شده براساس سیستم ایمنی بدن براساس سیستم ایمنی قابل انطباق تدوین شدهاند.
رویه جستجوی بهترین آنتیبادی و نحوه به یاد سپاری آن برای تقریبا تمام عمر در بدن توجه بسیاری از پژوهشگران را جلب کرده است. به همین دلیل الگوریتمهای متعددی که هر کدام از بخشی از فرایند ایمنی الگوبرداری شدهاند در طی سالها ایجاد شده است. در یک تقسیمبندی کلی الگوریتمهای ایمنی ارائه شده را میتوان در سه دسته الگوریتم ایمنی تولید انتخابی، شبکه ایمنی و جستجوی منفی تقسیم کرد. الگوریتم ایمنی مصنوعی با رویکرد تولید انتخابی عموما در مسائل تعیین توالی بهینه و زمانبندی مورد استفاده قرار میگیرد حال آنکه دو رویکرد بعدی عموما برای مسائل تشخیص عوامل مخرب و مسائل خوشهبندی یا جستجوی الگو مورد استفاده قرار میگیرند. در تحقیق پیش رو نیز رویکرد تولید انتخابی الگوریتم ایمنی مصنوعی مورد استفاده قرار گرفته است لذا از این پس عبارت الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی به اختصار به جای عبارت رویکرد تولید انتخابی الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی به کار میرود.
الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی فرایند جستجوی خود را با جامعهای از آنتیبادیهای تصادفی که در واقع نشان دهنده جوابهای شدنی هستند آغاز میکند. در الگوریتم ایمنی مصنوعی آنتیژن تابع هدف را نمایندگی میکند. لذا هر کدام از جوابها از نظر میزان تطابق با تابع هدف مورد ارزیابی قرار میگیرند و در نهایت جوابها براساس میزان تطابقشان با تابع هدف که همان میزان برازندگی در الگوریتم ژنتیک است مرتب میشوند. پس از آن تعدادی مشخص از بهترین جوابها انتخاب شده و براساس رابطهای که بسته به نوع مسئله تعریف میشود، از هر جواب بسته به میزان تطابق آن تکثیر میشود. یعنی هرچه تطابق بیشتر باشد تعداد تکثیر نیز بیشتر میشود. در مرحله بعد هر جواب بسته به میزان تطابق خود تحت عملگر جهش قرار میگیرد، یعنی هر چه تطابق یک جواب بیشتر باشد میزان جهش کمتر خواهد بود. در نهایت میزان تطابق جوابهای جهش یافته بررسی شده و به تعدادی که در مراحل قبل بهترین جوابها برگزیده شده بودند، از بهترین جوابهای جهش یافته برداشته میشود و با همان تعداد از بدترین جوابهای جامعه مرجع جایگزین میگردد. این رویه تا فرارسیدن شروط توقف ادامه مییابد.
الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی به دلیل ساختار خود نقاط قوتی را در مقابل سایر الگوریتمها دارا است. از آنجا که این الگوریتم همزمان دستهای از جوابها را مورد بررسی قرار میدهد توانایی جستجوی همزمان نقاط متفاوتی از فضای حل را دارا میباشد و این مسئله توانایی الگوریتم برای رسیدن به بهینه کلی را افزایش داده و از به دام افتادن الگوریتم در بهینه موضعی جلوگیری میکند. به علاوه از آنجا که این الگوریتم فاقد عملگر تقاطع است در شرایط مساوی سرعت بالاتری نسبت به الگوریتم ژنتیک داشته و نیز از آنجا که عملگرهای بازتولید و جهش نیز در این الگوریتم تابعی از میزان تطابق جواب هستند سرعت همگرایی آن نسبت به الگوریتم ژنتیک بیشتر است.
4-2-1. شمای کلی الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعیفرایند اجرای الگوریتم تولید انتخابی سیستم ایمنی مصنوعی مطابق شبه برنامه زیر است:
تولید جامعه اولیه آنتیبادیها(جوابها) به صورت تصادفی.
محاسبه میزان تطابق جوابهای تولید شده با آنتیبادی(تابع هدف) و مرتب کردن جامعه اولیه براساس میزان تطابق جوابها.
انتخاب تعدادی مشخص از بهترین جوابها.
تکثیر جوابهای انتخاب شده براساس میزان تطابق آنها.
اعمال جهش روی جوابهای تکثیر شده.
محاسبه میزان تطابق جوابهای جهش یافته با تابع هدف و مرتبسازی آنها براساس میزان تطابق.

—d1151

2-10 بررسی وضعیت محاسبات ابری درجهان از نگاه آماری 25
2-11 یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure 30
2-12 تعریف سیستم عامل 31
2-13 انواع سیستم عامل 31
2-13-1 سیستم عامل تک پردازنده 31
2-13-2 سیستم عامل شبکه ای 31
2-13-3 سیستم عامل توزیع شده 31
2-13-4 سیستم عامل بی درنگ 32
2-14 سیستم های توزیعی 32
2-14-1 شفافیت 33
2-14-2 قابلیت اطمینان 34
2-14-3 کارایی 34
2-14-4 مقیاس پذیری 35
2-15 سیستم عامل های توزیعی 35
2-15-1 الگوی مبتنی برپیام 36
2-15-2 الگوی مبتنی بر شیء 36
2-16 رویکرد سیستم عامل های ابری 36
2-17 الگوی سیستم عامل ابری 37
2-17-1 شیء ابری 37
2-17-2 نخ 39
2-17-3 تعامل میان شیء و نخ 39
2-18 برنامه نویسی در مدل شیء – نخ در ابرها 40
2-19 معماری سیستم عامل ابری 41
2-20 برخی سیستم عامل های ابری موجود 42
2-20-1 سیستم عامل iCloud 43
2-20-2 سیستم عامل GlideOS 44
2-20-3 سیستم عامل G.ho.st 45
2-20-4 سیستم عامل JoliCloud 46
2-20-5 سیستم عامل eyeOS 47
2-20-6 گوگل کروم، سیستم عامل اینترنت 47
2-21 مزایا و معایب سیستم عامل های ابری مبتنی بر وب 51
2-22 مطالعه مروری بر سایر پژوهش های مرتبط مهم 51
فصل سوم: روش تحقیق 54
3-1 چالش های رایج در زمینه سیستم عامل های ابری 55
3-1-1 مقیاس پذیری 55
3-1-1-1 تغییر مقیاس افقی و عمودی 56
3-1-1-2 مقیاس پذیری پایگاه داده ها 57
3-1-1-3 طراحی برای مقیاس پذیری 58
3-1-1-4 مقیاس پذیری در محاسبات ابری 59
3-1-1-5 تغییر مقیاس قوی و ضعیف 59
3-1-2 کشش تقاضا 60
3-1-3 خطاها 60
3-1-4 گره خوردن کاربران به یک سرویس دهنده خاص 61
3-1-5 وابستگی شدید بین مولفه ها 61
3-1-6 فقدان پشتیبانی چند مستاجری 62
3-1-7 فقدان پشتیبانی از SLA 62
3-1-7-1 تعریف توصیف SLA 62
3-1-7-2 فقدان SLA در ابرهای موجود 64
3-1-8 فقدان انعطاف پذیری لازم در واسط کاربری 64
3-2 ارائه راهکارها 64
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق 68
4-1 پیاده سازی و شبیه سازی 69
4-2 شرایط محیط شبیه سازی 71
4-3 مقیاس پذیری با اندازه شبکه 72
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 74
5-1 خلاصه و نتیجه گیری 75
5-2 مزایای تحقیق انجام شده 75
5-3 معایب تحقیق انجام شده 75
5-4 کارهای آتی 76
منابع و مآخذ 77
منابع فارسی 78
منابع غیرفارسی 79
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1 : سرویس دهندگان زیرساخت به عنوان سرویس 13
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس 15
جدول 2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس 16
جدول 4-1 : شرایط محیط شبیه سازی 72
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 2-1 : تصویری از محاسبات ابری 8
شکل2-2 : الگوی استقرار ابر 17
شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری 19
شکل 2- 4: تمایل به سمت محاسبات ابری 24
شکل 2-5: بررسی وضعیت محاسبات ابری جهان 26
شکل 2-6: سیستم توزیع شده به عنوان میان افزار 33
شکل 2-7 : ساختمان یک شی ابری 38
شکل 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری 39
شکل 2-9 : مدل منطقی از یک معماری سیستم عامل ابری 41
شکل 2-10 : سیستم عامل iCloud 43
شکل 2-11: تصویری از سیستم عامل GlideOS 44
شکل 2-12 : تصویری از سیستم عامل G.ho.st 45
شکل 2-13 : تصویری از سیستم عامل JoliCloud 46
شکل 2-14 : تصویری از سیستم عامل eyeOS 47
شکل 3-1 : بروز رسانی موقعیت گره در روش RNP 66
شکل 3-2 : درخواست موقعیت و ارسال بسته در روش RNP 66
شکل 3-3: شبه کد به روز رسانی موقعیت گره 67
شکل 3-4: شبه کد درخواست موقعیت 67
شکل 4-1: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد پردازنده 69
شکل 4-2: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد ماشین مجازی 70
شکل 4-3: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد پردازنده 70
شکل 4-4: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد ماشین مجازی 71
شکل 4-5: نرخ موفقیت درخواست با افزایش تعداد گره ها 72
شکل 4-6: افزایش درصد بسته های تحویل داده شده با افزایش گره ها 73
شکل 4-7: کاهش سربار داده با افزایش تعداد گره ها 73
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
مقدمه
در دهه های آینده ما شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها خواهیم بود. ابرها که از پردازنده های چند هسته ای تشکیل شده اند منابع محاسباتی بی نظیری فراهم می سازند. باید توجه داشت که با افزایش وسعت دامنه های اطلاعاتی و محاسباتی نیاز به منابع این چنینی بیش از پیش احساس خواهد شد و با افزایش حجم منابع نیاز به مدیریتی کارا و شفاف الزام پیدا می کند. در اینجا ممکن است این سوال مطرح شود که: ابرها چه امکاناتی برای کاربران فراهم می آورند؟ ابرها در انجام محاسبات عظیم نقش مهمی را ایفا می کنند و به کاربران این امکان را می دهند که برنامه های خود را بر روی بستری قابل اطمینان و بسیار کارآمد که از اجزای صنعتی استاندارد تشکیل شده است اجرا کنند. همچنین ابرها مدل محاسباتی بسیار ساده ای را فراهم می آورند به این صورت که کاربران تنها خروجی مورد نظر را با کمترین هزینه برای کاربر تامین می نمایند. ابرها در کنار اینکه فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. برای مثال از این چالش ها می توان به نحوه هماهنگ ساختن میزان منابع با درخواست ها و یا وسعت زیاد منابع تحت مدیریت سیستم عامل اشاره نمود. در این تحقیق با چالش های موجود در این زمینه بیشتر آشنا می شویم و پیرامون هر کدام به تفضیل صحبت خواهیم کرد.
سوالات اصلی تحقیق
سیستم عامل های ابری که نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند، می توانند مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه ساخته و یک سیستم متمرکز را تولید کنند. با توجه به اینکه ابرها فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. به همین منظور سوالات زیر مطرح می شود:
چالش های موجود در سیستم عامل های ابری کدامند؟
آیا تا به حال این چالش ها مورد بررسی قرار گرفته اند؟
این چالش ها تا چه اندازه اهمیت دارند؟
آیا راهکاری برای این چالش ها در نظر گرفته شده است؟
هدف از اجراء
در دهه های اخیر شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها بوده ایم و این تکنولوژی همچنان با سرعت قابل توجهی در حال پیشرفت است. دلیل این امر افزایش منابع اطلاعاتی و محاسباتی است که این نیاز را به وجود آورده است که با ساخت چنین تکنولوژی هایی به ویژه پردازنده های چند هسته ای، مدیریتی کارا و شفاف بر این اطلاعات حجیم و محاسبات عظیم صورت گیرد. مدیریت اطلاعات و محاسبات این چنینی در محیط هاو سیستم های توزیعی به مراتب آسان تر از محیط های دیگر است. یکی از سیستم های توزیعی ابرها می باشند که می توانند نقش مهمی را در محاسبات عظیم و ذخیره سازی اطلاعات حجیم، ایفا کنند. بنابراین لزوم بررسی چالش ها و موانع در این قبیل سیستم ها و رفع آنها می تواند گامی موثر در افزایش سرعت و کارایی این گونه سیستم ها داشته باشد.
توجیه ضرورت انجام طرح
همزمان با رشد چشمگیر تکنولوژی پردازنده ها، ابرها نیز گسترش روز افزونی پیدا کرده اند. به همین ترتیب تعداد کامپیوترهای افزوده شده به زیر ساخت ابرها نیز افزایش پیدا کرده است که البته قابل ذکر است این افزایش با توجه به تقاضای روزافزون کاربران برای میزبانی این منابع می باشد. منابع ابری برای کاربران نامحدود بوده و کاربران تنها محدودیت مالی برای خرید این منابع را پیش رو دارند. پس می توان نتیجه گرفت که یکی از مهم ترین چالش ها در این زمینه مقیاس پذیر بودن سیستم عامل های ابری می باشد. در ابرها پارامترهایی همچون تقاضا، حجم کار و منابع در دسترس در طول زمان پیوسته در حال تغییر می باشند. برای مثال هنگامی که کاربر محاسبات سنگین و پیچیده ای درخواست می کند منابع مورد نیاز وی افزایش پیدا می کند و در پایان منابع از کاربر تحویل گرفته می شوند، قابل ذکر است این افزایش و کاهش در منابع ممکن است از دید کاربر پنهان بماند. باید به این نکته توجه داشت که تقاضا هیچ گاه ثابت نمی ماند و میزان منابع مورد نیاز در گستره زیادی در حال تغییر می باشد. از طرفی برنامه های کاربردی مبتنی بر ابر معمولا منابع را بین کاربران و دیگر برنامه های کاربردی به اشتراک می گذارند. اگرچه برنامه کاربردی هر کاربر در لفاف مجازی جداگانه ای قرار گرفته است ولی کیفیت سرویسی که برای برنامه فراهم می شود را تحت تاثیر قرار می دهد. علاوه براین برنامه نویسی در این سیستم عامل نیز کاری مشکل و توام با خطا است. با توجه به مشکلات برنامه نویسی چند نخی و چند فرآیندی که در این نوع سیستم عامل ها استفاده می شود امکان وجود خطا افزایش می یابد. همچنین به دلیل کمبود ابزارهای اشکال زدایی و آنالیز سیستم های بزرگ فهمیدن خطاها سخت و برطرف سازی آنها چالش برانگیز است. برخی چالش های ذکر شده در این زمینه موجب به وجود آمدن مسیر تحقیقاتی گوناگون شده است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد که البته هر کدام از این مسیرها به بخش های دیگری می شکنند که زمینه جدیدی را فراهم می کند.
استفاده از اشیاء پایدار: یکی از زمینه های اصلی مدل ابری فراهم آوردن مخازن داده پایدار و قابل اشتراک می باشد. بنابراین محور اصلی برخی از تحقیقات در زمینه سیستم عامل های ابری، پشتیبانی کارامد و استفاده بهینه از حافظه پایدار می باشد. علاوه بر این عرصه دیگر تحت کنترل درآوردن منابع توزیع شده می باشد که منجر به افزایش سرعت برنامه های اجرایی بر روی ابرها می گردد.
اطمینان و امنیت در سیستم عامل های ابری: یکی از اهداف مهم این سیستم ها فراهم آوردن محیط محاسباتی امن برای کاربران است. این چالش از دو بخش اصلی تشکیل می شود: حفاظت از داده ها هنگام خرابی سیستم و تضمین انجام ادامه محاسبه از جایی که محاسبه قطع گردید. می توان به این نتیجه رسید یکی دیگر از زمینه های تحقیق پیرامون سیستم عامل های ابری افزایش اطمینان این سیستم عامل ها می باشد.
تحمل خطا: افزایش تحمل خطا زمینه ی تحقیقات دیگر حول این موضوع می باشد.
تعاریف واژه ها
سیستم های توزیعی
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
در این فصل سعی شده قبل از آشنایی کامل با سیستم عامل های ابری در مورد محاسبات ابری، انواع سیستم عامل ها، سیستم های توزیعی و سیستم عامل های توزیعی آشنا شویم، سپس با برخی سیستم عامل های ابری موجود آشنا شده و در نهایت به تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته می پردازیم.
محاسبات ابری
محاسبات ابری مدل محاسباتی بر پایه شبکه‌های بزرگ کامپیوتری مانند اینترنت است که الگویی تازه برای عرضه، مصرف و تحویل سرویس‌های فناوری اطلاعات (شامل سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات، و سایر منابع اشتراکی محاسباتی) با به کارگیری اینترنت ارائه می‌کند. سیر تکاملی محاسبات به گونه ای است که می توان آن را پس از آب، برق، گاز و ‌تلفن به عنوان عنصر اساسی پنجم فرض نمود. در چنین حالتی، کاربران سعی می کنند بر اساس نیازهای خود و بدون توجه به اینکه یک سرویس در کجا قرار دارد و یا چگونه تحویل داده می شود، به آن دسترسی یابند. نمونه های متنوعی از سیستم های محاسباتی ارائه شده است که سعی دارند چنین خدماتی را به کاربران ارئه دهند. برخی از آنها عبارتند از: محاسبات کلاستری، محاسبات توری و اخیراً محاسبات ابری[15]. محاسبات ابری ساختاری شبیه یک توده ابر دارد که به واسطه آن کاربران می توانند به برنامه های کاربردی از هر جایی از دنیا دسترسی داشته باشند. بنابراین، محاسبات ابری می تواند با کمک ماشین های مجازی شبکه شده، بعنوان یک روش جدید برای ایجاد پویای نسل جدید مراکز داده مورد توجه قرار گیرد. بدین ترتیب، دنیای محاسبات به سرعت به سمت توسعه نرم‌افزارهایی پیش می رود که به جای اجرا بر روی کامپیوترهای منفرد، به عنوان یک سرویس در دسترس میلیون ها مصرف کننده قرار می گیرند.

شکل 2-1: تصویری از محاسبات ابری[33]
معرفی محاسبات ابری
دنیای فناوری اطلاعات و اینترنت که امروزه تبدیل به جزئی حیاتی از زندگی بشر شده، روز به روز در حال گسترش است. همسو با آن، نیازهای اعضای جوامع مانند امنیت اطلاعات، پردازش سریع، دسترسی پویا و آنی، قدرت تمرکز روی پروژه های سازمانی به جای اتلاف وقت برای نگه داری سرورها و از همه مهم تر، صرفه جویی در هزینه ها اهمیت زیادی یافته است. راه حلی که امروزه در عرصه فناوری برای چنین مشکلاتی پیشنهاد می شود تکنولوژی ای است که این روزها با نام محاسبات ابری شناخته می شود.
محاسبات ابری نمونه ای است که منابع بیرونی همه نیازهای IT را از قبیل ذخیره سازی، محاسبه و نرم افزارهایی مثل Office و ERP را در اینترنت تهیه می کند. محاسبات ابری همچنین، رشد و پیشرفت کاربرد های وسیع و تست برای شرکت های IT کوچکی را اجازه می دهد که نمی توانند سرمایه های بزرگ در سازمان داشته باشند. مهم ترین مزیت پیشنهاد شده توسط ابر در مفهوم اقتصاد مقیاس است و آن هنگامی است که هزاران کاربر، تسهیلات یکسان، هزینه یکسان برای هر کاربر و بهره برداری از سرور به اشتراک می گذارند. برای فعال سازی چنین تسهیلاتی، محاسبات ابری در برگیرنده تکنولوژی ها و مفاهیمی است مثل: مجازی سازی و محاسبات سودمند، پرداخت در ازای میزان استفاده، بدون سرمایه گذاری های کلان، انعطاف پذیری، مقیاس بندی، شرایط تقاضا و منابع بیرونی IT.
محاسبات ابری را ابر نیز می نامند چون یک سرور ابری دارای شکل بندی است که می تواند هر جایی در جهان قرار داشته باشد. ابر، تصویری است انتزاعی از شبکه‌ای عظیم؛ توده‌ای که حجم آن مشخص نیست، نمی‌دانیم از چه میزان منابع پردازشی تشکیل شده. ابعاد زمانی و مکانی یکایک اجزای آن نیز دانسته نیست، نمی‌دانیم سخت‌افزار‌ها و نرم‌افزارها کجای این توده قرار دارند، اما آن‌چه را که عرضه می‌کند، می‌شناسیم. درست مثل برق! شما برای اینکه از وسایل و تجهیزات برقی در خانه یا محل کارتان استفاده کنید لازم نیست یک ژنراتور یا کارخانه برق در خانه خود داشته باشید، بلکه به ازای هزینه مشخصی برق را اجاره می‌کنید. حالا اگر مصارف برقی شما بیشتر و متفاوت‌‌تر باشند مثلاً‌ می‌روید و از خدمات برق صنعتی استفاده می‌کنید. در محاسبات ابری هم شرکت‌ها و سازمان‌ها و افراد دیگر برای نرم‌افزار، سخت‌افزار یا شبکه پولی پرداخت نمی‌کنند، بلکه توان محاسباتی و سرویس‌های نرم‌افزاری مورد نیازشان را خریداری می‌کنند. این ایده در واقع صرفه‌جویی بزرگ و بهره‌وری زیادی در منابع IT را به همراه خواهد داشت. بدین ترتیب کافی است وسیله شما (پی‌سی، موبایل، تلویزیون، حتی یخچال!) یک رابط نرم‌افزاری (مرورگر) برای استفاده از سرویس‌های آنلاین و یک دسترسی به اینترنت داشته باشد،‌ خواهید دید که قادر هستید به راحتی از توان محاسباتی برای انجام کارهای دیجیتالی خود بهره بگیرید.
رشد و پیشرفت محاسبات ابری منجر به چندین تعریف پیشنهادی از خصوصیات آن می شود. برخی از این تعاریف توسط دانشمندان مشهور و سازمان ها ارائه شده است مثل:
الف) Buyya و همکارانش که محاسبات ابر را در مفهوم کاربری است برای کاربر نهایی بدین صورت تعریف می کنند: یک ابر سیستمی محاسباتی توزیع شده بازارگرا است که شامل جمع آوری کامپیوترهای مجازی و ارتباط داخلی هستند که از لحاظ دینامیکی به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی متحد بر اساس توافق های سطح سرویس بین مصرف کنندگان و فراهم کنندگان خدمات مذاکره می کنند[14].
ب) موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی محاسبات ابری را به صورت زیر تعریف می کند: محاسبه ابری، الگویی است برای اینکه شبکه های مبتنی بر تقاضا به منابع محاسباتی (مثل سرور، شبکه، ذخیره سازی، برنامه های کاربردی و خدمات) طوری دستیابی پیدا کنند که شامل حداقل تلاش مدیریت یا تعامل فراهم کننده سرویس است. این الگوی ابر، قابلیت دستیابی را ارتقا می دهد و شامل پنج تا از ویژگی های ضروری، سه تا از الگوهای سرویس و چهار تا الگوی استقرار است.
ویژگی های ابری شامل انتخاب سرویس مبتنی بر تقاضا، دسترسی وسیع به شبکه، ائتلاف منابع، انعطاف پذیری سریع و سرویس اندازه گیری شده است. الگوهای خدمات در دسترس به صورت نرم افزار به عنوان سرویس(SaaS)، سکو به عنوان سرویس (PaaS) و زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS) تقسیم بندی می شوند. الگوی گسترش به ابرهای عمومی، خصوصی، اجتماعی و هیبرید تقسیم بندی می شود.
مشخصه اصلی محاسبات ابری
موسسه ملی استانداردها و فناوری، خصوصیات محاسبات ابری زیر را به صورت زیر تعریف می کند:
سرویس مبتنی بر تقاضا
مشتری می تواند به صورت یک طرفه امکانات و خدمات محاسباتی همچون سرور و فضای ذخیره سازی در شبکه را به هنگام نیاز از هر فراهم کننده ای به صورت خودکار و بدون نیاز به دخالت انسان به دست آورده و از آنها استفاده کند. به عبارت دیگر، برای مدیریت زیرساخت ابر نیازمند استخدام مدیران شبکه یا Admin به صورت تمام وقت نیستیم. بیشتر سرویس های ابر، پورتال های سلف سرویس دارند که به آسانی مدیریت می شوند.
دسترسی وسیع به شبکه
توانمندی های موجود بر روی شبکه، از طریق مکانیزم های استاندارد که استفاده از روش های ناهمگون پلتفرم های کلاینت، مانند تلفن های موبایل، لپ تاپ ها و PDA ها، را ترویج می کنند، قابل دسترسی هستند.
ائتلاف منابع
منابع محاسباتی فراهم کننده جمع آوری شده اند تا با به کارگیری مدل چند مشتری به چندین مشتری خدمت رسانی کنند. این کار به وسیله منابع فیزیکی یا مجازی مختلف که به شکلی پویا و بنابر درخواست مشتری واگذار و پس گرفته می شوند، صورت می گیرد. در اینجا حالتی از عدم وابستگی به مکان وجود دارد که در آن مشتری معمولاً کنترل یا دانشی درباره محل دقیق منابع فراهم شده ندارد ولی ممکن است در سطوح بالاتر انتزاعی بتواند محل را تعیین کند، مثل: کشور، استان یا مراکز داده. برای نمونه منابع شامل فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، حافظه، پهنای باند شبکه و ماشین های مجازی می شود.


انعطاف پذیری سریع
می توان امکانات را به سرعت و با انعطاف، در بعضی موارد به صورت خودکار، به دست آورد تا به سرعت گسترش داده شده( از دید مقیاس) یا درجا آزاد شوند و خیلی سریع به مقیاس کوچکتری دست یابند. از دید مشتری امکاناتی که برای به دست آمدن در دسترس هستند اغلب نامحدود به نظر می آیند و می توانند به هر مقدار و در هر زمان خریداری شوند.
سرویس اندازه گیری شده
سیستم های ابری منابع را خودکار کنترل و بهینه می کنند. این کار با به کارگیری توانایی اندازه گیری در سطحی از تجرید که مناسب گونه آن خدمت ( مثل: فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، پهنای باند و شمار کاربران فعال) است انجام می شود. میزان استفاده از منابع می تواند به شکلی شفاف هم برای مشتری و هم برای فراهم کننده زیر نظر گرفته، کنترل شده و گزارش داده شود.
معماری سرویس گرا
معماری مبتنی بر سرویس در واقع یک مجموعه ای از سرویس ها است که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. حین این ارتباط ممکن است داده هایی را بین یکدیگر پاس کاری کنند و همچنین ترکیب دو یا چند سرویس با هم یک کار انجام دهد. در این جا چند مفهوم اتصال بین سرویس ها مورد نیاز است. برخلاف دهه های گذشته که نرم افزارها قائم به خود و انفرادی بودند، در حال حاضر روند تکامل نرم افزارها به سوی معماری مبتنی بر سرویس می رود. رشد انفجاری تکنولوژی های اینترنت و تعداد کاربران آن موجب شده که فروش نرم افزار جای خودش را به اجاره نرم افزار بدهد. شرکت های بزرگی مانند مایکروسافت، گوگل، سان و حتی آمازون به این سمت می روند که به جای فروش مستقیم نرم افزار به کاربر خدمات نرم افزاری را ارئه دهند. معماری مبتنی بر سرویس معماری نرم افزار یا سیستمی است که امکاناتی چون کامپوننت ها، استفاده مجدد، توسعه پذیری و راحتی را در اختیار ما قرار می دهد. این ویژگی ها برای شرکت هایی که به دنبال کاهش هزینه هستند و به جای فروش به اجاره سرویس های نرم افزار تاکید دارند، الزامی است[9].
مدلهای سرویس
در مدل سرویس، انواع گوناگون ابر بیانگر قالبی هستند که زیر ساختها در آن قرار میگیرد. اکنون محدوده شبکه، مدیریت و مسئولیتها به پایان میرسد و امور مربوط به بخش سرویسدهندهی ابر آغاز میشود. با پیشرفت محاسبات ابری فروشندگان، ابرهایی را با سرویس های مختلف مرتبط به کار خود عرضه مینمایند. با سرویسهایی که عرضه میشوند مجموعه دیگری از تعاریف به نام مدل سرویس در محاسبات ابری مطرح میشود. برای مدلهای سرویس، نامگذاریهای بسیاری صورت گرفته که همگی به فرم زیر تعریف شده اند:
XaaS,or "<something>as a Service"
در حال حاضر در جهان سه نوع سرویس به صورت متداول شناخته می شود:
زیر ساخت به عنوان سرویس
زیر ساخت به عنوان سرویس یا IaaS ماشینهای مجازی، فضای ذخیرهسازی مجازی، زیر ساخت های مجازی و سایر سخت افزارهای کاربردی را به عنوان منابع برای مشتریان فراهم میآورد. سرویسدهندهی IaaS تمامی زیر ساختها را مدیریت مینماید و در حالی که مشتریان مسئول باقی جنبههای استقرار میباشند. از جمله سیستم عامل، برنامهها و تعاملات سیستم با کاربر و غیره.
در جدول 2-1 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه IaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-1 : سرویس دهندگان زیر ساخت به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ ابزار توصیف لایه-سطح
آمازون Elastic Compute Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Dynamo سیستم ذخیره سازی مبتنی بر کلید-ارزش IaaS- سرویس زیرساخت پیشرفته
Simple Storage Service سیستم ذخیره سازی دسته ای IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
SimpleDB پایگاه داده به عنوان سرویس IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
CloudFront تحویل محتوا IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
SQS سرویس صف و زمانبندی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
AppNexus AppNexus Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
گوگل Google Big Table سیستم توزیع شده برای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Google File Sys-- سیستم- فایل توزیع شده IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
اچ پی iLO مدیریت خاموشی سرور IaaS- سرویس منبع فیزیکی
Tycoon سیستم مدیریت منابع محاسباتی در کلاسترها IaaS- سرویس منبع مجازی
Joyent Accelerator سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Connector سرور مجازی از قبل تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
BingoDisk دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Bluelock Bluelock Virtual Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Bluelock Virtual Recovery بازیابی مصیبت و شکست IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Emulab Emulab Network Testbed بستر آزمایش شبکه IaaS- سرویس منبع فیزیکی
ENKI ENKI Virtual Private Data Centers منابع دیتا سنتر مجازی بنابر تقاضا IaaS- سرویس منبع مجازی
EU Resevoir Project Open Nebula موتور مجازی زیرساخت(متن باز) IaaS- سرویس منبع مجازی
FlexiScale FlexiScale Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
GoGrid Cloud Hosting سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Cloud Storage فضای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Nirvanix Nirvanix Storage Delivery Network دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
OpenFlow OpenFlow شبیه سازی شبکه IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
RackSpace Masso Cloud Sites سرور مجازی از پیش تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت
Masso Cloud Storage دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Masso Cloud Severs سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Skytap Skytap Virtual Lab محیط آزمایشگاه مجازی فناوری اطلاعات IaaS- سرویس زیر ساخت
Terremark Infinistructure سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
UCSB Eucalyptus نسخه متن باز EC2 آمازون IaaS- سرویس منبع مجازی
10gen Mongo DB پایگاه داده برای ذخیره سازی ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Babble Application Server سرور برنامه های تحت وب برای استقرار ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
سکو به عنوان سرویس
سکو به عنوان سرویس یاPaaS ، ماشینهای مجازی، سیستمهای عامل، برنامهها، سرویسها، چارچوبهای توسعه، تراکنشها و ساختارهای کنترلی را فراهم میآورد. مشتری میتواند برنامههای خود را بر روی زیر ساخت ابر قرار دهد و یا اینکه از برنامههایی استفاده کند که با استفاده از زبانها و ابزارها نوشته شدهاند و توسط سرویس دهندهیPaaS پشتیبانی می شوند. سرویسدهنده زیرساخت ابر، سیستمهای عامل و نرمافزارهای فعالسازی را فراهم میآورد. مشتری مسئول نصب و مدیریت برنامههایی که قرار داده است، میباشد.
در جدول 2-2 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه PaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
Akamai EdgePlatform تحویل برنامه کاربردی، محتوا و سایت PaaS
مایکروسافت Azure محیط توسعه و اجرا برای برنامه های کاربردی مایکروسافت PaaS
Live Mesh بستری برای به هنگام سازی، اشتراک و دسترسی به دامنه وسیعی از دستگاه هایی با سیستم عامل مایکروسافت PaaS
فیس بوک Facebook Platform بستر آزمایش شبکه PaaS
گوگل App Engine محیط اجرایی قابل گسترش برای برنامه های تحت وب نوشته شده در زبان پایتون PaaS
NetSuite SuiteFlex جعبه ابزاری برای سفارشی سازی برنامه های کاربردی کسب و کار آنلاین همین شرکت PaaS
Salesforce Force.com ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار PaaS
Sun Caroline بستر قابل گسترش افقی برای توسعه و استقرار سرویس های تحت وب PaaS
Zoho Zoho Creator جعبه ابزاری برای ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار و به شکل بنابر بر تقاضا PaaS
نرمافزار به عنوان سرویس
نرمافزار به عنوان سرویس یا SaaS یک محیط کاملاً عملیاتی برای مدیریت برنامهها و واسط کاربری است. در مدل SaaS برنامه از طریق یک برنامه واسط (معمولاً مرورگر) به مشتری سرویس میدهد و مسئولیت مشتری با ورود داده شروع و با مدیریت داده و تعاملات کاربری پایان مییابد. همه چیز مربوط به برنامه تا زیر ساخت در حوزهی مسئولیت فروشنده است.
در جدول 2-3 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه SaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
گوگل Google Docs بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Google Maps API رابط برنامه نویس سرویس نقشه گوگل به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا نقشه گوگل را در سایت های خود جاسازی کنند SaaS- سرویس ساده
OpenID Foundation OpenSocial یک رابط برنامه نویسی کاربردی مشترک برای برنامه های شبکه های اجتماعی SaaS-سرویس مرکب
OpenID یک سیستم توزیع شده که به کاربران این اجازه را می دهد تا تنها با یک شناسه دیجیتال بتوانند از سایتها مختلف استفاده نمایند. SaaS- سرویس ساده
مایکروسافت Office Live بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Salesforce Salesforce.com بسته نرم افزاری مدیریت روابط مشتریان SaaS
این سه مدل متفاوت سرویس به نام مدل SPI محاسبات ابری شناخته میشوند. گرچه تاکنون از مدلهای سرویس بسیاری نام برده شد، staas فضای ذخیرهسازی به عنوان سرویس؛ idaas هویت به عنوان سرویس؛ cmaas توافق به عنوان سرویس؛ و غیره، با این وجود سرویس های SPI تمامی باقی سرویسهای ممکن را نیز در بر میگیرد. IaaS دارای حداقل سطوح عاملیت مجتمع شده و پایین ترین سطوح مجتمع سازی میباشد و SaaS دارای بیشترینها است. یک PaaS یا سکو به عنوان سرویس خصوصیات مجتمع سازی، میانافزارها و سایر سرویسهای هماهنگساز را به مدل IaaS یا زیر ساخت به عنوان سرویس میافزاید. هنگامی که که یک فروشندهی محاسبات ابری، نرمافزاری را بر روی ابر عرضه میکند، با استفاده از برنامه و پرداخت فوری، یک عملیات SaaS انجام می گیرد. با SaaS مشتری برنامه را در صورت نیاز استفاده میکند و مسئول نصب، نگهداری و تعمیر برنامه نیست.
مدل‌های پیاده‌سازی
در تعریف NIST (انستیتوی ملی استاندارد ها و فناوری ها) مدل های استقرار ابر به چهار صورت زیر است:

شکل 2-2 : الگوی استقرار ابر[29]
ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده محاسبات ابری در معنای اصلی و سنتی آن است. سرویس‌ها به صورت دینامیک و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کننده شخص ثالث تدارک داده می‌شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می‌دهد و بر اساس مدل محاسبات همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می‌فرستد. این ابر برای استفاده همگانی تعبیه شده و جایگزین یک گروه صنعتی بزرگ که مالک آن یک سازمان فروشنده ی سرویس های ابری می باشد.
ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می‌آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای محاسبات ابری بهره‌مند گردند. به دلیل اینکه هزینه‌ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می‌شود، این گزینه گران‌تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست‌ها را به همراه می‌آورد.
ابر ترکیبی
یک ابر ترکیبی متشکل از چندین ارائه دهنده داخلی و یا خارجی، گزینه مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می‌باشد. با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می‌یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده‌های کارت های پرداخت آسان تر سازند.
ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت محاسبات ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده‌است. عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می‌سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت افزار زیرساختی ابر است. ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده سازی ابر (مانند سخت افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم افزار) را فراهم می‌سازد. مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می‌شود. اما بهره گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد. یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است. به عنوان نمونه می‌توان از ابر خصوصی مجازی آمازون نام برد.
مشخصات محاسبات ابری
مشخصات کلیدی توسط ابر در شکل 2-3 نشان داده شده است و در قسمت زیر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است:

شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری[28]
مجازی شده : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) در ابرها تصور می شوند و این روش در سطوح مختلف مثل vm و سطوح بسته بدست می آید[9]. اصلی ترین آن در سطح ماشین مجازی است که در آن برنامه های کاربردی متفاوت در سیستم های عملکردی با همان ماشین فیزیکی اجرا می شوند. سطح سکو باعث نقشه برداری برنامه های کاربردی در یک یا چند منبع می شود که توسط فراهم آورندگان زیرساخت ابری پیشنهاد شده است.
سرویس گرا: ابر با استفاده از الگوی زیرساخت سرویس گرا به کار می رود که در آن همه اجزا در شبکه به عنوان یک سرویس در دسترس هستند، چه نرم افزار باشد، چه سکو یا هر زیرساختی که به عنوان سرویس پیشنهاد می کنند.
انعطاف پذیری : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) برای برنامه های کاربردی ابر موردنیاز هستند که می توانند به صورت پویا و مختلف مقرر می شوند. یعنی افزایش یا کاهش در زمان اجرا بستگی به نیازهای QOS کاربر دارد. فراهم کنندگان ابر اصلی مثل آمازون حتی سرویس هایی را برای توسعه عمودی و توسعه افقی در براساس نیازهای برنامه های کاربردی میزبان دارد.
پویا و توزیع شده: گرچه منابع ابر، مجازی شده اند، آنها اغلب در عملکردهای بالا یا سرویس های ابر قابل اطمینان توزیع می شوند. این منابع انعطاف پذیر و می توانند بر طبق نیازهای مشتری سازگاری یابند مثل: نرم افزار، پیکربندی شبکه و غیره[10].
اشتراک (اقتصاد مقیاسی): زیرساخت ابرها هر جایی است که منابع های متعدد از خود کاربر بر طبق نیازهای برنامه کاربردی خود استفاده می کنند، مشترک می شوند. این الگوی اشتراکی به عنوان الگوی اجاره چندگانه نیز می باشد. به طور کلی، کاربران نه دارای کنترل مستقیم بر منابع فیزیکی هستند و نه از تخصیص منابع و اینکه با چه کسانی مشترک شده اند، خبر دارند.
بازارگرا (پرداخت - در ازای - میزان استفاده): در محاسبات ابری، کاربران براساس پرداخت - در ازای - میزان استفاده برای سرویس ها پرداخت می کنند. الگوی قیمت گذاری می تواند با توجه به انتظار برنامه های کاربردی در کیفیت سرویس متفاوت باشد. فراهم آورندگان ابر IaaS مثل منابع قیمت ها در آمازون از الگوهایی بازاری مثل الگوهای قیمت گذاری کالاها یا زمان پرداخت آنها استفاده می کنند. یک الگوی قیمت گذاری توسط Thualsiram و Allenofor برای منابع مجهز پیشنهاد شده است که می تواند به عنوان اساسی برای منابع ابر استفاده شوند. این خصوصیت، بعد بهره برداری از محاسبات ابری را بیان می کند. یعنی، سرویس های ابری به عنوان سرویس های سنجیده شده هستند که در آن فراهم کنندگان دارای الگوی محاسباتی برای اندازه گیری کاربردها از سرویس ها هستند که به توسعه برنامه های قیمت گذاری متفاوت کمک می کند. الگوی محاسباتی به کنترل و بهینه سازی از منابع کمک می کند.[16]
خودمختار : برای فراهم کردن سرویس های قابل اطمینان در حد بالا، ابرها رفتاری مستقل را با مدیریت خودشان در دگردیسی عملکرد یا شکست نشان می دهند.
مزایای محاسبات ابری
 
کارمان را با بیان مزایای متعددی که توسط محاسبات ابری ارائه می شود آغاز می کنیم. وقتی شما به سمت استفاده از ابر می روید، به چیزهای زیر دست پیدا می کنید:
 
هزینه های کامپیوتری کمتر: شما برای اجرای برنامه های کاربردی مبتنی بر وب، نیازی به استفاده از یک کامپیوتر قدرتمند و گران قیمت ندارید. از آن جائی که برنامه های کاربردی بر روی ابر اجرا می شوند، نه بر روی یک کامپیوتر رو میزی. کامپیوتر رومیزی شما نیازی به توان پردازشی زیاد یا فضای دیسک سخت که نرم افزارهای دسکتاپ محتاج آن هستند ندارد. وقتی شما یک برنامه کاربردی تحت وب را اجرا می کنید، کامپیوتر شما می تواند ارزان تر، با یک دیسک سخت کوچک تر، با حافظه کم تر و دارای پردازنده کارآمدتر باشد. در واقع، کامپیوتر شما در این سناریو حتی نیازی به یک درایو CD یا DVD هم ندارد زیرا هیچ نوع برنامه نرم افزاری بار نمی شود و هیچ سندی نیاز به ذخیره شدن بر روی کامپیوتر ندارد.
کارآیی توسعه یافته:  با وجود برنامه های کم تری که منابع کامپیوترشما، خصوصاً حافظه آن را به خود اختصاص می دهند، شما شاهد کارآیی بهتر کامپیوتر خود هستید. به عبارت دیگر کامپیوترهای یک سیستم محاسبات ابری، سریع تر بوت و راه اندازی می شوند زیرا آن ها دارای فرآیندها و برنامه های کم تری هستند که به حافظه بار می شود.
 
هزینه های نرم افزاری کم تر:  به جای خرید برنامه های نرم افزاری گران قیمت برای هر کامپیوتر، شما می توانید تمام نیازهای خود را به صورت رایگان برطرف کنید. بله درست است، اغلب برنامه های کامپیوتری محاسبات ابری که امروزه عرضه می شوند، نظیر Google Docs، کاملاً رایگان هستند. این، بسیار بهتر از پرداخت 200 دلار یا بیشتر برای خرید برنامه office مایکروسافت است که این موضوع به تنهایی می تواند یک دلیل قوی برای سوئیچ کردن به محاسبات ابری محسوب شود.
 
ارتقای نرم افزاری سریع و دائم:  یکی دیگر از مزایای مربوط به نرم افزار در  محاسبات ابری این است که شما دیگر نیازی به بروز کردن نرم افزارها و یا اجبار به استفاده از نرم افزارهای قدیمی، به دلیل هزینه زیاد ارتقای آن ها ندارید. وقتی برنامه های کاربردی، مبتنی بر وب باشند، ارتقاها به صورت اتوماتیک رخ می دهد و دفعه بعد که شما به ابر وارد شوید به نرم افزار اعمال می شوند. وقتی شما به یک برنامه کاربردی مبتنی بر وب دسترسی پیدا می کنید، بدون نیاز به پرداخت پول برای دانلود یا ارتقای نرم افزار، از آخرین نسخه آن بهره مند می شوید.
 
سازگاری بیشتر فرمت اسناد:  نیازی نیست که شما نگران مسئله سازگاری اسنادی که بر روی کامپیوتر خود ایجاد می کنید با سایر سیستم عامل ها یا سایر برنامه های کاربردی دیگران باشید. در دنیایی که اسناد 2007Word نمی تواند بر روی کامپیوتری که 2003Word را اجرا می کند باز شوند، تمام اسنادی که با استفاده از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب ایجاد می شوند می تواند توسط سایر کاربرانی که به آن برنامه کاربردی دسترسی دارند خوانده شوند. وقتی همه کاربران اسناد و برنامه های کاربردی خود را بر روی ابر به اشتراک می گذارند، هیچ نوع ناسازگاری بین فرمت ها به وجود نخواهد آمد.
 
ظرفیت نامحدود ذخیره سازی:  محاسبات ابری ظرفیت نامحدودی برای ذخیره سازی در اختیار شما قرار می دهد. دیسک سخت 200 گیگابایتی فعلی کامپیوتر رومیزی شما در مقایسه با صدها پتابایت (یک میلیون گیگابایت) که از طریق ابر در دسترس شما قرار می گیرد اصلا چیزی به حساب نمی آید. شما هر چیزی را که نیاز به ذخیره کردن آن داشته باشید می توانید ذخیره کنید.
 
قابلیت اطمینان بیشتر به داده:  برخلاف محاسبات دسکتاپ، که در آن یک دیسک سخت می تواند تصادم کند و تمام داده های ارزشمند شما را از بین ببرد، کامپیوتری که بر روی ابر تصادم کند نمی تواند بر داده های شما تاثیر بگذارد. این همچنین بدان معنا است که اگر کامپیوترهای شخصی شما نیز تصادم کنند، تمام داده ها هنوز هم آن جا و برروی ابر وجود دارند و کماکان در دسترس شما هستند. در دنیایی که تنها تعداد اندکی از کاربران به طور مرتب و منظم از داده های مهم و حساس خود نسخه پشتیبان تهیه می کنند، محاسبات ابری حرف آخر در زمینه محافظت از داده ها به شمار می رود.
 
دسترسی جهانی به اسناد:  آیا تا به حال کارهای مهم خود را از محیط کار به منزل برده اید؟ و یا تاکنون به همراه بردن یک یا چند فایل مهم را فراموش کرده اید؟ این موضوع در محاسبات ابری رخ نمی دهد زیرا شما اسناد و فایل های مهم  خود را همراه خود حمل نمی کنید. در عوض، این اسناد و فایل ها بر روی ابر می مانند و شما می توانید از هرجایی که یک کامپیوتر و اتصال اینترنتی وجود داشته باشد به آن دسترسی پیدا کنید. شما در هر کجا که باشید به سرعت می توانید به اسناد خود دسترسی پیدا کنید و به همین دلیل، نیازی به همراه داشتن آن ها نخواهید داشت.
 
در اختیار داشتن آخرین و جدیدترین نسخه:  یکی دیگر از مزایای مرتبط با اسناد در محاسبات ابری این است که وقتی شما یک سند را در خانه ویرایش می کنید، این نسخه ویرایش شده همان چیزی است که وقتی در محل کار خود به آن دسترسی می یابید مشاهده می کنید. ابر همواره، آخرین نسخه از اسناد شما را میزبانی می کند و تا وقتی شما به اینترنت و ابر متصل باشید، هیچ گاه در معرض خطر استفاده از یک نسخه تاریخ گذشته نخواهید بود.
همکاری گروهی ساده تر:  به اشتراک گذاشتن اسناد، شما را مستقیماً به همکاری بر روی اسناد رهنمون می کند. برای بسیاری از کاربران، این یکی از مهم ترین مزایای استفاده از محاسبات ابری محسوب می شود زیرا چندین کاربر به طور همزمان می توانند برروی اسناد و پروژه ها کار کنند، به دلیل این که اسناد بر روی ابر میزبانی می شوند، نه بر روی کامپیوترهای منفرد، همه چیزی که شما نیاز دارید یک کامپیوتر با قابلیت دسترسی به اینترنت است.
 
مستقل از سخت افزار:  در نهایت، در این جا به آخرین و بهترین مزیت محاسبات ابری اشاره می کنیم. شما دیگر مجبور نیستید به یک شبکه یا یک کامپیوتر خاص محدود باشید. کافی است کامپیوتر خود را تغییر دهید تا ببینید برنامه های کاربردی و اسناد شما کماکان و به همان شکل قبلی، بر روی ابر در اختیار شما هستند. حتی اگر از ابزار پرتابل نیز استفاده کنید، باز هم اسناد به همان شکل در اختیار شما هستند. دیگر نیازی به خرید یک نسخه خاص از یک برنامه برای یک وسیله خاص، یا ذخیره کردن اسناد با یک فرمت مبتنی بر یک ابزار ویژه ندارید. فرقی نمی کند که شما از چه نوع سخت افزاری استفاده می کنید زیرا اسناد و برنامه های کاربردی شما در همه حال به یک شکل هستند.
محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرصه ظهور گذاشت، هم اکنون به دلیل توانایی اش در ارائه زیرساخت فن آوری پویا و بسیار منعطف، محیط های محاسباتی تضمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس های نرم افزاری قابل پیکربندی به موضوع داغ مبدل شده است. در گزارش گوگل Trends و همانطور که در شکل 2-4 مشاهده می کنید، محاسبات ابری که از تکنولوژی مجازی سازی بهره می برد، محاسبات گریدی را پشت سر گذاشته است.

شکل2-4 : تمایل به سمت محاسبات ابری[35]
پروژه های متعددی در حوزه صنعت و دانشگاه بر روی محاسبات ابری آغاز شده است وشرکت های بسیار بزرگی با این موضوع درگیر شده اند و این نشان از توجه عمومی به سمت این پدیده نوین است.
نقاط ضعف محاسبات ابری
چند دلیل وجود دارد که ممکن است با استناد به آن ها شما نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید. در این جا به ریسک های مرتبط با استناد از محاسبات ابری اشاره می کنیم:
نیاز به اتصال دائمی به اینترنت دارد: در صورتی که شما نتوانید به اینترنت متصل شوید، محاسبات ابری غیر ممکن خواهد بود. از آن جائی که شما باید برای ارتباط با برنامه های کاربردی و اسناد خود به اینترنت متصل باشید، اگر یک ارتباط اینترنتی نداشته باشید نمی توانید به هیچ چیزی، حتی اسناد خودتان دسترسی پیدا کنید. نبود یک ارتباط اینترنتی، به معنای نبود کار است. وقتی شما آفلاین هستید، محاسبات ابری کار نمی کند.
با اتصال های اینترنتی کم سرعت کار نمی کند: به همان شکلی که در بالا اشاره شد، یک ارتباط اینترنتی کم سرعت نظیر نمونه ای که در سرویس های Dial-up دیده می شود، در بهترین حالت، استفاده از محاسبات ابری را با دردسرهای فوق العاده ای همراه می کند و اغلب اوقات، استفاده از آن را غیرممکن می سازد. برنامه های کاربردی تحت وب و همچنین اسنادی که بر روی ابر ذخیره شده اند برای دانلود شدن به پهنای باند بسیار زیادی نیاز دارند. اگر شما از یک اینترنت Dial-up استفاده می کنید، اعمال تغییر در یک سند یا رفتن از یک صفحه به صفحه دیگر همان سند ممکن است برای همیشه به طول بینجامد. و البته در مورد بار شدن یک سرویس غنی از امکانات حرفی نمی زنیم. به عبارت دیگر، محاسبات ابری برای افرادی که از اینترنت باند پهن استفاده نمی کنند، نیست.
می تواند کند باشد: حتی در یک ارتباط اینترنتی سریع نیز، برنامه های کاربردی تحت وب می توانند گاهی اوقات کندتر از دسترسی به همان برنامه نرم افزاری از طریق یک کامپیوتر رومیزی باشند. تمام جنبه های یک برنامه، از جمله اینترفیس و سند فعلی، باید بین کامپیوتر یا کامپیوترهای موجود بر روی ابر مبادله شود. اگر در آن لحظه، سرورهای ابر در معرض تهیه نسخه پشتیبان باشند یا اگر اینترنت یک روز کند را پشت سر بگذارد، شما نمی توانید به همان دسترسی سریعی که در یک برنامه دسک تاپ وجود دارد، برسید.
ویژگی ها ممکن است محدود باشند: این وضعیت در حال تغییر است اما بسیاری از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب به اندازه همتای دسک تاپ خود دارای ویژگی ها و امکانات غنی نیستند. به عنوان مثال، شما می توانید کارهای بسیار زیاد با برنامه PowerPoint انجام دهید که امکان انجام همه آن ها توسط برنامه ارائه Google Docs وجود ندارد. اصول این برنامه ها یکسان هستند، اما برنامه کاربردی که بر روی ابر قرار دارد فاقد بسیاری از امکانات پیشرفته PowerPoint است. اگر شما یک کاربر با تجربه و حرفه ای هستید، ممکن است نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید.
داده های ذخیره شده ممکن است از امنیت کافی برخوردار نباشند: با استفاده از محاسبات ابری، تمام داده های شما بر روی ابر ذخیره می شوند. این داده ها تا چه حد ایمن هستند؟ آیا کاربران غیرمجاز می توانند به داده های مهم و محرمانه شما دسترسی پیدا کنند؟ کمپانی محاسبات ابری اظهار می کند که داده ها امن هستند اما هنوز برای اطمینان کامل از این موضوع خیلی زود است. از نظر تئوری، داده های ذخیره شده بر روی ابر ایمن هستند و بین چندین ماشین توزیع شده اند. اما در صورتی که داده های شما مفقود شوند، شما هیچ نسخه پشتیبان فیزیکی یا محلی در اختیار نخواهید داشت (مگر این تمام اسناد ذخیره شده بر روی ابر را بر روی دسک تاپ خود دانلود کنید که معمولاً کاربران کمی چنین کاری می کنند). به سادگی بگویم، اتکا به ابر، شما را در معرض خطر قرار می دهد.
بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان از نگاه آماری
وب سایت cloudehypermarket.com تصویری را منتشر کرده است که اطلاعات آماری جالبی را در مورد محاسبات ابری و اوضاع فعلی آن در جهان به تصویر می‌کشد.
1562101485900
شکل 2-5 : بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان[36]
برخی از مهمترین نکات موجود در شکل عبارتند از: (آمار مربوط به اواخر سال ۲۰۱۰ می‌باشد).
۱- در بخش اول تصویر میزان سرمایه‌گذاری جهانی در حوزه‌ی آی‌تی بررسی شده است. در سال ۲۰۰۸ مجموعاً ۳۶۷ میلیارد پوند صرف هزینه‌های معمول فناوری اطلاعات و ۱۶ میلیارد پوند صرف هزینه‌های مربوط به سرویس‌های محاسبات ابری شده است. پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۱۲ مجموع سرمایه‌گذاری معمول در حوزه‌ی IT به رقم ۴۵۱ میلیارد پوند و سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری به ۴۲ میلیارد پوند برسد. با این محاسبات، رشد سالانه‌ی سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۲ به عدد ۲۵ درصد نزدیک است.
۲- مؤسسه‌ی تحقیقات بازار IDC پیش‌بینی می کند که در چند سال آینده، علاوه بر رشد سرمایه گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری، شرکت‌ها نیز حوزه‌های فعالیت خود را تغییر خوهند داد و خدمات خود را به سمت محاسبات ابری سوق خواهند داد. پیش‌بینی می‌شود خدمات محاسبات ابری شرکت‌ها در سال ۲۰۱۲ اینگونه ارائه شود:
اپلیکیشن‌های تجاری: ۵۲ درصد
نرم افزارهای زیرساختی: ۱۸ درصد
خدمات ذخیره‌سازی اطلاعات: ۱۳ درصد
تولید و پیاده‌سازی نرم افزارها و اپلیکیشن‌ها: ۹ درصد
خدمات سرور: ۸ درصد
۳- آیا استفاده از محاسبات ابری فرآیند مدیریت فناوری اطلاعات را آسان تر کرده است؟
۷۰ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۴- آیا استفاده از محاسبات ابری، بهبودی در تجربه‌ی مصرف کننده‌ی نهایی ایجاد کرده است؟
۷۲ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۶ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۲ درصد مخالف این جمله هستند.
۵- آیا استفاده از محاسبات ابری، چالش‌های مربوط به کارایی فناوری اطلاعات را کاهش داده است؟
۶۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۷ درصد مخالف این جمله هستند.
۶- آیا استفاده از محاسبات ابری، هزینه‌های زیرساختی سازمان ها را کاهش داده است؟
۷۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۷ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۷- آیا استفاده از محاسبات ابری، فشارهای ناشی از تأمین منابع درون‌سازمانی بر روی سازمان را کاهش داده است؟
۷۴ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۸ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۸ درصد مخالف این جمله هستند.
۸- امروزه ۵۰ میلیون سرور فیزیکی در سراسر جهان وجود دارد. ۲درصد از این تعداد سرور در اختیار گوگل است (یعنی ۱ میلیون سرور).
۹- امروزه ۳۳ هزار و ۱۵۷ مؤسسه‌ی خدمات مرکز داده در جهان وجود دارد که ایالات متحده‌ی امریکا به تنهایی ۲۳ هزار و ۶۵۶ عدد از این مراکز داده را در خود جای داده است. کانادا، انگلستان، آلمان و هلند با اختلاف فاحشی نسبت به آمریکا در جایگاه‌های بعدی این آمار هستند.
۱۰- پیش بینی می‌شود در سال ۲۰۱۳ حداقل ۱۰ درصد از این سرورهای فیزیکی فروخته شده بر روی سرورهای مجازی (Virtual Machine) مستقر باشند به طوری که بر روی هر سرور فیزیکی ۱۰ ماشین مجازی مشغول به کار است. این به معنای شکل گیری سالانه ۸۰ تا ۱۰۰ میلیون سرور مجازی در سراسر دنیاست.
۱۱- در سال ۲۰۱۳ تقریبا ۶۰ درصد از بار کاری سرورها به صورت مجازی خوهد بود.
۱۲- مالکین دنیای محاسبات ابری در حال حاضر ۴ شرکت (بدون در نظر گرفتن رشد ناگهانی آمازون در ۴ ماهه‌ی ابتدایی سال ۲۰۱۱) گوگل، مایکروسافت، زوهو (Zoho) و رک‌اسپیس (RackSpace) با در اختیار داشتن بازاری با مجموع ارزش بیش از ۱۰۰ میلیارد پوند هستند.
۱۳- این ۱۰۰ میلیارد پوند، درآمد ناشی از خدماتی به شرح زیر است:
۵۶ درصد از مردم از سرویس‌های پست الکترونیکی همانند Gmail، Ymail و Hotmail استفاده می‌کنند.
۳۴ درصد از مردم از خدمات ذخیره‌سازی تصاویر در وب استفاده می‌کنند.
۲۹ درصد از مردم از اپلیکیشن‌های آنلاین مثل Google Docs و Photoshop Express استفاده می‌کنند.
۷ درصد از مردم از سرویس‌های ذخیره‌سازی ویدئو در وب استفاده می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای ذخیره‌سازی فایل های رایانه‌ای خود در وب پول پرداخت می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای پشتیبان‌گیری از اطلاعات هارد دیسک خود بر روی وب‌سایت‌های اینترنتی هزینه می‌کنند.
یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure از شرکت مایکروسافت
هزینه های مربوط به پردازش:
معادل یک کامپیوتر شخصی ۱۲۰۰ ریال / ساعت
معادل یک سرویس دهنده ۳۰۰۰ ریال / ساعت
معادل یک ابر رایانه ۱۰۰۰۰ ریال / ساعت
هزینه های مربوط به فضای ذخیره سازی:
هر گیگابایت اجاره نگهداری ماهانه ۱۵۰۰ ریال
هر ده هزار تراکنش ذخیره سازی ۱۰ ریال
هزینه دریافت هر گیگابایت داده از ابر:
بسته به کشوری که در آن قرار دارید، از ۱۵۰ تا ۲۰۰ ریال
این سیستم عامل به نام Windows Azure درحال حاضر توسط شرکت مایکروسافت با قیمت هایی شبیه آنچه در بالا آمد، ارائه می گـردد. بـرای اجرای این سیستم عامل به رایانه ای با چند گیگابایت حافظه RAM و چندصد گیگابایت دیسک سخت نیاز نبوده و یک دستگاه نسبتاً قـدیـمی هم می تواند برای آن به کار رود.
بعد از اینکه با محاسبات ابری آشنا شدیم و آن را از نگاه آماری بررسی کردیم و به این نتیجه رسیدیم که محاسبات ابری می توانند نقش عمده ای در جهان امروزی داشته باشند به معرفی سیستم عامل های ابری که از پلتفرم های مربوط به محاسبات ابری هستند، می پردازیم. در ابتدا تعریفی از سیستم عامل.
تعریف سیستم عامل
سیستم عامل، نرم افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته، اجرای برنامه های کاربردی را کنترل نموده و به صورت رابط کاربر و سخت افزار عمل می نماید. سیستم عامل خدماتی به برنامه های کاربردی و کاربر ارائه می دهد. برنامه های کاربردی یا از طریق واسط های برنامه نویسی کاربردی و یا از طریق فراخوانی های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط ها، برنامه های کاربردی می توانند سرویسی را از سیستم عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر یا سیستم عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم عامل در نظر گرفته می شود. در سیستم های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم عامل اجرا می شود پیاده سازی می شود (استالینگ، 1381).
انواع سیستم عامل
سیستم عامل تک پردازنده
این نوع سیستم عامل ها، سیستم عامل های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می شوند. از قبیل XP98، Me و Vista که بیشتر محصول شرکت مایکروسافت می باشند.
سیستم عامل شبکه ای
این نوع سیستم عامل ها، از کنترل کننده های واسط شبکه و نرم افزارهای سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می کنند و برنامه هایی برای ورود به سیستم های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می شود[13].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل بی درنگ
از این نوع سیستم عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یک سیستم عامل بی درنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشد. یکی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری به گونه ای که عملیات خاصی در زمانی که بایستی اجرا شوند، اجرا گردند و مهم تر از همه اینکه مدیریت منابع به گونه ای است که این عملیات خاص در هر بار وقوع، مقدار زمان یکسانی بگیرد[1].
سیستم های توزیعی
در منابع مختلف تعاریف مختلفی برای سیستم های توزیعی ارائه شده است. اما هیچ یک نه کامل است و نه با دیگری همخوانی دارد. در این تحقیق تعریفی از این نوع سیستم ها که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم به آن اشاره شده را بیان می کنیم:
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
از این تعریف می توان به این نتیجه رسید که اولاً یک سیستم توزیعی از کامپیوترهای خود مختار تشکیل شده است و ثانیاً کاربران تصور می کنند که با یک سیستم منفرد کار می کنند. پس با تعریفی که ذکر شد می توان یک سیستم توزیعی را اینگونه نیز تعریف کرد:
هر سیستمی که بر روی مجموعه ای از ماشین ها که دارای حافظه اشتراکی نیستند، اجرا شده و برای کاربران به گونه ای اجرا شود که گویا بر روی یک کامپیوتر می باشند ، یک سیستم توزیع شده است. اما نکته ای که در اینجا باید به آن توجه داشت این است که در سیستم های توزیعی تفاوت بین کامپیوترهای مختلف و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر باید تا حدود زیادی از دید کاربران پنهان بماند. سیستم های توزیعی برای اینکه بتوانند از کامپیوترها و شبکه های ناهمگن پشتیبانی کنند و همگی سیستم ها را در غالب یک سیستم منفرد نمایش دهند، به عنوان یک لایه میانی به نام میان افزار بین یک لایه سطح بالایی شامل کاربران و برنامه های کاربردی و یک لایه پائینی شامل سیستم های عامل در نظر گرفته می شوند[12]. در شکل 2-6 لایه سیستم توزیعی یا به عبارتی میان افزاری را مشاهده می کنید که بین سیستم های عامل 1 تا 4 و چهار کامپیوتر شبکه که شامل سه برنامه کاربردی هستند قرار گرفته است. این لایه باعث می شود که تفاوت بین سخت افزار و سیستم های عامل از دید برنامه های کاربردی وکاربران مخفی بماند.

شکل 2-6 : سیستم توزیعی که به عنوان یک لایه میانی یا میان افزار بین برنامه های کاربردی و سیستم عامل ها قرار گرفته است[12].
و اما مواردی که باید در طراحی سیستم های توزیع شده در نظر گرفت و به نوعی اهداف سیستم های توزیع شده می باشند عبارتند از شفافیت، انعطاف پذیری، قابلیت اطمینان، کارآیی خوب و قابلیت گسترش.
شفافیت
یکی از اهداف مهم سیستم های توزیع شده این است که فرآیندها و منابعی که بین ماشین های متعدد توزیع شده اند، باید از دید کاربران مخفی بماند[17]. به سیستم توزیعی که از دید کاربران و برنامه های کاربردی خود به صورت یک سیستم کامپیوتری منفرد جلوه می کند را اصطلاحاً شفاف می گویند.
شفافیت انواع مختلفی دارد و در مورد هر یک طبق تعریفی که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم آمده توضیح می دهیم، شفافیت دسترسی که در مورد مخفی سازی تفاوت های ارائه داده و نحوه دسترسی به منابع به وسیله کاربران می باشد. شفافیت مکان یعنی اینکه کاربران نتوانند محل استقرار فیزیکی منبع در سیستم را شناسایی کنند. شفافیت مهاجرت یعنی اینکه بتوان منابع آنها را بدون تاثیرگذاری بر نحوه دسترسی به آنها انتقال داد. شفافیت مکان یابی مجدد هنگامی است که بتوان منابع را در حین دسترسی به آنها و بدون کوچکترین اطلاعی به کاربر یا برنامه کاربردی مجددا مکان یابی کرد. شفافیت تکثیر به مخفی سازی وجود چندین نسخه تکثیری از یک منبع می پردازد. شفافیت هم روندی زمانی است که مثلا دو کاربر مستقل فایل های خود را روی یک خدمتگذار فایل واحد ذخیره کرده و یا به جداول واحدی در پایگاه داده مشترک دسترسی داشته باشند. در این موارد هیچ یک از کاربران نباید کوچکترین اطلاعی از واقعیت استفاده کاربر دیگر از آن منبع داشته باشد. شفافیت خرابی به این معناست که کاربر متوجه خرابی و عملکرد نادرست یک منبع نشده و سپس سیستم اقدام به ترمیم آن خرابی کند[2].
قابلیت اطمینان
در دسترس بودن یک فاکتور مهم مرتبط با این سیستم ها است. طراحی نباید به گونه ای باشد که نیاز به اجرای همزمان کامپوننت های اساسی باشد. افزونگی بیشتر داده ها باعث افزایش در دسترس بودن شده اما ناسازگاری را بیشتر می کند. قدرت تحمل خطا باعث پوشاندن خطاهای ایجاد شده توسط کاربر می شود.
کارآیی
بدون کارآیی مناسب کلیه موارد استفاده نرم افزار بی فایده می باشد. اندازه گیری کارایی در سیستم های توزیع شده کار آسانی نیست. برای رسیدن به کارایی باید توازنی خاص در تعداد پیغام ها و اندازه کامپوننت های توزیع شده بر قرار باشد.
مقیاس پذیری
امروزه اتصال جهانی از طریق اینترنت، مانند امکان ارسال یک کارت پستال برای هر کسی در هر گوشه ای از جهان تبدیل به امر عادی شده است. به همین دلیل، مقیاس پذیری یکی از مهمترین اهداف طراحی برای سازندگان سیستم های توزیعی محسوب می شود. مقیاس پذیری یک سیستم را می توان حداقل در سه بعد مختلف اندازه گیری کرد(نیومان، 1994). اولاً، یک سیستم می تواند با توجه به اندازه خود مقیاس پذیر باشد. به این معنا که بتوان به راحتی کاربران و منابع دیگری را به سیستم اضافه نمود. ثانیاً، یک سیستم مقیاس پذیر جغرافیایی سیستمی است که ممکن است کاربران و منابع آن در فاصله های دوری از هم قرار گرفته باشند. ثالثا، یک سیستم ممکن است از نظر مدیریت اجرایی مقیاس پذیر باشد، به این معنا که حتی اگر سازمان هایی با مدیریت اجرایی مستقل را به هم پیوند دهد. باز به راحتی قابل مدیریت باشد. متاسفانه، اغلب سیستم هایی که از یک یا چند مقیاس پذیر هستند، با افزایش مقیاس پذیری سیستم، تاحدودی با افت عملکرد مواجه می شوند.
سیستم عامل های توزیعی
محیط های کامپیوتری تحت شبکه( شبکه های کامپیوتری) امروزه بسیار رایج شده اند و این محیط ها شامل مجموعه ای از ایستگاه های کاری و سرویس دهنده ها می باشند. واضح است که مدیریت این منابع کار آسانی نخواهد بود. استفاده از مجموعه ای از کامپیوترها که از طریق شبکه به هم متصل شده اند مشکلات بسیاری را در بر دارد، از جمله مشکلات تقسیم منابع و یکپارچه سازی محیط( که این مشکلات در سیستم های متمرکز وجود ندارد). علاوه بر این برای افزایش میزان کارآیی، توزیع بایستی از دید کاربر پنهان بماند. راه حل مناسب این است که سیستم عاملی طراحی شود که توزیعی بودن سخت افزار را در تمامی سطوح در نظر داشته باشد. به این صورت که سیستم عامل مجموعه را به صورت یک سیستم متمرکز نشان دهد و در کنار آن از مزیت های سیستم توزیعی استفاده کند. در ساختار سیستم عامل های توزیعی از دو الگوی مبتنی بر پیام و مبتنی بر شیء استفاده می شود[11].
الگوی مبتنی بر پیام
در این الگو سیستم عامل یک هسته مبتنی بر پیام در هر گره قرار می دهد و برای برقراری ارتباطات داخل فرآیند از ارسال پیام استفاده می کند. هسته از هر دو نوع ارتباط محلی( ارتباط بین فرآیندهای داخل هر گره) و غیر محلی(ارتباط از راه دور) پشتیبانی می کند. در یک سیستم عامل سنتی همانند یونیکس دسترسی به سرویس های سیستمی از طریق فراخوانی متدها صورت می پذیرفت در حالی که در سیستم عامل های مبتنی بر پیام، درخواست ها از طریق ارسال پیام مطرح می شوند. با این قرار می توان نتیجه گرفت سیستم عامل های مبتنی بر پیام ساخت جذاب تر و بهتری دارند، زیرا سیاست های موجود در فرآیند های سرویس دهنده از مکانیزم پیاده سازی هسته جدا می باشد.
الگوی مبتنی بر شیء
در این الگو سیستم عامل سرویس ها و منابع را به موجودیت هایی به نام شیء کپسوله می کند. این اشیاء همانند نمونه هایی از داده های انتزاعی می باشند و از ماژول های منحصر به فردی تشکیل شده اند. همچنین این ماژول ها نیز متشکل از متدهای به خصوصی می باشند که اینترفیس(واسط) ماژول را توصیف می کنند. عملکرد در این الگو این چنین است که کاربران درخواست سرویس را از طریق احضار شیء مورد نظر مطرح می سازند. این مکانیزم بسیار شبیه به فراخوانی پروسه ها در سیستم های معمولی می باشد. قابل ذکر است که اشیاء عملیات را کپسوله می کنند.
رویکرد سیستم عامل های ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند. سیستم عامل ابری شامل سرویس دهنده های محاسباتی، سرویس دهنده های داده ای و ایستگاه های کاربر می باشد.
سرویس دهنده های محاسباتی: ماشینی است برای استفاده به عنوان موتور محاسباتی.
سرویس دهنده های داده ای: ماشینی است برای استفاده به عنوان مخرن داده های بلند مدت.
ایستگاه های کاربری: ماشینی است که محیطی برای توسعه دادن برنامه های کاربردی فراهم می کند و واسطی بین کاربر و سرویس دهنده های محاسباتی یا داده ای می باشد[3].
ساختار سیستم عامل های ابری بر پایه مدل شیء- نخ می باشد. این مدل از مدل برنامه نویسی معروف شیء گرا اقتباس شده است که نرم افزار سیستم را بر پایه مجموعه ای از اشیاء می سازد. هر شیء شامل تعدادی داده و عملیات بر روی آن داده ها می باشد. عملیات بر روی داده ها را متد می نامند و نوع شیء نیز با کلاس مشخص می گردد. هر کلاس می تواند صفر یا یک و یا چند نمونه داشته باشد ولی یک نمونه تنها از یک کلاس ناشی می شود. اشیاء به پیام ها پاسخ می دهند و ارسال پیام به یک شیء می تواند به داده های درون شیء دسترسی داشته باشد و آن ها را بروز رسانی کند و یا به اشیاء دیگر درون سیستم پیام ارسال کند. اشیاء ابر کپسولی از کد و داده می باشند که در یک فضای آدرس مجازی قرار دارند. هر شیء نمونه ای از یک کلاس است و هر کلاس ماژولی از برنامه. اشیاء ابرها به احضارها پاسخ می دهند و احضارها ( با استفاده از نخ ها) برای اجرای متد درون شیء ابر استفاده می گردند. ابرها از اشیاء برای تضمین انتزاع مخازن و از نخ ها برای اجرای متد درون شیء استفاده می نمایند. این موجب می شود که محاسبات و مخازن داده ای از یکدیگر تفکیک شوند. از دیگر ویژگی های مدل شیء- نخ می توان به این موارد اشاره کرد:
عملیات ورودی و خروجی
به اشتراک گذاری داده ها
ارتباط درون فرآیندها
ذخیره سازی بلند مدت داده ها در حافظه
الگوی سیستم عامل ابری
الگوی مورد استفاده در سیستم عامل های ابری همان الگوی شیء- نخ می باشد که در این بخش به توضیح اجزا و نحوه عملکرد این الگو می پردازیم.
شیء ابری
شیء ابری یک فضای آدرس مجازی پایدار می باشد. برخلاف فضاهای آدرس در سیستم های معمولی، محتویات اشیاء برای مدت طولانی باقی می مانند. به همین دلیل در هنگام خرابی سیستم از بین نمی روند، مگر اینکه عمدا از سیستم حذف شوند. همانطور که از تعریف برمی آید اشیاء ابری سنگین وزن هستند، به همین علت است که این اشیاء بهترین انتخاب برای مخازن داده ای و اجرای برنامه های بزرگ به حساب می آیند. داده های درون شیء فقط توسط خود شیء قابل دسترسی و بروزرسانی می باشند، زیرا محتویات یک فضای آدرس مجازی از بیرون از فضای مجازی قابل دست یابی نمی باشند.
یک شیء ابری شامل موارد زیر است:
کد مخصوص به خود ( متدهای اختصاصی )
داده های پایدار
حافظه ای زودگذر و سبک ( برای تخصیص حافظه موقت )
حافظه ای پایدار و دائمی ( برای تخصیص دادن حافظه ای که بخشی از ساختمان داده پایدار شیء می باشد )
داده با احضار متدها وارد شیء می شود و با پایان احضار از شیء خارج می گردد (شکل شماره 2-7 ). اشیاء ابری دارای یک نام در سطح سیستم می باشند که آن ها را از یکدیگر منحصر به فرد می سازد. این اشیاء درون سرویس دهنده های محاسباتی قابل استفاده می باشند که این کارآیی موجب می شود توزیعی بودن داده ها از دید کاربر مخفی باقی بماند.
4375151651000
شکل شماره 2-7 : ساختمان یک شیء ابری[5]
نخ
یک نخ عبارت است از مسیری اجرایی که وارد اشیاء شده و متدهای درون آن ها را اجرا می کند و محدود به یک فضای آدرس نمی شود. نخ ها توسط کاربران و یا برنامه های کاربردی ساخته می شوند. نخ ها با اجرای متدی از یک شیء می توانند به داده های درون شیء دسترسی یابند، آن ها را بروزرسانی کنند و یا اینکه متدهایی از شیء دیگر را احضار کنند. در این حالت، نخ به طور موقت شیء فعلی را رها می کند، از آن خارج شده و وارد شیء فراخوانی شده می گردد و متد مورد نظر آن را اجرا می کند، پس از پایان اجرای متد به شیء قبلی باز می گردد و نتیجه را برمی گرداند. نخ ها پس از پایان عملیات مورد نظر از بین می روند. علاوه بر این چند نخ می توانند به طور هم زمان وارد یک شیء شوند و به طور موازی به اجرا درآیند که در این صورت نخ ها محتویات فضای آدرس شیء را بین یکدیگر به اشتراک می گذارند. شکل شماره 2-8 نحوه اجرای نخ ها در اشیاء را نشان می دهد.

شکل شماره 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری[5]
تعامل میان شیء و نخ ( مدل شیء- نخ )
ساختار یک سیستم عامل ابری متشکل از اشیاء و نخ ها می باشد. مکانیزم ذخیره سازی داده ها در سیستم عامل های ابری با سایر سیستم عامل های معمول تفاوت دارد. در سیستم عامل های معمولی از فایل ها برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود ولی در سیستم عامل های ابری اشیاء نقش مخازن داده را ایفا می کنند. برخی از سیستم ها برای برقراری ارتباط با داده های مشترک و هماهنگ سازی محاسبات از الگوی ارسال پیام استفاده می کنند. ابرها با قراردادن داده ها درون اشیاء آن ها را به اشتراک می گذارند. متدها در صورت نیاز به دسترسی داده ها شیء مورد نظر را که داده درون آن قرار دارد احضار می کنند. در یک سیستم مبتنی بر پیام، کاربر می بایست درجه هم زمانی را در هنگام نوشتن برنامه تعیین کند و برنامه را به تعدادی پروسه سیستمی بشکند. مدل شیء-نخ این احتیاجات را حذف می کند، به این صورت که در زمان اجرا درجه هم زمانی با ایجاد نخ های موازی مشخص می شود.
به طور خلاصه می توان گفت:
سیستم عامل ابری از فضاهای آدرس نام گذاری شده به نام شیء تشکیل شده است و این اشیاء قادرند:
مخازن داده پایدار فراهم کنند.
متدهایی برای دست یابی و دست کاری داده ها ایجاد نمایند.
داده ها را به اشتراک بگذارند.
هم زمانی را کنترل نمایند.
جریان کنترلی توسط نخ هایی که اشیاء را احضار می کنند انجام می شود.
جریان داده ای با ارسال پارامتر انجام می شود.
برنامه نویسی در مدل شیء- نخ در ابرها
مفاهیم مورد استفاده برنامه نویس در مدل شیء – نخ عبارتند از:
کلاس: ماژول های سیستم
نمونه: شیء ای از کلاس می باشد که می تواند توسط نخ ها احضار شود.
بنابراین برای نوشتن برنامه کاربردی در ابرها، برنامه نویس یک یا چند کلاس را تعریف می کند و داده ها و کدهای برنامه را درون این کلاس ها قرار می دهد. برنامه برای اجرا شدن نخی ایجاد می کند که متد اصلی شیء اجرا کننده برنامه را احضار می کند. اشیاء دارای نام هایی می باشند که برنامه نویس هنگام تعریف شیء برای آن ها مشخص کرده است و این نام ها بعدا به نام سیستمی شیء تبدیل می شوند.
معماری سیستم عامل ابری
دراین بخش معماری سیستم عامل های ابری را مورد بررسی قرار می دهیم. شکل شماره 2-9 مدلی منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری را نمایش می دهد. یک پروسه ابری به مجموعه ای از اشیاء ابری اطلاق می شود که با هم یک برنامه کاربردی را تشکیل می دهند.

شکل شماره 2-9 : مدل منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری[6]
فضای هسته ابر به تعدادی از پروسه های ابری که عملیات کنترل دسترسی ها، تخصیص حافظه و محاسبات مقدار منابع لازم را انجام می دهند گفته می شود. مابقی پروسه ها که مربوط به فضای هسته ابر نیستند، فضای کاربر را تشکیل می دهند. پروسه های ابری فضای کاربر که مستقیما توسط خود کاربر اجرا می شوند برنامه های کاربران نامیده می شوند و کتابخانه های ابری، پروسه های ابری می باشند که توسط برنامه های کاربران مورد استفاده قرار می گیرند. این برنامه ها از طریق مجموعه ای از واسط های استاندارد به نام فراخوانی های سیستمی ابر با کتابخانه ها و پروسه های هسته ارتباط برقرار می کنند. تمامی اشیاء موجود در فضای کاربر برای گرفتن دستورات از سیستم عامل از یک دستگیره فراخوانی استفاده می کنند، بدین معنی که برای مدیریت شدن از طریق یک واسط تحت شبکه قابل دسترسی می باشند که ارتباط میان اشیاء و آدرس آن ها در شبکه توسط پروسه های ابری «مدیریت پروژه» و «مدیریت ماشین مجازی» موجود در فضای هسته انجام می گیرند. اطلاعات نهایی نیز توسط پروسه ابری «کتابخانه نامگذاری» در دسترس قرار می گیرد. قابلیت دسترسی تمامی عملیات مدیریتی را پروسه ابری «اعتباردهی» مورد بررسی قرار می دهد و عملیات محاسبه میزان منابع مورد نیاز در هر لحظه نیز بر عهده پروسه ابری «اندازه گیری» می باشد. البته قابل ذکر است که مفروضات لحاظ شده در شکل شماره 2-4 تعداد اندکی از محدودیت های موجود در ابرها را در نظر گرفته است و کامل نمی باشد[6].
برخی سیستم عامل های ابری موجود(سیستم عامل های مبتنی بر وب)
سیستم عامل های وب روش بسیار مناسبی برای دستیابی به همه داده های شما در همه جای دنیا هستند (مشروط بر اینکه کامپیوتری با یک اتصال به اینترنت و یک مرورگر وب وجود داشته باشد). چنانچه تعدادی کامپیوتر داشته باشید، اما بخواهید همه اطلاعات را در یک جا نگهدارید و از برنامه های کاربردی مورد علاقه خود نیز استفاده کنید، این سیستم عامل ها بسیار سودمند هستند. اکنون در این مرحله ممکن است این سوال مطرح شود که چرا سیستم عامل وب؟. اساساً، یک سیستم عامل وب چیزی شبیه یک سیستم عامل روی اینترنت است. سیستم عامل وب، دسکتاپ مجازی شماست که به هیچ مکان فیزیکی متصل نیست و این امکان را به شما می دهد که در هر جایی از دنیا با کمک یک مرورگر به آن دستیابی داشته باشید. اجازه دهید تا از بین سیستم عامل های وبی که وجود دارد به بیان ویژگی های چند مورد از آنها بپردازیم.
سیستم عامل iCloud
سیستم عامل iCloud، مزایای بسیار زیادی دارد، علاوه بر اینکه هر برنامه ای که نیاز داریم در آن موجود است، 50 گیگابایت فضای ذخیره سازی آنلاین، به اشتراک گذاری آسان و ویژگی های افزایش برنامه های کاربردی را دارد. این سیستم عامل دارای ویژگی هایی مانند زیر است:
سیستم فایل آنلاین برای ذخیره سازی انواع فایل ها.
پشتیبان DAV وب از طریق ویندوز اکسپلورر امکان دستیابی مستقیم به انباره icloud شما را فراهم می کند.
برنامه های بهره وری- نوشتن، پست الکترونیکی ( که با همه حساب های پست الکترونیکی شما به اضافه یک حساب icloud رایگان هماهنگی دارد)، تماس ها، ToDo، ماشین حساب، دفترچه یادداشت، آنزیپ (فایل های حاوی داده های فشرده را از هم باز می کند).

user8270

Pr عدد پرانتل
Pe عدد پکلت
Ra عدد رایلی
Re عدد رینولدز
Gr عدد گراشف
Kn عدد نادسن
Nu عدد ناسلت
L گرمای نهان
U مولفه سرعت افقی در راستای x
V مولفه سرعت عمودی در راستای y
VF نسبت حجمی ذرات نانو به سیال
AR نسبت منظری ( (L/H
 چگالی
 نسبت انبساط حجمی
نسبت حجمی ذرات نانو به سیال
 نفوذ حرارتی
 ویسکوزیته سینماتیکی
 ویسکوزیته دینامیکی مولکولی
S جامد
L سیال
279409525000
فصل اولمقدمه330208445500
1-1 مقدمهانتقال حرارت به همراه تغییر فاز در بسیاری از پدیده‌های فیزیکی در کاربردهای مختلف صنعتی و غیرصنعتی اتفاق می‌افتد و برخی از پدیده‌های طبیعی در این زمینه عبارتند از: فرایند ذوب شدن برف، یخ زدن آب دریاچه‌ها و سوختن شمع. بعضی از پروسه‌های صنعتی که همراه با تغییر فاز هستند عبارتند از: جوشکاری و ریخته‌گری.
فرآیند انتقال حرارت به همراه تغییر فاز به خاطر کارهای انجام شده توسط استفان (Stefan) در سال 1889 به مسأله استفان معروف است.
در میان کاربردهای مربوط به فرآیند تغییر فاز، واحدهای ذخیره‌کننده انرژی حرارتی دارای اهمیت فراوان می باشند چرا که در اکثر پدیده‌های فیزیکی که به همراه تغییر فاز هستند، این فرآیند به صورت ناخواسته انجام می‌گیرد. مثلاً در صنعت ریخته‌گری اگر گرمای نهان آلیاژ کمتر باشد طبیعتاً انرژی، هزینه و زمان کمتری برای تولید نیاز خواهیم داشت ولی در واحدهای ذخیره‌کننده انرژی هدف استفاده از گرمای نهان ذوب در طول تغییر فاز می‌باشد به همین جهت در سال‌های اخیر واحدهای ذخیره‌کننده انرژی مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. ظرفیت بالای ذخیره‌سازی انرژی حرارتی باعث می شود تا امکان ساخت ذخیره‌کننده‌های کوچک فراهم گردد و بتوان آن ها را به صورت فشرده تولید کرد این ویژگی باعث می‌شود تا استفاده از واحدهای ذخیره‌کننده انرژی در کاربردهای تجارتی که معمولاً با محدودیت ابعادی مواجهه هستند، استفاده فراوانی داشته باشد به عنوان نمونه می‌توان از سیستم های ذخیره کننده انرژی همراه با تغییر فاز جهت تأمین انرژی حرارتی در مناطق مسکونی استفاده کرد.
برای بیان دلیل استفاده از پروسه تغییر فاز جهت تامین انرژی می‌توان به این نکته اشاره کرد که یک کیلوگرم بتون می‌تواند حدود kJ/kg k 1 انرژی ذخیره کند در حالی که یک کیلوگرم Cacl2-6H2O مقدار 190 کیلو ژول انرژی را در طول تغییر فاز می توانند آزاد یا جذب نماید.
دانستن عوامل و پارامترهای موثر بر کارایی ذخیره‌کننده و توانایی تعیین میزان تاثیر این عوامل بر کارایی سیستم باعث می‌شود تا بتوان عمل ذخیره‌سازی و تخلیه انرژی را بهینه سازی‌ نمود .
امروزه با توجه به کمبود و رو به پایان بودن منابع انرژی فسیلی و مسئله آلودگی هوای ناشی از مصرف این مواد برای تامین انرژی، موضوع استفاده از انرژیهای جایگزین اهمیت بیشتری یافته است. در حال حاضر نفت، گاز و زغال سنگ 80 درصد از انرژی مصرفی جهان را تامین می‌کنند. مصرف انرژی در پنجاه سال گذشته بیشتر از مصرف انرژی در دو قرن پیش از آن بوده است. سازمان اطلاعات انرژی آمریکا پیش‌بینی کرده است، مصرف انرژی جهان تا سال 2030 درحدود 57 درصد افزایش خواهد یافت. با توجه به معضلات سوختهای فسیلی (آلودگی محیط زیست، منابع محدود و پایان‌پذیر، تجدید ناپذیری و تأثیر مستقیم سیاست بر آن) دنیا به انرژی‌های نو شامل خورشید، باد (برای ماشینهای بادی امروزی)، بیو انرژی، زمین گرمایی، هیدروژن، انرژی هسته‌ای و ... تمایل نشان داده است.
یکی از انرژی های نو انرژی خورشیدی می باشد که مهمترین موضوع در انرژی خورشیدی، جذب و ذخیره آن است. جذب انرژی خورشیدی توسط کلکتورهای مختلف برای اهداف متفاوتی از جمله: تولید برق، گرمایش آب، گرمایش فضا و ... صورت می‌گیرد. فراوانی و ارزان بودن انرژی در بعضی از ساعات شبانه روز از دلایل مهم ذخیره انرژی است. انرژی خورشیدی در روز به وفور یافت می‌شود ولی یکی از اشکالات مهم این انرژی عدم دسترسی به آن در شب می‌باشد که به کمک ذخیره انرژی می‌توان از این انرژی در ساعات نبود خورشید نیز بهره برد. در بعضی کشورها مثل چین که بیشتر از انرژی الکتریکی برای گرمایش منازل استفاده می‌شود، با توجه به ارزان بودن انرژی الکتریکی در روز و گران بودن تعرفه در شب حدود 5/1 برابر ( به دلیل ساعات اوج مصرف )، ذخیره انرژی از راهکارهای مهم به شمار می‌آید.
ذخیره انرژی به شکلهای مکانیکی، الکتریکی و حرارتی صورت می‌گیرد. ذخیره انرژی حرارتی به شکل محسوس (از طریق گرمای ویژه موادی مانند آب، زمین و ...) و نهان (از طریق تغییر فاز موادی مانند پارافین، هیدراتهای نمک و ...) انجام می‌گیرد، که در ادامه به بررسی انواع ذخیره های انرژی می پردازیم.
استفاده از ذرات نانو (با قطر کمتر از nm 50) و تأثیر ذرات نانو در مواد تغییر فاز دهنده (NEPCM) دریچه ای جدید برای پیشرفت تکنولوژی نوین در ترکیب مواد، بیو تکنولوژی، طراحی ابزار میکرو فلویدیک و … پیش روی محققین گشوده است.
سیالات معمول مورد استفاده برای انتقال حرارت و ذخیره انرژی دارای ضریب رسانش حرارتی پایین میباشند، در حالی که فلزات دارای رسانش حرارتی بالاتر از سه برابر اینگونه سیالات میباشند. بنابراین استفاده از ذرات جامد فلزی در ابعاد نانو و ترکیب آنها با اینگونه سیالات برای افزایش ضریب رسانش حرارتی و در نتیجه افزایش راندمان حرارتی بسیار مطلوب به نظر میرسد. که درادامه همین فصل به راه های افزایش ارتقای کارایی سیستم پرداخته خواهد شد.
1-2 نانو
پیشوند نانو در اصل یک کلمه یونانی است معادل لاتین این کلمه Dwarf است که به معنی کوتوله و قد کوتاه است این پیشوند در علم مقیاس ها به معنی یک میلیاردیوم است بنابراین یک نانومتر، m9-10است این مقیاس را با ذکر مثال هایی عینی، بهتر می توان حس کرد. یک تارموی انسان به طور متوسط قطری حدود 50000 نانو متر دارد. یک سلول باکتری، قطری معادل چند صد نانومتر دارد. کوچکترین اشیای قابل دید توسط چشم غیرمسلج اندازه ای حدود 10000 نانومتر دارند و فقط حدود 10 اتم هیدروژن در یک خط، یک نانومتر را می سازد.
در این بخش ضمن بررسی تعاریف مختلفی که از فناوری نانو وجود دارد به بیان مبانی، ساختار و اهمیت فناوری نانو و کاربرد های آن می پردازیم.
1-3 نانو تکنولوژی
به بیان ساده علم نانو اصول اولیه مولکولها و ساختارهای با ابعاد بین 1 تا 1000 نانومتر است این ساختارها را نانو ساختار می نامیم. نانو تکنولوژی، کاربرد این ساختارها در دستگاههای با اندازه نانومتری است.
نانو تکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاه ها و سیستم ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خواص و پدیده های نو ظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته اند.
فناوری نانو یکی از مدرن ترین فناوری های روز دنیاست که دارای خصوصیاتی منحصر به فرد با کاربردهایی در تمام زمینه های علمی و فناوری است همین کاربردها وسیع فناوری نانو که از آن به عنوان ویژگی بین رشته ای بودن فناوری نانو یاد می شود عامل مهمی در فراگیر شدن این پدیده جدید است.
از طرفی توجه روزافزون بشر به این فناوری فقط ناشی از تازگی آن و کنجکاوی بشر برای دانستن آنچه نمی داند، نیست؛ بلکه؛ دلیل قابلیت های ویژه ای که این فناوری پیش روی انسان قرار میدهد و دست یابی به آنها جز از این راه ممکن نیست.
بیشتر محصولات نانو تکنولوژی در معرض آنالیز انتقال حرارت قرار می گیرند زیرا ملاحظات گرمایی همیشه قسمت مهمی از هر فرایند طراحی می باشد بعنوان مثال، همین طور که ابعاد مبدل در سفینه ها کوچکتر می شود از رابطه انتقال گرمای جدیدی در طراحی آن استفاده می شود. بزودی دانشمندان متوجه شدند که اطلاعات ماکروسکوپیک برای پیش بینی جریان و ویژگیهای انتقال حرارتی آن در مینی کانالهای و بدلهای کوچک قابل کاربرد نیست و رابطه جدیدی موردد نیاز است.
1-3-1 چرا «نانو» تکنولوژی؟شاید این سؤال در ذهن پدید آید که چه چیزی در مقیاس نانومتری وجود دارد که یک تکنولوژیی بر پایه آن بنا نهاده شده است. آنچه باعث ظهور نانو تکنولوژی شده، نسبت سطح به حجم بالای نانو مواد است.
این موضوع یکی از مهم ترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو (نانو مواد) است. در مقیاس نانو، اشیاء شروع به تغییر رفتار می کنند و رفتار سطوح بر رفتار توده ای ماده غلبه می کند در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربردارند، نقض می شوند. برای مثال، یک سیم با اجزای یک مدار در مقیاس نانو لزوماً از قانون اهم پیروی نمی کنند. قانون اهم، به جریان، ولتاژ و مقاومت بستگی دارد اما در مقیاس نانو وقتی عرض سیم فقط به اندازه یک یا چن اتم باشد، الکترونها لزوماً باید در صف و به ترتیب و یک به یک از سیم رد شوند. بنابراین ممکن است قانون اهم در این مقیاس تا حدودی نقض شود.
1-4 تاریخچه نانو فناوری
50 سال پیش ریچارد نانیمن متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، در سخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان «آن پایین فضای بسیاری هست» به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت او فرض کرد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند که چگونه ترانزسیتورها و دیگر سازه ها را با مقیاس های کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آزاد در مقابل دیگر به گونه ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول مصنوعی ممکن را ایجاد کنیم پس از بازگو شدن نظرات فانیمن جهان روندی به سوی کوچک شدن در پیش گرفت. در اواسط دهه 70، درکسلر که یک دانشجوی فارغ التحصیل و به نظریات فانیمن علاقه مند بود در سال 1980 میلادی درجه استادی خود را در رشته ی علوم کامپیوتر دریافت نمود و با جمعی از دانشجویان خود به پایه گذاری رشته جدید از مهندسی مولکولی اقدام کرد واین دفتررا «نانو فناوری» نامید.
1-5 کاربرد نانو سیالات
نانو تکنولوژی تقریباً تمام جنبه های زندگی بشر را تحت تأثیر قرار خواهد داد، از دارویی که مصرف می شود تا توان و سرعت رایانه ها، منابع انرژی مورد نیاز، غذایی که خورده می شود، ماشینی که رانده می شود، خانه ای که در آن زندگی می شود و لباسی که بر تن می شود و...
مسلماً پرداختن به توضیح تمام این کاربردها امری بسیار دشوار خواهد بود بنابراین مروری اجمالی و مختصر به برخی کاربردهای ویژه نانو مواد در دنیای نانو تکنولوژی می پردازیم:
● نانو سیالات می توانند برای محدوده وسیعی از کاربردهای صنعتی استفاده شوند، از انتقال گرما تا تولید انرژی و صنایع الکترونیک (خنک کاری چیپ های کامپیوتری و پایگاه های داده).
● در صنایع خودروسازی
- صنایع حمل و نقل تمایل زیادی برای کاهش اندازه و وزن سیستم انتقال گرمای وسیله نقلیه دارند.
- نانو سیالات می توانند انتقال گرمای خنک کننده ها (سیستم های خنک کاری و رادیاتورها) و روانکارها را افزایش دهند.
- استفاده از نانو سیالات باعث می شود تا 10% کاهش در مساحت سطح رادیاتور و در نتیجه 5% کاهش مصرف سوخت داشته باشیم.
- کاهش در اصطکاک و خوردگی باعث کاهش در اتلاف و در نتیجه کاهش مصرف سوخت می شود.
- در مبدل های گرما که از سیالات معمولی استفاده می کنند، قدرت پمپ باید تا 10 برابر شود تا اینکه رسانایی گرمایی تا 2 برابر زیاد شود ولی اگر از نانو سیالات (با فرض رسانای گرمایی تا 3 برابر سیال معمولی) استفاده شود نرخ رسانایی گرمایی بدون افزایش توان پمپ 2 برابر می شود.
●خنک کاری ابزارآلات دارای شار گرمایی بالا مانند لوله های میکروویوی با توان بالا.
● کاربردهای پزشکی
- به منظور روش جدیدی در درمان سرطان، نانو ذرات مغناطیسی در بیو سیالات می توانند بعنوان حامل های دارو یا تشعشع باشند.
- نانو ذرات مغناطیسی توان بیشتری را نسبت میکرو ذرات از میدان مغناطیسی AC پایدار در بدن انسان جذب می کند
- نانو ذرات چسبندگی بهتری به سلولهای سرطانی دارند تا سلولهای سالم. و...
● مولدهای برق
● نیروهای با توان بالا
● نانو سرامیک ها: سرامیک های نانو، سرامیک هایی هستند که اندازه دانه یا اجزای سازنده آنها در حد نانومتر است. سرامیک های نانو ساختار مستحکم تر و انعطاف پذیرتر از سرامیک های میکرو ساختار هستند.
این سرامیک ها به دلیل برخورداری از ویژگی های منحصر به فرد، در بسیاری از صنایع به عنوان مثال صنایع شیمیایی، صنایع الکترونیک و مخابرات از اجزای مهم محسوب می شوند.
● در سیستم های نانو الکترومکانیکی (MEMS): ابعاد نانومتری این سیستم ها باعث می شود که همه جا قابل استفاده بوده و به راحتی جایگزین شوند و به همین دلیل انرژی مصرفی فوق العاده کمی دارند و دقت بسیار زیادی نسبت به سیستم های معمول دارند.
1-6 روشهای ذخیره انرژی1-6-1 ذخیره انرژی به صورت مکانیکی این سیستم شامل ذخیره انرژی گرانشی، ذخیره توان آبی پمپ شده، ذخیره انرژی هوای فشرده شده و چرخ طیار می‌شود. ذخیره در زمانی که توان مورد نیاز کم می‌باشد، صورت می‌گیرد و در زمان احتیاج، از آن بهره برداری می‌شود.
1-6-2 ذخیره الکتریکیانرژی الکتریکی از طریق باتری ذخیره می‌شود. باتری با اتصال به منبع الکتریکی مستقیم شارژ می‌شود و در هنگام تخلیه انرژی شیمیایی آن به الکتریکی تبدیل می‌شود. کاربرد باتری در زمان افت توان و ذخیره انرژی الکتریکی تولید شده به وسیله توربین بادی یا فوتو ولتائیک می‌باشد. عمومی‌ترین نوع باتری‌های ذخیره سرب و می‌باشد.
1-6-3 ذخیره انرژی حرارتی
ذخیره انرژی حرارتی به صورت تغییر در انرژی درونی مواد به شکل محسوس، نهان و ترموشیمیایی یا ترکیبی از آنها می‌باشد. شکل (1-6) دیدگاه کلی ذخیره انرژی حرارتی را نشان می‌دهد.
1-6-3-1 ذخیره گرمای محسوسانرژی به وسیله افزایش دما در جامد یا مایع ذخیره می‌شود. مقدار ذخیره گرمایی به گرمای ویژه، تغییر دما و مقدار ماده بستگی دارد. آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالا و ارزان بودن یکی از بهترین مواد برای این نوع ذخیره است. روغنها، نمکهای مذاب و فلزات مایع از دیگر موارد استفاده می‌باشند.
1-6-3-2 ذخیره گرمای نهاناین نوع ذخیره براساس جذب و آزاد کردن انرژی از طریق تغییر فاز از جامد به مایع یا مایع به گاز یا برعکس انجام می‌شود.
1-6-3-3 ذخیره انرژی ترموشیمیایی
این نوع ذخیره براساس جذب و آزاد کردن انرژی از طریق شکست و تغییر شکل پیوند مولکولی در واکنش شیمیایی کاملاً برگشت پذیر انجام می‌شود. مقدار ماده، نوع واکنش و میزان تغییر، بر گرمای ذخیره شده تأثیر مستقیم دارند.
در میان تکنیک‌های ذخیره گرمایی گفته شده، ذخیره انرژی به شکل نهان به دلیل چگالی بالای ذخیره انرژی و مشخصه‌های آن در ذخیره گرما در دمای ثابت به دلیل تغییر فاز، روشی قابل قبول تر می‌باشد. تغییر فاز می‌تواند به شکل: جامد ـ جامد، جامد ـ مایع، جامد ـ گاز، مایع ـ گاز و برعکس باشد. در تغییر فاز جامد ـ جامد، گرما در تغییر از یک نوع کریستال به نوع دیگر ذخیره می‌شود. این تغییرات عموماً انرژی نهان کم و تغییر حجم کوچکی نسبت به تغییر فاز جامد ـ مایع دارند. مهمترین مواد در این نوع تغییر فاز، محلول جامد آلی پنتا اریتول (323= انرژی نهان و188= نقطه ذوب)، پنتا گلیسرین (216= انرژی نهان و81= نقطه ذوب)، سولفات لیتیم (214= انرژی نهان و 578= نقطه ذوب) و(135= انرژی نهان و 196= نقطه ذوب) می‌باشد.
551815126365ذخیره انرژی حرارتی
00ذخیره انرژی حرارتی

4609465321945009042403124200025330153124200089471531242000279019014097000
365696588265شیمیایی
00شیمیایی
77089078740گرمایی
00گرمایی

2990215319405گرمای شیمیا یی خط لوله
00گرمای شیمیا یی خط لوله
4609465361950012757153619500
2995295241300گرمای واکنش
00گرمای واکنش
429514069850001532890365760گرمای نهان
00گرمای نهان
337820365760گرمای محسوس
00گرمای محسوس
7708902133600018853152133600077089021336000
3004820162560پمپ گرمایی
00پمپ گرمایی
4295140293370004295140-19050023901403035300065659030289500
4161790229235جامد - جامد
00جامد - جامد
344741586360002999740238760مایع - گاز
00مایع - گاز
1919605238760جامد - مایع
00جامد - مایع
21139158636000487616586360003228340838200021139158636000875665227330جامدات
00جامدات
418465850900012376158445500151765237490مایعات
00مایعات
4184658445500
شکل 1-1 دیدگاه کلی ذخیره انرژی حرارتی
تغییر فاز جامد ـ گاز و مایع ـ گاز دارای گرمای نهان بیشتری هستند ولیکن تغییر فاز جامد ـ مایع به دلیل تغییر حجم کمتر در خلال تغییر فاز، کاربرد بیشتری نسبت به جامد ـ گاز دارد. انتقال انرژی گرمایی در هنگام تغییر فاز از جامد به مایع و یا بالعکس صورت می‌گیرد. مواد تغییر فاز دهنده در دمای تقریباً ثابتی در تغییر فاز، گرما جذب و یا آزاد می‌کنند. این مواد مقدار انرژی بیشتری (4 تا 5 برابر) نسبت به مواد ذخیره انرژی محسوس، ذخیره می‌کنند.
مواد تغییر فاز دهنده به تنهایی برای انتقال گرما کافی نیستند، برای استفاده از این مواد به یک مبدل حرارتی بین منبع و ماده تغییر فاز دهنده نیاز است. این موضوع به علت پایین بودن ضریب پخش مواد تغییر فاز دهنده است.
1-7 ویژگیهای سیستم ذخیره نهانهر سیستم ذخیره نهان حداقل بایستی سه مؤلفه زیر را دارا باشد:
مواد تغییر فاز دهنده مناسب با نقطه ذوب معین در رنج دمایی مطلوب
سطح انتقال حرارت مناسب
محفظه مناسب سازگار با مواد تغییر فاز دهنده
1-8 ویژگیهای مواد تغییر فاز دهنده
مواد تغییر فاز دهنده مورد استفاده در طرح ذخیره حرارتی بایستی دارای خواص شیمیایی، جنبشی و ترموفیزیکی مناسبی باشد که در زیر به آن اشاره می‌شود:
خواص حرارتی:
دمای تغییر فاز مناسب با توجه به نوع کاربرد
گرمای نهان بالا
ضریب انتقال حرارت خوب
خواص فیزیکی:
تعادل فازی مطلوب
چگالی بالا
پایین بودن تغییر حجم
فشار بخار پایین
خواص جنبشی:
عدم فوق تبرید
نرخ کریستالیزه شدن مناسب
خواص شیمیایی:
پایداری شیمیایی
سازگاری با ساختار مواد
غیر سمی
غیر قابل اشتعال
ویژگی‌های اقتصادی:
در دسترس بودن
هزینه پایین
1-9 معرفی مواد تغییر فاز (PCM)
PCM ها حالت خاصی از جامد - مایع ها نامیده می شوند و محلول هایی می باشند که برای کنترل حرارت به کار می روند. این مواد به دلیل اینکه گرمای نهان در حالت انتقال جامد به جامد و یا مایع به مایع خیلی کمتر از گرمای نهان در حالت جامد به مایع (ذوب) می باشند، در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته اند.
1-10 دسته‌بندی مواد تغییر فاز دهنده
مواد تغییر فاز دهنده به سه دسته آلی، غیرآلی و اوتکتیک تقسیم‌بندی می‌شوند (شکل1-2).
1-10-1 مواد تغییر فاز دهنده آلی
مواد آلی به دو دسته پارافین ها و غیرپارافین ها تقسیم بندی شده‌اند. مواد آلی دارای ذوب متجانس (همگون)، تشکیل دهنده هسته و همچنین برای موادی که به عنوان پوشش آنها به کار می‌روند خورنده نیستند. مواد تغییر فاز دهنده آلی که برای گرمایش و سرمایش ساختمانها به کار می‌روند دارای نقطه ذوب 32-20 درجه سانتی‌گراد هستند.
485140208915مواد تغییر فاز دهنده
00مواد تغییر فاز دهنده
3304540109220ترکیبات پارافین
00ترکیبات پارافین
1932940385445آلی
00آلی
26187403187700095186519494500
3304540189865ترکیبات غیر پارافین
00ترکیبات غیر پارافین
26187402279650095186510414000
3342640299720هیدرات های نمک
00هیدرات های نمک

95186533718500264731511366500951865332740001951990161290غیر آلی
00غیر آلی
3342640380365فلزات
00فلزات

26473151841500
3314065189865آلی -آلی
00آلی -آلی
264731536131500
3314065118745غیر آلی – غیر آلی
00غیر آلی – غیر آلی
2647315290195001961515137795اوتکتیک
00اوتکتیک
96139030924500
332359047625آلی – غیر آلی
00آلی – غیر آلی
26473155715000
شکل 1-2 دستهبندی مواد تغییر فاز دهنده
1-10-1-1 پارافینهاپارافین شامل ترکیبی از زنجیره مستقیم است. کریستالیزه شدن این زنجیره باعث آزاد شدن مقدار زیادی گرمای نهان می‌شود. با افزایش طول زنجیره، نقطه ذوب و گرمای نهان افزایش می‌یابد. پارافین به دلیل قابل دسترس بودن در محدوده وسیعی از دمای ذوب، یکی از بهترین انتخابها به عنوان مواد تغییر فاز دهنده برای ذخیره انرژی است. به علت ملاحظات اقتصادی، فقط پارافین‌های با خلوص صنعتی، قابلیت استفاده به عنوان مواد تغییر فاز دهنده در سیستمهای ذخیره گرمایی نهان را دارند. پارافین ایمن، قابل اطمینان، قابل پیش‌بینی، غیر خورنده و دارای هزینه کمتری می‌باشد. پارافین در دمای کمتر از500 درجه سانتی‌گراد، از نظر شیمیایی خنثی و پایدار است، تغییرات حجم کمی در ذوب و فشار بخار پایینی در حالت ذوب دارد. پارافین‌ها به دلیل خواصی که در بالا گفته شد، معمولاً دارای سیکل انجماد ـ ذوب طولانی هستند. علاوه بر خواص فوق، ذوب متجانس و تشکیل دهنده هسته، دو ویژگی مهم پارافین‌ها می‌باشد. از اشکالات پارافین می‌توان به ضریب رسانش پایین، کمی اشتعال‌پذیر و ناسازگاری با محفظه پلاستیکی اشاره کرد، این اشکالات با کمی تغییر در واکس پارافین و واحد ذخیره برطرف می‌شود. در جدول (1-1) لیستی از پارافین های منتخب با نقطه ذوب و گرمای نهان ارائه شده است. پارافین‌ها از نظر پیشنهاد برای طرحها به سه دسته (I) خوب، (II) متوسط، (III) ضعیف دستهبندی شده‌اند.
جدول 1-1 نقطه ذوب و گرمای نهان پارافین‌ها

1-10-1-2 غیر پارافین‌هاغیرپارافین‌های آلی شامل تعداد بیشماری مواد با خواص متغیر هستند. برخی محققین، تحقیق وسیعی برروی مواد آلی انجام داده‌اند و سرانجام تعدادی از استرها، اسیدهای چرب، الکل و گلیکول را برای ذخیره انرژی مناسب دانستند. برخی خصوصیات این مواد عبارتند از: گرمای نهان بالا، اشتعال‌پذیر، ضریب رسانش پایین، نقطه اشتعال پایین، مقدار سمی بودن مختلف و ناسازگاری در دماهای بالا. جدول (1-2) برخی از غیرپارافین‌های آلی را ارائه کرده است.
جدول 1-2- نقطه ذوب و گرمای نهان غیر پارافین‌ها

1-10-2 مواد تغییر فاز دهنده غیرآلیموادمواد غیرآلی به هیدراتهای نمک و فلزات تقسیم بندی می‌شوند. ترکیبات غیرآلی گرمای نهان بالایی در واحد جرم و حجم دارند، از نظر هزینه، ارزان قیمت هستند و در مقایسه با ترکیبات آلی اشتعال ناپذیرند. به هر حال این مواد دارای مشکلات تجزیه و فوق تبرید (که برروی خواص تغییر فاز تأثیر دارند) می‌باشند.
1-10-2-1 هیدراتهای نمکفرمول عمومی هیدراتهای نمک به صورت می‌باشد. انتقال فاز جامدـ مایع هیدراتهای نمک، در واقع آب زدایی از این ماده است. هیدراتهای نمک گروه بسیار مهمی از مواد تغییر فاز دهنده هستند که دارای خصوصیات زیر می‌باشند: گرمای نهان بالا در واحد حجم، رسانش حرارتی نسبتاً بالا، تغییرات کم حجم در هنگام ذوب، کمی سمی، ذوب متجانس، اختلاف چگالی آب و ماده ترکیبی با آن (که باعث ته‌نشین شدن در انتهای محفظه می‌شود) و تشکیل هسته ضعیف که باعث فوق تبرید می‌شود. جدول (1-3) لیستی از هیدراتهای نمک را ارائه می‌کند.
1-10-2-2 فلزاتاین دسته از مواد شامل فلزات با ذوب پایین و فلزات اوتکتیک می‌شود. این فلزات به دلیل مشکل وزن، در تکنولوژی مواد تغییر فاز دهنده چندان جدی گرفته نشده‌اند. گرمای نهان بالا در واحد حجم و رسانش حرارتی بالا از خصوصیات این مواد است. در جدول (1-4) لیستی از این مواد ارائه شده است.
1-10-3 اوتکتیکهااوتکتیک ترکیبی از دو یا چند عنصر با حداقل ذوب می‌باشد. اوتکتیکها تقریباً همیشه بدون آنکه تجزیه شوند فرآیند ذوب و انجماد را طی می‌کنند. جدول (1-5) لیستی از اوتکتیکها را ارائه می‌کند.
1-11 کپسوله کردن مواد تغییر فاز دهنده
مواد تغییر فاز دهنده به دو روش کپسوله می‌شوند: ماکرو کپسوله و میکرو کپسوله. در روش اول مواد تغییر فاز دهنده در لوله، کیسه، کره، صفحات و یا اجزای ساختمان بسته‌بندی می‌شود. ماکرو کپسوله‌ها دارای معایب، خرابی، نیاز به محافظت، ضریب انتقال حرارت ضعیف در حالت جامد و هزینه بالا می‌باشند. در روش دوم ذرات ریز مواد تغییر فاز دهنده با فیلم پلیمری با وزن مولکولی بالا (که بایستی سازگار با ساختار ماده ومواد تغییر فاز دهنده باشد) مخلوط می‌شود. میکرو کپسوله‌ها معایب ماکرو کپسوله‌ها را تا حد زیادی بر طرف کرده‌اند.
جدول 1-3- نقطه ذوب و گرمای نهان هیدراتهای نمک
118745-19685
00

جدول 1-4- نقطه ذوب و گرمای نهان فلزات
جدول 1-5- نقطه ذوب و گرمای نهان اوتکتیکها

1-12 سیستم‌های ذخیره انرژی حرارتی1-12-1 سیستم‌های گرمایش آب خورشیدیآب در طول روز توسط انرژی خورشیدی به دست آمده از طریق کلکتور گرم می‌شود، گرما از آب به مواد تغییر فاز دهنده منتقل شده و از جامد به مایع تغییر فاز می‌دهد. در ساعاتی که خورشید وجود ندارد، گرمای ذخیره شده در مواد تغییر فاز دهنده به آب منتقل و از مایع به جامد تغییر فاز می‌دهد.
1-13 کاربردهای مواد تغییر فاز دهنده در ساختمانکاربرد مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان دو هدف عمده را دنبال می‌کند:
استفاده از گرمای طبیعی ( انرژی خورشیدی) به منظور گرمایش در شب زمستانی و سرمایش در شب تابستانی
استفاده از منابع گرمایی یا سرمایی ساخت بشر
سه راه مختلف برای استفاده از مواد تغییر فاز دهنده برای گرمایش یا سرمایش ساختمان عبارتند از:
مواد تغییر فاز دهنده در دیوارهای ساختمان
مواد تغییر فاز دهنده در دیگر اجزای ساختمان
مواد تغییر فاز دهنده در واحدهای ذخیره سرما و گرما
دو سیستم غیر فعال اول، گرما یا سرما ذخیره شده را وقتی که دمای داخل یا خارج بیشتر یا کمتر از نقطه ذوب می‌شود، به صورت خود به خود آزاد می‌کند. در سیستم سوم که گرما یا سرمای ذخیره شده به صورت کاملا ایزوله از ساختمان نگهداری می‌شوند، سیستمی فعال است. بنابراین در این سیستم فقط از گرما یا سرمای ذخیره شده مورد نیاز استفاده می‌شود (برخلاف دو سیستم قبلی که به شکل خود به خود و اتوماتیک استفاده می‌شد). با توجه به مکان ونوع وسیله مواد تغییر فاز دهنده به کاربرده شده، از مواد تغییر فاز دهنده با نقطه ذوب مطلوب استفاده می‌شود. بازار برای مواد تغییر فاز دهنده تجاری مورد نیاز در محدوده نقطه ذوب 25-5 درجه سانتی‌گراد دچار کمبود است، خصوصاً بین محدوده دمایی 20-15 درجه سانتی گراد که محصولات آنتالپی پایینی دارند. اغلب مواد تغییر فاز دهنده اصلی در محدوده 25-22 درجه سانتیگراد هستند که مورد قبول متخصصان در سیستمهای غیرفعال در ساختمان است.
1-14 کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در دیگر زمینه هاکاربرد در زمینه مواد غذایی
حفظ دمای غذا در فاصله بین تولید و سرو کردن، از مشکلات عمده تولیدکنندگان مواد غذایی است که کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در این زمینه مشکلات عمده حفظ دمای غذا را تا لحظه تحویل حل می‌نماید.
کاربرد در زمینه پزشکی- دارویی
در روزهای گرم تابستانی، هنگامی که ذخیره خون در بیمارستان به شدت کاهش می‌یابد، خیلی از بیمارستانها نیاز به تهیه خون از بانکهای خون دوردست دارند. در حال حاضر انتقال خونهای مورد نیاز توسط سیستمهای بسیار مجهز و پیچیده‌ای که باعث ایجاد حفظ دمای خون در محدوده خاصی می‌شوند، حمل‌ونقل می‌شوند. قیمت تمام شده این سیستم بسیار بالا می‌باشد و در صورت یخ ‌زدگی یا گرمایش بیش از حد، خون فاسد و غیرقابل استفاده می‌شود. با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده با محدود کردن دمای خون در محدوده مجاز، می‌توان با هزینه کم عمل انتقال خون از بانک به بیمارستان را صورت داد.
خنک‌سازی کامپیوترهای لپ‌تاپ
خنک‌سازی فضای داخلی کلاه‌کاسکت
کاربردهای فضایی در خارج جو زمین
1-15 تکنیکهای افزایش کارایی سیستم ذخیرهساز انرژیبمنظور ارتقای کیفیت یک سیستم ذخیره انرژی، تکنیکهای متنوع و گوناگونی مورد استفاده قرار میگیرد. این تکنیکها عبارتند از:
استفاده از سطوح گسترش یافته (نصب فین)
استفاده از شبکهای از PCMها (چند PCM)
افزایش هدایت حرارتی PCM
میکروکپسوله کردن PCM
1-15-1 استفاده از سطوح گسترش یافتهفینها، سطوح گسترش تافتهای هستند که برای مهیا کردن سطح اضافه برای تبادل حرارت در سیستمهای حرارتی مورد استفاده قرار میگیرند. پیش از آنکه به بحث پیرامون اثر استفاده از فین در سیستمهای ذخیره کننده انرژی بپردازیم، لازم است این نکته یادآوری شود که اساساً دو نوع سیستم ذخیرهساز از این منظر مطرح میباشد. در یک نوع از سیستمها، تبادل انرژی میان محفظه حاوی PCM و یک سیال انتقال دهنده انرژی که به اختصار HTF نامیده میشود، صورت میگیرد مانند سیستمهای ذخیره ساز انرژی خورشیدی. اما نوع دیگر مربوط به سیستمهای فاقد سیال تبادل کننده انرژی بوده و در واقع منبع انرژی شرایط مرزی خاص در دیواره محفظه میباشد (دیوار دما ثابت یا شار ثابت)، مانند محفظه سرمایش سیستمهای الکتریکی. طبیعتاً در سیستمهای نوع دوم (فاقد HTF)، فین در سمت PCM نصب میگردد ولی برای سیستمهای نوع اول (حاوی PCM)، محل نصب فین عموماً به ضریب انتقال حرارت وابسته است. در اکثر سیستمها، سمت حاوی PCM دارای ضریب انتقال حرارت کمتر از سمت HTF بوده و بهمین دلیل عموماً فینها در سمت PCM نصب میگردد.
1-15-2 استفاده از شبکهای از PCMها در سیستمبکارگیری تعدادی PCM با خصوصیات نزدیک بهم در سیستمهای ذخیرهساز انرژی بعنوان تکنیک جالب توجهی برای ارتقای این سیستمها مطرح میباشد. اساس این تکنیک استفاده از چند PCM با دمای تغییر فاز متفاوت بطور همزمان و بصورت مجزا از هم در سیستم میباشد. همانطور که میدانیم، نرخ انتقال حرارت در سیستم و در نتیجه کارایی سیستم قویاً وابسته به اختلاف دمای سیال انتقال دهنده حرارت (HTF) و نقطه ذوب PCM میباشد. از آنجایی که این اختلاف دما در جهت جریان کاهش مییابد، در سیستمهای حاوی یک PCM، نرخ انتقال حرارت و راندمان سیستم با کاهش روبهروست. حال اگر از چند PCM و با ترتیب خاص در سیستم استفاده شود، این آرایش PCMها میتواند منجر به اختلاف دمایی تقریباً ثابت در جهت جریان گردد (هر چند دمای HTF در جهت جریان تغییر میکند)، که این خود منجر به انتقال حرارتی تقریباً ثابت PCM میگردد. همچنین انتقال حرارت ثابت از PCM به HTF نیز در این آرایش امکانپذیر میباشد. (شکل1-3) چیدمان اساساً بنحوی اعمال میگردد که اختلاف دمای HTF و PCM در جهت جریان تقریباً ثابت بماند، لذا در حین مرحله شارژ، همانگونه که در شکل نشان داده شده است، چیدمان PCMها در جهت کاهشی برای نقطه ذوب PCMهاست. که طبیعتاً در مرحله دشارژ جهت عکس بمنظور بهرهمند شدن از این ویژگی سیستم باید انتخاب گردد.

شکل1-3- سیستمهای حاوی چند PCM1-15-3 افزایش هدایت حرارتی PCMاگرچه PCMهای مرسوم معمولاً دارای دانسیته بالایی هستند، اما نرخ پایین ذوب و انجماد، پتانسیل سیستمهای ذخیرهساز انرژی را در کاربردهای خاص کاهش میدهد. علت این امر آنست که تقریباً همه PCMهای مرسوم و متداول دارای هدایت حرارتی پایین میباشند. اساساً هدایت حرارتی PCMها میتواند با بکارگیری مواد با ضریب هدایت بالا، افزایش یابد. این افزایش ضریب هدایت حرارتی با افزودن مواد با هدایت بالا به روشهای مختلفی میتواند صورت پذیرد. این روشها عبارتند از:
اشباع سازی مواد متخلخل با هدایت حرارتی بالا در PCM
پخش نمودن ذرات با هدایت حرارتی بالا در PCM
جاسازی ترکیبات و ساختارهای فلزی در PCM
استفاده از مواد با ضریب هدایت بالا و دانسیته پایین
استفاده از کامپوزیت گرافیتی در PCM اگرچه منجر به افزایش کارایی سیستم میشود ولی به نوبه خود دارای محدودیتهایی است که پژوهشگران را بر آن داشت که بدنبال راه حلهای دیگری نیز باشد. این محدودیتها مربوط به پروسه تولید این کامپوزیتهای گرافیتی است که زمانبر و نیز هزینهبر میباشد. از اینرو بعضی از محققین در چند سال اخیر به دنبال راه حلی برای این مشکل بودهاند. آنها دریافتند که با افزودن ذرات با هدایت حرارتی بالا در مقیاس میکرو و نانو در PCM، خواص ترمودینامیکی PCM ارتقا یافته و منجر به افزایش راندمان سیستم میشود. که در این پژوهش به بررسی این اثر پرداخته شده است. جاسازی ساختار فلزی در محفظه PCM بعنوان تکنیکی برای افزایش هدایت حرارتی ماده تغییر فاز دهنده مطرح میباشد. در این تکنیک از یک کره فلزی و یا لوله استوانهای (و یا سایر اشکال) استفاده شده و با قرار دادن آن در محفظه PCM مشاهده میگردد که زمان تغییر فاز به طرز چشمگیری کاهش مییابد و در نتیجه بازده سیستم افزایش قابل توجهی خواهد یافت (شکل1-4). ذرات و ترکیبات فلزی بعات دانسیته بالا ممکن است به پایین سیستم تهنشین شده و نیز موجب افزایش قابل توجه وزن سیستم میشود. علاوه بر آن، تحقیقات محققین نشان داده است که همه فلزات با کلیه PCMها سازگار نیستند. بعنوان مثال، ذرات آلومینیوم با پارافین سازگار بوده، در حالی که نیکل با پارافین سازگاری ندارد. همین مسائل موجب گردید که محققان بدنبال موادی با دانسیته پایین و هدایت حرارتی بالا باشند که با همه PCMها سازگار باشد.
از آنجایی که دانسیته فیبرهای کربنی از فلزات کمتر بوده و هدایت حرارتی آن تقریباً معادل هدایت حرارتی مس و آلومینیوم است، استفاده از آن بعنوان راهحلی جالب توجه برای افزایش کارایی سیستم ذخیرهکننده انرژی پیشنهاد میگردد. علاوه بر آن فیبرهای کربنی دارای مقاومت به خوردگی بوده و در نتیجه قابلیت سازگاری با اکثر PCMها را دارا میباشد. نکته حائز اهمبت در استفاده از فیبرهای کربنی در سیستم، توزیع یکنواخت ذرات فیبر کربن میباشد. مطالعات نشان میدهد سیستمهایی که در آن ذرات فیبر کربن بصورت یکنواخت در PCM توزیع شده، کارایی به مراتب بیشتری نسبت به حالتی که توزیع، تصادفی و غیریکنواخت باشد از خود نشان میدهد.

شکل1-4- ساختارهای فلزی مورد استفاده در سیستم ذخیرهسازی انرژی1-15-4 میکروکپسوله کردن PCMیکی از راهها برای افزایش نرخ انتقال حرارت بین PCMو چشمه یا چاه حرارتی، استفاده از PCMهای کپسوله شده میباشد. همانگونه که از اسم این مواد پیداست، PCMهای میکروکپسوله در واقع PCMهایی هستند که به حالت مایع یا جامد ودر ابعاد میکرو توسط پوسته و غشای نازکی محصور گشته است. این پوستهها میتواند از جنس بسیاری از مواد از جمله پلیمرهای طبیعی و مصنوعی باشد. میکروکپسوله کردن PCMها میتواند از دو طریق شیمیایی مانند روش تودهای، و فیزیکی مانند روش اسپری خشک انجام پذیرد. (شکل1-5) میکروکپسولههای بدست آمده از روشهای حرارتی کارایی و عملکرد بهتری نسبت به PCMهای رایج از خود نشان میدهند. علت این امر آنست که ذرات کوچک PCM در این حالت سطح انتقال حرارت بیشتری در واحد حجم و در نتیجه نرخ انتقال حرارت بیشتری دارند. علاوه بر این، PCMهای میکروکپسوله شده خواص ممتاز دیگری را نیز دارا میباشند که آن، واکنشپذیری بسیار پایین PCM با مواد جداره محفظه و توانایی تحمل تغییر حجم در خلال تغییر فاز میباشد

شکل1-5: نمونهای از میکروکپسوله PCM، (a) روش اسپری خشک، (b) روش تودهای279409525000
فصل دومپیشینه موضوع و تعریف مسئله330208445500
2-1- مقدمهدر این فصل ابتدا به معرفی روشهای حل جریان نانوسیال و معرفی عدد نادسن به عنوان معیاری برای تشخیص پیوسته و یا ناپیوسته بودن نانوسیال معرفی میگردد. سپس به بررسی پارامترهای مختلف بر انتقال حرارت در نانوسیالات و معرفی انواع نانو ذرات می پردازیم. در ادامه به معرفی روش‌های عددی مدلسازی جریان نانوسیال همراه با مروری بر تحقیقات تجربی و عددی انجام شده در این زمینه پرداخته خواهد شد. سپس تحقیقات انجام شده در زمینه مواد تغییر فاز دهنده در سیستمهای مختلف انرژی به صورت عددی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان مسئله مورد بررسی در این تحقیق تشریح می گردد.
2-2- روشهای مدلسازی جریان نانوسیالبطور کل جریان سیالات را به دو صورت لاگرانژی و اویلری می توان حل نمود. در حل اویلری سیال پیوسته در نظر گرفته شده و در نتیجه معادلات پیوستگی و ناویر- استوکس در آن حاکم میباشد. در این حالت میتوان محیط را به حجمهای کنترل ماکروسکوپی فرضی تقسیم نمود که خواص مکانیکی و ترمودینامیکی سیال در هر حجم کنترل ثابت فرض شده و از هر حجم کنترل به حجم کنترل دیگر تغییر میکند. بنابراین معادلات پیوستگی و ممنتوم ناویراستوکس در هر حجم کنترل صادق میباشد. در این حالت به دلیل نوسانات کم ملکولی خواص مکانیکی و ترمودینامیکی سیال در هر حجم کنترل به صورت میانگین خواص ملکولهای آن حجم کنترل تعریف میشود. به عبارت دیگر برای برقراری فرض پیوستگی نوسانات میکروسکوپی یا ملکولی سیال نباید مهمتر از مقادیر متوسطگیری شده باشند. بنابراین حجم کنترل فرضی باید به اندازهی کافی بزرگ باشد تا بتوان نوسانات میکروسکوپی را نادیده گرفت و از طرفی باید به اندازهی کافی کوچک باشد تا از تغییرات ماکروسکوپی خارج نشود (شکل 2-1). در شکل (2-1) در حجم کنترل مشخص شده بدلیل محدود بودن نوسانات مولکولی در حجم کنترل، میتوان سیال را پیوسته در نظر گرفت.
شکل 2-1- نمونهای از حجم کنترل (ناحیه سایهدار) که در آن فرض پیوستگی برقرار است
در حل لاگرانژی به دلیل نوسانات زیاد ملکولی سیال نمیتوان محیط را پیوسته در نظر گرفت در این حالت نمیتوان یک حجم کنترل فرضی که متشکل از هزاران ملکول سیال است در نظر گرفت بلکه هر ملکول خواص مکانیکی و ترمودینامیکی جداگانه ای دارد و در نتیجه معادلات باید برای هر ملکول بطور جداگانه نوشته شود. به عبارتی هر ملکول یک حجم کنترل بوده و بنابراین باید معادلات را برای هر ملکول حل نمود. بدیهی است که حل معادلات پیوستگی (حل اویلری) بسیار سادهتر از حل ملکولی (حل لاگرانژی) است. به عنوان مثال برای جریان هوا درون یک کانال در مقیاس ماکروسکوپی برای حالتی که سرعت ماکروسکوپی از 0 تا m/s1 تغییر میکند، می توان جریان را موازی با محور کانال فرض کرد اما در این حالت سرعت ملکولهای سیال از مرتبهی km/s1 است که در هر جهتی ممکن است باشد.
هر حجم کنترل در حالت ماکروسکوپی شامل هزاران ملکول سیال است. در این حالت برای هر حجم کنترل فقط یک دسته معادله پیوستگی، ممنتوم و انرژی استفاده خواهد شد اما در حالت میکروسکوپی برای حل جریان به تعداد ملکولهای سیال معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی نیاز است. با افزایش تعداد معادلات قدرت رایانه مورد نیاز برای حل و همین طور زمان محاسبه بالا میرود بطوریکه حل میکروسکوپی با استفاده از روشهای CFD هزینه و تکنولوژی بالایی نیاز دارد و نیازمند ابر رایانههای بسیار پرقدرتی میباشد. هر چند روشهای جدیدی مانند LBM بوجود آمدند که قادر به حل میکروسکوپی جریان میباشند اما این روشها هنوز دارای نواقص زیادی هستند و توانایی حل بسیاری از جریانها را ندارند.
برای تشخیص پیوسته یا ناپیوسته بودن جریان معیاری به نام عدد نادسن وجود دارد که به صورت زیر تعریف میشود:
(2-1)
در عبارت فوق، متوسط فاصله بین ملکولهای سیال و طول مشخصهی هندسه مورد تحلیل است. رژیم جریان بر اساس عدد نادسن به چهار دسته تقسیم خواهد شد. این چهار دسته عبارتند از:
1- برای ، در این حالت جریان پیوسته بوده و شرط مرزی عدم لغزش برقرار میباشد. در این حالت استفاده از معادلات ناویراستوکس قابل قبول میباشد
2- برای ، در این حالت نیز جریان پیوسته بوده اما شرط مرزی عدم لغزش برقرار نیست و جریان از نوع جریان لغزشی میباشد. در این حالت نیز استفاده از معادلات ناویراستوکس قابل قبول میباشد.
3- برای ، در این حالت جریان از نوع جریان انتقالی میباشد. در این نوع از جریانها استفاده از معادلات ناویراستوکس چندان قابل قبول نبوده و دارای خطا میباشد. هر چند برخوردهای بین مولکولی سیال هنوز چندان قابل اغماض نبوده و باید به حساب آید.
4- برای ، در این حالت جریان یک جریان مولکولی است. در این حالت برخوردهای بین مولکولی سیال در مقایسه با برخوردهای بین ملکولهای سیال و دیواره ناچیز است.


در شکل (2-2) مدلهای جریان مربوط به عدد نادسن بطور خلاصه ارائه گردیده است.

شکل 2-2- رژیمهای جریان گاز بر پایهی عدد نادسن.2-3- منطق وجودی نانو سیالاتبررسی دقیق خصوصیات گرمایی همه مایعات خنک کننده ای که امروزه به عنوان سیال انتقال گرما استفاده می شوند، رسانایی گرمایی ضعیفی را نشان می دهند (بجز فلزات مایع که در اکثر محدوده های دمایی قابل استفاده نیستند). برای مثال آب در هدایت گرمایی 3 بار ضعیفتر از مس است مشخص است که همه تلاشها برای افزایش انتقال گرما بوسیله آشفته سازی، افزایش سطح و...، بوسیله محدودیت های ذاتی رسانایی گرمایی محدود می شود.
بنابراین می تواند منطقی باشد که تلاشهایی برای افزایش رفتار رسانایی گرمایی سیالات خنک کننده انجام شود. استفاده از مخلوطهایی معلق از جامدها یکی از راههایی است که بیش از یک قرن گذشته به ذهن آمده است. ماکسول ]1[ پایه گذار این زمینه بود که تئوری پایه را برای محاسبه رسانایی گرمایی موثر مخلوط های معلق ارائه داد. تلاشهای او بوسیله مطالعات تجربی و تئوری زیادی مانند کارهای همیلتون و کراسر ]2[ و واسپ ]3[، پیکری شد. این مدلها برای پیش بینی رسانایی گرمایی تعلیق ها بسیار خوب کار می کنند. با این حال، همه این مطالعات به تعلیق ذرات در ابعاد میکرو و میلی محدود می شوند، و یک چنین تعلیق هایی نارساییهای زیر را بدنبال دارند:
1- ذرات به سرعت نشست می کنند، تشکیل لایه ای بر روی سطح می دهند و ظرفیت انتقال حرارت سیال را کاهش می دهند.
2- اگر نرخ چرخش سیال افزایش یابد، ته نشین شدن کاهش می یابد ولی خوردگی ابزارهای انتقال گرما، لوله ها و... به سرعت افزایش می یابد.
3- با اندازه بزرگ ذرات تمایل به گرفتگی در مسیر جریان کانال افزایش می یابد.
4- افت فشار در سیال بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.
بنابراین مسیر بوجود آمدن ذرات معلق درون سیال به خوبی مشخص شد ولی در کل گزینه قابل قبولی برای کاربردهای انتقال گرما نمی باشد. تکنولوژی مواد جدید فرصتی را فراهم کرده است تا ذراتی در ابعاد نانومتری را تولید کنیم که کاملاً درخصوصیات اپتیکی، الکتریکی، گرمایی و مکانیکی با مواد اولیه متفاوت هستند.
تا اینکه ابتدا ماسودا و همکاران [4] و سپس چویی همکارانش [5] ایده نانوسیال را برای اولین بار مطرح نمودند و انقلاب بزرگی در زمینه انتقال حرارت در سیالات پدید آوردند. به منظور افزایش انتقال گرمای جابجایی، محققان ذرات در ابعاد نانو (ذرات جامد کوچکتر از nm100) را به سیال اضافه کردند.
این تکنیک افزایش قبلاً با میکروذرات معلق در سیال برای افزایش انتقال گرما در میکرو و میلی کانالها استفاده شده است. نانو ذرات نسبت سطح به حجم 1000 برابر بزرگتر از میکرو ذرات دارند و گرما را بسیار مؤثرتر می توانند انتقال دهند. چویی و همکارانش [5] نشان دادند که اضافه کردن نانو ذرات، به سیال پایه می تواند نرخ انتقال گرمای سیال را 2 برابر کند، زیرا این ذرات رسانایی گرمایی بیشتری نسبت به سیال پایه دارند. چیزی که باعث جذابیت نانو ذرات به عنوان کاندید احتمالی برای درست کردن مخلوطی از ذره ها با سیالات می شود، این است که آنها مساحت سطح زیادی دارند، مومنتم ذرات کم است، و قابلیت حرکت بالایی دارند.
وقتی ذرات بطور مناسب پخش شده باشند، این خصوصیات نانو سیالات انتظار می رود که برتری های زیر را داشته باشد:
1) رسانایی گرمایی بالاتر: مساحت سطح بیشتر نانو ذرات اجازه انتقال گرمای بیشتری را می دهد. ذرات ریزتر از nm20، 20% اتم های خود را بر روی سطح خود دارند، که آنها را هر لحظه برای تبادل حرارت در دسترس دارند. مزیت دیگر در حرکت بودن ذرات است که می تواند منتسب به اندازه ریز آنها باشد، که می تواند میکرو جابجایی هایی را بوجود آورند و در نتیجه انتقال گرما افزایش یابد [6].
2) پایداری: از آنجائیکه ذرات ریز هستند وزن کمتری دارند و احتمال ته نشین شدن کمتر می شود. همین کاهش ته نشینی باعث غلبه بر یکی از ضعفهای اصلی مخلوط های معلق می شود (رسوب کردن ذرات) و نانو سیالات را پایدارتر می کند.
3) خنک کاری میکرو کانالها بدون گرفتگی: نانو سیالات تنها یک محیط بهتر برای انتقال گرمای معمول نیستند، آنها همچنین برای کاربردهای میکرو کانال در جائیکه با بارهای گرمایی بالایی مواجه هستند، مناسب هستند. ترکیب میکرو کانالها و نانو سیالات هم سیالی بار رسانایی بالا و هم سطح انتقال گرمای بزرگتری را فراهم می کند. نانو ذرات، که فقط چند صد یا چند هزار اتم هستند، بسیار کوچکتر از میکرو کانالها بود ه و باعث گرفتگی نمی شوند.
4) کاهش احتمال خوردگی: نانو ذرات بسیار ریز هستند و ممنتمی که می توانند به یک دیوار صلب وارد کنند بسیار کمتر است. این ممتنم کاهش یافته شانس خوردگی اجزا را کاهش می دهد مانند مبدلهای حرارتی و خطوط لوله ها و پمپ ها.
نانو ذرات مورد استفاده به سه دسته تقسیم می شوند، ذرات سرامیکی، ذرات فلزی خالص و نانو لولهای کربنی، که در ادامه بطور مفصل در مورد ان بحث می کنیم.
ترکیبات مختلف این نانو ذرات و سیال هایی شامل آب، اتیلن گلیکول، روغنها و تولوئن نانو سیالات مختلفی را به ما می دهد.
2-4- پارامترهای انتقال حرارت در نانوسیالاتافزایش انتقال حرارت در نانوسیالات به پارامترهای زیادی بستگی دارد که در این بخش هرکـدام از آنها بطور مختصر توضیح داده خواهد شد .
2-4-1- انباشتگی ذراتنانوذرات در اثر نیروهای بین ملکولی مانند نیروی واندروالس تمایل به انباشتگی دارند [7]. کارتیکین و همکاران [8] آزمایشهای تجربی روی مخلوط اکسید مس-آب انجام دادند و نشان دادند که اندازه و خوشه شدن نانوذرات اثر مهمی روی رسانش حرارتی نانوسیال دارند. همچنین آنها نشان دادند که انباشتگی نانوذرات به زمان بستگی دارد و با گذشت زمان انباشتگی آنها افزایش مییابد در نتیجه رسانش حرارتی در نانوسیال کاهش مییابد. شکل (2-3) نشان میدهد که رسانش حرارتی در نانوسیال با افزایش زمان شدیدا کاهش مییابد و همچنین در شکل (2-4) انباشتگی نانوسیال با گذشت زمان به صورت میکروسکوپی نشان داده شده است. آنها نشان دادند که در این فاصله زمانی هیچگونه تهنشینی در نانوسیال اتفاق نیفتاده است. گروهی دیگر از دانشمندان نشان دادند که با افزایش مقدار نانوذرات جامد میزان انباشتگی به دلیل بزرگ شدن تودههای نانوذرات و در نتیجه افزایش نیروهای واندروالس، افزایش مییابد. وانگ و همکاران [9] ویسکوزیتهی مخلوط آلومینیوم – آب را اندازه گیری کرده و نشان داده اند که با افزایش انباشتگی نانوذرات ویسکوزیته نانوسیال نیز افزایش مییابد.

شکل 2-3- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به زمان برای مخلوط آب اکسید مس [8].
شکل 2-4- افزایش انباشتگی نانوذرات باافزایش زمان برای مخلوط آب اکسیدمس (1/0=) الف) 20 دقیقه ب) 60 دقیقه ج) 70 دقیقه [8]2-4-2- نسبت حجمی ذرات نانوضریب رسانش حرارتی نانوسیال با افزایش نسبت حجمی نانوذرات افزایش مییابد [8] شکل (2-5). اما افزایش زیاد ذرات نانو به سیال باعث تهنشینی ذرات نانو میشود. به همین دلیل هر چه نسبت ذرات نانو به سیال کمتر باشد، نانوسیال مطلوبتر خواهد بود [10].

شکل 2-5- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به نسبت حجمی ذرات نانو [10]2-4-3- حرکت براونیحرکت براونی (حرکت تصادفی ذرات نانو در سیال) نیز یکی دیگر از عوامل موثر بر افزایش ضریب رسانش حرارتی موثر در نانوسیال است [11و12]. هر چه اندازهی نانوذرات کوچکتر باشد حرکت براونی آنها افزایش مییابد و در نتیجه ضریب رسانش حرارتی نیز افزایش مییابد و همینطور با افزایش اندازه نانوذرات حرکت براونی کاهش مییابد [13].
2-4-4- ترموفورسیسمولکولهایی که در محیط گرمتر قرار دارند بدلیل بالا بودن انرژی مومنتم بالاتر، با مولکولهای مجاور برخورد میکنند. این امر موجب حرکت مولکولها از محیط گرمتر به محیط سردتر و در نتیجه افزایش انتقال حرارت میشود. به این پدیده ترموفورسیس میگویند.
2-4-5- اندازه نانوذراتتحقیقات نشان دادهاند که با کاهش اندازه نانوذرات ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال افزایش مییابد [12]. این افزایش ضریب رسانش حرارتی به دلیل افزایش حرکت براونی نانوذرات و همچنین کاهش رسوب آنها میباشد [13].
2-4-6- شکل نانوذراتتحقیقات نشان دادهاند که هر چه شکل نانوذرات چند وجهیتر باشد، ضریب رسانش حرارتی آن بیشتر است [14]. دلیل این امر افزایش نسبت سطح به حجم نانوذرات میباشد. هر چه این نسبت بزرگتر باشد ضریب رسانش حرارتی موثر بیشتر میباشد. شکل (2-6) نشان میدهد که ضریب رسانش حرارتی موثر مخلوط آب-اکسید آلومنیم با افزایش وجههای نانوذرات از کروی به شش وجهی، افزایش مییابد.

شکل 2-6- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به نسبت حجمی و اشکال متفاوت نانوذرات برای مخلوط آب - اکسید آلومنیم [14].2-4-7- ضخامت لایه سیال بین ذرات نانولایه سیال پیرامون ذرات نانو در نانوسیال نیز به افزایش انتقال حرارت کمک میکند. هر چند ضخامت و رسانش حرارتی این لایه ملکولی سیال هنوز مشخص نیست اما شکل لایههای ملکولی سیال محصور بین نانوذرات جامد توسط یو و همکاران [15] مشخص شده است. رن و همکاران [16] یک مدل تئوری برای مطالعه تغییرات رسانش حرارتی موثر نسبت به ملکولهای سیال پیرامون ذرات نانو ارائه کردند. آنها نشان دادند که با افزایش ضخامت لایه سیال ضریب رسانش حرارتی نیز افزایش مییابد (شکل 2-7-الف). کبلینسکی و همکاران [17] نیز روی اثر لایه سیال پیرامون نانوذرات بر ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال تحقیقاتی انجام دادند. آنها نیز نشان دادند که با افزایش لایه سیال پیرامون نانوذرات ضریب رسانش حرارتی موثر افزایش مییابد (شکل 2-7-ب). در این اشکال، d بیان کننده ضخامت لایه سیال و rp بیان کننده شعاع نانوذرات است. شکل نشان میدهند که با افزایش لایه سیال اطراف نانوذرات و یا کاهش شعاع ذرات نانو ضریب رسانش حرارتی افزایش مییابد.

الف) ب)
شکل 2-7- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به ضخامت لایه سیال پیرامون نانوذرات [16 و 17].2-4-8- دماضریب رسانش حرارتی موثر و حرکت براونی نانوسیال با دما افزایش مییابد. چوی و همکاران [12] با انجام آزمایش تجربی روی مخلوط آلومینیوم–آب چگونگی تغییرات ضریب رسانش حرارتی با دما را نشان دادند. شکل (2-8) نشان میدهد که با افزایش دمای نانوسیال ضریب رسانش حرارتی نانوسیال نسبت به سیال پایه افزایش مییابد.

شکل 2-8- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به دما برای مخلوط آلومینیوم–آب [12]2-5- انواع نانو ذراتنانو ذرات به سه دسته نانو سیالات سرامیکی، نانو سیالات فلزی و نانو سیالات حاوی نانو لوله های کربنی و پلیمری تقسیم می شود که به اختصار به معرفی آنها پرداخته می شود.
2-5-1- نانو سیالات سرامیکینانو سیالات سرامیکی اولین نوعی بود که توسط گروه ANL ساخته شد. اولین تحقیق در این زمینه اندازه گیری رسانایی سیالاتی بود که شامل ذرات AL2O3و Cuo در آب و اتیلن گلیکول بودند ]18[. آنها از درصد حجمی %5-1 استفاده کردند و مشاهد شد وقتی اتیلن گلیکول استفاده می شود یک افزایش 20% با نسبت حجمی 4% CuO بدست می آید، افزایش رسانایی وقتی از آب استفاده شد کمتر بود یک افزایش 12% با نسبت حجمی 5/3% CuO.
مدل ماکسول اصلی به صورت زیر است ]1[:
(2-2)
در هر دو مدل، Keff: رسانایی گرمایی مؤثر، Kf: رسانایی گرمایی سیال، Ks: رسانایی گرمایی ذرات جامد، n: فاکتور ضریب شکل (برای کره 3 و برای سیلندر 6) و نسبت حجمی نانو ذرات.
ژی و همکارانش ]19[ رسانایی گرمایی نانو سیال شامل Al2o3با ذرات ریزتر از (nm2/3- 2/1) را اندازه گیری کردند. آنها علاوه بر اثر سیال پایه اثر اندازه ذره را نیز دیدند. بنابراین مشخص شد که ذرات اکسید سرامیکی که خود رسانایی گرمایی بالایی ندارند، می توانند باعث افزایش رسانایی گرمایی نانو سیالات شوند. دلیل اصلی که باعث شده تحقیقات زیادی درباره نانوسیالات با ذرات اکسیدی انجام شود در دسترس بودن آنهاست.
مورشد و همکاران [20]، به بررسی اثر شکل هندسی ذرات نانوی TiO2 در سیال پایهی آب روی ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال پرداختند. در این کار از ذرات نانو به شکل کروی با قطر nm15 و به شکل غیر کروی با ابعاد nm10× 40 استفاده کردند. مشاهدات نشان میدهد که حدود 33 درصد برای ذرات غیر کروی و 30 درصد برای ذرات کروی، ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال افزایش یافته است.
2-5-2- نانو سیالات فلزیبا اینکه پتانسیل نانو سیالات در افزایش انتقال حرارت از همان نانو سیالات همراه با ذرات سرامیکی مشخص بود، ولی با این حال نانو سیالات با پایه ذرات فلزی قدم بزرگی روبه جلو بود.
ایستمن و همکارانش ]21[ یک افزایش 40% رسانایی با نسبت حجمی 3/0% با ذرات nm10 مس معلق در اتیلن گلیکول را گزارش داد این گزارش به روشنی اثر ذرات را نشان می دهد و پتانسیل نانو ذرات با ذرات کوچکتر را نشان می داد.
پاتل و همکارانش ]22[ برای اولین بار از طلا و نقره برای ساختن نانو سیال در سیال پایه آب استفاده کردند. آنها همچنین از یک شیوه سیم داغ برای اندازه گیری رسانایی گرمایی استفاده کردند. مهمترین مشاهده آنها در این مطالعه افزایش قابل توجه رسانایی گرمایی برای مقادیر ناچیز غلظت ذرات بود.
ژی و همکارانش ]23[ مطالعه ای بر روی وابستگی رسانایی گرمایی مخلوط سیال- نانو ذره با سیال پایه را آغاز کردند. این محققان اثر پخش شدگی Al2O3 - را در آب یونیزه، گلیسرول و مخلوط آب روغن پمپ، مخلوط آب- اتیلن گلیکول را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که نرخ رسانایی گرمایی با افزایش رسانایی گرمایی سیال پایه کاهش می یابد.
2-5-3- نانو سیالات، حاوی نانو لوله های کربنی و پلیمریبزرگترین افزایش در رسانایی گرمایی توسط چوی و همکارانش ]24[ ارائه گردید، که یک افزایش 50% در رسانایی گرمایی با 1% نسبت حجمی نانو لوله ها را نشان می دهد. دو عامل در افزایش غیرعادی رسانایی گرمایی مهمتر به نظر می آید. اول، رسانایی گرمایی نانو لوله های کربنی بسیار بالا است (w/m.k 3000). دوم، نانو لوله ها نسبت طول به عرض() بسیار زیادی دارند. ژی و همکارانش ]25[ رسانایی گرمایی MWCNT با قطر متوسط nm15در اتیلن گلیکول اندازه گرفتند، مشاهده شد که افزایش بیشتری برای نسبت حجمی مشابه در سیال که رسانایی گرمایی کمتری دارد بوجود می آید.
2-6- نظریه هایی بر نانو سیالات
2-6-1- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثرنانوسیالتاکنون تلاشهای زیادی برای پی بردن به علت افزایش زیاد رسانایی گرمایی نانو سیالات انجام شده است. از حرکت ساده براونی گرفته تا مدلهای پیچیده. در طول سالهای گذشته تلاشها شدت بیشتری پیدا کرده است ولی هنوز به نظر می رسد که به نتیجه مطلوب نرسیده باشند. ماکسول برای اولین بار [1]، رابطهای برای ضریب رسانش حرارتی موثر برای مخلوط ذرات معلق در ابعاد میکرو در سیال ارائه کرد که این رابطه در ابعاد نانو نیز بسیار مورد استفاده قرار گرفته است، البته این رابطه بسیار ساده بوده و تنها برای اثر نسبت حجمی نانوسیال در ضریب رسانش حرارتی موثر برای ذرات نانو کروی در نظر گرفته شده است. مدل ماکسول برای رسانایی گرمایی مخلوط جامد – سیال با ذرات نسبتاً بزرگ و درصد حجمی پایین ذرات بسیار مناسب است. رابطه آن به صورت زیر است[1]:
(2-3)
فرمول ماکسول نشان می دهد که رسانایی گرمایی مؤثر به رسانایی گرمایی ذرات کروی، سیال پایه و نسبت حجمی ذرات جامد بستگی دارد.
همیلتون و کروسر [2]، رابطهی ماکسول را کامل نموده و رابطه ای برای رسانش حرارتی ارائه نمودند که در آن علاوه بر اثر نسبت حجمی نانوذرات، اثر شکل و اندازه ی آن ها نیز در نظر گرفته شده است..
(2-4)
که در آن keff رسانایی گرمایی مؤثر، Kf رسانایی گرمایی سیال، Ks رسانایی گرمایی ذرات جامد، n: فاکتور ضریب شکل (برای کره 3 و برای سیلندر 6) و نسبت حجمی نانو ذرات.
با این حال چندین رابطه ثبت تجربی برای محاسبه رسانایی مخلوط دو فازی وجود دارد. اساسل همه آنها بر پایه تعریف رسانایی گرمایی مخلوط دو جزئی است‍[26]:
(2-5)
در جائیکه Ks رسانایی ذره، Kf رسانایی سیال پایه، نسبت حجمی ذرات، نسبت حجمی سیال پایه، نرخ تغییرات دما می باشد.
براگمن و همکارانش ]27[ مدل پایه ماکسول را توسعه دادند و اثرات شکل ذرات و برهمکنشی بین ذرات را در آن مدل بررسی کرده اند، و این مدل دارای ویژگیهای بالا و این مزیت که برای بازه وسیعی از غلظت ها معتبر است می باشد.
(2-6)
کو و کلینستر [28و29]، نیز رابطه ماکسول را بهبود بخشیدند. آنها در این رابطه اثر اندازه، نسبت حجمی و حرکت براونی نانوذرات و همچنین دمای نانوسیال را در ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال درنظر گرفتند. کبلینسکی و همکارانش ‍]30[ مکانیزم های ممکن افزایش را مورد بررسی قرار دادند آنها متوجه شدند که بطور عمومی توده نانو ذرات می تواند اثر منفی بر افزایش انتقال گرما داشته باشد، بخصوص در نسبت حجم های پایین، شکل (2-9).
ژو و همکارانش [31] برای پیش بینی رسانایی گرمایی نانو لوله های کربنی مدلی را بر پایه مدل ماکسول از رسانایی گرمایی مؤثر نانو سیالات ارائه داد که شامل اثر اندازه بزرگ طول و گسترش حجمی نانو لوله های کربنی می شد، که مدل ارائه شده نتایج قابل قبولی در انطباق با رسانایی گرمایی CNTها ارائه داد.

شکل 2-9- افزایش رسانایی گرمایی K بخاطر افزایش نسبت حجمی از توده های با رسانایی بالا. نمودار شماتیک به ترتیب موارد زیر را نشان می دهد. (i) ساختار قرارگیری بصورت فشرده Fcc از ذرات (ii) ترکیب قرارگیری مکعبی ساده (iii) ساختار بی نظم ذرات که در تماس فیزیکی با هم قرار دارند (iv) توده از ذرات که بوسیله لایه نازکی از سیالی که اجازه جریان گرمای سریع در میان ذرات را می دهد از یکدیگر جدا شده اند.با تابع توزیع فرض شده P(Bj)=2 عبارت مربوط برای رسانایی گرمایی مؤثر CNTها به صورت زیر است:
(2-7)
مشخص شده است که این مدل به خوبی برای پیش بینی رسانایی گرمایی مخلوط های معلق CNT کار می کند.
یو و چوی ]32[ از لایه گذاری سیال اطراف ذرات برای پیداکردن غلظت مؤثر ذرات استفاده کردند و مدل ماکسول اصلاح شده ای را برای به حساب آوردن اثر نانو- سیال بوسیله جایگزین کردن رسانایی گرمایی ذرات جامد Ks معادله ماکسول با رسانایی گرمایی اصلاح شده ذرات، ارائه کردند که بر پایه نظریه محیط مؤثر بود:
(2-8)

user8275

شکل3- 5 شماتیکی از کارکردسیکل جذبی تک اثره آب-لیتبم برماید بر روی دیاگرام Duhring50شکل3- 6 نمای یک سیکل تهویه مطبوع خورشید....................................................................................... 51شکل3- 7 مقدار کل تابش خورشیدی و مقدار تابش مستقیم53شکل3- 8 تغییرات ضریب تلفات حرارتی (UL) نسبت به دمای صفحه کلکتور و درجه حرارت محیط54شکل3- 9 پارامتر (tfi–tat ) بر‌حسب راندمان (η)55شکل4- 1 دسته بندی تعادل اگزرژی61شکل4- 2 شماتیک سیستم حرارتی74شکل4- 3 تعیین قیمت بر واحد حجم تانک های ذخیره آب داغ در سیکل های جذبی خورشیدی...83
شکل5- 1 پلانی از خانه به کار رفته جهت تهویه با بار خنک کنندگی 11kw86
شکل5-2 میزان درجه حرارت محیط در ساعات گوناگون ماه های گرمایی کشور ایران92شکل5-3 میزان تغییر درجه حرارت گره میانی مخزن در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=1500 Kg WTANK،=85 T1196شکل5-4 میزان تغییر بار حرارتی هیتر کمکی در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=1500 Kg WTANK،=85 T1196شکل5- 5 میزان تغییر درجه حرارت گره میانی مخزن در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=50 m2 Ac،=85 T1197شکل5- 6 میزان تغییر بار حرارتی هیتر کمکی در طول ساعات روز را برای سطوح مختلف کالکتور خورشیدی و در ماه می با فرض=1500 Kg WTANK،=85 T1197شکل5- 7 روند تغییر در نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در سطح کالکتور خورشیدی102شکل5-8 روند تغییر در نرخ هزینه محصول در اثر تغییر در حجم تانک ذخیره آب داغ.................. 102شکل5-9 روند تغییر دمای تانک ذخیره آب داغ در ساعت 14 از یک روز در ماه می و میزان انرژی مصرفی در هیتر کمکی نسبت به تغییرات دمای آب داغ ورودی به ژنراتور103شکل5-10 روند تغییر سطوح تبادل حرارتی در تجهیزات سیکل جذبی و میزان نرخ اتلافات اگزرژی کل سیکل نسبت به تغییر دمای آب داغ ورودی به ژنراتور104شکل5-11 روند تغییر نرخ تولید محصول در اواپراتور نسبت به تغییر دمای آب داغ ورودی به ژنراتور104 TOC h z c "شکل1-"
TOC h z c "شکل2-" شکل7- 3 تغییرات بار حرارتی با دمای تبخیرکنننده (، 40°C = TC=TA، ،ESHX=0.40 ، TG=90°C)119شکل7- 4 تغییرات بارهای حرارتی با دمای کندانسور (TC=5°C ، ،TC=TA=ESHX=0.40 ،TG =90°C )............................................................................................................................................................... 120شکل7- 5 تغییرات بارهای حرارتی با دمای جاذب (TE=5°C ، 40°C TC= ،ESHX=0.40 ، TG=90°C)120شکل7- 6 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای ژنراتور کننده (TE=5°C ، 40°C TA=TC= ،ESHX=0.40 ، TG=90°C)............................................................................................................................121شکل7- 7 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای تبخیرکننده(40°C = TA=TC ،ESHX=0.40 ، TG=90°C)121شکل7- 8 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای کندانسور (TE=5°C ، 40°C TA=TC= ،ESHX=0.40 ، TG=90°C)..........................................................................................................................122شکل7- 9 تغییرات پارامترهای کارایی با دمای جاذب (TE=5°C ، 40°C = TC=TA ، ESHX=0.40 ، TG=90°C).............................................................................................................................122شکل7- 10 تغییرات دمای محلول با اثرگذاری SHX (TE=5°C ، 40°C = TA=TC ،TG=90°C)123شکل7- 11 تغییرات کاهش بار حرارتی با اثرگذاری SHX (TE=5°C ، 40°C = TA=TC ، TG=90°C)123شکل7- 12 تغییرات PIR با اثرگذاری SHX(TE=5°C ، 40°C = TA=TC ، TG=90°C)124شکل7- 13- تغییرات پارامترهای کارایی با اثرگذاری SHX (=5°C TE ، 40°C TA=TC=،ESHX=0.40 ،TG=90°C)................................................................................................................124شکل7- 14 تغییرات TCRبا غلظت LiBr125 HYPERLINK l "_Toc226876988" شکل7- 15 تغییراتCOP با دمای ژنراتور و همچنین اثر SHX بر روی خط بلورینگی(TE=5°C
40°C TA=TC=)125

فهرست علائم و اختصارات
COP ضریب عملکرد
Tدما(℃)
Qحرارت(kw)
xغلظت(%)
mجرم(kg)
LiBr لیتیم برماید
hآنتالپی ویژه(kwkg)
mدبی جرمی(kgs)
CRنسبت گردش محلول(%)
Wکار پمپ محلول،وزن تانک ذخیره آب داغ(kgوkw)
vحجم مخصوص
Pفشار (kpa)
Uضریب انتقال حرارت کلی (kwatt℃*m2)
Aسطح تبادل حرارتی(m2)
ΔTlmاختلاف دمای لگاریتمی(℃)
εکارآیی مبدل حرارتی
qUمقدار حرارت مفید کسب شده بوسیله کالکتور بر حسب(wattm2)
Itθمقدار کل تابش خورشید روی کالکتور بر حسب(wattm2)
,)θ ضریب عبور پوشش ، ضریب جذب صفحه در زاویه برخورد θ
FRضریب انتقال حرارت کالکتور
ηراندمان
Fضریب تابع کنترلی اعمالی بر سیستم حورشیدی
CPگرمای ویژه فشار ثابت آب(kjkg)
FNPکسر بار خورشیدی از بار کل
اگزرژی(kj)
نرخ اگزرژی(kw)
راندمان اگزرژتیک
راندمان اگزرژتیک
نرخ بازگشت ناپذیری(kw)
نرخ هزینه($Year)
نرخ هزینه دستگاه($Year)
هزینه واحد اگزرژی($Gj)
نرخ هزینه ثابت($Year)
هزینه تعیرات و نگهداری
هزینه خرید تجهیز($)
ضریب بازگشت سرمایه
نرخ بهره
تعداد سال عملکرد سیستم
s آنتروپی(kj)
u انرژی داخلی(kj)
e اگزرژی ویژهkjkgfkفاکتور اگزرژواکونومیک
qمیزان انتقال حرارت بر واحد جرم
PIRنسبت افزایش کارایی
Rدمای آب ورودی و خروجی برج خنک کن(℃)
Aدمای آب ورودی و دمای حباب تر(℃)
Fدبی آب ورودی به برج خنک کن
زیرنویس
Lسطح پایین دمایی، اتلاف حرارتی از کالکتور،اتلاف اگزرژی
Hسطح بالای دمایی
Aسطح میانی دمایی
e اواپراتور
g ژنراتور
c کندانسور،کالکتور خورشیدی،کارنو
a جاذب
shx مبدل حرارتی محلول
lلیتیم برماید
wآب
sh-hسمت گرم مبدل حرارتی محلول
sh-cسمت سرد مبدل حرارتی محلول
highسطح فشاری بالای سیکل
lowسطح فشاری پایین سیکل
Rتبریدی
hحرارتی
gminحداقل دمای مورد نیاز ژنراتور جهت حصول دمای اواپراتور
pسفحه جاذب کالکتور
atمحیط
fiورودی جریان به کالکتور
feخروجی جریان از کالکتور
apمساحت دهانه‌ای از کالکتور که اجازه عبور پرتوهای رسیده را داده است
θ زاویه تلاقی خورشیدی
offخاموش شدن پمپ مابین تانک و کالکتور
onروشن شدن پمپ مابین تانک و کالکتور
m,iجریان شبکه در گره iاز تانک ذخیره آب داغ
S,iوضعیت تانک در گره iاز تانک
COخروجی از کالکتور
L,rخروجی از بار(ژنراتور)
inter ورود به سطح تماس دو گره در تانک ذخیره آب داغ
refمرجع(ورود به ژنراتور)
auxهیتر کمکی
loadبار(ژنراتور)
Dتخریب اگزرژی
Pمحصول
fسوخت
Wکار
qانتقال حرارت
insادوات کنترلی و ابزار دقیق
SCکالکتور خورشیدی
Tتانک ذخیره آب داغ
Tankتانک ذخیره آب داغ
Collectorکالکتور خورشیدی
Cقیمت بر واحد سطح کالکتور خورشیدی
wbحباب تر
Cooling Towerبالانویس
Lبار وارده از طرف تانک ذخیره آب داغ به کالکتور
cکالکتور خورشیدی
CH شیمیایی
PH فیزیکی
CI هزینه های سرمایه گذاری
OMهزینه های عملیاتی و تعمیرات
CH شیمیایی
مقدمهتولید سرمایش در زمینه زندگی روزمره بشری، کابردهای بسیار فراوانی از قبیل تولید مواد غذایی، مصارف تهویه مطبوع، موارد تولید دارو، سرمایش صنعتی و....دارد. سیکلهای سرمایش قدیمی و اولیه مانند سیکلهای تراکمی بخار دارای دو مشکل عمده هستند که امروزه نیز با آن دست در گریبانند. این دو مشکل عبارتند از[1]:
-افزایش جهانی مصرف انرژیهای اولیه و فسیلی: سیکلهای سرمایش قدیمی که توسط الکتریسیته و حرارت عمل میکنند، به طور شدیدی میزان زیادی انرژی فسیلی و اکتریکی را مصرف میکنند. انستیتوی بین المللی تبرید و سرمایش در پاریس(IIFIIR) %15از میزان کل انرژی الکتریکی که در جهان تولید میشود را به اهداف سرمایشی و تهویه مطبوع در انواع گوناگون آن اختصاص داده است. مطابق با گزارش این سازمان، %45 از سهم انرژیهای مصرفی برای زمینههای تهویه مطبوع، به مصارف ساختمانهای مسکونی و تجاری اختصاص دارد. علاوه بر آن در تابستان مشکلات بسیار زیاد در افزایش چشمگیر پیک مصرف همچنان ذهن محققان را در کاهش آن به خود مشغول داشته است.
-سیستمهای سرمایش متداول سبب مشکلات زیست محیطی جدی میشدند: سیالات عامل مرسوم و غیر طبیعی در سیستمهای تجاری سابق(همانند کلرو فلو کربن ها(CFCs)، هیدروکلرو فلوروکربنها(HCFCs)و هیدروفلروکربنها(HFCs))سبب هر دو مشکل تخریب لایه اوزون و افزایش گرما در سرتاسر جهان میشدند. از زمان تصویب پروتوکل مونترال در سال 1987، توافقات بینالمللی بر کاهش استفاده از این سیالات تأکید کردهاند. به عنوان مثال اتحادیه اروپا بیان کرده که تا سال 2015 تمامی سیستمهایی که با سیال HFCFs کار میکنند میبایست از مدار خارج گردند.
بعد از بحران نفتی دهه 1970 در اروپا و به ویژه در سالهای اخیر، تحقیقات بر روی توسعه تکنولوژیهایی که سبب کاهش در مصرف انرژی، تقاضای پیک اکتریسیته و قیمت انرژی بدون کاهش در سطح شرایط مطبوع لازمه گردند، معطوف گشتهاند. به همین دلیل در سالهای اخیر امکان استفاده از انرژی خورشیدی برای سرمایش و رطوبت زدایی ذهن بشر را به خود مشغول کرده است و موجب پیشرفت در تکنولوژی بهره برداری از انرژی خورشیدی شده است. در مناطق گرم سیری جهان که ضرورت سرمایش و تهویه مطبوع به طور جدی وجود دارد، ذهن بشر متوجه استفاده از انرژی در دسترس خورشیدی است تا بتواند با استفاده از آن رفاه و آسایش زندگی را فراهم آورد. علاوه بر این، کاربرد انرژی خورشیدی در مقایسه با سایر کاربردها جذابیت بیشتری دارد زیرا زمانی که نیاز به آن وجود دارد (سرمایش و تهویه مطبوع) میزان انرژی خورشیدی زیاد است و می توان از آن بهره گیری کرد. سیستمهای سرمایش جذبی خورشیدیدارای هر دو مزیت عدم خطرناک بودن از لحاظ زیست محیطی و کم بودن مصرف انرژی به ویژه در ساعات پیک الکتریکی را دارا هستند.
در مقایسه با دیگر کاربردهای انرژی خورشیدی این کاربرد پیچیدگی بیشتری دارد چه به لحاظ مفهومی و چه به لحاظ کاربردی. به همین دلیل توسعه و کاربرد جهانی پیدا نکرده است. در این روش تنها دریافت و جذب انرژی خورشیدی کافی نیست، بلکه باید بتوانیم این روش را به سرما تبدیل کنیم و سپس به طرف فضای مورد نظر بفرستیم. باید وسیله ای وجود داشته باشد که حرارت را از دمای پایین (فضای مورد تهویه) گرفته و با دمای بالاتر (فضای بیرون) انتقال دهد یا در اصطلاح ترمودینامیکی به یک پمپ حرارتی نیاز است. در شکل 1 نمای یک سیکل تهویه مطبوع خورشیدی با تمام تجهیزات به طور کامل نشان داده شده است.
سیال منتقل کننده حرارت در کالکتورهای خورشیدی تا دمای بالاتر از دمای محیط گرم شده و به عنوان محرک و انرژی در یک سیکل قدرت (که خود یک پمپ حرارتی است) وارد میگردد.
سیال انتقال دهنده گرما ممکن است هوا، آب و یا سیال دیگری باشد. گرما میتواند برای زمانهایی که تابش خورشید وجود ندارد نیز ذخیره گردد. گرمای گرفته شده از سیکل خنککن خورشیدی به محیط اطراف منتقل میشود، این کار به وسیله هوای محیط یا آب خروجی از برج خنک کن خنک میشود.
تجهیزات سرمایش ممکن است اثر سرمایش را به طرق مختلف ایجاد کنند. یکی از روشها تولید آب سرد و فرستادن به سمت تجهیزاتی است که به وسیله ی آب سرد محیط را خنک میکنند (به کمک هواساز) و یا فنهای بادزن. همچنین میتوان هوا را به صورت مستقیم خنک کرد و به سمت فضای مورد تهویه فرستاد.
کالکتورهای خورشیدی قسمت مهمی از هر سیستم خورشیدی هستند که انرژی خورشیدی را به گرما در دمای مناسب تبدیل میکنند، که این گرما قدرت مورد نیاز برای سیکل سرمایش است. کالکتورها انواع مختلفی دارند که از صفحات تخت با دمای پایین تا صفحات پیچیده با دمای بسیار بالا را شامل میشوند. با افزایش تقاضا برای تهویه مطبوع در سالهای اخیر به خصوص در مناطق گرمسیر و مرطوب تقاضا برای مصرف انرژی زیاد شده است. از آنجایی که در فصل گرما تقاضا برای مصرف انرژی الکتریکی بسیار زیاد میشود در این فصل با قطعی جریان برق مواجه هستیم و تقاضای بیشتر برای انرژی الکتریکی با مشکل مواجه است. با استفاده از تکنولوژیهای جدید میتوان از انرژی خورشیدی در چنین مواقعی استفاده کرد.

شکل (1): نمای یک سیکل تهویه مطبوع خورشیدی
در این نوشتار سیکلهای جذبی خورشیدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. ابتدا مطالعه مقدماتی و حرارتی سیستمهای جذبی متداول و سیستمهای جذبی خورشیدی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به متغیر بودن میزان تابش خورشیدی در طول ماهها و ساعات مختلف فصول گرمایی، آنالیز حرارتی و ترمودینامیکی به صورت وابسته به زمان ( آنالیز دینامیکی) مورد تحلیل وبررسی قرار گرفته است. در مرحله بعد آرایش کامل سیستمهای جذبی خورشیدی از نظر موضوعات اگزرژی و قانون دوم مورد بررسی قرار گرفته تا به کمک آن تحلیل جامع ترمواکونومیک سیستم و بهینه سازی آن قابل بررسی باشد.
مرور تحقیقات انجام شده قبلیکارایی کلی سیکلهای جذبی در مورد اثر تبریدی در واحد انرژی ورودی ضعیف است. هرچند حرارت اتلافی مانند آنچه از وسایل برقی دفع میشود را میتوان برای به دست آوردن بهرهوری انرژی کلی بکار گرفت. سیستمهای آمونیاک/آب (NH3/H2O) به صورت گسترده درمواردی که دمای کمتر مورد نیاز است، بکار گرفته میشوند. هرچند، سیستمهای آب/ برمید لیتیم (H2O/LiBr) به صورت وسیع در مواردی که دمای معتدل مورد نیاز است، مورد استفاده قرار میگیرند (دستگاه تهویه هوا) و سیستم دوم نسبت به سیستم اول کارآمدتر است. مطالعات گوناگونی برای انتخاب سیال عامل مناسب اجرا شده است.در تحقیق Saravanan و Maiya [2] یک سیستم مبرد جذبی بخار بر پایه آب با چهار مخلوط دو دویی مورد آزمایش قرار گرفت. اختلاف کاراییهای گوناگون پارامترها برای ترکیبات سیالات عامل بر پایه آب مورد مقایسه قرار گرفت. در تحقیق Sun [3]خصوصیات ترمودینامیکی مخلوط های دودویی بر پایه آمونیاک (NH3-H2O,NH3-LiO2,NH3-NaSCN) داده شدو کارایی سیکلها مورد مقایسه قرار گرفت. Yoon و Kown [4] خصوصیت کارکردی سیال عامل جدید (H2O/LiBr + HO(CH2)3OH) را به عنوان جانشین H2O/LiBr ارائه کرد، و یک شبیه سازی سیکل برای بررسی طراحی بهینه و شرایط کارکردی سیستم جذبی هوای خنک شده انجام شد. Kayanaki و Yamanka--eniz [5] اثر مبدلهای حرارتی که برای احیاء انرژی حرارتی در ARS ها بکار میروند، را بر روی ضریب کارایی (COP) مورد بررسی قرار دادند. یک محلول آمونیاک-آب به عنوان یک جفت مبرد- جاذب در نظر گرفته شد. آنالیزهای ترمودینامیکی برروی سیستم انجام شد و خصوصیات ترمودینامیکی آمونیاک و محلول آمونیاک- آب ارائه گردید. Mos--vi و Agnew[6و7] اثر دمای محدود را بر روی واحدهای جذبی که در آنها لیتیم برماید – آب بکار میرفت، آزمودند. آثار دماهای ورودی آب خنک کننده، آب داغ و آب خنک بر روی ناحیه سطحی جاذب و خصوصیات جاذب به وسیله Atmaca و همکاران[8] مورد بررسی قرار گرفت.
Srikhirin و همکاران[9] یک پروژه - ریسرچمروری در مورد تکنولوژی مبردهای جذبی مانند مدلهای گوناگون ARS ها، تحقیقات انجام شده در مورد سیالات عامل و اصلاح فرآیندهای جذبی ارائه کردند. Kececiler و همکاران [10] یک مطالعه تجربی درمورد آنالیز ترمودینامیکی یک ARS بازگشت پذیر با استفاده از مخلوط آب و برمید لیتیم انجام داد. Joudi و Lafta [11] یک مدل شبیه سازی کامپیوتری حالت- ثابت برای پیش بینی کارایی یک ARS که در آن از لیتیم برماید – آب استفاده می شود، ارائه داد.
علاوه بر اینها، در مطالعات پارامتری Wijeysundera [12]اختلاف بیشترین ظرفیت خنک کنندگی، ضریب کارایی و راندمان قانون دوم یک نوع سیکل جذبی با متغیرهای کارکردی مورد بررسی قرار گرفتند. یک مطالعه مشابه به وسیله Chen [13] انجام شد که در آن نرخ انتروپی تولید و پارامترهای اولیه کارکردی یک سیکل مبرد جذبی مورد محاسبه قرار گرفت. . Kreider و Kreith [14]در 1981 یک سیستم تهویه هوای خورشیدی LiBr-H2O با دو تانک ذخیره آب داغ را معرفی کردند. فواید این سیستم آن است که گرمای جمعآوری شده به وسیله یک آرایه کالکتور داده شده، ممکن است به وسیله فاکتور 3/1 تا 5/1 افزایش یافته باشد. در همین زمان، COP فصلی ممکن است 15% افزایش یابد. Butz و همکاران[15]، یک شبیه سازی کامپیوتری را بر روی سیستم تهویه هوای خورشیدی LiBr-H2O انجام دادند که وابسته بودن بودن خروجی بر سطح کالکتور و طریقهای که در آن راندمان سالیانه سیستم با افزایش سطح کالکتور، کاهش مییابد، را نشان میدهد. Tsilingiris [16]نیز تئوری مدل میکروکامپیوتری مناسب برای پیش بینی کارایی و بررسی رفتار کارکردی نمونه ساده سیستم خنک کننده LiBr-H2O برای کاربردهای خانگی را گسترش داد. نتایج بدست آمده بهینه سازی طراحی و تخمین اقتصادی اولیه سیستم برای کارکرد تحت شرایط آب و هوایی محلی (یونان) را میسر ساخت. همچنین بیان شد که با قیمت حال حاضر سوختهای فسیلی، انرژی الکتریکی و اجزاء مکانیکی، کاربرد تهویه هوای خورشیدی بدون ترکیب با گرم کننده خورشیدی، اقتصادی و کم حاشیه است. Muneer و Uppal[17] مدل شبیهسازی عددی جزئی برای چیلرهای جذبی خورشیدی در دسترس از لحاظ تجاری، ارائه کردند. نتایج نشان داد حجم ذخیره به سطح کالکتور دارای که یک نسبت بهینه است. همچنین، با سطح کالکتورهای نسبتاً کوچک، کسر بالایی انرژی خورشیدی میتوان بدست آورد حتی اگر کالکتورها از نوع ارزان قیمت باشند. نکته جالب این بود که سیستم در شرایط بار طراحی شده با دمای ژنراتور کمتر از ℃80 کار میکند با توجه به این حقیقت که در شرایط خشک Sahara دمای خیلی پایین آب خنک کننده در دسترس است. هدف از این پروژه - ریسرچارائه فواید سیستم ذخیره سازی طبقهبندی شده زمانی که برای یک سیستم جذبی تعریف میشود، میباشد. بنابراین، یک مدل شبیهسازی عددی جزئی برای چنین سیستم خنک کننده جذبی اصلاح شده ارائه میشود و نتایج نشان میدهد که با تانک ذخیره طبقهبندی شده، اثر خنک کنندگی خیلی زودتر از سیستمهای جذبی سنتی با تانک ذخیره یکتا، میتواند آزاد شود.
Misra و همکاران [18و19] روش میانگین هزینهها را برای بهینهسازی سیستم مبرد جذبی لیتیم برماید- آب به کار بردند. این روش شامل آنالیزهای اگزرژی جزئی به همراه میانگین هزینه در واحد اگزرژی همه جریانهای داخلی و محصولات ظاهر شده در سیستم ترمواکونومیک مورد نظر است. Sahin و Kodal [20] و Kodal و همکاران[21] آنالیز کارایی را با استفاده از ترمواکونومیک زمان محدود بر اساس تابع هدف ترمودینامیک برای مبردهای جذبی و پمپهای حرارتی انجام دادند. Sahoo و همکاران [22] در باره حداقل کردن کارکرد کلی و هزینه استهلاک سیستم مبرد جذبی آمونیاک-آب مطالعاتی انجام دادند. Accadia و Vanoli[23] از روش ساختاری برای بهینه سازی ترمواکونومیک کندانسور پمپ حرارتی متراکم کننده بخار استفاده کردند. Al-Otaibi و همکاران[24] بهینه سازی ترمواکونومیک سیستم مبرد متراکم کننده بخار با استفاده از قانون اول ترمودینامیک و آنالیز هزینه سیستم را مورد مطالعه قرار دادند. Accadia و Rossi [25]کاربرد تئوری ترمواکونومیک برای بهینه سازی اقتصادی دستگاه مبرد مرسوم با هدف حداقل کردن کارکرد کلی و هزینه استهلاک را بررسی کردند. Valdes و همکاران [26]راه ممکنی برای بدست آوردن بهینه سازی ترمواکونومیک سیکل ترکیبی دستگاه توربین گازی نشان دادند. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شد.
فصل یکم-تکنولوژی چیلر های جذبی مقدمه:در عمل تفاوت چندانی بین تجهیزات پمپ حرارتی و ماشین گرمایی وجود ندارد. سیکلهایی که با دفع و جذب حرارت از دو منبع سرد و گرم به تولید کار میپردازند (ماشین گرمایی) دارای کار خروجی قابل مشاهده میباشند و کار آنها به طور مستقیم برای راه اندازی بخشهای دیگر مورد استفاده قرار میگیرد.
در پی بحران انرژی در دهه 1970، تحولات بزرگی در استفاده از انرژی خورشیدی روی داد بهطوری که طی چند سال شاهد افزایش تقاضا برای بهکارگیری انرژی خورشیدی برای راه اندازی سیستمهای موتورگرمایی و پمپ حرارتی بودهایم. موتور گرمایی که میتواند در سیکل استرلینگ یا رانکین به کار گرفته شود، از یک سیال عامل بهره می گیرد. پمپ حرارتی از کمپرسورهای بخار موسوم به تجهیزات سرمایشی کمک میگیرد، هرچند بسیاری از تلاشها در حد کاربرد در مصارف آزمایشگاهی بوده است.
آزمایشها نشان داده است که سیستم سیکل بسته برای سیستمهای خورشیدی بر پایه سیکل جذبی مناسب تر است، که در نهایت تقابل بین دو قسمت ماشین از بین میرود. سیستمهای جذبی دارای مزایای زیر میباشند :
در گسترهی وسیعی از دمای چشمه (منبع حرارتی گرم) و چاه (منبع حرارتی سرد) کار میکنند،
قادرند برای افزایش COP تا چند مرحله دمای چشمه را افزایش دهند،
به دلیل نداشتن تجهیزات متحرک زیاد، دارای سر و صدای کمی هستند،
سیال عامل آنها از لحاظ زیست محیطی مناسب است و به ویژه قابلیت عملکرد در فاز خورشیدی به عنوان پشتیبانی حرارتی را دارا میباشد.
علاوه بر این، سیستمهای جذبی قادرند به عنوان تجهیزات سرمایش در سیستمهای خورشیدی به کار گرفته شوند. استفاده و کابرد سیکلهای جذبی از زمان اختراعشان در قرن نوزدهم بر اساس قیمت نسبی سوخت و الکتریسیته و بهبود در تکنولوژی تراکم مکانیکی و جذب ، متغاوت بوده است.
1-1اصول اولیه ترمودینامیکیبا توجه به گزینههای مختلف که برای سیستم پمپ حرارتی به کار گرفته در سیستم خورشیدی وجود دارد، ابتدا باید به اصول ترمودینامیکی تجهیزات سرمایش پمپ حرارتی پرداخته شود. نوعاً سیستم مذکور بین دمای منبع حرارتی در سه سطح دمایی کار میکند: دمای پایین فضای سرمایش یا فضای مورد تهویه، دمای بالای فراهم شده توسط انرژی خورشیدی، که دمای میانی سرد و گرم است و در واقع دمای محیط است که به عنوان چاه حرارتی مورد استفاده قرار میگیرد (شکل 1-1‌).
همان طور که در شکل 1-1 نشان داده شده است تجهیزات سرمایش میتوانند در غالب عبارات ترمودینامیکی به صورت تلفیقی از پمپ حرارتی و موتور گرمایی تشریح شوند. موتور گرمایی حرارت را در دمای از منبع گرم (انرژی خورشیدی) دریافت و به چاه حرارتی در دمای (محیط) انتقال میدهد و کار مکانیکی w را ایجاد مینماید. با توجه به قانون دوم ترمودینامیک میدانیم اگر سیکل تحت شرایط بازگشت پذیر طبق الگوی سیکل کارنو کار کند، بهترین کارآیی را خواهد داشت. تحت چنین شرایط بهینهای، ضریب کلی عملکرد سیستم (COP) سرمایش عبارت است از :
(1-1)
همان طور که در معادلهی 1-1 مشاهده میشود ضریب عملکرد سیستم سرمایش وابستگی زیادی به دمای عملکرد سیستم دارد که به طور قطع افزایش دمای موجب افزایش کارآیی سیستم میگردد.[27] بنابراین نوع کالکتور به کار گرفته شده در سیستم خورشیدی تأثیر مستقیم روی COP دارد و در واقع عامل محدود کننده (کنترل کننده) COP است.
با استفاده از کالکتورهای صفحه تخت معمولی، گرمای بهدست آمده در دمایی نه چندان بالا حاصل خواهد شد. کالکتورهای متمرکزکننده دمای بالاتری را فراهم میآورند ولی دارای قیمت بالاتری هستند و هم پیچیدگی و مشکلات بیشتری به سبب نیاز به تعقیب مسیر خورشید دارند. نتیجه گیری دیگری که از رابطه 1-1 میتوان کرد این است که می توان کارآیی (COP) را با کاهش دمای (چاه حرارتی، محیط) افزایش داد. با توجه به این نکته میتوان نتیجه گیری کرد که سرمایش با آب نسبت به هوا دارای مزیت است[27].

شکل 1-1 شرح ترمودینامیکی سیستم سرمایش[27]1-2 سیکل سرمایش جذبیبه طور کلی عملکرد سیستمهای جذبی مشابه سیستمهای تراکمی بوده ولی وابستگی شیمیایی ماده جاذب به مبرد سبب به وجود آمدن اثر سرمایش خواهد شد. این سیکل با در نظر گرفتن عملکرد 4 جزء اصلی آن یعنی جاذب، ژنراتور، میعان کننده یا کندانسور و تبخیر کننده به خوبی درک خواهد شد. شکل 1-2 شماتیکی از یک سیستم تبرید جذبی را در ساده ترین حالت (تک اثره ) نمایش میدهد. روش کار چیلر جذبی تک اثره به طور جامع در مراجع معرفی شده آورده شده است ولی به طور مختصر در اینجا اشاره میشود. مایع مبرد در فشار و دمای بالا در شکل 1-2 وارد کندانسور شده و با ازدست دادن حرارت خود به مایع تبدیل می شود. به جز سیستمهای کاملاً کوچک، در سایر موارد از کندانسورهای خنک شونده با آب استفاده میشود. سپس مایع مبرد داغ از طریق یک اوریفیس منبسط و وارد اواپراتور میشود. این مایع که در دما و فشار بسیار کمی قرار دارد در آنجا تبخیر شده و حرارت خود را از محیطی که قرار است سرد شود دریافت میکند. سپس بخار خروجی از از اواپراتور در همان فشار پایین وارد قسمت جاذب شده و جذب محلول LiBr غلیظ میشود. فرآیند جذب، به علت قابلیت مولکولی مابین مبردو ماده جاذب امکانپذیر بوده و گرمای ناشی از این عمل به مجموعه دسته لوله جاذب که از آب یک برج خنک کن یا هر سیستم دور ریزش حرارتی قابل تأمین است، انتقال مییابد. معمولاً این سیستم با سیتم دور ریزش حرارتی در کندانسور یکی خواهد شد. سپس محلول به وسیله یک پمپ با عبور از یک مبدل حرارتی تماس مستقیم) و به منظور بالا بردن دمای مخلوط و افزایش راندمان، با صرف کمی کار وارد ژنراتور میشود.

3486159144000شکل 1-2 تشریح شماتیکی چیلر جذبی تک مرحله ای[28]شکل 1-3نمایش یک سیکل جذبی تک اثره در سطوح مختلف دمایی و فشاردر این قسمت با صرف میزان کمی انرژی حرارتی، ماده جاذب از مبرد با افزایش حرارت مخلوط و به علت تفاوت در نقطه جوش جدا و ماده مبرد به سمت کندانسور و محلول غلیظ ماده جاذب به سمت مبدل حرارتی رفته و در آنجا خنک و به جذب کننده برگشته و سیکل کامل میشود.
همانطور که آشکار است سیستم بین دو سطح فشار کار می کند و با سه منبع حرارتی مختلف تبادل حرارت دارد(شکل 1-3) : دمای پایین در اواپراتور ، دمای متوسط در کندانسور و جاذب و دمای بالا در ژنراتور . همانطور که از بحث قبل مشاهده شد یک سیستم جاذب با دو سیال (مبرد و جاذب) کار میکند، در حالی که در سیکلهای تراکمی از یک سیال استفاده میشود.
1-3 تکنولوژی چیلر های جذبی:تقسیم بندی
اولین اساس برای تقسیم بندی سیستمهای جذبی نوع سیال عامل به کار رفته در آنها است. زوج لیتیم برماید – آب و زوج آب و آمونیاک (NH3-H2O) معمولترین سیالهای رایج در سیستمهای تبرید جذبی هستند. در زوج آب- لیتیم برماید، آب به عنوان ماده مبرد و نمک لیتیم برماید به عنوان ماده جاذب و در زوج آب آمونیاک، آب ماده جاذب و آمونیاک ماده مبرد است. اکثر واحدهای سرمایش جذبی تجاری و با ظرفیتهای بالا از سیال عامل آب - لیتیم برماید استفاده میکنند. این در حالیست که سیستمهای آب- آمونیاک نیاز به دماهای بالاتری در سطوح انتقال حرارت مربوطه دارند و نیز عملکرد آنها نسبتاً پایین است در حالیکه دماهای پایین تر از نقطه انجماد را میتوان در آنان ایجاد نمود (در این حالت آب نقش جاذب را دارد). بنابراین برای کاربردهای تبریدی مورد استفاده قرار میگیرد، در صورتی که سیستم تشریح شده با سیال آب و لیتیم برماید برای مصارف تهویه به کار میروند. سیالات دیگری نیز در سیستمهای جذبی وجود دارند که اخیراً محققان از آنها برای سیستمهای جذبی خورشیدی استفاده میکنند. از این موارد میتوان به زوجهای NH3-CACL2و NH3-SRCL2 و سهگانههایی از قبیل NAOH-KOH-CSOH نام برد.[1]
سیستمهای جذبی عادی را همچنین میتوان بر اساس منبع حرارتی در ژنراتورهای آنها تقسیمبندی نمود[28]:
- واحدهای اشتعالی مستقیم که حرارت را به طور مستقیم از طریق اشتعال گاز طبیعی یا هرگونه سوخت فسیلی توسط مشعل تأمین میکنند،
- واحدهای اشتعالی غیر مستقیمکه حرارت را از طریق بخار آب تأمین می کنند،
- واحد های استفاده کننده از گاز خروجی دیگر واحدها (مانند خروجی توربین گاز) یا واحدهای بازیابی حرارت،.
-کالکتورهای خورشیدی.
در نهایت مشخصات غالب سیستمهای جذبی که هم اکنون مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از[28]:
5429250شکل 1-4نمای جانبی و شماتیک یک چیلر جذبی تک اثره[28]
- ساده بودن طراحی بدون وجود اجزاء متحرک و کارکرد در دماها و فشار های نسبتا پایین،
- نیاز به انرژی الکتریکی کم،
- نرخ بالای دور رریزش حرارتی به منبع بالای گرمایی که نسبت به سیستم های تراکمی نیازمند برج های خنک کن با ظرفیت بالا و انرژی زیاد فن و پمپ میباشد،
-اندازه و وزن نسبتا زیاد این تجهیزات،
-استفاده این سیستمها از سیالات عامل بی خطر و بدون تأثیرات گرمایشی زمین و بیخطر برای لایه اوزون.
1-3-1 سیکل های جذبی یک یا چند اثره با سیال عامل لیتیم برماید:
سیکل نمایش داده شده در شکلهای 1-3و1-4 سیکل یک مرحلهای یا تکاثره نامیده میشود. میزان دمای لازمه برای ژنراتور این گونه چیلرها در حدود 93 تا 132 درجه سانتیگراد میباشد و بخار آب به کار رفته در ژنراتور این تجهیزات میبایست دارای فشار 6/1 تا 2 بار باشد. [28]چنانچه دمای کاری چیلر کمتر از مقدار حداقل فوق باشد، راندمان سیکل به شدت کاهش خواهد یافت. اگرچه مطابق با استانداردهای امروزی سیستمهای یک مرحلهای از لحاظ حرارتی ناکارآمد هستند، اما زمانیکه قیمت بخار ارزان بوده و یا در حالتیکه در خروجی تجهیزات دیگر به صورت بازیابی حرارتی به کار گرفته شود، کارا و مفید هستند. ولی به طور کلی در بهترین حالت ضریب عملکرد این تجهیزات به میزان حدود 7/0 تا 8/0نمیرسد. اشکال1-4 تا 1-6 بیانگر شکل تجاری این گونه سیستمها میباشند. در فصل 2 جزییات ترمودینامیکی بیشتری از این سیکلها در آرایش خورشیدی آنان بیان خواهند شد.
سیستمهای جاذب تک اثره خورشیدی با COP محدود 7/0تا8/0کار می کنند. سیستمهای یک مرحلهای برای حصول دماهای بالاتر از 100در جه سانتیگراد مناسب نمیباشند، علاوه بر آن بر خلاف سایر سیکلهای پمپ حرارتی ، در اثر افزایش بیش از حد دمای ژنراتور میزان ضریب عملکرد سیکل، به علت افزایش در تلفات مخلوط شدن وگردش جریان ، به شدت کاهش خواهد یافت. به همین علت برای غلبه بر این مشکل و افزایش ظرفیت و راندمان سیکل و بهره گیری از منابع گرمایی با دمای بالا، سیستم جذبی (بخش جذب) را می توان با استفاده از مراحل بیشتر تبدیل نمود.

9144000شکل1-5 برشی از یک چیلر جذبی تک اثره تجاری[28]
تفاوت مابین سیکل یک اثره و چند اثره استفاده از گرمای دفع شده در کندا نسور در ژنراتور میباشد، در نتیجه بدون به کارگیری منابع جدید حرارتی خورشید سرمایش تولیدی را میتوان 2 تا 3 برابر افزایش داد. برای این سیستمها دمای کاری ژنراتور در حدود 188 درجه سانتیگراد و فشار کاری آنان 9/8 بار است. میزان ضریب عملکرد آنها نیز در حدود 22/1 تا 19/1 است. سیستمهای جذبی دو اثره از نظر نوع جریان مابین مبدلهای حرارتی آنها به سه دسته تقسیم میشوند: جریان موازی، جریان سری و جریان معکوس. در حالت جریان سری، محلول ضعیف لیتیم برماید در طول مبدلهای حرارتی دما پایین و دما بالا قبل از وارد شدن به ژنراتور اصلی به صورت سری باهم جریان مییابد. در حالت جریان موازی، محلول ضعیف بعد از خارج شدن از مبدل حرارتی اولیه، دو قسمت شده که یکی به مبدل حرارتی جریان بالا و دیگری به ژنراتور ثانویه میرود. در حالت جریان معکوس، محلول ضعیف توسط بخار ژنراتور اصلی قبل از ورود به ژنراتور دوم گرم میشود. [28]
771525330136500

شکل1-6نمایی از دو چیلر جذبی تک اثره متفاوت[28]
در شکل 1-7 نمایی از سیستم جذبی دو اثره نمایش داده شده است که در آن یک سیستم جذبی با سیال آب – لیتیم برماید و دو ژنراتور و یک کندانسور و با به کار گیری یک جاذب و اواپراتور کار میکند. در شکل 1-9 نیز نوع دیگری از این سیستم ارائه شده است.

شکل1-7نمایی از فلودیاگرام سیکل جذبی چند مرحله ای[28]

شکل1-8 برشی از یک سیکل جذبی چند مرحله ای تجاری[28]
این سیستم همانند سیستم ارائه شده در شکل (1-3) است با این تفاوت که کندانسور ، ژنراتور ، مبدل و شیر فشارشکن به آن اضافه شدهاند. در عملکرد این سیستم 3سطح فشار و 4سطح دمایی وجود دارد، محلول رقیق جاذب را ترک می کند و به داخل دو ژنراتور که به صورت سری اند جریان یافته و در دو مرحله عمل جدا سازی در ژنراتور صورت میگیرد. در ژنراتور دما پایین سطح حرارتی پایینتری مورد استفاده قرار میگیرد که این حرارت از کندانسور تأمین میشود.

شکل 1-9 نمایش یک سیکل جذبی چند اثره خورشیدی در سطوح مختلف دمایی و فشار[27]
در سیستمهای چند اثره، خروجی کندانسورها در فشارشکن منبسط شده و این در حالی است که در سیستمهای تک اثره از یک کندانسور استفاده میشود، لذا این سیستمها را سیستمهای تبرید دو اثره می نامند. همین قوانین را می توان با به کارگیری 3ژنراتور و 3 کندانسور در سیستمی موسوم به سیستم جذبی سه اثره مورد استفاده قرار داد و این در حالی است که حرارت منبع گرمایی به اندازه کافی باشد. در این سیستم ها نیز که نمونهای از فلو دیاگرام آنان در شکل (1-12) توضیح داده شده است، بازده حرارتی سیستم در حدود %50افزایش یافته و به مقادیر ضریب عملکرد در حدود 4/1نیز دست مییابند. همچنین ظرفیت برج خنک کن و میزان آب آرایشی برای این سیکلها نیز به علت نیازمندیهای کمتر انرژی ورودی سیستم، کاهش مییابند.[28]
یک نوع طراحی که همچنان در حال توسعه میباشد، شامل دوآبشار چیلر تک مرحلهای که یکی در دمای سابق و دیگری در دمای بالاتری کار میکند، میباشد. همانطور که قبلاً گفته شد سیستمهای تبرید جذبی غالباً سیستمهای تبرید جذبی تک اثره با دمای ژنراتور نسبتاً پایین میباشند. با توسعه سیستمهای تبرید جذبی گاز سوز خصوصاً در آمریکا و ژاپن، سیستمهای تبرید با COP بالا در دسترس قرار گرفته است. همچنین سیستمهای جذبی دو اثره با COP 1-2/1 و نیز سه اثره با COP 7/1 در بازار موجود است. این سیستمها را میتوان برای تبرید جذبی خورشیدی به شرط فراهم شدن حرارت لازم به کار گرفت.

شکل1-10نمایی از چیلر جذبی 2 مرحله ای تجاری[28]

شکل 1-11 ضریب عملکرد به عنوان تابعی از دمای تأمین شده در سیکل تبرید یک، دو و سه
مرحله ای[28]

شکل 1-12 نمایی از فلودیاگرام یک چیلر جذبی 3 مرحله ای [28]
شکل 1-11 COP را بر حسب دمای تأمین شده خورشیدی در ژنراتور برای سیستمهای تبرید جذبی یک، دو، سه اثره با اجزای یکسان نشان میدهد. آب سرد ورودی در 30 درجه وارد و در 7 درجه خارج می شود. همچنین در این شکل عملکرد یک سیستم که در یک سیکل کارنو کار میکند برای مقایسه ارائه شده است، آشکار است که برای سیستم چنانچه درجه حرارت ژنراتور تأمین شده کمتر از این دمای حداقل باشد، سیستم قادر به کارکردن نمیباشد.[28]
1-3-2 سیستمهای جذبی آب-آمونیاک
این گونه سیستم-ها در کابردهای سرمایشی و تهویه مطبوع برای منازل مسکونی و تجاری مورد استفاده قرار نگرفته و بیشتر برای موارد سرمایشی و تبریدی در درجه حرارتهای بسیار پایین ودر ظرفیتهای محدود مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از موارد اصلی تحقیق و توسعه سیستمهای جذبی در حال حاضر استفاده از این گونه چیلرها در مدلهایی که دارای ظرفیت بالاتر و بازدهی حرارتی بهتری هستند ، می باشد.
همانطور که در بالا توضیح داده شد، در چیلرهای جذبی آب-آمونیاک، آب به عنوان ماده جاذب و آمونیاک به عنوان مبرد عمل می کند. در این گونه سیکل ها باز تولید محلول غلیظ ماده جاذب توسط فرآیند تقطیر جزئی در بالای ژنراتور صورت میگیرد(به علت طبیعت فیزیکی و شیمیایی آب وآمونیاک)همچنین در این آرایش یک نوع مبدل حرارتی برای ماده مبرد که پیش خنک کن نامیده می شود در بالای اواپراتور قرار داده شده تا از این طریق میزانی از گرمای جذب کننده را نیز قبل از تبخیر کسب کند و راندمان سیکل افزایش یابد.

شکل 1-13 فلودیگرام سیکل جذبی آب-آمونیاک[28]

شکل1-14دو چیلر مونتاژ شده 25 تنی مستقیم اشتعالی و هوا خنک شونده آب-آمونیاک [28]
در حال حاضر سیستمهای دو یا چند مرحلهای لیتیم برماید-آب ضرایب عملکرد بالاتری را نسبت به این گونه سیستم ها نشان میدهند. اما سیستمهای لیتیم برماید-آب نیز دارای محدودیت هایی میباشند. یکی از بزرگترین محدودیتهای سیستمهای لیتیم برماید آب که در همین فصل به آن اشاره خواهد شد، عدم توانایی عملکرد این چیلرها در کارکرد در دماهای پایین اواپراتور (دماهای زیر 4/4 درجه سانتیگراد)میباشد [28].در سیستمهای جذبی آب- آمونیاک این مشکل وجود نداشته و می توانند به طور نا محدودی در درجه حرارت های بسیار پایین اواپراتور عمل و از این لحاظ با سیستم های تراکمی چه از نظر قیمت و چه از نظر راندمان قابل رقابت هستند. این امر کاربرد این سیتم ها را در موارد سرمایشهای فرآیندی و صنعتی و به عنوان مثال ذخیره سازی یخ مناسب می سازد.
سیستمهای آب-آمونیک همچنین قادرند تا در فشار های کندانسور در حدود 1/20بار و فشار های اواپراتور در حدود 8/4 بار کار کرده و نیاز به قطر مخزن تحت فشار پایین 6 اینچ می باشند. در این چیلرها پمپ لازمه برای بالا بردن فشار محلول ضعیف، میبایست از نوع جابجایی مثبت باشد.همچنین با توجه به فشار بالای کندانسور میتوان در این سیتم ها از خنک کاری هوایی به جای خنک کاری تبخیری یا توسط برج خنک کن ،استفاده نمود که از این منظر از هزینه های کلی تجهیزات،تعمیرات و پیچیدگی سیستم های تبخیری اجتناب می شود.در شکل 1-13 نمونه ای از فلو دیاگرام اینگونه سیستم ها نمایش داده شده است.در شکل 1-14 نیز مونتاژ یک مدل چیلر جذبی آب-آمونیاکی با خنک کاری هوایی نشان داده شده است.
1- 4 بلورینگی
بلورینگی یا تشکیل ذرات جامد، در سیستم های جذبی لیتیم برماید-آب یک مسأله نگران کننده تاریخی در زمینه عملکرد این سیستمها می باشد. چنانچه دمای محلول کاهش یابد، میزان غلظت مجاز حداکثر نیز کاهش و ذرات جامد شروع و تشکیل و مسیر سیال در سیستمهای لوله کشی چیلر بسته شده و عملکرد دستگاه متوقف خواهد شد. یکی از مکانهایی در سیکل که بیشترین امکان را برای این امر دارد، خروجی مبدل حرارتی مابین ژنراتور و جذب کننده و قبل از جذب کننده است. در این حالت گرم کردن مسیر لوله به منظور ذوب ذرات جامد و روان نمودن حرکت محلول امری اجتناب ناپذیر خواهد بود. بلورینگی میتواند از عواملی مانند درجه حرارت بسیار پایین آب مایع در کندانسور یا عوامل دیگری مانند عیوب توانی و یا نشتی هوا به سیستم و یا عملکرد در بار بسیار پایین چیلر به وجودآید.


معمولا دمای آب کندانسور به حداقل درجه حرارت 13 تا 16 درجه سانتیگراد محدود و این امر توسط یک شیر کنار گذرتامین خواهد شد. همچنین در اغلب طرحها یک لوله جریان مازادکه سبب گرمایش مسیر سیال از ژنراتور به جذب کننده شده و امکان رفع بلورینگی و توقف حرکت سیال را در هر کجای سیکل با اعمال حرارت به وجود میآورد، تعبیه میشود. [28]
یکی از موارد مهم توسعه و تحقیق در تجهیزات جذبی، امکان استفاده از طرحهای متفاوت جریان سیال در سیکل است که امکان عملکرد در بارهای پایین با درجه حرارت و غلظت های پایین محلول را به وجود آورده و در عین حال امکان بلورینگی نیز از بین برود. تحقیق در این زمینه جهت استفاده از تجهیزات کنترلی پیشرفته جهت این مشکل و امکان پذیر کردن استفاده ازآنان در مدلهای تجاری توجه محققان را به خود معطوف ساخته است.
فصل دوم-تکنولوژی چیلرهای جذبی خورشیدی
مقدمهدر فصل قبل به اجزاء جذبی و حرارتی سیستم های جذبی خورشیدی اشاره شد. در این فصل به معرفی کامل این سیستم ها و تلفیق اجزاء فوق میپردازیم. همانطور که اشاره شد در سیستمهای جذبی خورشیدی حرارت لازمه در ژنراتور توسط کالکتورهای خورشیدی تأمین میشود. اما کنار هم قرار دادن اجزاء جذبی و حرارتی مستلزم تکنولوژی مجزا و متفاوت از سیستم های جذبی معمولی است. در این فصل به مهمترین تکنولوژیها و مزایا و معایب این سیستم ها اشاره می شود.
در سه دهه گذشته پروژههای بسیاری با استفاده از انرژی خورشیدی برای سیستمهای تبرید جذبی خصوصاً با سیال آب-لیتیم برماید (در سیستم جذبی تک اثره) مورد بهره برداری قرار گرفتهاند. سیستمهای اولیه مورد استفاده در اصل برای سوختهای فسیلی طراحی شده بودند. به همین دلیل، بسیاری از تجهیزات از کارآیی بالایی برخوردار نبودند (به علت کم بودن دمای ژنراتور در سیستم خورشدی نسبت به استفاده از سوخت فسیلی). پس از آن تلاشهای بسیاری جهت اصلاح سیستم فوق و بهره گیری از حرارت انرژی خورشیدی انجام گرفت.
با وجود پتانسیل بسیار بالای بازار برای چیلرهای جذبی خورشیدی، سیستمهای خورشیدی موجود به علت قیمتهای اولیه کلی بالای اجزاء آن با سایر سیستمهای راننده جذبی مانند الکتریسیته و گاز طبیعی قابل رقابت نیستند. سیستمهای برودتی خورشیدی متفاوتی همانند سیستم های جذبی بخار–مایع(سیکل بسته)،سیستم های جذبی بخار-جامد(سیکل باز) و سیستمهای تراکمی عادی و فوتو ولتیک توسط محققان مورد آزمایش قرار گرفته اند که بسیاری از آنان به مرحله تجاری و تولید عمده نرسیده اند. [29]
مهمترین مشکل سیستمهای برودتی خورشیدی، وابستگی شدید آنها به پارامترهای محیطی مانند دمای آب خنککن، دمای هوا، میزان تشعشع محلی خورشیدی، سرعت باد و ...است. به عبارتی دیگر، راندمان تبدیل انرژتیک آنان پایین و از منظر اقتصادی قابل قیاس با سیستمهای قدیمی نیستند.
همانطور که در قسمتهای قبل اشاره شد، معمولاً سیستمهای برودتی خورشیدی را بر اساس تفاوت در تکنولوژی های مورد استفاده در دو بخش حرارتی و جذبی آنان تقسیم بندی میکنند. حال در این قسمت نیز به طور خلاصه به بیان کلی تقسیم بندی هر دو جزء سیستم که توسط Best and Ortega [29]در سال 1998 ایجاد شد میپردازیم:
انواع اجزاء حرارتی در سیستمهای جذبی خورشیدی عبارتند از:
کالکتور های تخت،
کالکتور های لوله ای غیر متمرکز،
کالکتور های ایستگاهی به صورت فشرده و بدون شکل،
کالکتور های فشرده بشقابی،
کالکتور های فشرده با زوم خطی،
استخر های خورشیدی،
سیستمهای فوتوولتیک و ترمو الکتریک.
انواع اجزاء جذبی در سیستمهای جذبی خورشیدی عبارتند از:
سیستمهای جذبی مداوم از نوع سیکل بسته،
سیستمهای جذبی متناوب از نوع سیکل بسته،
سیستمهای جذبی جامد-گاز(سیکل باز)،
سیستمهای تصعیدی.
تحقیقات اخیر اغلب به علت طبیعت تناوبی تابش خورشید در طول روز بر توسعه سیستمهای جذبی خورشیدی متناوب معطوف گشتهاند. اما برای سیستمهای دائمی به علت توسعه دانش در طی سالیان دراز در بهبود راندمان و ضریب عملکرد بالای آنها در طی این تحقیقات، نتایج مفیدی حاصل شده و تقریباً به طورکامل برای مصارف تهویه مطبوعی سازگار گشتهاند.
همانطور که در قسمت قبلی اشاره شد، یک نوع بسیار مهم تقسیم بندی سیستمهای جذبی بر اساس نوع سیال عامل آنها است. در سیستمهای جذبی خورشیدی نیز فاکتور سیال عامل امری مهم در بررسی این گونه سیستمها میباشد. WilburوMitchell [30]در سال 1975ضرایب عملکرد سیستمهای جذبی را با سیالات عامل متفاوت مقایسه نمودند. بر اساس دلایل و تفاوتهای مابین سیستمهای لیتیم برماید-آب وآمونیاک-آب و معایب و مزایای آنها و به طور خلاصه بر اساس دلایل زیر که در قسمت قبل نیز به آن اشاره شد، از سیال عامل لیتیم برماید-آب در سیستمهای جذبی خورشیدی استفاده میشود. هر چند که به دلیل مشکل تشکیل کریستال در سیکلهای لیتیم برماید-آب امروزه بیشترین تلاش محققان در توسعه این گونه تجهیزات بر استفاده از سیالات عامل دیگر معطوف گشته است:
ضریب عملکرد سیستمهای جذبی لیتیم برماید-آب از سیستمهای با سیالات عامل آب-آمونیاک بالاتر است. به طور کلی این سیستمها به میزان 10 تا 15 درصد از نظر جزء خورشیدی نسبت به سیستمهای آب- لیتیم برماید عملکرد پایینتری دارند. [31]
سیستمهای آب- آمونیاک نیازمند دمای ورودی ژنراتور بالاتری هستند. این میزان برای سیستمهای لیتیم برماید- آب در حدود 70 تا 80 درجه سانتیگراد (نوع تک مرحلهای)بوده در حالیکه برای این سیستمهای آب- آمونیاک در حدود 90 تا 108 درجه سانتیگراد است. چنانچه این سیستمها با کالکتورهای نوع تخت کار کنند، دارای ضریب عملکرد بسیار پایینی میباشند.
سیستمهای آب-آمونیاک نیازمند فشار بالاتری در ژنراتور بوده و در نتیجه نیازمند توان الکتریکی بالای پمپ میباشند.
به علت وجود سیستم تفکیک تقطیری در ژنراتور، سیکلهای جذبی آب-آمونیاک نیازمند تجهیزات بیشتر و پیچیدهتری هستند(مانندبرج تفکیکگر و یکسوساز).
به علت طبیعت خطرناک آمونیاک، در کاربردهای خانگی و تجاری دارای محدودیت استفاده هستند.
در مطالب بالا به ساختار کلی و نوع سیال عامل سیستمهای جذبی خورشیدی متدوال پرداخته شد. حال در قسمت بعد به بیان انواع این سیستمها میپردازیم. به طور کلی در اغلب این سیستمها از کالکتورهای مسطح یا لولهای خلاء استفاده میشود. انواع سیستمهای جذبی خورشیدی از نوع سیکل بسته عبارتند از:
چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحلهای،
چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحله ای با تانک ذخیره مبرد،
چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحله ای با تانک ذخیره آب داغ،
چیلرهای جذبی خورشیدی دو اثره،
چیلرهای جذبی خورشیدی دو مرحلهای،
چیلرهای جذبی خورشیدی دو سیکلی.
2-1 چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحله ایشکل 2-1 بیانگر پایه بسیاری از تحقیقات و آزمایشات در 3 دهه اخیر در مورد سیستمهای جذبی خورشیدی است. همانطور که ملاحظه میشود، آب گرم شده توسط کالکتورهای خورشیدی توسط یک پمپ سیرکولاسیون در یک تانک ذخیره و به سوی سیستم متداول قبلی که در قسمت قبلی توضیح داده شد، میرود. از انرژی این آب داغ برای تأمین انرژی ژنراتور استفاده می شود. بقیه مراحل سیکل همانند سیکل متداول قبلی است. برای سادگی از اجزاء داخلی چیلر جذبی صرفنظر شده است. همانطور که مشاهده میشود، برای دور ریزش حرارتی از یک برج خنک کن استفاده شده است که آب آن توسط یک پمپ سیرکولاسیون ابتدا وارد جذب کننده و سپس رهسپار کندانسور میشود.علت این امر آن است که درجه حرارت جذب کننده تأثیر بسیار بیشتری را نسبت به درجه حرارت کندانسور بر روی ضریب عملکرد سیستم میگذارد
اولین ژنراتور تجاری برای مصارف تهویه مطبوع و کاربردهای خورشیدی بر مبنای مبدل مشابه سوخت گازی ساخته شد. این واحد در بین مهندسانی که در زمینه سرمایش خورشیدی کار میکنند شهرت زیادی دارد و در پروژههای تجربی بیشماری مورد استفاده قرار گرفته است. قیمت آن برای واحدهای کوچک کمی بالاست. دیری نگذشت که تولید کنندههای دیگری چیلرهای جذبی با سیال آب و لیتیم برماید را با قابلیت به کارگیری در سیستمهای خورشیدی روانه بازار کردند.

شکل2-1 نمایش شماتیک سیستم های اولیه جذبی با کمک انرژی خورشیدی[32]
2-1-1 هیترهای های کمکیدر طراحی سیستمهای تبرید جذبی خورشیدی دو مسأله مهم وجود دارد که آن را از سیستمهای تبرید با سوخت فسیلی رایج متمایز میسازد، نخست آن که تبادل حرارت ژنراتور در این واحدها با دمای پایین صورت میگیرد که این معمولاً پایینتر از 100 درجه سانتیگراد میباشد، زیرا که دماهای قابل دسترسی در کالکتورهای تخت محدود به 100 درجه سانتیگراد (حداکثر) میباشد و دوم اینکه نیاز به یک سیستم پشتیبان است که در زمان کاهش انرژی گرفته شده از خورشید جبران انرژی ورودی به سیستم برای سرمایش را انجام دهد. برای مشکل اول طراحی ژنراتور بر اساس انتقال حرارت استخری رایج میتواند بسیار کارگشا باشد، همچنین استفاده از یک پیش گرمکن پس از مبدل و قبل از ورودی ژنراتور میتواند سهم بسزایی در کاهش هزینه و اندازه سیستم و همچنین افزایش عملکرد مجموعه داشته باشد (شکل 2-1‌). مشکل مربوط به سیستم پشتیبان پیچیدهتر است. یک طرح خوب طرحی است که در آن سیستم سرمایش نه تنها قادر به تأمین تمام تقاضای سرمایش باشد بلکه بتواند از انرژی خورشیدی چه در زمان تابش مستقیم و چه در لحظاتی که تابش کم است (و یا نیست) استفاده کافی بنماید. در واقع هیتر کمکی در سیکلهای جذبی خورشیدی, همان گرمکن آب ورودی به ژنراتور در سیکلهای جذبی عادی است که با توجه به نوع کاربرد، آرایش و نحوه قرار گیری آن در سیکل تغییر یافته است.
شبیهسازیهای انجام شده نشان می دهد که در شرایط کاهش تابش خورشیدی، کالکتورهایی که به صورت سری با منبع حرارتی کمکی (فسیلی) قرار گرفته اند به عنوان چاه حرارتی عمل میکنند تا چشمه حرارتی و این موجب کاهش کارآیی سیکل می شود.لذا معمولاً سعی می شود که از چیدمان موازی استفاده شود.در این حالت تا زمانی که دمای تانک به زیر مقدار معینی نرسد، مدار کمکی به جریان نمیافتد. [31]
2- 1-2 منبع ذخیره آب گرمدر یک سیستم جذبی خورشیدی ، وجود منبع ذخیره آب گرم بسیار اهمیت دارد. چرا که همانند یک دریافت کننده و بهبود دهنده عمل کرده وحرارت خروجی از کالکتورها را در طول روز به منظور استفاده در ژنراتور یکنواخت میکند. Lof و Tybout [33]در تحقیقاتی که بر روی این مخزن انجام دادند حجم بهینه آن را در حدود 50 کیلوگرم به ازای هر متر مکعب کالکتور گزارش دادند. یک مشکل مهم در این مخازن میزان افت حرارتی قابل توجه آنها به محیط اطراف است که ممکن است حتی به میزانی در حدود 2 ساعت انرژی لازمه برای ژنراتور برسد. [31] البته با عایقکاری مناسب این مخازن می توان میزان اتلافات را به حداقل رساند.
2-1-3 منبع ذخیره آب سردهمانند منبع ذخیره آب گرم به منظور یکنواخت نمودن آب لازمه برای مطبوع نمودن محیط مسکونی از منبع ذخیره آب خنک شده در اواپراتور استفاده میشود. تفاوت این مخزن با قبلی در این است که به علت پایین بودن درجه حرارت محیط مطبوع، مشکلات تلفات حرارتی از مخزن مشاهده نمیشود.
مهمترین پارامتری که که بر روی عملکرد یک چیلر تاثیر میگذارد، دمای آب خنک کننده است. این امر بدین علت است که چنانچه این دما کاهش یابد، فشار اواپراتور و در نتیجه جذب کننده نیز کاهش و در نهایت این امر سبب افزایش غلظت محلول خروجی از مبدل حرارتی و در نهایت عمل کریستال زدایی خواهد شد و ضریب عملکرد سیستم به شدت کاهش خواهد یافت. [31] در سیستمهای خورشیدی که امکان کار در بارهای پایین چیلر، به علت نوسان در میزان حرارت ورودی به ژنراتور، به میزان زیاد وجود دارند، این امر بسیار محتمل تر است. البته تولید کریستال در این سیستمها می تواند توسط کاهش یافتن دمای آب خنک کننده در برج خنککن نیز حاصل شود که با در نظر گرفتن پیچیدگی و تعمیرات این تجهیزات محققان در سالیان اخیر توجه خویش را بر روی استفاده از سیستم های خنککن هوایی در سیکلهای لیتیم برمایدمعطوف کرده اند. در سال 1979Chartersو Chen [34]گزارش کاملی از مقایسه این دو سیستم و انتخاب آنان گزارش داده اند. برای حل مشکل کریستال زدایی اخیراً محققان راه حلهایی از قبیل اضافه نمودن نوعی نمک تحت عنوانLiSCN به محلول لیتیم برماید انجام دادهاند که سبب پایین آمدن فشار بخار محلول ودر نتیجه بهبود در مشخصههای محلول برای استفاده در نوع هوا خنک اینگونه سیکلها شده است.
آزمایشهای انجام شده بر روی پروژههای صورت گرفته سیستمهای جذبی تک اثره با سیال آب – لیتیم برماید خورشیدی نشان دادهاند که محدودیت اصلی به کارگیری این سیستمها مسائل مالی است که توسط بخش تأمین انرژی توسط خورشید ایجاد شده است.
سیستمهای تک اثره در محدودهی دمایی 80 تا100 درجه سانتیگراد بهترین بازده را دارند. در صورت افزایش دما از 100 تا 160 بهتر است که نوع سیستم به سیستم دو اثره تبدیل شود، همچنین در صورت تأمین دمای بالاتر 160 بهتر است که از سیستم سه اثره استفاده کنیم.
با استفاده و کابرد قوانین اول و دوم ترمودینامیک،Mansooriو Patel [35]در سال 1979 حدود بالا و پایینی را برای ضریب عملکرد چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحلهای ارائه دادند. این اشخاص نشان دادند که حدود بالایی و پایینی عملکردی این تجهیزات نه تنها به پارامترهای محیطی و اجزاء سیکل وابسته بوده، بلکه به شدت وابسته به خواص ترمودینامیکی مواد مبرد، جاذب و محلول آن دو دارند. از روی این مفهوم است که میتوان یک مقایسه کمی و کیفی برای مجموعههای متفاوت ماده جاذب و ماده مبرد ارائه داد.
هم اکنون یکی از مهمترین تکنیکهای توسعه تکنولوژی این تجهیزات، انجام مقایسه و انتخاب بهترین مجمموعه از بین زوج هایی از قبیل H2O-NH3,NH3-NaSCN,LiBr-H2O میباشد.
2-2 چیلرهای جذبی خورشیدی تک مرحله ای با تانک ذخیره مبرد و آب داغیکی از موارد بهبود در توسعه طراحی چیلرهای جذبی خورشیدی، استفاده از منبع ذخیره ماده مبرد میباشد. ایده و مفهوم کلی استفاده از این تجهیز، قرار گرفتن یک منبع ذخیره ماده مبرد مابین کندانسور و اواپراتور برای ذخیره و در دسترس داشتن ماده مبرد در تمام مدت زمان کاری سیکل در طول روز و استفاده از آن در موقع مقتضی میباشد .می توان مشابه چنینی منبعی را نیز برای ذخیره محلول رقیق جاذب-مبرد مابین جذب کننده و پمپ قبل از ژنراتور در نظر گرفت. آزمایشات و تحقیقات بر روی این منابع کاهش حجم برج خنک کن و عدم نیاز به گرم کننده کمکی در بسیاری از ساعات روز را نشان دادند [36].در شکل 2-2 فلودیگرام سیکل جذبی خورشیدی همراه با منابع ذخیره مبرد و محلول نمایش داده شده است. از معایب این سیستمها می توان به هدر رفتن بسیاری از میزان انرژی خورشیدی ذخیره شده در کالکتورها به علت موجود بودن ماده مبرد کافی در بسیاری از ساعات روز قبل از غروب آفتاب، پیچیده بودن سیستم از لحاظ کنترل و عملکرد پایین چیلر به علت کاهش در غلظت محلول و افزایش دما و فشار آن اشاره نمود.

شکل2-2 فلودیگرام سیکل جذبی خورشیذی همراه با منابع ذخیره مبرد و محلول [31]
یکی از راههای دیگر بالا بردن راندمان سیکلهای جذبی خورشیدی، استفاده از دو منبع ذخیره آب گرم به جای یک منبع ذخیره آب گرم است که یکی در دمای پایین تر و با حجم بیشتر و دیگری در دمای بالاتر و با حجم کمتر توسط تجهیزات کنترلی هوشمندی مابین کالکتورها و ژنراتور قرار میگیرند.

شکل 2-3نمونه ای از چیدمان و نحوه کنترل سیکل های جذبی خورشیدی با منابع ذخیره آب داغ [31]
منبع با دمای بالاتر حدود 70 تا 75 درصد از حرارت مورد نیاز در ژنراتور را تأمین و مابقی توسط منبع دما بالا که دارای تمهیدات عایق کاری است، تأمین خواهد شد. در شکل (2-3) نمونهای از چیدمان و نحوه کنترل این گونه منابع نشان داده شدهاست. آزمایشات بیانگر این مطلب است که استفاده از این نوع منابع سبب افزایش میزان حرارت ذخیره شده توسط کالکتورها را به میزان 3/1 تا 5/1 برابر و سبب 15 تا 20 درصد بهبود در ضریب عملکرد سیکل خواهد شد. محققان کاهش 30 تا 40 درصدی در سطح کالکتور های مورد نیاز را برای سیکل گزارش دادند. [31]
2-3 چیلرهای جذبی خورشیدی دو اثرهراجع به طرز کار و مفهوم استفاده از چیلرهای جذبی دو یا چند اثره در فصل 1 به طور خلاصه مطالبی شرح داده شد. اصول کار یک چیلر جذبی خورشیدی دو یا چند اثره دقیقا همانند نوع عادی آن است، با این تفاوت که حرارت لازمه برای ژنراتور دما پایین آن توسط کالکتورهای خورشیدی تأمین میشود. همانطور که در فصل 1 اشاره شد، علاوه بر آنکه ضریب عملکرد سیستمهای دو یا چند اثره به میزان قابل توجهی از سیستمهای تک اثره بالاتر است، میزان نیاز بار کندانسور یا به عبارتی دیگر برج خنک کن نیز بسیار کاهش مییابد. نمونهای متداول از این سیستمها در شکل 4-2 نمایش داده شده است.

شکل2-4 نمونه ای از سیکل های متداول سیستم های جذبی خورشیدی دو اثر [31]
در سیستمهای خورشیدی دو اثره چنانچه دمای تأمین شده از 100درجه سانتیگراد کمتر شود، عملکرد سیستم به شدت کاهش یافته به طوری که از سیستم یک اثره مشابه نیز عملکرد پایینتری ارائه میدهد. بنابراین وجود یک پشتیبان برای جلوگیری از افت دما در سیستم ضروری میباشد.
در صورت در دسترس بودن سیستمهای گازسوز دما بالا سوال زیر مطرح می شود :
با وجود COP بالا (در صورت وجود سیستم کمکی) به کارگیری کدام سیستم (تک اثره یا چند اثره) برای کاربرهای سرمایش خورشیدی مناسب تر است؟
برای پاسخ به سوال فوق مقایسه ای توسط بین سیستمهای یک، دو، و سه اثره انجام داده شده است. نتایج مقایسهها نشان میدهد که مسائل اقتصادی به شدت به قسمت خورشیدی وابسته است. به نظر میرسد که سیستمهای چند اثره نسبت به تک اثره دارای برتری نسبی میباشند که در آنها COP بالاتر در مساحت کمتر کالکتور به ازای کیلو وات سرمایش تأمین میشود، با وجود این سیستمهای چند اثره هزینه زیادتری نسبت به سیستم تک اثره که از دمای پایینتری استفاده میکند، دارند. توسعه انرژی خورشیدی در به کارگیری از دماهای بالاتر در منبع حرارتی، موجب فراهم گشتن COP بالاتر در سیستمهای خورشیدی میشود. در جدول 2-1 نمونه ای از اولین مقایسات اقتصادی انجام شده بر روی سیستمهای جذبی خورشیدی که توسط Grossmsn [27]ارائه شده است.(این فرد طراح برنامه ای به نامABSIM در زمینه تحلیل و طراحی کامل سیستم های جذبی بوده و صاحب بسیاری از تحقیقات و مقالات در این زمینه است) مطالعه بر روی این جدول صحت مطالب بالا را تأیید میکند.
جدول2-1مقایسه فنی و اقتصادی چیلرهای جذبی خورشیدی یک اثره با دو و سه اثر [27]

در این فصل به سیستمهای تثبیت شده جذبی خورشیدی و قسمتهای مختلف آن اشاره کردیم. تمامی این سیستم ها برای دمای ژنراتور پایین 100 درجه سانتیگراد به مرحله استفاده تجاری رسیدهاند. .همانطور که در بالا نشان داده شد، دمای ورودی به ژنراتور و قیمت و نوع کالکتور مهمترین عوامل موثر در طراحی و به صرفه بودن و بررسی نوع عملکرد این تجهیزات است. همانطور که در کنار بعضی از مطالب فصول گذشته اشاره شد، این سیکلها دارای پتانسیل بسیار بالایی برای تحقیق و توسعه بوده و آرایشهای بسیار فراوانی توسط محققان کشف و مورد آزمایش قرار گرفته که صرفاًجنبه تحقیقاتی داشته و به مرحله تجاری نرسیدهاند. از جمله مهمترین این آرایشها میتوان به سیکلهای دوتاییLiBr-H2O)وNH3-H2Oا)، سیکلهای جدید تلفیقی تراکمی جذبی، سیکلهای جذبی خورشیدی سه مرحلهای و سیکل های جذبی خورشیدی با سیال عامل NH3-H2O اشاره نمود که تحقیقات در این زمینه همچنان ادامه دارند.
2-4 تکنولوژی کالکتورهای خورشیدی
کالکتورخورشیدی دستگاهی است که برای جمع‌آوری انرژی حرارتی خورشید و انتقال و ذخیره آن در محل بهره‌برداری، مورد استفاده قرار می‌گیرد. کالکتورها انواع مختلفی دارند که معمولترین آنها عبارتند از‌: کالکتورهای تخت (که پرتوهای مستقیم و پراکنده خورشیدی را جمع‌آوری می‌کنند) و کالکتورهای متمرکزکننده (که فقط پرتوهای مستقیم خورشیدی را جمع می‌کنند)همانطور که در قسمت های قبلی اشاره شد این دستگاهها دارای تنوع بسیاری بوده که به دلیل کاربرد کالکتورهای تخت در سیستمهای سرمایش، در این قسمت به معرفی این نوع از کالکتورها پرداخته و از معرفی مابقی موارد صرفنظر میکنیم.
2-4-1 کالکتورهای تخت
اقتصادی‌ترین روش جمع‌آوری انرژی خورشید استفاده از کالکتورهای تخت می‌باشد. از این نوع کالکتورها در انواع مختلف و طرحهای متفاوت به تعداد خیلی زیاد در کشورهای مختلف جهان ساخته شده و تحت آزمایش قرار گرفته است.
یک کالکتور صفحه تخت به طور کلی شامل اجزاء نشان داده شده در شکل (2-5) می‌باشد :
1- ماده شفاف که معمولاً شیشه بوده ممکن است یک لایه و یا چند لایه باشد.
2- صفحه جذب‌کننده که معمولاً به رنگ سیاه می‌باشد و می‌تواند صفحه صاف، موجدار و یا شیاردار باشد که لوله ها و یا گذرگاهها به آن متصل می‌شوند.
3- لوله‌ها و یا گذرگاهها که می‌توانند به اشکال مختلف باشند و برای هدایت سیال ناقل حرارت بکار برده می‌شوند.
4- جمع‌کننده‌ها و تقسیم‌کننده‌ها که برای عبور و تخلیه سیال ناقل حرارت به کار می‌روند.
5- عایق حرارتی که برای کاهش اتلافات حرارتی کالکتور، از سمت پشت و اطراف به کار برده می‌شود.
6- پوشش کلی کالکتور که برای حفاظت و نگهداری اجزاء فوق، ساختمان کالکتور را تکمیل می‌کند.
کالکتورهای تخت با طرح‌های مختلف و برای گرم‌کردن سیالاتی مانند : آب، هوا، محلول آب و نمک، محلول آب و گلیکول و سایر مایعات و گازها بکار برده می‌شوند و مهمترین عامل در طرح و ساخت آنها، جمع‌‌آوری هر چه بیشتر انرژی خورشیدی با کمترین هزینه ممکن می‌باشد.
یک کالکتور خورشیدی می‌بایست از موادی ساخته شود که دارای عمر مؤثر زیادی بوده و در مقابل تأثیرات مضر امواج ماوراء بنفش، خوردگی‌های اسیدی و قلیایی، منجمد شدن آب و یا گرفتگی گذرگاههای آب یا هوا، رطوبت هوا و گرد و خاک محیط، شکستگی شیشه در اثر انبساط و انقباض، خرابیهای ناشی از طوفان و تگرگ و . . . دارای مقاومت کافی باشد.

شکل2-5 سطح مقطع یک نوع کلکتور تخت و چیدمان آن در یک ساختمان [36]
کاربرد شیشه بطور وسیع در کالکتورهای خورشیدی تخت، به این علت است که شیشه می‌تواند در حدود 90 % از پرتوهای خورشیدی با طول موج کوتاه را از خود عبوردهد، در حالیکه هیچ‌یک از تشعشعات با طول موج بلندی را که از صفحه جاذب کالکتور انعکاس می‌یابد از خود عبور نداده لذا حرارت جذب شده را در روی صفحه نگهداری می‌کند. ضریب عبور شیشه برای طول موجهای بلند (‌بین 5/0 تا 5 میکرون) که از سطوح گرم شده به آن می رسد معادل صفر می‌باشد.
ورقه‌های سفید پلاستیکی که گاهی به جای شیشه و به عنوان ماده شفاف کلکتورها به‌کار برده می‌شوند همچنین دارای ضریب عبور نسبتاً زیادی در مقابل پرتوهای خورشیدی با طول موج کوتاه می‌باشند ولی بعضی از انواع آنها در طیفهای حرارتی متوسط، دارای ضریب عبور متوسطی می‌باشند و دارای ضریب عبور طول موج بلند 4/0 هستند که عاملی برای اتلاف حرارت در کالکتورها محسوب می‌شود.
به‌علاوه پلاستیک‌ها در درجه حرارت‌های محدودی مقاوم بوده و در درجات بالا و در مقابل امواج ماوراء‌بنفش مقاومت خیلی کمی دارند. پلاستیک‌ها در صورتی که به شکل ورقه‌های نازک و شفاف درآیند مزایایی از قبیل مقاومت در مقابل شکستگی بر اثر طوفان و تگرگ و سنگ را خواهند داشت و انعطاف‌پذیری و سبک بودن نیز از مزایای پلاستیکها نسبت به شیشه محسوب می‌شود.
ضریب عبور شیشه که در حدود 90 درصد مشخص شده در صورتی‌ است که زاویه تابش خورشید صفر بوده یعنی شیشه در برخورد مستقیم و رو به خورشید باشد. با تغییر زاویه تابش خورشید، به‌ طور یقین ضریب عبور شیشه نیز کاهش خواهد یافت و طبق جداول تنظیمی، با افزایش زاویه تابش به میزان 60 درجه، ضریب‌ عبور شیشه از 90 % تا حدود 80% کاهش یافته و با زاویه تابش 80 درجه، ضریب عبور به 42 % (در کالکتورها یک شیشه) کاهش یافته و بالاخره در صورتی که زاویه تابش خورشید 90 درجه انحراف پیدا کند ضریب جذب شیشه به صفر درصد می‌رسد. روکش‌های ضد انعکاس نیز می‌توانند مقدار ضریب عبور را بهبود بخشند.
اثر کثیفی و گرد و غبار سطح شیشه‌های کالکتور بسیار ناچیز است و تمیز کردن گاه ‌به گاه باران، برای ثابت نگهداشتن ضریب عبور با تغییرات 2 ا‌لی 4 درصد از مقدار ماکزیمم خود کافی است.

user8253

2-14 سیستم های توزیعی 32
2-14-1 شفافیت 33
2-14-2 قابلیت اطمینان 34
2-14-3 کارایی 34
2-14-4 مقیاس پذیری 35
2-15 سیستم عامل های توزیعی 35
2-15-1 الگوی مبتنی برپیام 36
2-15-2 الگوی مبتنی بر شیء 36
2-16 رویکرد سیستم عامل های ابری 36
2-17 الگوی سیستم عامل ابری 37
2-17-1 شیء ابری 37
2-17-2 نخ 39
2-17-3 تعامل میان شیء و نخ 39
2-18 برنامه نویسی در مدل شیء – نخ در ابرها 40
2-19 معماری سیستم عامل ابری 41
2-20 برخی سیستم عامل های ابری موجود 42
2-20-1 سیستم عامل iCloud 43
2-20-2 سیستم عامل GlideOS 44
2-20-3 سیستم عامل G.ho.st 45
2-20-4 سیستم عامل JoliCloud 46
2-20-5 سیستم عامل eyeOS 47
2-20-6 گوگل کروم، سیستم عامل اینترنت 47
2-21 مزایا و معایب سیستم عامل های ابری مبتنی بر وب 51
2-22 مطالعه مروری بر سایر پژوهش های مرتبط مهم 51
فصل سوم: روش تحقیق 54
3-1 چالش های رایج در زمینه سیستم عامل های ابری 55
3-1-1 مقیاس پذیری 55
3-1-1-1 تغییر مقیاس افقی و عمودی 56
3-1-1-2 مقیاس پذیری پایگاه داده ها 57
3-1-1-3 طراحی برای مقیاس پذیری 58
3-1-1-4 مقیاس پذیری در محاسبات ابری 59
3-1-1-5 تغییر مقیاس قوی و ضعیف 59
3-1-2 کشش تقاضا 60
3-1-3 خطاها 60
3-1-4 گره خوردن کاربران به یک سرویس دهنده خاص 61
3-1-5 وابستگی شدید بین مولفه ها 61
3-1-6 فقدان پشتیبانی چند مستاجری 62
3-1-7 فقدان پشتیبانی از SLA 62
3-1-7-1 تعریف توصیف SLA 62
3-1-7-2 فقدان SLA در ابرهای موجود 64
3-1-8 فقدان انعطاف پذیری لازم در واسط کاربری 64
3-2 ارائه راهکارها 64
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق 68
4-1 پیاده سازی و شبیه سازی 69
4-2 شرایط محیط شبیه سازی 71
4-3 مقیاس پذیری با اندازه شبکه 72
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 74
5-1 خلاصه و نتیجه گیری 75
5-2 مزایای تحقیق انجام شده 75
5-3 معایب تحقیق انجام شده 75
5-4 کارهای آتی 76
منابع و مآخذ 77
منابع فارسی 78
منابع غیرفارسی 79
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1 : سرویس دهندگان زیرساخت به عنوان سرویس 13
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس 15
جدول 2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس 16
جدول 4-1 : شرایط محیط شبیه سازی 72
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 2-1 : تصویری از محاسبات ابری 8
شکل2-2 : الگوی استقرار ابر 17
شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری 19
شکل 2- 4: تمایل به سمت محاسبات ابری 24
شکل 2-5: بررسی وضعیت محاسبات ابری جهان 26
شکل 2-6: سیستم توزیع شده به عنوان میان افزار 33
شکل 2-7 : ساختمان یک شی ابری 38
شکل 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری 39
شکل 2-9 : مدل منطقی از یک معماری سیستم عامل ابری 41
شکل 2-10 : سیستم عامل iCloud 43
شکل 2-11: تصویری از سیستم عامل GlideOS 44
شکل 2-12 : تصویری از سیستم عامل G.ho.st 45
شکل 2-13 : تصویری از سیستم عامل JoliCloud 46
شکل 2-14 : تصویری از سیستم عامل eyeOS 47
شکل 3-1 : بروز رسانی موقعیت گره در روش RNP 66
شکل 3-2 : درخواست موقعیت و ارسال بسته در روش RNP 66
شکل 3-3: شبه کد به روز رسانی موقعیت گره 67
شکل 3-4: شبه کد درخواست موقعیت 67
شکل 4-1: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد پردازنده 69
شکل 4-2: مقایسه سرعت اجرای برنامه با افزایش تعداد ماشین مجازی 70
شکل 4-3: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد پردازنده 70
شکل 4-4: مقایسه اجاره بها با افزایش تعداد ماشین مجازی 71
شکل 4-5: نرخ موفقیت درخواست با افزایش تعداد گره ها 72
شکل 4-6: افزایش درصد بسته های تحویل داده شده با افزایش گره ها 73
شکل 4-7: کاهش سربار داده با افزایش تعداد گره ها 73
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
مقدمه
در دهه های آینده ما شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها خواهیم بود. ابرها که از پردازنده های چند هسته ای تشکیل شده اند منابع محاسباتی بی نظیری فراهم می سازند. باید توجه داشت که با افزایش وسعت دامنه های اطلاعاتی و محاسباتی نیاز به منابع این چنینی بیش از پیش احساس خواهد شد و با افزایش حجم منابع نیاز به مدیریتی کارا و شفاف الزام پیدا می کند. در اینجا ممکن است این سوال مطرح شود که: ابرها چه امکاناتی برای کاربران فراهم می آورند؟ ابرها در انجام محاسبات عظیم نقش مهمی را ایفا می کنند و به کاربران این امکان را می دهند که برنامه های خود را بر روی بستری قابل اطمینان و بسیار کارآمد که از اجزای صنعتی استاندارد تشکیل شده است اجرا کنند. همچنین ابرها مدل محاسباتی بسیار ساده ای را فراهم می آورند به این صورت که کاربران تنها خروجی مورد نظر را با کمترین هزینه برای کاربر تامین می نمایند. ابرها در کنار اینکه فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. برای مثال از این چالش ها می توان به نحوه هماهنگ ساختن میزان منابع با درخواست ها و یا وسعت زیاد منابع تحت مدیریت سیستم عامل اشاره نمود. در این تحقیق با چالش های موجود در این زمینه بیشتر آشنا می شویم و پیرامون هر کدام به تفضیل صحبت خواهیم کرد.
سوالات اصلی تحقیق
سیستم عامل های ابری که نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند، می توانند مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه ساخته و یک سیستم متمرکز را تولید کنند. با توجه به اینکه ابرها فرصت های فراوانی را برای کاربران فراهم می آورند، چالش هایی را نیز برای مدیریت این منابع پدید می آورند. به همین منظور سوالات زیر مطرح می شود:
چالش های موجود در سیستم عامل های ابری کدامند؟
آیا تا به حال این چالش ها مورد بررسی قرار گرفته اند؟
این چالش ها تا چه اندازه اهمیت دارند؟
آیا راهکاری برای این چالش ها در نظر گرفته شده است؟
هدف از اجراء
در دهه های اخیر شاهد رشد چشمگیر تکنولوژی در زمینه پردازنده ها بوده ایم و این تکنولوژی همچنان با سرعت قابل توجهی در حال پیشرفت است. دلیل این امر افزایش منابع اطلاعاتی و محاسباتی است که این نیاز را به وجود آورده است که با ساخت چنین تکنولوژی هایی به ویژه پردازنده های چند هسته ای، مدیریتی کارا و شفاف بر این اطلاعات حجیم و محاسبات عظیم صورت گیرد. مدیریت اطلاعات و محاسبات این چنینی در محیط هاو سیستم های توزیعی به مراتب آسان تر از محیط های دیگر است. یکی از سیستم های توزیعی ابرها می باشند که می توانند نقش مهمی را در محاسبات عظیم و ذخیره سازی اطلاعات حجیم، ایفا کنند. بنابراین لزوم بررسی چالش ها و موانع در این قبیل سیستم ها و رفع آنها می تواند گامی موثر در افزایش سرعت و کارایی این گونه سیستم ها داشته باشد.
توجیه ضرورت انجام طرح
همزمان با رشد چشمگیر تکنولوژی پردازنده ها، ابرها نیز گسترش روز افزونی پیدا کرده اند. به همین ترتیب تعداد کامپیوترهای افزوده شده به زیر ساخت ابرها نیز افزایش پیدا کرده است که البته قابل ذکر است این افزایش با توجه به تقاضای روزافزون کاربران برای میزبانی این منابع می باشد. منابع ابری برای کاربران نامحدود بوده و کاربران تنها محدودیت مالی برای خرید این منابع را پیش رو دارند. پس می توان نتیجه گرفت که یکی از مهم ترین چالش ها در این زمینه مقیاس پذیر بودن سیستم عامل های ابری می باشد. در ابرها پارامترهایی همچون تقاضا، حجم کار و منابع در دسترس در طول زمان پیوسته در حال تغییر می باشند. برای مثال هنگامی که کاربر محاسبات سنگین و پیچیده ای درخواست می کند منابع مورد نیاز وی افزایش پیدا می کند و در پایان منابع از کاربر تحویل گرفته می شوند، قابل ذکر است این افزایش و کاهش در منابع ممکن است از دید کاربر پنهان بماند. باید به این نکته توجه داشت که تقاضا هیچ گاه ثابت نمی ماند و میزان منابع مورد نیاز در گستره زیادی در حال تغییر می باشد. از طرفی برنامه های کاربردی مبتنی بر ابر معمولا منابع را بین کاربران و دیگر برنامه های کاربردی به اشتراک می گذارند. اگرچه برنامه کاربردی هر کاربر در لفاف مجازی جداگانه ای قرار گرفته است ولی کیفیت سرویسی که برای برنامه فراهم می شود را تحت تاثیر قرار می دهد. علاوه براین برنامه نویسی در این سیستم عامل نیز کاری مشکل و توام با خطا است. با توجه به مشکلات برنامه نویسی چند نخی و چند فرآیندی که در این نوع سیستم عامل ها استفاده می شود امکان وجود خطا افزایش می یابد. همچنین به دلیل کمبود ابزارهای اشکال زدایی و آنالیز سیستم های بزرگ فهمیدن خطاها سخت و برطرف سازی آنها چالش برانگیز است. برخی چالش های ذکر شده در این زمینه موجب به وجود آمدن مسیر تحقیقاتی گوناگون شده است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد که البته هر کدام از این مسیرها به بخش های دیگری می شکنند که زمینه جدیدی را فراهم می کند.
استفاده از اشیاء پایدار: یکی از زمینه های اصلی مدل ابری فراهم آوردن مخازن داده پایدار و قابل اشتراک می باشد. بنابراین محور اصلی برخی از تحقیقات در زمینه سیستم عامل های ابری، پشتیبانی کارامد و استفاده بهینه از حافظه پایدار می باشد. علاوه بر این عرصه دیگر تحت کنترل درآوردن منابع توزیع شده می باشد که منجر به افزایش سرعت برنامه های اجرایی بر روی ابرها می گردد.
اطمینان و امنیت در سیستم عامل های ابری: یکی از اهداف مهم این سیستم ها فراهم آوردن محیط محاسباتی امن برای کاربران است. این چالش از دو بخش اصلی تشکیل می شود: حفاظت از داده ها هنگام خرابی سیستم و تضمین انجام ادامه محاسبه از جایی که محاسبه قطع گردید. می توان به این نتیجه رسید یکی دیگر از زمینه های تحقیق پیرامون سیستم عامل های ابری افزایش اطمینان این سیستم عامل ها می باشد.
تحمل خطا: افزایش تحمل خطا زمینه ی تحقیقات دیگر حول این موضوع می باشد.
تعاریف واژه ها
سیستم های توزیعی
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
در این فصل سعی شده قبل از آشنایی کامل با سیستم عامل های ابری در مورد محاسبات ابری، انواع سیستم عامل ها، سیستم های توزیعی و سیستم عامل های توزیعی آشنا شویم، سپس با برخی سیستم عامل های ابری موجود آشنا شده و در نهایت به تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته می پردازیم.
محاسبات ابری
محاسبات ابری مدل محاسباتی بر پایه شبکه‌های بزرگ کامپیوتری مانند اینترنت است که الگویی تازه برای عرضه، مصرف و تحویل سرویس‌های فناوری اطلاعات (شامل سخت افزار، نرم افزار، اطلاعات، و سایر منابع اشتراکی محاسباتی) با به کارگیری اینترنت ارائه می‌کند. سیر تکاملی محاسبات به گونه ای است که می توان آن را پس از آب، برق، گاز و ‌تلفن به عنوان عنصر اساسی پنجم فرض نمود. در چنین حالتی، کاربران سعی می کنند بر اساس نیازهای خود و بدون توجه به اینکه یک سرویس در کجا قرار دارد و یا چگونه تحویل داده می شود، به آن دسترسی یابند. نمونه های متنوعی از سیستم های محاسباتی ارائه شده است که سعی دارند چنین خدماتی را به کاربران ارئه دهند. برخی از آنها عبارتند از: محاسبات کلاستری، محاسبات توری و اخیراً محاسبات ابری[15]. محاسبات ابری ساختاری شبیه یک توده ابر دارد که به واسطه آن کاربران می توانند به برنامه های کاربردی از هر جایی از دنیا دسترسی داشته باشند. بنابراین، محاسبات ابری می تواند با کمک ماشین های مجازی شبکه شده، بعنوان یک روش جدید برای ایجاد پویای نسل جدید مراکز داده مورد توجه قرار گیرد. بدین ترتیب، دنیای محاسبات به سرعت به سمت توسعه نرم‌افزارهایی پیش می رود که به جای اجرا بر روی کامپیوترهای منفرد، به عنوان یک سرویس در دسترس میلیون ها مصرف کننده قرار می گیرند.

شکل 2-1: تصویری از محاسبات ابری[33]
معرفی محاسبات ابری
دنیای فناوری اطلاعات و اینترنت که امروزه تبدیل به جزئی حیاتی از زندگی بشر شده، روز به روز در حال گسترش است. همسو با آن، نیازهای اعضای جوامع مانند امنیت اطلاعات، پردازش سریع، دسترسی پویا و آنی، قدرت تمرکز روی پروژه های سازمانی به جای اتلاف وقت برای نگه داری سرورها و از همه مهم تر، صرفه جویی در هزینه ها اهمیت زیادی یافته است. راه حلی که امروزه در عرصه فناوری برای چنین مشکلاتی پیشنهاد می شود تکنولوژی ای است که این روزها با نام محاسبات ابری شناخته می شود.
محاسبات ابری نمونه ای است که منابع بیرونی همه نیازهای IT را از قبیل ذخیره سازی، محاسبه و نرم افزارهایی مثل Office و ERP را در اینترنت تهیه می کند. محاسبات ابری همچنین، رشد و پیشرفت کاربرد های وسیع و تست برای شرکت های IT کوچکی را اجازه می دهد که نمی توانند سرمایه های بزرگ در سازمان داشته باشند. مهم ترین مزیت پیشنهاد شده توسط ابر در مفهوم اقتصاد مقیاس است و آن هنگامی است که هزاران کاربر، تسهیلات یکسان، هزینه یکسان برای هر کاربر و بهره برداری از سرور به اشتراک می گذارند. برای فعال سازی چنین تسهیلاتی، محاسبات ابری در برگیرنده تکنولوژی ها و مفاهیمی است مثل: مجازی سازی و محاسبات سودمند، پرداخت در ازای میزان استفاده، بدون سرمایه گذاری های کلان، انعطاف پذیری، مقیاس بندی، شرایط تقاضا و منابع بیرونی IT.
محاسبات ابری را ابر نیز می نامند چون یک سرور ابری دارای شکل بندی است که می تواند هر جایی در جهان قرار داشته باشد. ابر، تصویری است انتزاعی از شبکه‌ای عظیم؛ توده‌ای که حجم آن مشخص نیست، نمی‌دانیم از چه میزان منابع پردازشی تشکیل شده. ابعاد زمانی و مکانی یکایک اجزای آن نیز دانسته نیست، نمی‌دانیم سخت‌افزار‌ها و نرم‌افزارها کجای این توده قرار دارند، اما آن‌چه را که عرضه می‌کند، می‌شناسیم. درست مثل برق! شما برای اینکه از وسایل و تجهیزات برقی در خانه یا محل کارتان استفاده کنید لازم نیست یک ژنراتور یا کارخانه برق در خانه خود داشته باشید، بلکه به ازای هزینه مشخصی برق را اجاره می‌کنید. حالا اگر مصارف برقی شما بیشتر و متفاوت‌‌تر باشند مثلاً‌ می‌روید و از خدمات برق صنعتی استفاده می‌کنید. در محاسبات ابری هم شرکت‌ها و سازمان‌ها و افراد دیگر برای نرم‌افزار، سخت‌افزار یا شبکه پولی پرداخت نمی‌کنند، بلکه توان محاسباتی و سرویس‌های نرم‌افزاری مورد نیازشان را خریداری می‌کنند. این ایده در واقع صرفه‌جویی بزرگ و بهره‌وری زیادی در منابع IT را به همراه خواهد داشت. بدین ترتیب کافی است وسیله شما (پی‌سی، موبایل، تلویزیون، حتی یخچال!) یک رابط نرم‌افزاری (مرورگر) برای استفاده از سرویس‌های آنلاین و یک دسترسی به اینترنت داشته باشد،‌ خواهید دید که قادر هستید به راحتی از توان محاسباتی برای انجام کارهای دیجیتالی خود بهره بگیرید.
رشد و پیشرفت محاسبات ابری منجر به چندین تعریف پیشنهادی از خصوصیات آن می شود. برخی از این تعاریف توسط دانشمندان مشهور و سازمان ها ارائه شده است مثل:
الف) Buyya و همکارانش که محاسبات ابر را در مفهوم کاربری است برای کاربر نهایی بدین صورت تعریف می کنند: یک ابر سیستمی محاسباتی توزیع شده بازارگرا است که شامل جمع آوری کامپیوترهای مجازی و ارتباط داخلی هستند که از لحاظ دینامیکی به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی متحد بر اساس توافق های سطح سرویس بین مصرف کنندگان و فراهم کنندگان خدمات مذاکره می کنند[14].
ب) موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی محاسبات ابری را به صورت زیر تعریف می کند: محاسبه ابری، الگویی است برای اینکه شبکه های مبتنی بر تقاضا به منابع محاسباتی (مثل سرور، شبکه، ذخیره سازی، برنامه های کاربردی و خدمات) طوری دستیابی پیدا کنند که شامل حداقل تلاش مدیریت یا تعامل فراهم کننده سرویس است. این الگوی ابر، قابلیت دستیابی را ارتقا می دهد و شامل پنج تا از ویژگی های ضروری، سه تا از الگوهای سرویس و چهار تا الگوی استقرار است.
ویژگی های ابری شامل انتخاب سرویس مبتنی بر تقاضا، دسترسی وسیع به شبکه، ائتلاف منابع، انعطاف پذیری سریع و سرویس اندازه گیری شده است. الگوهای خدمات در دسترس به صورت نرم افزار به عنوان سرویس(SaaS)، سکو به عنوان سرویس (PaaS) و زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS) تقسیم بندی می شوند. الگوی گسترش به ابرهای عمومی، خصوصی، اجتماعی و هیبرید تقسیم بندی می شود.
مشخصه اصلی محاسبات ابری
موسسه ملی استانداردها و فناوری، خصوصیات محاسبات ابری زیر را به صورت زیر تعریف می کند:
سرویس مبتنی بر تقاضا
مشتری می تواند به صورت یک طرفه امکانات و خدمات محاسباتی همچون سرور و فضای ذخیره سازی در شبکه را به هنگام نیاز از هر فراهم کننده ای به صورت خودکار و بدون نیاز به دخالت انسان به دست آورده و از آنها استفاده کند. به عبارت دیگر، برای مدیریت زیرساخت ابر نیازمند استخدام مدیران شبکه یا Admin به صورت تمام وقت نیستیم. بیشتر سرویس های ابر، پورتال های سلف سرویس دارند که به آسانی مدیریت می شوند.
دسترسی وسیع به شبکه
توانمندی های موجود بر روی شبکه، از طریق مکانیزم های استاندارد که استفاده از روش های ناهمگون پلتفرم های کلاینت، مانند تلفن های موبایل، لپ تاپ ها و PDA ها، را ترویج می کنند، قابل دسترسی هستند.
ائتلاف منابع
منابع محاسباتی فراهم کننده جمع آوری شده اند تا با به کارگیری مدل چند مشتری به چندین مشتری خدمت رسانی کنند. این کار به وسیله منابع فیزیکی یا مجازی مختلف که به شکلی پویا و بنابر درخواست مشتری واگذار و پس گرفته می شوند، صورت می گیرد. در اینجا حالتی از عدم وابستگی به مکان وجود دارد که در آن مشتری معمولاً کنترل یا دانشی درباره محل دقیق منابع فراهم شده ندارد ولی ممکن است در سطوح بالاتر انتزاعی بتواند محل را تعیین کند، مثل: کشور، استان یا مراکز داده. برای نمونه منابع شامل فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، حافظه، پهنای باند شبکه و ماشین های مجازی می شود.
انعطاف پذیری سریع
می توان امکانات را به سرعت و با انعطاف، در بعضی موارد به صورت خودکار، به دست آورد تا به سرعت گسترش داده شده( از دید مقیاس) یا درجا آزاد شوند و خیلی سریع به مقیاس کوچکتری دست یابند. از دید مشتری امکاناتی که برای به دست آمدن در دسترس هستند اغلب نامحدود به نظر می آیند و می توانند به هر مقدار و در هر زمان خریداری شوند.
سرویس اندازه گیری شده
سیستم های ابری منابع را خودکار کنترل و بهینه می کنند. این کار با به کارگیری توانایی اندازه گیری در سطحی از تجرید که مناسب گونه آن خدمت ( مثل: فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، پهنای باند و شمار کاربران فعال) است انجام می شود. میزان استفاده از منابع می تواند به شکلی شفاف هم برای مشتری و هم برای فراهم کننده زیر نظر گرفته، کنترل شده و گزارش داده شود.
معماری سرویس گرا
معماری مبتنی بر سرویس در واقع یک مجموعه ای از سرویس ها است که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. حین این ارتباط ممکن است داده هایی را بین یکدیگر پاس کاری کنند و همچنین ترکیب دو یا چند سرویس با هم یک کار انجام دهد. در این جا چند مفهوم اتصال بین سرویس ها مورد نیاز است. برخلاف دهه های گذشته که نرم افزارها قائم به خود و انفرادی بودند، در حال حاضر روند تکامل نرم افزارها به سوی معماری مبتنی بر سرویس می رود. رشد انفجاری تکنولوژی های اینترنت و تعداد کاربران آن موجب شده که فروش نرم افزار جای خودش را به اجاره نرم افزار بدهد. شرکت های بزرگی مانند مایکروسافت، گوگل، سان و حتی آمازون به این سمت می روند که به جای فروش مستقیم نرم افزار به کاربر خدمات نرم افزاری را ارئه دهند. معماری مبتنی بر سرویس معماری نرم افزار یا سیستمی است که امکاناتی چون کامپوننت ها، استفاده مجدد، توسعه پذیری و راحتی را در اختیار ما قرار می دهد. این ویژگی ها برای شرکت هایی که به دنبال کاهش هزینه هستند و به جای فروش به اجاره سرویس های نرم افزار تاکید دارند، الزامی است[9].
مدلهای سرویس
در مدل سرویس، انواع گوناگون ابر بیانگر قالبی هستند که زیر ساختها در آن قرار میگیرد. اکنون محدوده شبکه، مدیریت و مسئولیتها به پایان میرسد و امور مربوط به بخش سرویسدهندهی ابر آغاز میشود. با پیشرفت محاسبات ابری فروشندگان، ابرهایی را با سرویس های مختلف مرتبط به کار خود عرضه مینمایند. با سرویسهایی که عرضه میشوند مجموعه دیگری از تعاریف به نام مدل سرویس در محاسبات ابری مطرح میشود. برای مدلهای سرویس، نامگذاریهای بسیاری صورت گرفته که همگی به فرم زیر تعریف شده اند:
XaaS,or "<something>as a Service"
در حال حاضر در جهان سه نوع سرویس به صورت متداول شناخته می شود:
زیر ساخت به عنوان سرویس
زیر ساخت به عنوان سرویس یا IaaS ماشینهای مجازی، فضای ذخیرهسازی مجازی، زیر ساخت های مجازی و سایر سخت افزارهای کاربردی را به عنوان منابع برای مشتریان فراهم میآورد. سرویسدهندهی IaaS تمامی زیر ساختها را مدیریت مینماید و در حالی که مشتریان مسئول باقی جنبههای استقرار میباشند. از جمله سیستم عامل، برنامهها و تعاملات سیستم با کاربر و غیره.
در جدول 2-1 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه IaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-1 : سرویس دهندگان زیر ساخت به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ ابزار توصیف لایه-سطح
آمازون Elastic Compute Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Dynamo سیستم ذخیره سازی مبتنی بر کلید-ارزش IaaS- سرویس زیرساخت پیشرفته
Simple Storage Service سیستم ذخیره سازی دسته ای IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
SimpleDB پایگاه داده به عنوان سرویس IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
CloudFront تحویل محتوا IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
SQS سرویس صف و زمانبندی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
AppNexus AppNexus Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
گوگل Google Big Table سیستم توزیع شده برای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Google File Sys-- سیستم- فایل توزیع شده IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
اچ پی iLO مدیریت خاموشی سرور IaaS- سرویس منبع فیزیکی
Tycoon سیستم مدیریت منابع محاسباتی در کلاسترها IaaS- سرویس منبع مجازی
Joyent Accelerator سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Connector سرور مجازی از قبل تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
BingoDisk دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Bluelock Bluelock Virtual Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Bluelock Virtual Recovery بازیابی مصیبت و شکست IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Emulab Emulab Network Testbed بستر آزمایش شبکه IaaS- سرویس منبع فیزیکی
ENKI ENKI Virtual Private Data Centers منابع دیتا سنتر مجازی بنابر تقاضا IaaS- سرویس منبع مجازی
EU Resevoir Project Open Nebula موتور مجازی زیرساخت(متن باز) IaaS- سرویس منبع مجازی
FlexiScale FlexiScale Cloud Computing سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
GoGrid Cloud Hosting سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Cloud Storage فضای ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Nirvanix Nirvanix Storage Delivery Network دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
OpenFlow OpenFlow شبیه سازی شبکه IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
RackSpace Masso Cloud Sites سرور مجازی از پیش تنظیم شده IaaS- سرویس زیر ساخت
Masso Cloud Storage دیسک ذخیره سازی IaaS- سرویس زیر ساخت پایه
Masso Cloud Severs سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Skytap Skytap Virtual Lab محیط آزمایشگاه مجازی فناوری اطلاعات IaaS- سرویس زیر ساخت
Terremark Infinistructure سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
UCSB Eucalyptus نسخه متن باز EC2 آمازون IaaS- سرویس منبع مجازی
10gen Mongo DB پایگاه داده برای ذخیره سازی ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
Babble Application Server سرور برنامه های تحت وب برای استقرار ابری IaaS- سرویس زیر ساخت پیشرفته
سکو به عنوان سرویس
سکو به عنوان سرویس یاPaaS ، ماشینهای مجازی، سیستمهای عامل، برنامهها، سرویسها، چارچوبهای توسعه، تراکنشها و ساختارهای کنترلی را فراهم میآورد. مشتری میتواند برنامههای خود را بر روی زیر ساخت ابر قرار دهد و یا اینکه از برنامههایی استفاده کند که با استفاده از زبانها و ابزارها نوشته شدهاند و توسط سرویس دهندهیPaaS پشتیبانی می شوند. سرویسدهنده زیرساخت ابر، سیستمهای عامل و نرمافزارهای فعالسازی را فراهم میآورد. مشتری مسئول نصب و مدیریت برنامههایی که قرار داده است، میباشد.
در جدول 2-2 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه PaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-2 : سرویس دهندگان سکو به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
Akamai EdgePlatform تحویل برنامه کاربردی، محتوا و سایت PaaS
مایکروسافت Azure محیط توسعه و اجرا برای برنامه های کاربردی مایکروسافت PaaS
Live Mesh بستری برای به هنگام سازی، اشتراک و دسترسی به دامنه وسیعی از دستگاه هایی با سیستم عامل مایکروسافت PaaS
فیس بوک Facebook Platform بستر آزمایش شبکه PaaS
گوگل App Engine محیط اجرایی قابل گسترش برای برنامه های تحت وب نوشته شده در زبان پایتون PaaS
NetSuite SuiteFlex جعبه ابزاری برای سفارشی سازی برنامه های کاربردی کسب و کار آنلاین همین شرکت PaaS
Salesforce Force.com ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار PaaS
Sun Caroline بستر قابل گسترش افقی برای توسعه و استقرار سرویس های تحت وب PaaS
Zoho Zoho Creator جعبه ابزاری برای ساخت و تحویل برنامه های کاربردی در کلاس کسب و کار و به شکل بنابر بر تقاضا PaaS
نرمافزار به عنوان سرویس
نرمافزار به عنوان سرویس یا SaaS یک محیط کاملاً عملیاتی برای مدیریت برنامهها و واسط کاربری است. در مدل SaaS برنامه از طریق یک برنامه واسط (معمولاً مرورگر) به مشتری سرویس میدهد و مسئولیت مشتری با ورود داده شروع و با مدیریت داده و تعاملات کاربری پایان مییابد. همه چیز مربوط به برنامه تا زیر ساخت در حوزهی مسئولیت فروشنده است.
در جدول 2-3 تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه SaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول2-3 : سرویس دهندگان نرم افزار به عنوان سرویس
سازمان سرویس/ابزار توصیف لایه-سطح
گوگل Google Docs بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Google Maps API رابط برنامه نویس سرویس نقشه گوگل به توسعه دهندگان این امکان را می دهد تا نقشه گوگل را در سایت های خود جاسازی کنند SaaS- سرویس ساده
OpenID Foundation OpenSocial یک رابط برنامه نویسی کاربردی مشترک برای برنامه های شبکه های اجتماعی SaaS-سرویس مرکب
OpenID یک سیستم توزیع شده که به کاربران این اجازه را می دهد تا تنها با یک شناسه دیجیتال بتوانند از سایتها مختلف استفاده نمایند. SaaS- سرویس ساده
مایکروسافت Office Live بسته نرم افزاری آفیس آنلاین SaaS
Salesforce Salesforce.com بسته نرم افزاری مدیریت روابط مشتریان SaaS
این سه مدل متفاوت سرویس به نام مدل SPI محاسبات ابری شناخته میشوند. گرچه تاکنون از مدلهای سرویس بسیاری نام برده شد، staas فضای ذخیرهسازی به عنوان سرویس؛ idaas هویت به عنوان سرویس؛ cmaas توافق به عنوان سرویس؛ و غیره، با این وجود سرویس های SPI تمامی باقی سرویسهای ممکن را نیز در بر میگیرد. IaaS دارای حداقل سطوح عاملیت مجتمع شده و پایین ترین سطوح مجتمع سازی میباشد و SaaS دارای بیشترینها است. یک PaaS یا سکو به عنوان سرویس خصوصیات مجتمع سازی، میانافزارها و سایر سرویسهای هماهنگساز را به مدل IaaS یا زیر ساخت به عنوان سرویس میافزاید. هنگامی که که یک فروشندهی محاسبات ابری، نرمافزاری را بر روی ابر عرضه میکند، با استفاده از برنامه و پرداخت فوری، یک عملیات SaaS انجام می گیرد. با SaaS مشتری برنامه را در صورت نیاز استفاده میکند و مسئول نصب، نگهداری و تعمیر برنامه نیست.
مدل‌های پیاده‌سازی
در تعریف NIST (انستیتوی ملی استاندارد ها و فناوری ها) مدل های استقرار ابر به چهار صورت زیر است:

شکل 2-2 : الگوی استقرار ابر[29]
ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده محاسبات ابری در معنای اصلی و سنتی آن است. سرویس‌ها به صورت دینامیک و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کننده شخص ثالث تدارک داده می‌شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می‌دهد و بر اساس مدل محاسبات همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می‌فرستد. این ابر برای استفاده همگانی تعبیه شده و جایگزین یک گروه صنعتی بزرگ که مالک آن یک سازمان فروشنده ی سرویس های ابری می باشد.
ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می‌آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای محاسبات ابری بهره‌مند گردند. به دلیل اینکه هزینه‌ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می‌شود، این گزینه گران‌تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست‌ها را به همراه می‌آورد.
ابر ترکیبی
یک ابر ترکیبی متشکل از چندین ارائه دهنده داخلی و یا خارجی، گزینه مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می‌باشد. با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می‌یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده‌های کارت های پرداخت آسان تر سازند.
ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت محاسبات ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده‌است. عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می‌سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت افزار زیرساختی ابر است. ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده سازی ابر (مانند سخت افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم افزار) را فراهم می‌سازد. مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می‌شود. اما بهره گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد. یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است. به عنوان نمونه می‌توان از ابر خصوصی مجازی آمازون نام برد.
مشخصات محاسبات ابری
مشخصات کلیدی توسط ابر در شکل 2-3 نشان داده شده است و در قسمت زیر مورد بحث و بررسی قرار گرفته است:

شکل 2-3 : مشخصات محاسبات ابری[28]
مجازی شده : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) در ابرها تصور می شوند و این روش در سطوح مختلف مثل vm و سطوح بسته بدست می آید[9]. اصلی ترین آن در سطح ماشین مجازی است که در آن برنامه های کاربردی متفاوت در سیستم های عملکردی با همان ماشین فیزیکی اجرا می شوند. سطح سکو باعث نقشه برداری برنامه های کاربردی در یک یا چند منبع می شود که توسط فراهم آورندگان زیرساخت ابری پیشنهاد شده است.
سرویس گرا: ابر با استفاده از الگوی زیرساخت سرویس گرا به کار می رود که در آن همه اجزا در شبکه به عنوان یک سرویس در دسترس هستند، چه نرم افزار باشد، چه سکو یا هر زیرساختی که به عنوان سرویس پیشنهاد می کنند.
انعطاف پذیری : منابع (یعنی محاسبه کردن، ذخیره سازی و ظرفیت شبکه) برای برنامه های کاربردی ابر موردنیاز هستند که می توانند به صورت پویا و مختلف مقرر می شوند. یعنی افزایش یا کاهش در زمان اجرا بستگی به نیازهای QOS کاربر دارد. فراهم کنندگان ابر اصلی مثل آمازون حتی سرویس هایی را برای توسعه عمودی و توسعه افقی در براساس نیازهای برنامه های کاربردی میزبان دارد.
پویا و توزیع شده: گرچه منابع ابر، مجازی شده اند، آنها اغلب در عملکردهای بالا یا سرویس های ابر قابل اطمینان توزیع می شوند. این منابع انعطاف پذیر و می توانند بر طبق نیازهای مشتری سازگاری یابند مثل: نرم افزار، پیکربندی شبکه و غیره[10].
اشتراک (اقتصاد مقیاسی): زیرساخت ابرها هر جایی است که منابع های متعدد از خود کاربر بر طبق نیازهای برنامه کاربردی خود استفاده می کنند، مشترک می شوند. این الگوی اشتراکی به عنوان الگوی اجاره چندگانه نیز می باشد. به طور کلی، کاربران نه دارای کنترل مستقیم بر منابع فیزیکی هستند و نه از تخصیص منابع و اینکه با چه کسانی مشترک شده اند، خبر دارند.
بازارگرا (پرداخت - در ازای - میزان استفاده): در محاسبات ابری، کاربران براساس پرداخت - در ازای - میزان استفاده برای سرویس ها پرداخت می کنند. الگوی قیمت گذاری می تواند با توجه به انتظار برنامه های کاربردی در کیفیت سرویس متفاوت باشد. فراهم آورندگان ابر IaaS مثل منابع قیمت ها در آمازون از الگوهایی بازاری مثل الگوهای قیمت گذاری کالاها یا زمان پرداخت آنها استفاده می کنند. یک الگوی قیمت گذاری توسط Thualsiram و Allenofor برای منابع مجهز پیشنهاد شده است که می تواند به عنوان اساسی برای منابع ابر استفاده شوند. این خصوصیت، بعد بهره برداری از محاسبات ابری را بیان می کند. یعنی، سرویس های ابری به عنوان سرویس های سنجیده شده هستند که در آن فراهم کنندگان دارای الگوی محاسباتی برای اندازه گیری کاربردها از سرویس ها هستند که به توسعه برنامه های قیمت گذاری متفاوت کمک می کند. الگوی محاسباتی به کنترل و بهینه سازی از منابع کمک می کند.[16]
خودمختار : برای فراهم کردن سرویس های قابل اطمینان در حد بالا، ابرها رفتاری مستقل را با مدیریت خودشان در دگردیسی عملکرد یا شکست نشان می دهند.
مزایای محاسبات ابری
 
کارمان را با بیان مزایای متعددی که توسط محاسبات ابری ارائه می شود آغاز می کنیم. وقتی شما به سمت استفاده از ابر می روید، به چیزهای زیر دست پیدا می کنید:
 
هزینه های کامپیوتری کمتر: شما برای اجرای برنامه های کاربردی مبتنی بر وب، نیازی به استفاده از یک کامپیوتر قدرتمند و گران قیمت ندارید. از آن جائی که برنامه های کاربردی بر روی ابر اجرا می شوند، نه بر روی یک کامپیوتر رو میزی. کامپیوتر رومیزی شما نیازی به توان پردازشی زیاد یا فضای دیسک سخت که نرم افزارهای دسکتاپ محتاج آن هستند ندارد. وقتی شما یک برنامه کاربردی تحت وب را اجرا می کنید، کامپیوتر شما می تواند ارزان تر، با یک دیسک سخت کوچک تر، با حافظه کم تر و دارای پردازنده کارآمدتر باشد. در واقع، کامپیوتر شما در این سناریو حتی نیازی به یک درایو CD یا DVD هم ندارد زیرا هیچ نوع برنامه نرم افزاری بار نمی شود و هیچ سندی نیاز به ذخیره شدن بر روی کامپیوتر ندارد.
کارآیی توسعه یافته:  با وجود برنامه های کم تری که منابع کامپیوترشما، خصوصاً حافظه آن را به خود اختصاص می دهند، شما شاهد کارآیی بهتر کامپیوتر خود هستید. به عبارت دیگر کامپیوترهای یک سیستم محاسبات ابری، سریع تر بوت و راه اندازی می شوند زیرا آن ها دارای فرآیندها و برنامه های کم تری هستند که به حافظه بار می شود.
 
هزینه های نرم افزاری کم تر:  به جای خرید برنامه های نرم افزاری گران قیمت برای هر کامپیوتر، شما می توانید تمام نیازهای خود را به صورت رایگان برطرف کنید. بله درست است، اغلب برنامه های کامپیوتری محاسبات ابری که امروزه عرضه می شوند، نظیر Google Docs، کاملاً رایگان هستند. این، بسیار بهتر از پرداخت 200 دلار یا بیشتر برای خرید برنامه office مایکروسافت است که این موضوع به تنهایی می تواند یک دلیل قوی برای سوئیچ کردن به محاسبات ابری محسوب شود.
 
ارتقای نرم افزاری سریع و دائم:  یکی دیگر از مزایای مربوط به نرم افزار در  محاسبات ابری این است که شما دیگر نیازی به بروز کردن نرم افزارها و یا اجبار به استفاده از نرم افزارهای قدیمی، به دلیل هزینه زیاد ارتقای آن ها ندارید. وقتی برنامه های کاربردی، مبتنی بر وب باشند، ارتقاها به صورت اتوماتیک رخ می دهد و دفعه بعد که شما به ابر وارد شوید به نرم افزار اعمال می شوند. وقتی شما به یک برنامه کاربردی مبتنی بر وب دسترسی پیدا می کنید، بدون نیاز به پرداخت پول برای دانلود یا ارتقای نرم افزار، از آخرین نسخه آن بهره مند می شوید.
 
سازگاری بیشتر فرمت اسناد:  نیازی نیست که شما نگران مسئله سازگاری اسنادی که بر روی کامپیوتر خود ایجاد می کنید با سایر سیستم عامل ها یا سایر برنامه های کاربردی دیگران باشید. در دنیایی که اسناد 2007Word نمی تواند بر روی کامپیوتری که 2003Word را اجرا می کند باز شوند، تمام اسنادی که با استفاده از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب ایجاد می شوند می تواند توسط سایر کاربرانی که به آن برنامه کاربردی دسترسی دارند خوانده شوند. وقتی همه کاربران اسناد و برنامه های کاربردی خود را بر روی ابر به اشتراک می گذارند، هیچ نوع ناسازگاری بین فرمت ها به وجود نخواهد آمد.
 
ظرفیت نامحدود ذخیره سازی:  محاسبات ابری ظرفیت نامحدودی برای ذخیره سازی در اختیار شما قرار می دهد. دیسک سخت 200 گیگابایتی فعلی کامپیوتر رومیزی شما در مقایسه با صدها پتابایت (یک میلیون گیگابایت) که از طریق ابر در دسترس شما قرار می گیرد اصلا چیزی به حساب نمی آید. شما هر چیزی را که نیاز به ذخیره کردن آن داشته باشید می توانید ذخیره کنید.
 
قابلیت اطمینان بیشتر به داده:  برخلاف محاسبات دسکتاپ، که در آن یک دیسک سخت می تواند تصادم کند و تمام داده های ارزشمند شما را از بین ببرد، کامپیوتری که بر روی ابر تصادم کند نمی تواند بر داده های شما تاثیر بگذارد. این همچنین بدان معنا است که اگر کامپیوترهای شخصی شما نیز تصادم کنند، تمام داده ها هنوز هم آن جا و برروی ابر وجود دارند و کماکان در دسترس شما هستند. در دنیایی که تنها تعداد اندکی از کاربران به طور مرتب و منظم از داده های مهم و حساس خود نسخه پشتیبان تهیه می کنند، محاسبات ابری حرف آخر در زمینه محافظت از داده ها به شمار می رود.
 
دسترسی جهانی به اسناد:  آیا تا به حال کارهای مهم خود را از محیط کار به منزل برده اید؟ و یا تاکنون به همراه بردن یک یا چند فایل مهم را فراموش کرده اید؟ این موضوع در محاسبات ابری رخ نمی دهد زیرا شما اسناد و فایل های مهم  خود را همراه خود حمل نمی کنید. در عوض، این اسناد و فایل ها بر روی ابر می مانند و شما می توانید از هرجایی که یک کامپیوتر و اتصال اینترنتی وجود داشته باشد به آن دسترسی پیدا کنید. شما در هر کجا که باشید به سرعت می توانید به اسناد خود دسترسی پیدا کنید و به همین دلیل، نیازی به همراه داشتن آن ها نخواهید داشت.
 
در اختیار داشتن آخرین و جدیدترین نسخه:  یکی دیگر از مزایای مرتبط با اسناد در محاسبات ابری این است که وقتی شما یک سند را در خانه ویرایش می کنید، این نسخه ویرایش شده همان چیزی است که وقتی در محل کار خود به آن دسترسی می یابید مشاهده می کنید. ابر همواره، آخرین نسخه از اسناد شما را میزبانی می کند و تا وقتی شما به اینترنت و ابر متصل باشید، هیچ گاه در معرض خطر استفاده از یک نسخه تاریخ گذشته نخواهید بود.
همکاری گروهی ساده تر:  به اشتراک گذاشتن اسناد، شما را مستقیماً به همکاری بر روی اسناد رهنمون می کند. برای بسیاری از کاربران، این یکی از مهم ترین مزایای استفاده از محاسبات ابری محسوب می شود زیرا چندین کاربر به طور همزمان می توانند برروی اسناد و پروژه ها کار کنند، به دلیل این که اسناد بر روی ابر میزبانی می شوند، نه بر روی کامپیوترهای منفرد، همه چیزی که شما نیاز دارید یک کامپیوتر با قابلیت دسترسی به اینترنت است.
 
مستقل از سخت افزار:  در نهایت، در این جا به آخرین و بهترین مزیت محاسبات ابری اشاره می کنیم. شما دیگر مجبور نیستید به یک شبکه یا یک کامپیوتر خاص محدود باشید. کافی است کامپیوتر خود را تغییر دهید تا ببینید برنامه های کاربردی و اسناد شما کماکان و به همان شکل قبلی، بر روی ابر در اختیار شما هستند. حتی اگر از ابزار پرتابل نیز استفاده کنید، باز هم اسناد به همان شکل در اختیار شما هستند. دیگر نیازی به خرید یک نسخه خاص از یک برنامه برای یک وسیله خاص، یا ذخیره کردن اسناد با یک فرمت مبتنی بر یک ابزار ویژه ندارید. فرقی نمی کند که شما از چه نوع سخت افزاری استفاده می کنید زیرا اسناد و برنامه های کاربردی شما در همه حال به یک شکل هستند.
محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرصه ظهور گذاشت، هم اکنون به دلیل توانایی اش در ارائه زیرساخت فن آوری پویا و بسیار منعطف، محیط های محاسباتی تضمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس های نرم افزاری قابل پیکربندی به موضوع داغ مبدل شده است. در گزارش گوگل Trends و همانطور که در شکل 2-4 مشاهده می کنید، محاسبات ابری که از تکنولوژی مجازی سازی بهره می برد، محاسبات گریدی را پشت سر گذاشته است.

شکل2-4 : تمایل به سمت محاسبات ابری[35]
پروژه های متعددی در حوزه صنعت و دانشگاه بر روی محاسبات ابری آغاز شده است وشرکت های بسیار بزرگی با این موضوع درگیر شده اند و این نشان از توجه عمومی به سمت این پدیده نوین است.
نقاط ضعف محاسبات ابری
چند دلیل وجود دارد که ممکن است با استناد به آن ها شما نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید. در این جا به ریسک های مرتبط با استناد از محاسبات ابری اشاره می کنیم:
نیاز به اتصال دائمی به اینترنت دارد: در صورتی که شما نتوانید به اینترنت متصل شوید، محاسبات ابری غیر ممکن خواهد بود. از آن جائی که شما باید برای ارتباط با برنامه های کاربردی و اسناد خود به اینترنت متصل باشید، اگر یک ارتباط اینترنتی نداشته باشید نمی توانید به هیچ چیزی، حتی اسناد خودتان دسترسی پیدا کنید. نبود یک ارتباط اینترنتی، به معنای نبود کار است. وقتی شما آفلاین هستید، محاسبات ابری کار نمی کند.
با اتصال های اینترنتی کم سرعت کار نمی کند: به همان شکلی که در بالا اشاره شد، یک ارتباط اینترنتی کم سرعت نظیر نمونه ای که در سرویس های Dial-up دیده می شود، در بهترین حالت، استفاده از محاسبات ابری را با دردسرهای فوق العاده ای همراه می کند و اغلب اوقات، استفاده از آن را غیرممکن می سازد. برنامه های کاربردی تحت وب و همچنین اسنادی که بر روی ابر ذخیره شده اند برای دانلود شدن به پهنای باند بسیار زیادی نیاز دارند. اگر شما از یک اینترنت Dial-up استفاده می کنید، اعمال تغییر در یک سند یا رفتن از یک صفحه به صفحه دیگر همان سند ممکن است برای همیشه به طول بینجامد. و البته در مورد بار شدن یک سرویس غنی از امکانات حرفی نمی زنیم. به عبارت دیگر، محاسبات ابری برای افرادی که از اینترنت باند پهن استفاده نمی کنند، نیست.
می تواند کند باشد: حتی در یک ارتباط اینترنتی سریع نیز، برنامه های کاربردی تحت وب می توانند گاهی اوقات کندتر از دسترسی به همان برنامه نرم افزاری از طریق یک کامپیوتر رومیزی باشند. تمام جنبه های یک برنامه، از جمله اینترفیس و سند فعلی، باید بین کامپیوتر یا کامپیوترهای موجود بر روی ابر مبادله شود. اگر در آن لحظه، سرورهای ابر در معرض تهیه نسخه پشتیبان باشند یا اگر اینترنت یک روز کند را پشت سر بگذارد، شما نمی توانید به همان دسترسی سریعی که در یک برنامه دسک تاپ وجود دارد، برسید.
ویژگی ها ممکن است محدود باشند: این وضعیت در حال تغییر است اما بسیاری از برنامه های کاربردی مبتنی بر وب به اندازه همتای دسک تاپ خود دارای ویژگی ها و امکانات غنی نیستند. به عنوان مثال، شما می توانید کارهای بسیار زیاد با برنامه PowerPoint انجام دهید که امکان انجام همه آن ها توسط برنامه ارائه Google Docs وجود ندارد. اصول این برنامه ها یکسان هستند، اما برنامه کاربردی که بر روی ابر قرار دارد فاقد بسیاری از امکانات پیشرفته PowerPoint است. اگر شما یک کاربر با تجربه و حرفه ای هستید، ممکن است نخواهید از محاسبات ابری استفاده کنید.
داده های ذخیره شده ممکن است از امنیت کافی برخوردار نباشند: با استفاده از محاسبات ابری، تمام داده های شما بر روی ابر ذخیره می شوند. این داده ها تا چه حد ایمن هستند؟ آیا کاربران غیرمجاز می توانند به داده های مهم و محرمانه شما دسترسی پیدا کنند؟ کمپانی محاسبات ابری اظهار می کند که داده ها امن هستند اما هنوز برای اطمینان کامل از این موضوع خیلی زود است. از نظر تئوری، داده های ذخیره شده بر روی ابر ایمن هستند و بین چندین ماشین توزیع شده اند. اما در صورتی که داده های شما مفقود شوند، شما هیچ نسخه پشتیبان فیزیکی یا محلی در اختیار نخواهید داشت (مگر این تمام اسناد ذخیره شده بر روی ابر را بر روی دسک تاپ خود دانلود کنید که معمولاً کاربران کمی چنین کاری می کنند). به سادگی بگویم، اتکا به ابر، شما را در معرض خطر قرار می دهد.
بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان از نگاه آماری
وب سایت cloudehypermarket.com تصویری را منتشر کرده است که اطلاعات آماری جالبی را در مورد محاسبات ابری و اوضاع فعلی آن در جهان به تصویر می‌کشد.
1562101485900
شکل 2-5 : بررسی وضعیت محاسبات ابری در جهان[36]
برخی از مهمترین نکات موجود در شکل عبارتند از: (آمار مربوط به اواخر سال ۲۰۱۰ می‌باشد).
۱- در بخش اول تصویر میزان سرمایه‌گذاری جهانی در حوزه‌ی آی‌تی بررسی شده است. در سال ۲۰۰۸ مجموعاً ۳۶۷ میلیارد پوند صرف هزینه‌های معمول فناوری اطلاعات و ۱۶ میلیارد پوند صرف هزینه‌های مربوط به سرویس‌های محاسبات ابری شده است. پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۱۲ مجموع سرمایه‌گذاری معمول در حوزه‌ی IT به رقم ۴۵۱ میلیارد پوند و سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری به ۴۲ میلیارد پوند برسد. با این محاسبات، رشد سالانه‌ی سرمایه‌گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۱۲ به عدد ۲۵ درصد نزدیک است.
۲- مؤسسه‌ی تحقیقات بازار IDC پیش‌بینی می کند که در چند سال آینده، علاوه بر رشد سرمایه گذاری در حوزه‌ی محاسبات ابری، شرکت‌ها نیز حوزه‌های فعالیت خود را تغییر خوهند داد و خدمات خود را به سمت محاسبات ابری سوق خواهند داد. پیش‌بینی می‌شود خدمات محاسبات ابری شرکت‌ها در سال ۲۰۱۲ اینگونه ارائه شود:
اپلیکیشن‌های تجاری: ۵۲ درصد
نرم افزارهای زیرساختی: ۱۸ درصد
خدمات ذخیره‌سازی اطلاعات: ۱۳ درصد
تولید و پیاده‌سازی نرم افزارها و اپلیکیشن‌ها: ۹ درصد
خدمات سرور: ۸ درصد
۳- آیا استفاده از محاسبات ابری فرآیند مدیریت فناوری اطلاعات را آسان تر کرده است؟
۷۰ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۴- آیا استفاده از محاسبات ابری، بهبودی در تجربه‌ی مصرف کننده‌ی نهایی ایجاد کرده است؟
۷۲ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۶ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۲ درصد مخالف این جمله هستند.
۵- آیا استفاده از محاسبات ابری، چالش‌های مربوط به کارایی فناوری اطلاعات را کاهش داده است؟
۶۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۲۰ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۷ درصد مخالف این جمله هستند.
۶- آیا استفاده از محاسبات ابری، هزینه‌های زیرساختی سازمان ها را کاهش داده است؟
۷۳ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۷ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۱۰ درصد مخالف این جمله هستند.
۷- آیا استفاده از محاسبات ابری، فشارهای ناشی از تأمین منابع درون‌سازمانی بر روی سازمان را کاهش داده است؟
۷۴ درصد کارشناسان موافق این جمله هستند.
۱۸ درصد نظری در این باره نداشته اند.
۸ درصد مخالف این جمله هستند.
۸- امروزه ۵۰ میلیون سرور فیزیکی در سراسر جهان وجود دارد. ۲درصد از این تعداد سرور در اختیار گوگل است (یعنی ۱ میلیون سرور).
۹- امروزه ۳۳ هزار و ۱۵۷ مؤسسه‌ی خدمات مرکز داده در جهان وجود دارد که ایالات متحده‌ی امریکا به تنهایی ۲۳ هزار و ۶۵۶ عدد از این مراکز داده را در خود جای داده است. کانادا، انگلستان، آلمان و هلند با اختلاف فاحشی نسبت به آمریکا در جایگاه‌های بعدی این آمار هستند.
۱۰- پیش بینی می‌شود در سال ۲۰۱۳ حداقل ۱۰ درصد از این سرورهای فیزیکی فروخته شده بر روی سرورهای مجازی (Virtual Machine) مستقر باشند به طوری که بر روی هر سرور فیزیکی ۱۰ ماشین مجازی مشغول به کار است. این به معنای شکل گیری سالانه ۸۰ تا ۱۰۰ میلیون سرور مجازی در سراسر دنیاست.
۱۱- در سال ۲۰۱۳ تقریبا ۶۰ درصد از بار کاری سرورها به صورت مجازی خوهد بود.
۱۲- مالکین دنیای محاسبات ابری در حال حاضر ۴ شرکت (بدون در نظر گرفتن رشد ناگهانی آمازون در ۴ ماهه‌ی ابتدایی سال ۲۰۱۱) گوگل، مایکروسافت، زوهو (Zoho) و رک‌اسپیس (RackSpace) با در اختیار داشتن بازاری با مجموع ارزش بیش از ۱۰۰ میلیارد پوند هستند.
۱۳- این ۱۰۰ میلیارد پوند، درآمد ناشی از خدماتی به شرح زیر است:
۵۶ درصد از مردم از سرویس‌های پست الکترونیکی همانند Gmail، Ymail و Hotmail استفاده می‌کنند.


۳۴ درصد از مردم از خدمات ذخیره‌سازی تصاویر در وب استفاده می‌کنند.
۲۹ درصد از مردم از اپلیکیشن‌های آنلاین مثل Google Docs و Photoshop Express استفاده می‌کنند.
۷ درصد از مردم از سرویس‌های ذخیره‌سازی ویدئو در وب استفاده می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای ذخیره‌سازی فایل های رایانه‌ای خود در وب پول پرداخت می‌کنند.
۵ درصد از مردم برای پشتیبان‌گیری از اطلاعات هارد دیسک خود بر روی وب‌سایت‌های اینترنتی هزینه می‌کنند.
یک نمونه قیمت در سیستم عامل Azure از شرکت مایکروسافت
هزینه های مربوط به پردازش:
معادل یک کامپیوتر شخصی ۱۲۰۰ ریال / ساعت
معادل یک سرویس دهنده ۳۰۰۰ ریال / ساعت
معادل یک ابر رایانه ۱۰۰۰۰ ریال / ساعت
هزینه های مربوط به فضای ذخیره سازی:
هر گیگابایت اجاره نگهداری ماهانه ۱۵۰۰ ریال
هر ده هزار تراکنش ذخیره سازی ۱۰ ریال
هزینه دریافت هر گیگابایت داده از ابر:
بسته به کشوری که در آن قرار دارید، از ۱۵۰ تا ۲۰۰ ریال
این سیستم عامل به نام Windows Azure درحال حاضر توسط شرکت مایکروسافت با قیمت هایی شبیه آنچه در بالا آمد، ارائه می گـردد. بـرای اجرای این سیستم عامل به رایانه ای با چند گیگابایت حافظه RAM و چندصد گیگابایت دیسک سخت نیاز نبوده و یک دستگاه نسبتاً قـدیـمی هم می تواند برای آن به کار رود.
بعد از اینکه با محاسبات ابری آشنا شدیم و آن را از نگاه آماری بررسی کردیم و به این نتیجه رسیدیم که محاسبات ابری می توانند نقش عمده ای در جهان امروزی داشته باشند به معرفی سیستم عامل های ابری که از پلتفرم های مربوط به محاسبات ابری هستند، می پردازیم. در ابتدا تعریفی از سیستم عامل.
تعریف سیستم عامل
سیستم عامل، نرم افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته، اجرای برنامه های کاربردی را کنترل نموده و به صورت رابط کاربر و سخت افزار عمل می نماید. سیستم عامل خدماتی به برنامه های کاربردی و کاربر ارائه می دهد. برنامه های کاربردی یا از طریق واسط های برنامه نویسی کاربردی و یا از طریق فراخوانی های سیستم به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط ها، برنامه های کاربردی می توانند سرویسی را از سیستم عامل درخواست کنند، پارامترها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم افزار مثل واسط خط فرمان یا یک واسط گرافیکی کاربر یا سیستم عامل تعامل کنند. برای کامپیوترهای دستی و رومیزی، عموماً واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم عامل در نظر گرفته می شود. در سیستم های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس، واسط کاربری معمولاً به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم عامل اجرا می شود پیاده سازی می شود (استالینگ، 1381).
انواع سیستم عامل
سیستم عامل تک پردازنده
این نوع سیستم عامل ها، سیستم عامل های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می شوند. از قبیل XP98، Me و Vista که بیشتر محصول شرکت مایکروسافت می باشند.
سیستم عامل شبکه ای
این نوع سیستم عامل ها، از کنترل کننده های واسط شبکه و نرم افزارهای سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می کنند و برنامه هایی برای ورود به سیستم های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می شود[13].
سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه ای اجرا می شود و در حقیقت در این نوع سیستم جواب نهایی یک برنامه، پس از اجرا در کامپیوترهای مختلف به سیستم اصلی بر می گردد. سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.
سیستم عامل بی درنگ
از این نوع سیستم عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یک سیستم عامل بی درنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشد. یکی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری به گونه ای که عملیات خاصی در زمانی که بایستی اجرا شوند، اجرا گردند و مهم تر از همه اینکه مدیریت منابع به گونه ای است که این عملیات خاص در هر بار وقوع، مقدار زمان یکسانی بگیرد[1].
سیستم های توزیعی
در منابع مختلف تعاریف مختلفی برای سیستم های توزیعی ارائه شده است. اما هیچ یک نه کامل است و نه با دیگری همخوانی دارد. در این تحقیق تعریفی از این نوع سیستم ها که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم به آن اشاره شده را بیان می کنیم:
سیستم توزیعی در واقع مجموعه ای از کامپیوترهای مستقل است که برای کاربر خود مانند یک سیستم منسجم و منفرد به نظر می رسد[2].
از این تعریف می توان به این نتیجه رسید که اولاً یک سیستم توزیعی از کامپیوترهای خود مختار تشکیل شده است و ثانیاً کاربران تصور می کنند که با یک سیستم منفرد کار می کنند. پس با تعریفی که ذکر شد می توان یک سیستم توزیعی را اینگونه نیز تعریف کرد:
هر سیستمی که بر روی مجموعه ای از ماشین ها که دارای حافظه اشتراکی نیستند، اجرا شده و برای کاربران به گونه ای اجرا شود که گویا بر روی یک کامپیوتر می باشند ، یک سیستم توزیع شده است. اما نکته ای که در اینجا باید به آن توجه داشت این است که در سیستم های توزیعی تفاوت بین کامپیوترهای مختلف و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر باید تا حدود زیادی از دید کاربران پنهان بماند. سیستم های توزیعی برای اینکه بتوانند از کامپیوترها و شبکه های ناهمگن پشتیبانی کنند و همگی سیستم ها را در غالب یک سیستم منفرد نمایش دهند، به عنوان یک لایه میانی به نام میان افزار بین یک لایه سطح بالایی شامل کاربران و برنامه های کاربردی و یک لایه پائینی شامل سیستم های عامل در نظر گرفته می شوند[12]. در شکل 2-6 لایه سیستم توزیعی یا به عبارتی میان افزاری را مشاهده می کنید که بین سیستم های عامل 1 تا 4 و چهار کامپیوتر شبکه که شامل سه برنامه کاربردی هستند قرار گرفته است. این لایه باعث می شود که تفاوت بین سخت افزار و سیستم های عامل از دید برنامه های کاربردی وکاربران مخفی بماند.

شکل 2-6 : سیستم توزیعی که به عنوان یک لایه میانی یا میان افزار بین برنامه های کاربردی و سیستم عامل ها قرار گرفته است[12].
و اما مواردی که باید در طراحی سیستم های توزیع شده در نظر گرفت و به نوعی اهداف سیستم های توزیع شده می باشند عبارتند از شفافیت، انعطاف پذیری، قابلیت اطمینان، کارآیی خوب و قابلیت گسترش.
شفافیت
یکی از اهداف مهم سیستم های توزیع شده این است که فرآیندها و منابعی که بین ماشین های متعدد توزیع شده اند، باید از دید کاربران مخفی بماند[17]. به سیستم توزیعی که از دید کاربران و برنامه های کاربردی خود به صورت یک سیستم کامپیوتری منفرد جلوه می کند را اصطلاحاً شفاف می گویند.
شفافیت انواع مختلفی دارد و در مورد هر یک طبق تعریفی که در کتاب سیستم های توزیعی آقای تانن باوم آمده توضیح می دهیم، شفافیت دسترسی که در مورد مخفی سازی تفاوت های ارائه داده و نحوه دسترسی به منابع به وسیله کاربران می باشد. شفافیت مکان یعنی اینکه کاربران نتوانند محل استقرار فیزیکی منبع در سیستم را شناسایی کنند. شفافیت مهاجرت یعنی اینکه بتوان منابع آنها را بدون تاثیرگذاری بر نحوه دسترسی به آنها انتقال داد. شفافیت مکان یابی مجدد هنگامی است که بتوان منابع را در حین دسترسی به آنها و بدون کوچکترین اطلاعی به کاربر یا برنامه کاربردی مجددا مکان یابی کرد. شفافیت تکثیر به مخفی سازی وجود چندین نسخه تکثیری از یک منبع می پردازد. شفافیت هم روندی زمانی است که مثلا دو کاربر مستقل فایل های خود را روی یک خدمتگذار فایل واحد ذخیره کرده و یا به جداول واحدی در پایگاه داده مشترک دسترسی داشته باشند. در این موارد هیچ یک از کاربران نباید کوچکترین اطلاعی از واقعیت استفاده کاربر دیگر از آن منبع داشته باشد. شفافیت خرابی به این معناست که کاربر متوجه خرابی و عملکرد نادرست یک منبع نشده و سپس سیستم اقدام به ترمیم آن خرابی کند[2].
قابلیت اطمینان
در دسترس بودن یک فاکتور مهم مرتبط با این سیستم ها است. طراحی نباید به گونه ای باشد که نیاز به اجرای همزمان کامپوننت های اساسی باشد. افزونگی بیشتر داده ها باعث افزایش در دسترس بودن شده اما ناسازگاری را بیشتر می کند. قدرت تحمل خطا باعث پوشاندن خطاهای ایجاد شده توسط کاربر می شود.
کارآیی
بدون کارآیی مناسب کلیه موارد استفاده نرم افزار بی فایده می باشد. اندازه گیری کارایی در سیستم های توزیع شده کار آسانی نیست. برای رسیدن به کارایی باید توازنی خاص در تعداد پیغام ها و اندازه کامپوننت های توزیع شده بر قرار باشد.
مقیاس پذیری
امروزه اتصال جهانی از طریق اینترنت، مانند امکان ارسال یک کارت پستال برای هر کسی در هر گوشه ای از جهان تبدیل به امر عادی شده است. به همین دلیل، مقیاس پذیری یکی از مهمترین اهداف طراحی برای سازندگان سیستم های توزیعی محسوب می شود. مقیاس پذیری یک سیستم را می توان حداقل در سه بعد مختلف اندازه گیری کرد(نیومان، 1994). اولاً، یک سیستم می تواند با توجه به اندازه خود مقیاس پذیر باشد. به این معنا که بتوان به راحتی کاربران و منابع دیگری را به سیستم اضافه نمود. ثانیاً، یک سیستم مقیاس پذیر جغرافیایی سیستمی است که ممکن است کاربران و منابع آن در فاصله های دوری از هم قرار گرفته باشند. ثالثا، یک سیستم ممکن است از نظر مدیریت اجرایی مقیاس پذیر باشد، به این معنا که حتی اگر سازمان هایی با مدیریت اجرایی مستقل را به هم پیوند دهد. باز به راحتی قابل مدیریت باشد. متاسفانه، اغلب سیستم هایی که از یک یا چند مقیاس پذیر هستند، با افزایش مقیاس پذیری سیستم، تاحدودی با افت عملکرد مواجه می شوند.
سیستم عامل های توزیعی
محیط های کامپیوتری تحت شبکه( شبکه های کامپیوتری) امروزه بسیار رایج شده اند و این محیط ها شامل مجموعه ای از ایستگاه های کاری و سرویس دهنده ها می باشند. واضح است که مدیریت این منابع کار آسانی نخواهد بود. استفاده از مجموعه ای از کامپیوترها که از طریق شبکه به هم متصل شده اند مشکلات بسیاری را در بر دارد، از جمله مشکلات تقسیم منابع و یکپارچه سازی محیط( که این مشکلات در سیستم های متمرکز وجود ندارد). علاوه بر این برای افزایش میزان کارآیی، توزیع بایستی از دید کاربر پنهان بماند. راه حل مناسب این است که سیستم عاملی طراحی شود که توزیعی بودن سخت افزار را در تمامی سطوح در نظر داشته باشد. به این صورت که سیستم عامل مجموعه را به صورت یک سیستم متمرکز نشان دهد و در کنار آن از مزیت های سیستم توزیعی استفاده کند. در ساختار سیستم عامل های توزیعی از دو الگوی مبتنی بر پیام و مبتنی بر شیء استفاده می شود[11].
الگوی مبتنی بر پیام
در این الگو سیستم عامل یک هسته مبتنی بر پیام در هر گره قرار می دهد و برای برقراری ارتباطات داخل فرآیند از ارسال پیام استفاده می کند. هسته از هر دو نوع ارتباط محلی( ارتباط بین فرآیندهای داخل هر گره) و غیر محلی(ارتباط از راه دور) پشتیبانی می کند. در یک سیستم عامل سنتی همانند یونیکس دسترسی به سرویس های سیستمی از طریق فراخوانی متدها صورت می پذیرفت در حالی که در سیستم عامل های مبتنی بر پیام، درخواست ها از طریق ارسال پیام مطرح می شوند. با این قرار می توان نتیجه گرفت سیستم عامل های مبتنی بر پیام ساخت جذاب تر و بهتری دارند، زیرا سیاست های موجود در فرآیند های سرویس دهنده از مکانیزم پیاده سازی هسته جدا می باشد.
الگوی مبتنی بر شیء
در این الگو سیستم عامل سرویس ها و منابع را به موجودیت هایی به نام شیء کپسوله می کند. این اشیاء همانند نمونه هایی از داده های انتزاعی می باشند و از ماژول های منحصر به فردی تشکیل شده اند. همچنین این ماژول ها نیز متشکل از متدهای به خصوصی می باشند که اینترفیس(واسط) ماژول را توصیف می کنند. عملکرد در این الگو این چنین است که کاربران درخواست سرویس را از طریق احضار شیء مورد نظر مطرح می سازند. این مکانیزم بسیار شبیه به فراخوانی پروسه ها در سیستم های معمولی می باشد. قابل ذکر است که اشیاء عملیات را کپسوله می کنند.
رویکرد سیستم عامل های ابری
سیستم عامل ابری نیز نوعی از سیستم عامل های توزیعی می باشند که مجموعه ای از گره ها را با هم یکپارچه می سازد و یک سیستم متمرکز تولید می کند. سیستم عامل ابری شامل سرویس دهنده های محاسباتی، سرویس دهنده های داده ای و ایستگاه های کاربر می باشد.
سرویس دهنده های محاسباتی: ماشینی است برای استفاده به عنوان موتور محاسباتی.
سرویس دهنده های داده ای: ماشینی است برای استفاده به عنوان مخرن داده های بلند مدت.
ایستگاه های کاربری: ماشینی است که محیطی برای توسعه دادن برنامه های کاربردی فراهم می کند و واسطی بین کاربر و سرویس دهنده های محاسباتی یا داده ای می باشد[3].
ساختار سیستم عامل های ابری بر پایه مدل شیء- نخ می باشد. این مدل از مدل برنامه نویسی معروف شیء گرا اقتباس شده است که نرم افزار سیستم را بر پایه مجموعه ای از اشیاء می سازد. هر شیء شامل تعدادی داده و عملیات بر روی آن داده ها می باشد. عملیات بر روی داده ها را متد می نامند و نوع شیء نیز با کلاس مشخص می گردد. هر کلاس می تواند صفر یا یک و یا چند نمونه داشته باشد ولی یک نمونه تنها از یک کلاس ناشی می شود. اشیاء به پیام ها پاسخ می دهند و ارسال پیام به یک شیء می تواند به داده های درون شیء دسترسی داشته باشد و آن ها را بروز رسانی کند و یا به اشیاء دیگر درون سیستم پیام ارسال کند. اشیاء ابر کپسولی از کد و داده می باشند که در یک فضای آدرس مجازی قرار دارند. هر شیء نمونه ای از یک کلاس است و هر کلاس ماژولی از برنامه. اشیاء ابرها به احضارها پاسخ می دهند و احضارها ( با استفاده از نخ ها) برای اجرای متد درون شیء ابر استفاده می گردند. ابرها از اشیاء برای تضمین انتزاع مخازن و از نخ ها برای اجرای متد درون شیء استفاده می نمایند. این موجب می شود که محاسبات و مخازن داده ای از یکدیگر تفکیک شوند. از دیگر ویژگی های مدل شیء- نخ می توان به این موارد اشاره کرد:
عملیات ورودی و خروجی
به اشتراک گذاری داده ها
ارتباط درون فرآیندها
ذخیره سازی بلند مدت داده ها در حافظه
الگوی سیستم عامل ابری
الگوی مورد استفاده در سیستم عامل های ابری همان الگوی شیء- نخ می باشد که در این بخش به توضیح اجزا و نحوه عملکرد این الگو می پردازیم.
شیء ابری
شیء ابری یک فضای آدرس مجازی پایدار می باشد. برخلاف فضاهای آدرس در سیستم های معمولی، محتویات اشیاء برای مدت طولانی باقی می مانند. به همین دلیل در هنگام خرابی سیستم از بین نمی روند، مگر اینکه عمدا از سیستم حذف شوند. همانطور که از تعریف برمی آید اشیاء ابری سنگین وزن هستند، به همین علت است که این اشیاء بهترین انتخاب برای مخازن داده ای و اجرای برنامه های بزرگ به حساب می آیند. داده های درون شیء فقط توسط خود شیء قابل دسترسی و بروزرسانی می باشند، زیرا محتویات یک فضای آدرس مجازی از بیرون از فضای مجازی قابل دست یابی نمی باشند.
یک شیء ابری شامل موارد زیر است:
کد مخصوص به خود ( متدهای اختصاصی )
داده های پایدار
حافظه ای زودگذر و سبک ( برای تخصیص حافظه موقت )
حافظه ای پایدار و دائمی ( برای تخصیص دادن حافظه ای که بخشی از ساختمان داده پایدار شیء می باشد )
داده با احضار متدها وارد شیء می شود و با پایان احضار از شیء خارج می گردد (شکل شماره 2-7 ). اشیاء ابری دارای یک نام در سطح سیستم می باشند که آن ها را از یکدیگر منحصر به فرد می سازد. این اشیاء درون سرویس دهنده های محاسباتی قابل استفاده می باشند که این کارآیی موجب می شود توزیعی بودن داده ها از دید کاربر مخفی باقی بماند.
4375151651000
شکل شماره 2-7 : ساختمان یک شیء ابری[5]
نخ
یک نخ عبارت است از مسیری اجرایی که وارد اشیاء شده و متدهای درون آن ها را اجرا می کند و محدود به یک فضای آدرس نمی شود. نخ ها توسط کاربران و یا برنامه های کاربردی ساخته می شوند. نخ ها با اجرای متدی از یک شیء می توانند به داده های درون شیء دسترسی یابند، آن ها را بروزرسانی کنند و یا اینکه متدهایی از شیء دیگر را احضار کنند. در این حالت، نخ به طور موقت شیء فعلی را رها می کند، از آن خارج شده و وارد شیء فراخوانی شده می گردد و متد مورد نظر آن را اجرا می کند، پس از پایان اجرای متد به شیء قبلی باز می گردد و نتیجه را برمی گرداند. نخ ها پس از پایان عملیات مورد نظر از بین می روند. علاوه بر این چند نخ می توانند به طور هم زمان وارد یک شیء شوند و به طور موازی به اجرا درآیند که در این صورت نخ ها محتویات فضای آدرس شیء را بین یکدیگر به اشتراک می گذارند. شکل شماره 2-8 نحوه اجرای نخ ها در اشیاء را نشان می دهد.

شکل شماره 2-8 : اجرای نخ ها در شیء ابری[5]
تعامل میان شیء و نخ ( مدل شیء- نخ )
ساختار یک سیستم عامل ابری متشکل از اشیاء و نخ ها می باشد. مکانیزم ذخیره سازی داده ها در سیستم عامل های ابری با سایر سیستم عامل های معمول تفاوت دارد. در سیستم عامل های معمولی از فایل ها برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود ولی در سیستم عامل های ابری اشیاء نقش مخازن داده را ایفا می کنند. برخی از سیستم ها برای برقراری ارتباط با داده های مشترک و هماهنگ سازی محاسبات از الگوی ارسال پیام استفاده می کنند. ابرها با قراردادن داده ها درون اشیاء آن ها را به اشتراک می گذارند. متدها در صورت نیاز به دسترسی داده ها شیء مورد نظر را که داده درون آن قرار دارد احضار می کنند. در یک سیستم مبتنی بر پیام، کاربر می بایست درجه هم زمانی را در هنگام نوشتن برنامه تعیین کند و برنامه را به تعدادی پروسه سیستمی بشکند. مدل شیء-نخ این احتیاجات را حذف می کند، به این صورت که در زمان اجرا درجه هم زمانی با ایجاد نخ های موازی مشخص می شود.
به طور خلاصه می توان گفت:
سیستم عامل ابری از فضاهای آدرس نام گذاری شده به نام شیء تشکیل شده است و این اشیاء قادرند:
مخازن داده پایدار فراهم کنند.
متدهایی برای دست یابی و دست کاری داده ها ایجاد نمایند.
داده ها را به اشتراک بگذارند.
هم زمانی را کنترل نمایند.
جریان کنترلی توسط نخ هایی که اشیاء را احضار می کنند انجام می شود.
جریان داده ای با ارسال پارامتر انجام می شود.
برنامه نویسی در مدل شیء- نخ در ابرها
مفاهیم مورد استفاده برنامه نویس در مدل شیء – نخ عبارتند از:
کلاس: ماژول های سیستم
نمونه: شیء ای از کلاس می باشد که می تواند توسط نخ ها احضار شود.
بنابراین برای نوشتن برنامه کاربردی در ابرها، برنامه نویس یک یا چند کلاس را تعریف می کند و داده ها و کدهای برنامه را درون این کلاس ها قرار می دهد. برنامه برای اجرا شدن نخی ایجاد می کند که متد اصلی شیء اجرا کننده برنامه را احضار می کند. اشیاء دارای نام هایی می باشند که برنامه نویس هنگام تعریف شیء برای آن ها مشخص کرده است و این نام ها بعدا به نام سیستمی شیء تبدیل می شوند.
معماری سیستم عامل ابری
دراین بخش معماری سیستم عامل های ابری را مورد بررسی قرار می دهیم. شکل شماره 2-9 مدلی منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری را نمایش می دهد. یک پروسه ابری به مجموعه ای از اشیاء ابری اطلاق می شود که با هم یک برنامه کاربردی را تشکیل می دهند.

شکل شماره 2-9 : مدل منطقی از معماری یک سیستم عامل ابری[6]
فضای هسته ابر به تعدادی از پروسه های ابری که عملیات کنترل دسترسی ها، تخصیص حافظه و محاسبات مقدار منابع لازم را انجام می دهند گفته می شود. مابقی پروسه ها که مربوط به فضای هسته ابر نیستند، فضای کاربر را تشکیل می دهند. پروسه های ابری فضای کاربر که مستقیما توسط خود کاربر اجرا می شوند برنامه های کاربران نامیده می شوند و کتابخانه های ابری، پروسه های ابری می باشند که توسط برنامه های کاربران مورد استفاده قرار می گیرند. این برنامه ها از طریق مجموعه ای از واسط های استاندارد به نام فراخوانی های سیستمی ابر با کتابخانه ها و پروسه های هسته ارتباط برقرار می کنند. تمامی اشیاء موجود در فضای کاربر برای گرفتن دستورات از سیستم عامل از یک دستگیره فراخوانی استفاده می کنند، بدین معنی که برای مدیریت شدن از طریق یک واسط تحت شبکه قابل دسترسی می باشند که ارتباط میان اشیاء و آدرس آن ها در شبکه توسط پروسه های ابری «مدیریت پروژه» و «مدیریت ماشین مجازی» موجود در فضای هسته انجام می گیرند. اطلاعات نهایی نیز توسط پروسه ابری «کتابخانه نامگذاری» در دسترس قرار می گیرد. قابلیت دسترسی تمامی عملیات مدیریتی را پروسه ابری «اعتباردهی» مورد بررسی قرار می دهد و عملیات محاسبه میزان منابع مورد نیاز در هر لحظه نیز بر عهده پروسه ابری «اندازه گیری» می باشد. البته قابل ذکر است که مفروضات لحاظ شده در شکل شماره 2-4 تعداد اندکی از محدودیت های موجود در ابرها را در نظر گرفته است و کامل نمی باشد[6].
برخی سیستم عامل های ابری موجود(سیستم عامل های مبتنی بر وب)
سیستم عامل های وب روش بسیار مناسبی برای دستیابی به همه داده های شما در همه جای دنیا هستند (مشروط بر اینکه کامپیوتری با یک اتصال به اینترنت و یک مرورگر وب وجود داشته باشد). چنانچه تعدادی کامپیوتر داشته باشید، اما بخواهید همه اطلاعات را در یک جا نگهدارید و از برنامه های کاربردی مورد علاقه خود نیز استفاده کنید، این سیستم عامل ها بسیار سودمند هستند. اکنون در این مرحله ممکن است این سوال مطرح شود که چرا سیستم عامل وب؟. اساساً، یک سیستم عامل وب چیزی شبیه یک سیستم عامل روی اینترنت است. سیستم عامل وب، دسکتاپ مجازی شماست که به هیچ مکان فیزیکی متصل نیست و این امکان را به شما می دهد که در هر جایی از دنیا با کمک یک مرورگر به آن دستیابی داشته باشید. اجازه دهید تا از بین سیستم عامل های وبی که وجود دارد به بیان ویژگی های چند مورد از آنها بپردازیم.
سیستم عامل iCloud
سیستم عامل iCloud، مزایای بسیار زیادی دارد، علاوه بر اینکه هر برنامه ای که نیاز داریم در آن موجود است، 50 گیگابایت فضای ذخیره سازی آنلاین، به اشتراک گذاری آسان و ویژگی های افزایش برنامه های کاربردی را دارد. این سیستم عامل دارای ویژگی هایی مانند زیر است:
سیستم فایل آنلاین برای ذخیره سازی انواع فایل ها.
پشتیبان DAV وب از طریق ویندوز اکسپلورر امکان دستیابی مستقیم به انباره icloud شما را فراهم می کند.
برنامه های بهره وری- نوشتن، پست الکترونیکی ( که با همه حساب های پست الکترونیکی شما به اضافه یک حساب icloud رایگان هماهنگی دارد)، تماس ها، ToDo، ماشین حساب، دفترچه یادداشت، آنزیپ (فایل های حاوی داده های فشرده را از هم باز می کند).
عکس ساز با قابلیت به اشتراک گذاری، مدیا پلیر iplay، مووی پلیر، و حتی رادیو.
IM و یک مرورگر وب[8].
69850069596000تصویری از این سیستم عامل را در شکل 2-10 مشاهده می کنید.
شکل شماره 2-10: نمایی از سیستم عامل icloud
سیستم عامل GlideOS
سیستم عامل GlideOS، هم از طریق کامپیوتر و هم تلفن همراه قابل دسترسی می باشد. 10 گیگابایت فضای ذخیره سازی رایگان را در اختیار شما قرار می دهد، همچنین در این سیستم عامل می توانید شش حساب کاربری برای اعضاء خانواده ایجاد کنید( که می تواند شامل حساب کودک باشد). علاوه براین، این سیستم عامل دارای ویژگی هایی زیر می باشد که عبارتند از:
10 گیگابایت فضای دیسک مجازی

–409

بادام کوهی درختچه‌ای متعلق به خانواده گلسرخیان تا ارتفاع 6 متر، با شاخه‌های متعدد، ایستاده و بدون کرک، سبز رنگ و استوان‌های، برگ‌های خطی، گل‌ها به قطر 25 میلی‌متر و موسم گلدهی آن اسفند تا فروردین ماه می‌باشد (مظفریان 1383). از نظر اکولوژیکی، جنگل‌‌های بادامک به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل بازدارنده بروز سیل در مناطق کوهستانی و تخریب اراضی و محصولات کشاورزی در بسیاری از مناطق جغرافیایی و اکولوژیکی مطرح میباشند.
ذخیره‌گاه بادام کوهی منطقه کلم بدره، جزء رویشگاه‌‌های با اهمیت و از ذخایر ژنتیکی درختچه‌ای در ایران محسوب میشود. عدم شناخت کافی از این ذخیره‌گاه مانع جدی در احیاء رویشگاه‌‌های تخریب یافته آن و برنامهریزی به منظور مدیریت بهینه رویشگاه‌‌های موجود خواهد بود. بر این اساس آگاهی از نیاز رویشگاهی این گونه و تعیین مشخصه‌های کمی و کیفی آن میتواند کمک شایانی برای استفاده مناسب از این گونه به همراه داشته باشد. در این راستا آگاهی از ویژگی‌های خاک رویشگاه این گونه نقش مؤثری در پیشنهاد گونه‌های سازگار با شرایط خاک در مناطق مشابه دارد، بنابراین میتوان از نتایج این پژوهش برای اصلاح، احیاء و حفاظت پوشش گیاهی مناطق با شرایط مشابه استفاده نمود. با توجه به بومی بودن گونه بادامک، ارزش اقتصادی از نظر تولید میوه، دارویی، صنعتی و خوراکی، اهمیت اکولوژیکی و استفاده از آن در طرح‌های آبخیزداری و حفاظت و احیاء و جلوگیری از فرسایش خاک و نبود اطلاعات کافی در خصوص گونه بادامک، اقدام به انتخاب آن برای بررسی و مطالعه رویشگاهی آن در ذخیره‌گاه کلم شهرستان بدره شده است. نتایج به دست آمده از این پژوهش می‌تواند برای جنگل کاری موفق گونه بادامک در استان ایلام به کار گرفته شود.
1-2- اهمیت و ضرورت انجام تحقیقیکی از وسیع‌ترین مناطق رویشی کشور منطقه زاگرس است که با پنچ میلیون هکتار جنگل تقریباً وسعتی معادل 40 درصد از کل جنگل‌‌های کشور را به خود اختصاص داده است. ارزشمندی این جنگل‌ها به لحاظ زیست محیطی ایجاب میکند که گونه‌های ارزشمند این مناطق مورد توجه علمی بیش‌تری قرار گیرند. قدم اول در حفاظت از این ذخیره‌های ارزشمند ملی آشنایی کامل با ویژگی‌های بومشناختی و بومسازگان آنهاست. جنس بادام یکی از با ارزش‌ترین رستنی‌های ایران می‌باشد که در بخش کوهستانی منطقه ایرانی و تورانی در مرکز، شرق و غرب پراکنش دارد. این جنس دارای بیش از 40 گونه در پاره ای از نقاط جهان می‌باشد که بیش از 30 گونه از آن در ایران رویش دارد (ایران نژاد پاریزی 1374). گونه‌های جنس بادام به علت دارا بودن خواص دارویی، صنعتی و خوراکی از لحاظ اقتصادی حائز اهمیت میباشند. گونه گیاهی بادامک در بسیاری از نقاط کشور امکان رویش دارد (الوانی نژاد 1378). بنابراین شایسته است که برای حفظ تنوع گون‌های، توسعه منابع طبیعی کشور و حفظ ارزش‌های زیست محیطی، چنین گونه‌هایی مورد توجه علمی بیش‌تری واقع شوند.
بادامک به عنوان یکی از گونه‌های درختچه‌ای مناسب برای بسیاری از مناطق اکولوژیک کشور مورد توجه بوده و سالهاست در اراضی شیبداری که در معرض خطر فرسایش آبی هستند، کشت میگردد. به جهت ماهیت اجرای طرح‌های تثبیت بیولوژیک، شناخت عوامل توسعه دهنده و یا محدود کننده گونه‌های گیاهی اهمیت به سزایی دارد. اولین گام در انتخاب گونه گیاهی مناسب، شناخت بستر مناسب برای بقا، رشد، زادآوری و استمرار تولید می‌باشد. از جمله مهم‌ترین عوامل در موفقیت طرحها و پروژه‌های جنگل‌شناسی و مدیریت جنگل، شناخت ویژگی‌ها، نیازها و فرایند‌های رویشی گیاه و اثر متقابل آنها با شرایط رویشگاه است. رشد گیاهان علاوه بر خصوصیات ژنتیکی، به عوامل محیطی و رویشگاهی بستگی دارد که این عوامل محیطی مجموع‌های از خصوصیات خاک، توپوگرافی، آب و هوا، اقلیم و دیگر نهاده‌‌های اکولوژیک هستند. در برنامهریزی‌های اصلاح و توسعه منابع طبیعی، ضمن لزوم بررسی‌های گیاه شناسی برای هر گونه گیاهی، شناخت نیاز‌های محیطی گیاه نیز باید مورد توجه متخصصان مربوطه قرار گیرد.
در این راستا، آگاهی از خواهش‌های بومشناختی گونه بادامک در ذخیره‌گاه جنگلی کلم شهرستان بدره در استان ایلام از نظر خاک، اقلیم، شرایط توپوگرافی و سایر عوامل محیطی میتواند برنامه‌‌های حفاظت، احیاء و توسعه این منابع جنگلی را با موفقیت بیش‌تری همراه کند.
در اغلب عرصه‌های ملی بویژه در استان ایلام در حال حاضر امکان استفاده از گونه‌های درختی فراهم نیست و تجربیات اخیر حکایت از عدم استقرار و یا استقرار ضعیف جنگل‌کاری با گونه‌های درختی دارد. بنابراین در حال حاضر استفاده از گونه‌های درختچه‌ای همچون بادامک که میتواند نقش پیش‌آهنگ را در عرصه‌های تخریب یافته جنگل‌‌های زاگرس داشته باشد، تنها راهکار موجود است. یکی از مناسب‌ترین گونه‌های موجود به منظور احیای مناطق تخریب یافته استفاده از انواع بادام بویژه بادامک است. تحقیق حاضر نیز با هدف بررسی شرایط و نیاز رویشگاهی گونه بادامک در ذخیرهگاه کلم شهرستان بدره انجام گرفت که نتایج حاصل از آن میتواند به عنوان یک دستاورد مهم در جهت مدیریت بهینه این ذخیره‌گاه و همچنین در برنامهریزی‌های حفاظت، احیاء، توسعه و مدیریت هر چه دقیق‌تر این گونه ارزشمند مورد استفاده قرار گیرد.
1-3- سؤالات تحقیقخصوصیات کمی و کیفی جوامع درختچه‌ای بادام کوهی در ارتباط با ارتفاع از سطح دریا و جهت جغرافیایی تغییر میکند؟
آیا تراکم درختچه‌های بادام کوهی در یال‌ها بیش‌تر از درهها است؟
1-4- اهداف بررسی شرایط رویشگاهی گونه بادام کوهی در ذخیرهگاه جنگلی کلم شهرستان بدره
تعیین مشخصه‌های کمی و کیفی درختچه بادام کوهی ذخیرهگاه جنگلی کلم شهرستان بدره
1-5- تعاریف و کلیات1- پوشش گیاهی
پوشش گیاهی عبارت از انواع درختان، بوته‌ها و علوفه و چمن و سبزی که در سطح زمین استقرار می‌یابد به عبارتی هرگونه سرسبزی در سطح زمین را سطح پوشش گیاهی نامند (‌جنگل، مرتع، زراعت) فقدان پوشش گیاهی در سطح زمین از عوامل عمده تخریب سطح خاک توسط باران می‌باشد. پوشش گیاهی مانعی است در مقابل باران که به سطح خاک برخورد می‌نماید. برخورد باران به سطح خاک باعث جابجایی خاکدانه‌ها و فرسایش خاک می‌شود. فرسایش خاک حاصلخیز فقر پوشش و نابودی آن‌را در پی دارد‌. عدم وجود پوشش گیاهی نیز نابودی خاک را در پی دارد. به عبارتی پوشش گیاهی و خاک برای حفظ خود مکمل یکدیگرند‌. عدم وجود یکی باعث نابودی دیگری می‌شود. این ارتباط حیاتی به حیات بشر و موجودات زنده ارتباط دارد.
2- اُت اکولوژی
الف) مطالعه و شناخت روابط و چگونگی رفتار جمعیت یک گونه در رویشگاه و تعامل با اجزاء آن است، که در مدیریت علمی رویشگاه‌‌های یک گونه به منظور حفظ، احیاء و اصلاح آنها حائز اهمیت می‌باشد (مهاجر 1385).
ب) شاخه‌ای از علم اکولوژی که روابط بین یک ارگانیسم یا گونه را با محیط زنده و غیر زنده (رویشگاه آن) مورد مطالعه قرار میدهد.
3- رویشگاه
مجموعه عوامل اقلیمی، خاکی و پستی بلندی که در یک محل وجود دارد و شرایط لازم و کافی را برای استقرار و رشد و توسعه درختان بوجود میآورد. رویشگاه مترادف پایگاه به کار برده میشود (مهاجر 1385).
4- شرایط اکولوژیکی
دامنه پراکنش گونه‌‌های درختی در جنگل‌‌های زاگرس متفاوت بوده و هر گونه دارای نیاز رویشگاهی خاصی می‌باشد. در منطقه اکولوژیک زاگرس گونه‌‌های مختلفی انتشار دارند که در فرم‌‌های مختلف زمین، در جهت‌‌های جغرافیایی مختلف، در ارتفاعات مختلف از سطح دریا، بر روی خاک‌‌های مختلف با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مختلف دارای گسترش‌گاه ویژه‌ای هستند (زهره‌وندی و همکاران 1390).
5- ذخیرهگاه جنگلی
ذخیره‌گاه جنگلی عرصه‌ای جنگلی است که به دلایل اکولوژیک و یا دخالت‌‌های انسانی دچار آسیب شده و با خطر انقراض یک یا چند گونه جنگلی روبه رو است. با توجه به این که چنین پدید‌های نابودی تنوع زیستی را در زیست کره به دنبال خواهد داشت لازم است با هدف جلوگیری از چنین اتفاقی، برنام‌های را برای حفاظت از این مناطق و به منظور استمرار زادآوری اجرا کرد.
6- بادام کوهی
پراکنش جنس بادام از نظر تقسیم بندی‌های جغرافیای گیاهی در منطقه ایرانوـ تورانی است و از حوزه دریای مدیترانه تا آسیا گسترش دارد. پراکنش اصلی آن در جنوب غرب آسیا و خاورمیانه است؛ اما تعداد بسیار کمی از گونه‌ها در چین و مغولستان وهمین طور جنوب شرق اروپا رویش دارند. بررسی‌های تکاملی نشان داده است که تکامل بادام در مناطق استپی خشک، بیابان‌ها و مناطق کوهستانی تحت شرایط سخت صورت پذیرفته و این جنس با زیسگاه‌های خشک و نیمه خشک سازگار شده است. بادام در ارتفاعات و بر روی دامنه‌‌های صخره ای، سنگی، سنگریزه‌ای و یا بستر‌های شنی یا رسی رشد می‌کند. این جنس نیازمند مناطق نورگیر باز است و هم چنین در استپ‌ها و استپ ـ جنگل‌ها می‌روید.
جنس Amygdalus به خانواده Rosaceae گل سرخیان تعلق دارد. در حال حاضر این تیره تقریباً دارای 90 جنس و 3000 گونه می‌باشد و در ایران دارای 4 زیرتیره، 30 جنس و تقریباً 27 گونه و 7 طایفه است. بادام کوهی درختچه‌ای است خاردار شاخه‌‌های آن در ابتدا صاف و قهوه‌ای روشن است پس از چندی رنگ آن به خاکستری روشن یا تیره تبدیل می‌شود. گل بادام روی شاخه‌‌های یکساله به صورت جانبی و انفرادی پدیدار می‌شود. گسترش اصلی جنس بادام در منطقه ایرانی- تورانی است و معمولاً در نواحی جنوب غربی آسیا پراکنده اند. گونه‌‌های بادام در شرایط متفاوتی از جمله در شیب جنوبی رشته کوه‌‌های البرز تا شیب شمالی کوه‌های مکران در جنوب ایران گسترش دارد و رشد می‌کند (وفادار و دیگران 2008). گونه A. arabica در غرب ایران پراکنده است که دارای شاخه‌های شیاردار و دمبرگ 7 میلی‌متری است. این گونه به دلیل اهمیت اقتصادی، دارویی و کشاورزی از زمان‌‌های بسیار دور مورد توجه بوده و در برابر فرسایش از خاک نگهداری می‌کنند و به دلیل وجود اسید‌های چرب غیراشباع و آمیگدالین مصارف دارویی بالایی دارد (شنگ مین 2003).
بلندی درخت بادام به 6 ‌تا10 متر می‌رسد. ریشه آن قوی است و به طور عمودی تا 3 متر در زمین فرو می‌رود و به همین دلیل نسبت به خشکی و کم‌آبی مقاوم است. تنه درختان بادام در جوانی به رنگ خاکستری شفاف و صاف که به‌ تدریج رنگ آن تیره‌تر می‌شود. برگ بادام کشیده و نوک‌تیز و چرمی و کلفت است و بنابراین در هوای گرم و خشک مقاوم است.
از نظر اکولوژیکی، دما مهم‌ترین فاکتور اقلیمی برای گونه بادام است. بادام برای جوانه زنی یکنواخت در بهار، به سرمای زمستانه متوسطی نیاز دارد. درخت بادام سرمای زمستان را در حد متوسطی تحمل می‌کند ولی به علت زود باز شدن گل‌‌های آن تحمل این درخت نسبت به سرمای بهاره کمتر است. نیاز سرمایی برای باز شدن عادی جوانه‌ها بسته به نوع دما متفاوت بوده و از 100 تا 700 ساعت پائین‌تر از 2/7 درجه سانتی‌گراد متغیر است. خواب جوانه‌ها به علت وجود غلظت زیاد قند در آنها می‌باشد. درخت بادام سرمای زمستانه را تا 20- درجه سانتی گراد تحمل می‌کند. در صورتی که سرما بیش از این حد باشد و سرد شدن هوا نیز به تدریج صورت گرفته باشد، درخت بادام مقاومت بیش‌تری به سرما خواهد داشت. عامل محدود کننده کاشت بادام سرمای بهاره بخصوص در زمان گل یا بلافاصله پس از تشکیل میوه است. شیب‌های جنوبی برای کاشت بادام خیلی مطلوب است و زمین‌های هموار نیز در صورتی که دارای هوای ملایمی باشند می‌توانند مورد استفاده قرار گیرد. در مناطقی که سرمای بهاره متداول است باید از ارقام دیر گلده استفاده شود. بنابراین نسبت به سرمای دیررس بهاره بسیار حساس هستند بادام برای رساندن میوه خود نیاز به 8-6 ماه فصل رشد دارد و در تابستان خواهان هوای گرم و خشک می‌باشد و در مناطقی که متوسط بارندگی کمتر از 250 میلی‌لیتر در سال دارد، به خوبی رشد می‌کند (خاتم‌ساز 1371).
مناسب‌‌ترین خاک برای بادام خاک‌‌های لومی می‌باشند، اما با توجه به این‌که درختان بادام اغلب در خاک‌‌های غیر حاصلخیز کاشته می‌شوند، بنابراین قبل از کاشت برای تعیین میزان کمبود مواد غذایی باید تجزیه خاک صورت گیرد. تجزیه برگی نیز برای تشخیص مقدار و نوع عناصر غذایی خاک مفید است.
درخت بادام بی برگ در جنگل‌‌های زاگرسی به عنوان گونه پرستار و پیش‌آهنگ شناخته شده و یکی از مقاوم‌‌ترین درختان به خشکی و گرما در میان درختان و درختچه‌‌های جنگلی شناخته می‌شود. با توجه به اینکه کشور ما یکی از کشور‌های دارای آب و هوای خشک بوده و کمبود آب در کشاورزی و باغبانی مطرح می‌باشد توسعه‌ی کشت و کار گونه‌‌های مختلف بادام در مناطق مناسب ضروری می‌نماید (شکل 1-1).

شکل 1-1- نمایی از درختچه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه (ذخیره‌گاه بادام کلم بدره)7- تیپ‌های گیاهی منطقه
الف) تیپ Amygdalus arabica- Annual grasses
این تیپ در شیب شمالی منطقه در محدوده طول شرقی 25. 1 54 46 تا 22. 2 59 46 و عرض شمالی 6. 5 2233 تا 15. 2 24 33 واقع شده است. به علت شرایط اکولوژیکی و فشار چرای دام، گرایش پوشش گیاهی منطقه منفی است. گونه‌های علفی منطقه مورد مطالعه نیز شامل گراس و فورب یکساله می‌باشند و گیاهان بوته‌ای به صورت محدود وجود دارند. خاک این تیپ عمیق و دارای املاح گچ و آهک و مارن می‌باشد. بافت خاک متوسط تا سنگین دارای ساختمان توده‌ای، مقدار خلل و فرج متوسط با تعداد زیاد و ریشه‌های ریز با تعداد متوسط واکنش در برابر HCL زیاد، هدایت الکتریکی 74/0 دسی‌زیمنس بر متر و اسیدیته آن برابر 78/7 می‌باشد. از نظر پایداری خاکدانه‌ها بسیار سخت و درصد اشباع آن برابر 48 درصد و مقدار کربنات کلسیم در این افق 48 درصد است. میزان لاشبرگ 5 درصد می‌باشد و در این تیپ 29 درصد سنگریزه دیده می‌شود میزان خاک لخت 1/31 درصد می‌باشد. پوشش گیاهی در این تیپ دارای 5/9 درصد تاج پوشش می‌باشد. لیست گیاهان موجود در این تیپ در جدول1-1 ارائه شده است.
جدول 1-1- لیست گیاهان شناسایی شده در تیپ Amygdalusarabica- Annual grassesردیف نام فارسی نام علمی خانواده شکل زیستی
1 گاوزبان خارک‌دار Anchusa strigosa Labill Boraginaceae He
2 گون Astragalu neomozafarina ina Papilionaceae Ch
3 بارهنگ Plantago psylium Plantaginaceae He
4 دانه تسبیح Aegilo pscrassa Gramineae Th
5 جو هرز (قلطاس) Hordeum glaucum Gramineae Th
6 بادامک Amygdalus lycioides Rosaceae Ph
7 گلرنگ زرد Carthamus oxycanthalis Compositae Th
8 شکر تیغال مشهدی Echinops ritroides Bunge Compositae He
9 دگر گل گندمی Hetheranthelium piliferum Gramineae Th
10 زنگوله ای شرقی Onosma heliotropium Boraginaceae He
11 سدابی زگیل دار Haplophylumtuberculatum Rutaceae He
12 طوسک ایتالیایی Scabiosa rotate Dipsacaceae Th
13 ترشک Rumexephedroides Polygonaceae Th
14 بهمن Stipa capensis Thunb Gramineae Th
15 ختمی Alceaaucheri Malvaceae He
16 سوزن چوپان Erodium ciconium Geraniceae Th
17 بادام کوهی Amygdalus Arabica olive Rosaceae Ph
18 خنجوک Pistachia khinjuk Anacardiaceae Ph
19 چچم شکننده Loliumrigidum Gramineae Th
20 شبدر Trifolium campester Papilionaceae Th
21 شکر تیغال Echinopsritroides Compositae He
22 گوش بره Phlomis persica Bioss Labiatae He
23 کنگر Gundelia tournefortii Compositae He
24 علف جارو Bromus danthonia Gramineae Th
25 جارو علفی بامی Bromus tectorum Gramineae Th
26 مریم گلی Salvia bracteata Labiatae He
27 گچ دوست Gypsophila pallida Caryophyllaceae He
28 بله جی جی Astragalus fasciculifolius Papilionaceae Ch
شکل زیستی: تروفیت :Th، همیکریپتوفیت :He، کامفیت :Ch، فانروفیتPh
ب) تیپ Quercus brantii- Amygdalus arabica
این تیپ در قسمت شمال غربی منطقه قرار گرفته است و در بین طول شرقی 2. 2 53 46 تا 28. 6 57 46 و عرض شمالی 16. 9 21 33 تا 36 23 33 واقع شده است. این تیپ دارای شیب زیاد و عمق خاک کم تا متوسط بوده و سنگ بستر در بعضی قسمت‌‌های آن نمایان شده است. پوشش گیاهی درختی بیش‌تر از نوع بلوط ایرانی همراه با پایه‌‌های پراکند‌های از بنه است. بافت خاک متوسط تا سنگین دارای ساختمان توده‌ای، مقدار خلل و فرج زیاد با اندازه متوسط و بدون ریشه و واکنش در برابر HCL زیاد، هدایت الکتریکی 76/0 دسی‌زیمنس بر متر و اسیدیته آن برابر 65/7 می‌باشد. از نظر پایداری خاکدانه‌ها سخت و درصد اشباع آن برابر 2/32 درصد و مقدار کربنات کلسیم در این افق 5/68 درصد است. میزان لاشبرگ 5 درصد می‌باشد و در این افق 7/26 درصد سنگریزه دیده می‌شود و خاک لخت 35 درصدد می‌باشد. درصد پوشش گیاهی این تیپ 49/20 درصد می‌باشد.
جدول 1-2 لیست گیاهان شناسایی شده در AmygdalusarabicQuercusbrantii-ردیف نام فارسی نام علمی خانواده شکل زیستی
1 جارو علفی هرز Bromus danthonia Gramineae Th
2 گلرنگ زرد Carthamu soxycanthalis Compositae Th
3 جاشیر Ferulago macrocarpa Umbelliferae He
4 بابونه Anthemis altissima Compositae Th
5 کنگر Gundeliatournefortii Compositae He
6 دانه گنجشکی Helianthemum salisifolim Cistaceae Th
7 شیرپنیر موئین Galium setaceum Rosaceae Th
8 دم روباهک Lophocloaphleoides Gramineae Th
9 خشخاش هرز Papaverdubium Papaveraceae Th
10 لعل کوهستان Olivier adecombens Umbelliferae Th
11 بادام کوهی Amygdalus arabica Rosaceae Ph
12 دانه تسبیح Aegilopscrassa Gramineae Th
13 جو وحشی Hordeum glaucum Gramineae Th
14 طوسک ایتالیایی Scabiosa rotate Dipsacaceae Th
15 بارهنگ کتانی Plantago psyllium Plantaginaceae He
16 بلوط ایرانی Quercus brantii Fagaceae Ph
17 شکر تیغال Echinopsritroides Compositae He
18 بله جی جی Astragalus fasciculifolius Papilionaceae Ch
19 زوال Eryngium billardieri Umbelliferae He
20 شبدر Trifolium campester Papilionaceae Th
شکل زیستی: تروفیت :Th، ژئوفیت :GE، همیکریپتوفیت :He، کامفیت :Ch، فانروفیتPh
8- خواص دارویی
بادام ملین بوده و روغن بادام ضد یبوست است مخصوصاً می‌توان از روغن بادام رفع یبوست بچه‌ها استفاده کرد.
بادام برای درمان زخم روده‌ها و مثانه و اسهال مفید است.
بادام تقویت کننده نیروی جنسی است و تولید اسپرم را زیاد می‌کند، بادام آسیاب شده و با عسل مخلوط شده، برای درد کبد و سرفه مفید است.
شکوفه بادام را دم نموده و به عنوان مسهل برای اطفال می‌توان استفاده کرد.
دم کرده پوست قهوه‌ای رنگ مغز بادام بهترین دارو برای تسکین درد و التهاب مجاری تنفسی است.
روغن بادام خواب آور است و بی خوابی را از بین می برد.
مالیدن روغن بادام برروی پوست التهاب را رفع کرده و سوختگی را درمان می‌کند.
ریشه درخت بادام برای درمان انواع دردها مفید است و برای پاک کردن طحال، کلیه و دفع کرم رود به کار می رود.
1-6- جمع بندی و جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیقبا توجه به گسترش رویشگاهی وسیع گونه بادام کوهی در کشور متاسفانه در ارتباط با بررسی رویشگاهی این گونه تحقیقات در داخل کشور اندک می‌باشد و بجز چند توده بادام کوهی در استان‌های کرمان و چهارمحال بختیاری در دیگر مناطق مطالعه جامعی صورت نگرفته است. در استان ایلام گونه درختچه‌ای بادام کوهی منطقه کلم شهرستان بدره به عنوان ذخیره‌گاه از سوی سازمان جنگل‌ها، مرتع و آبخیزداری کشور معرفی شده است که تاکنون هیچگونه مطالعه‌ای در مورد بررسی خصوصیات رویشگاهی آن صورت نگرفته است. به همین دلیل و به منظور شناخت و کسب اطلاعات و نیز به دلیل اینکه این گونه از گونه‌هایی با ارزش ژنتیکی و اقتصادی بالاست و رویشگاه آن در استان به عنوان ذخیرهگاه معرفی شده است، مطالعات در خصوص این گونه ضروری احساس شده و هدف این مطالعه نیز بررسی شرایط رویشگاهی گونه بادام کوهی ذخیرهگاه جنگلی کلم بدره می‌باشد.

فصل دوممروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق1903095284480000
2-1- مرور منابع2-1-1- بررسی پژوهش‌های انجام شده در داخل کشورپیری (1391)، مطالعه شرایط رویشگاهی لرگ در دره لارت شهرستان بدره استان ایلام پرداخت عرصه تحت پوشش توده لرگ پس از ثبت موقعیت تمام پایه های لرگ در، آماربرداری صدرصد از مشخصه های کمی و کیفی انجام شد خاک منطقه دارای بافت رسی – لومی تا شنی – رسی – لومی با میانگین اسیدیته برابر 34/7 بوده است نتایج نشان داد که حداقل و حداکثر قطر پایه ها به ترتیب 7 و 91 سانتی متر بوده حداقل و حداکثر ارتفاع درختان بترتیب5/0 و20 متر می باشد میانگین ارتفاع درختان به روش لوری 34/14 متر محاسبه گردید تجدید حیات درختان به طور متوسط برابر 5/770 اصله در هکتار و جنگل ناهمسال و نامنظم می باشد.
قربانی (1391)، بررسی برخی از خصوصیات اکولوژی گونه مورد را در سه ذخیره گاه جنگلی تنوره آبدانان، زرآب زرین آباد، و روستای مورد از توابع بخش چوار در استان ایلام پرداخت نتایج نشان داد که محدوده ارتفاعی مورد بین 826 تا 1100 متر ارتفاع از سطح دریا بوده و بیشترین پارامتر ارتفاع و قطر به ترتیب 02/3، 88/3 مربوط به ذخیره گاه زرین آباد از نظر پارامتر شادابی و تعداد زادآوری ذخیرگاه چوار اختلاف معنی داری نسبت به دو ذخیرگاه دیگر می باشد . خاک رویشگاه چوار سیلتی – لومی و دو رویشگاه دیگر رسی – لومی بوده . نتایج همبستگی بین متغیرها نشان داد که در هر سه رویشگاه بین قطر تاج و ارتفاع پایه ها همبستگی مثبت وجود دارد . در رویشگاه چوار زاداوری درختان با میزان کربن آلی و پتاسیم خاک دارای همبستگی مثبت و دررویشگاه آبدانان بین ارتفاع پایه ها و میزان اسیدیته خاک همبستگی منفی بسیار قوی وجود دارد .
گودرزی و همکاران (1391)، در تحقیقی تأثیر فیزیوگرافی و برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک را بر روی پراکنش گونه بادامک در چهار منطقه از استان مرکزی مورد مطالعه قرار دادند. در این پژوهش پس از جنگل گردشی و بررسی مقدماتی منطقه و با توجه به متغیر‌هایی مانند جهت جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا و شیب اقدام به پیاده نمودن 61 قطعه با استفاده از دستگاه GPS در چهار منطقه جلایر ساوه، نیمور محلات، جفتان تفرش و سرآبادان تفرش گردید. نتایج به دست آمده از آزمون تجزیه واریانس یک طرفه نشان داد که بیش‌‌ترین ارتفاع از سطح دریا، شیب، آهک، هدایت الکتریکی و فسفر در منطقه نیمور محلات، بیش‌‌ترین مقدار درصد شن و سطح مقطع تاج در هکتار در مناطق جلایر ساوه و سرآبادان تفرش، بیش‌‌ترین تعداد درخت در هکتار در منطقه سرآبادان تفرش و کم ‌ترین ارتفاع از سطح دریا و سیلت در منطقه جلایر ساوه وجود دارد. همچنین تحلیل مولفه‌‌های اصلی بیانگر آن است که همه مشخصه‌‌های رویشی در جهت مثبت محور اول پراکنده شدهاند. منطقه جلایر ساوه بیش ‌ترین همبستگی مثبت را با محور اول و نیمور محلات با محور دوم نشان می‌دهد. در ربع اول و در مناطق سرآبادان و جلایر ساوه درصد شن و ازت کل و در ربع دوم و در منطقه نیمور محلات ارتفاع از سطح دریا، شیب و فسفر و در ربع چهارم و در منطقه جفتان تفرش کربن آلی از مهم ‌ترین عوامل تأثیرگذار بر پراکنش بادامک میباشند.
صیادی و همکاران (1391)، در مطالعه خود به بررسی اثر توپوگرافی و خصوصیات خاک بر خصوصیات کمی و کیفی بادام کوهی در ذخیرهگاه رحمت آباد شهرستان آبیک استان قزوین پرداختند. آماربرداری از پایه‌‌های بادام کوهی و ثبت مشخصات کمی و کیفی به صورت صد در صد انجام گرفت. مشخصه‌های مورد نظر از لحاظ جنگل‌شناسی شامل تعداد درختان، ارتفاع کامل، قطر متوسط تاج، قطر یقه (مجموع جست‌‌های تشکیل دهنده تنه) و مشخصه‌های کیفی شامل فرم تنه، وضعیت شادابی و سلامت تاج، سلامت تنه، انحنا و پیچیدگی تنه مورد سنجش قرار گرفت. برداشت نمونه‌های خاک از عمق 20-0 سانتیمتری به صورت انتخابی، در نقاطی که وضعیت پوشش گیاهی و توپوگرافی به طور واضحی تغییر می‌کرد با در نظر گرفتن قطعه نمونه‌‌هایی صورت گرفت. نتایج تحقیق نشان داد که بین تعداد پایه در هکتار بادام و ارتفاع از سطح دریا، شیب و جهت اختلاف معنیداری وجود دارد. همچنین در این تحقیق معلوم شد که از بین خصوصیات فیزیکی خاک تنها درصد سنگریزه و درصد تخلخل با برخی از خصوصیات کمی بادام کوهی همبستگی دارد.
میرآزادی و همکاران (1391)، تحقیقی را در ارتباط با بررسی وضعیت رویشگاه‌‌های طبیعی درختچه مورد در استان لرستان و چگونگی حفاظت از آنها انجام دادند. هدف از پژوهش آنها بررسی رویشگاه‌‌های درختچه مورد در استان لرستان و بررسی میزان تخریب این رویشگاه‌ها بود، به این منظور 31 رویشگاه عمده این درختچه در استان لرستان شناسایی گردید و پس از مراجعه به این مناطق ویژگی‌های رویشگاهی و خاکی آنها مورد اندازهگیری قرار گرفت، نتایج این تحقیق نشان داد که رویشگاه‌‌های مورد در استان لرستان به شدت تخریب یافته بوده و روند نزولی و قهقرایی طی میکنند، با توجه به نتایج به دست آمده این محققان آنچه بیش از هر عامل دیگری امروزه در زمینه حفظ منابع طبیعی به ویژه در سطح ملی می‌تواند تأثیرات مثبت داشته باشد، افزایش معرفت و آگاهی جامعه در زمینه منابع طبیعی و شناخت مسایل و مشکلات زیست محیطی است.
فیروزبخت و همکاران (1391)، مطالعه‌ای را تحت عنوان ارزیابی و تعیین شرایط رویشگاهی بنه atlantica Pistacia در جنگل‌‌های زاگرس مرکزی انجام دادند. در این تحقیق خصوصیات گیاه شناسی، اقلیمی، رویشگاهی، خاک شناسی، زمین شناسی، مورفولوژیک، فیزیولوژیک، جنگل‌شناسی و پوشش‌های همراه بنه در زاگرس مرکزی و ایران مورد بررسی و مطالعه قرارگرفت. همچنین اهمیت جنگل‌‌های بنه در اکوسیستم زاگرس مورد نقد قرارگرفته و یکسری پیشنهادها برای حفظ جنگل‌‌های بنه ارائه گردیده است.
توکلی نکو و همکاران (1390)، در بررسی رویشگاه‌‌های بادامک در استان قم دریافتند که تراکم درختچه‌‌های بادامک در دامنه‌ها بیش‌تر است. از نظر ارتفاع، قطر تاج، مساحت تاج پوشش و مساحت تاج پوشش در واحد سطح، درختچه‌های موجود در درهها وضعیت بهتری داشتند و مقادیر آن برای دامنه بیش‌تر از یال‌ها بود. از نظر رشد سالانه درختچه‌ها، با اندازه‌گیری فاصله میان گره‌ها و محاسبه رشد طولی شاخه در سال جاری، بیش‌‌ترین مقادیر در دره‌ها و پس از آن در دامنه‌ها و یال‌ها مشاهده شد. همچنین جهت جغرافیایی نقش مهمی در پراکنش بادامک نشان داد، به طوری که بیش‌‌ترین تراکم درختچه‌ها در شیب‌‌های جنوبی و شرقی و کم‌ترین مقدار آن در شیب‌‌های شمالی و غربی مشاهده گردید. همچنین از دیگر عوامل موثر بر پراکنش بادامک شرایط خاک و به ویژه بافت خاک بود که در مواردی که خاک با بافت متوسط تا سبک همراه با سنگریزه وجود داشت، تراکم درختچه‌‌های بادامک بیش‌‌ترین مقدار بود.
رجبی نوفاب (1390)، در پایاننامه کارشناسی ارشد خود به برآورد ترسیب کربن در دو گیاه بادام کوهی و مو و بررسی امکان واسنجی مدل‌های ترسیب کربن (مطالعه موردی ایستگاه حسین آباد استان فارس) پرداخت و نتایج وی نشان داد که مقدار کربن آلی ترسیب شده در خاک تحت درختچه‌های بادامکوهی و مو به ترتیب 1/354 و 4/227 تن در هکتار است. هدایت الکتریکی از مهم‌ترین عوامل خاکی تأثیرگذار بر میزان کربن آلی خاک در درختچه بادام است در حالی که در گونه مو اسیدیته از جمله فاکتور‌های مهم تأثیرگذار بر میزان ترسیب کربن است. همچنین بیان کردند که با توجه به نتایج این تحقیق، ضروری به نظر میرسد اقدامات لازم در جهت افزایش پتانسیل ترسیب کربن در عرصه‌های مختلف کشور انجام گیرد تا قدمی در راستای کاهش غلظت کربن در جو به منظور کاهش تغییر اقلیم برداشته شود.
روانبخش و همکاران (1389)، در مطالعه خود تحت عنوان بررسی کمی و کیفی ذخیرهگاه جنگلی ارس- شیرخشت اوشان در البرز مرکزی، نشان دادند که این توده دو تیپ جنگلی اصلی شیرخشت- ارس و شیر خشت – راناس دارد. گونه‌های این توده در اشکوب درختی شامل ارس، بنه، پلاخور و تا بوده و در اشکوب درختچه‌ای، شیرخشت، راناس، تنگرس، نسترن و زرشک دیده میشوند. توده دارای ساختار ناهمسال نامنظم بوده است. همچنین تجدید حیات توده در بخش انبوه 7 برابر بیش از بخش تنک است. شادابی و سلامت توده با رتبه دهی به 7 گونه اصلی، مورد بررسی قرار گرفت.
الوانینژاد (1387)، در مطالعه خود جهت بررسی عوامل مؤثر بر پراکنش گونه بادام کوهی در دو منطقه مختلف استان فارس دریافت که عامل جهت جغرافیایی نقش مهمی در پراکنش گونه بادام کوهی ایفا میکند به طوریکه این گونه بیش‌تر در جهت‌های جنوبی، شرقی و جنوب شرقی که آفتابگیر هستند ظاهر میشود. در منطقه دشت موک بیش‌‌ترین پراکنش مربوط به ارتفاع 2150-1900 متر و در منطقه دربک 1870-1600 می‌باشد. همچنین ایشان بیان کردند که از لحاظ آب و هوایی رویشگاه‌‌های بادام اغلب در مناطق نیمه خشک، مدیترانه ای گرم و خشک حتی مناطق مرطوب و خشک میتوانند مشاهده شوند.
سالاریان و همکاران (1387)، در بررسی نیاز رویشگاهی گونه بادامک در جنگل‌‌های زاگرس (استان چهارمحال و بختیاری) به این نتیجه رسیدند که جهت جغرافیایی عامل بسیار مهمی در پراکنش بادامک می‌باشد، به طوری که میانگین ارتفاع، تعداد جست، قطر یقه، قطر تاج و درصد تاج پوشش این گونه در جهت جنوبی بیش‌تر از جهت شمالی بوده است. همچنین طبقه ارتفاعی 1800 تا 1900 متر از سطح دریا بهترینمحدوده رویشی برای گونه بادامک در منطقه مورد مطالعه در استان چهارمحال و بختیاری است.
سهرابی و همکاران (1387) مطالعه‌ای تحت عنوان بررسی خصوصیات رویشگاهی و جنگل‌شناسی توده لرگ در استان لرستان انجام دادند. در بررسی به‌عمل آمده مشخص شد که شرایط اقلیمی رویشگاه لرگ در شول‌آباد نیمه‌مرطوب سرد و محل استقرار این توده تراس کوچک رودخانه‌ای با بافت خاک لومی رسی می‌باشد که به مرور زمان در اثر ته‌نشینی رسوبات آن به ‌وجود آمده است. درختان در حاشیه رودخانه دائمی مستقر شده‌اند و سنگ بستر آن دارای سازند آهکی است. حداقل و حداکثر قطر درختان لرگ به ‌ترتیب 2 و 128 سانتی‌متر، میانگین رویش قطری سالانه‌ درختان این توده برابر با 8/3 میلی‌متر و موجودی سرپا در توده مورد مطالعه برابر 5/389 سیلو در هکتار تعیین شد. حداکثر و حداقل ارتفاع درختان لرگ در رویشگاه به ترتیب 28 و 3/2 متر برآورد شد.
مهدی‌فر و ثاقب طالبی (1385)، مطالعه‌ای با عنوان بررسی مشخصات کمی کیفی و خصوصیات رویشگاهی دارمازو به منظور شناخت خصوصیات رویشگاهی گونه دارمازو انجام دادند. نتایج حاصل نشان می‌دهد که مساحت رویشگاه این گونه در منطقه 5751 هکتار بوده. پراکنش آن از ارتفاع 1200 تا 2400 متر از سطح دریا می‌باشد که در محدوده ارتفاعی 1200 تا 2000 متر از سطح دریا منطقه مورد مطالعه تشکیل تیپ داده و از 2000 تا 2400 متر به صورت پراکنده در منطقه حضور دارد. بافت خاک رویشگاه مورد مطالعه متوسط (لومی)، نسبتاً سنگین (لومی رسی) تا سنگین (رسی) می‌باشد و اسیدیته آنها از 4/7 تا 8 متغیر است که نشان دهنده‌ی آهکی بودن این خاک‌هامی‌باشد. ماده آلی در خاک نسبتاً خوب است. در مجموع جهت‌های شمالی و فرم‌های دره و دامنه در محدوده ارتفاعی 1200 تا 1600 متر بالاتر از سطح دریا رویشگاه‌‌های مناسبی از نظر خصوصیات کمی و کیفی درختان دارمازو هستند. از نظر خصوصیات کیفی نیز مشخص شد که بهترینوضعیت شاخه دهی (درختان بدون شاخه) در فرم دامنه (6/74 %) و در طبقه ارتفاعی 1200تا 1600 متر (7/73 %) قرار دارند.
رحمانی و همکاران (1382)، اثر تنش شوری بر رشد دو گونه وحشی و دو ژنوتیپ از گونه اهلی بادام را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که طول و قطر نهال‌ها، وزن خشک برگ، ساقه و ریشه با افزایش شوری کاهش پیدا نمود. اثر شوری با سوختگی حاشیه برگ آغاز شده، بعد به داخل برگ توسعه یافته و در نهایت خشکی برگ و ریزش آنها را به دنبال داشت. غلظت بیش از 1200 میلیگرم در لیتر نمک در ابتدای رشد، سبب آسیب جدی و کاهش شدید رشد شده و در نهایت خشکی تمام ژنوتیپها را به دنبال داشت. در غلظت پایین نمک، بادام‌های اهلی رشد بیش‌تری نسبت به ژنوتیپ‌های وحشی داشته، ولی در غلظت 1200 میلیگرم در لیتر نمک، بادام لیسیوئیدس نسبت به ژنوتیپ‌های اهلی بادام رشد بیش‌تری نشان داد.
ایران نژاد پاریزی (1374)، در بررسی اکولوژیکی جوامع گیاهی گونه‌‌های طبیعی بادام در استان کرمان، مشخص کرد که گونه بادام کوهی بیش‌‌ترین پراکنش را در استان کرمان داشته است. این گونه در اغلب مناطق کوهستانی و تپه ماهوری این استان، با درجات انبوهی و فرم حیاتی مختلف دیده میشود.
2-1-2- بررسی پژوهش‌های انجام شده در خارج از کشوررئوستا و دیگران (2013) در برآورد میزان ترسیب کربن گونه بادامک (Amygdalus scoparia) به این نتیجه رسیدند که ارزش اقتصادی ترسیب کربن این گونه در هر هکتار 871/12 دلار امریکا می‌باشد و با توجه به ارزش اقتصادی این گونه از لحاظ حفاظت آب و خاک آن را برای پروژه‌های جنگل‌کاری در مناطق خشک و نیمه خشک پیشنهاد کردند.
دوگان و دیگران (2011) طی تحقیقی به مطالعه‌ تعیین بعضی از خصوصیات اکولوژیکی و اهمیت اقتصادی گونه پنج انگشت با نام علمی Vitex agnus-castus که یک گونه مدیترانه‌ای است و از گونه‌های همراه درختچه مورد می‌باشد، پرداختند. نتایج آنها نشان داد که این گونه در منطقه مورد مطالعه (ترکیه) در خاک‌های با بافت لومی و کمی قلیایی رشد میکند و مناطق با درصد کربنات کلسیم پائین، میزان مواد آلی بالا و خاک‌های غنی از نیتروژن و فسفات را ترجیح میدهد.
آرخی و دیگران (2010) در مطالعه خود گزارش کردند که ارتفاع از سطح دریا بر پراکنش گونه Amygdalus orientalis تأثیر گذار است.
گورتاپه و دیگران (2006) گسترشگاه و مناطق اکولوژیک 11 گونه بادام را مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که جنس بادام در مناطق بین 7/39 و 36 درجه عرض جغرافیایی و بیش‌تر در دامنه‌های ارتفاعی 1100 تا 2300 متر از سطح دریا با خاک با بافت سبک و متوسط رشد میکند و بر اثر بهرهبرداری غیر اصولی، این جنس در معرض خطر قرار گرفته است.
خِرسات و دیگران (2006) بیان کردند که مقدار شوری بر مشخصه‌های کمی و کیفی بادامک تأثیر منفی داشته است که احتمالاً افزایش آن موجب افزایش خشکی محیط، افزایش فشار اسمزی محلول خاک، سمیت یونها، عدم امکان جذب آب از سوی ریشه‌ی گیاه و اختلال در جذب برخی از عناصر غذایی می‌شود.
بادانو و دیگران (2005) در تحقیق خود در ارتباط با بررسی تأثیر جهت دامنه بر روی الگوی پراکنش گونه بادام، نتیجه گرفتند که عوامل رویشی این گونه در جهت جنوبی وضعیت مناسب‌تری نسبت به جهت شمالی دارد.
فلامینی و دیگران (2004) طی مطالعه‌ای بیان کردند که رشد و عملکرد درختچه‌های مورد در اکوسیستمها تحت تأثیر عوامل مختلفی نظیر نوع گونه، اقلیم منطقه، نوع خاک، ارتفاع از سطح دریا و موقعیت جغرافیایی می‌باشد. ویژگی‌های مختلف خاک بر چگونگی رشد و نمو و نیز بر میزان مواد مؤثره این گونه تأثیر دارند. هر یک از این عوامل میتوانند تأثیر به سزایی بر کمیت و کیفیت محصول گیاهان داشته باشند.
اسمیت (1996) در پژوهش خود بیان میکند هر رویشگاهی که تنوع زیستی بیش‌تری داشته باشد، پایداری اکولوژیکی و حاصلخیزی بیش‌تری را خواهد داشت و یک اکوسیستم پایدار و پویا خواهد بود. و از بین مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر تنوع یک رویشگاه می‌توان به عوامل مختلف خاکی و فیزیوگرافی اشاره کرد.
بروایس و زوهاری (1995) در تحقیقی بر روی 26 گونه مختلف بادام، ارتفاع از سطح دریا را به عنوان عامل محدودکننده پراکنش گونه‌های بادام معرفی کردند.
دنیسوف (1982) در بررسی پراکنش و تغییر پذیری بادام‌های وحشی در کشور آذربایجان بیان کرد که ارتفاع از سطح دریا به عنوان عامل محدود کننده در پراکنش این گونهها میتواند مد نظر قرار گیرد و دو فرم بوته‌ای در دامنه زانگ زوار در آذربایجان گزارش شده است که برای برنامه‌های اصلاح نژاد میتوان از آنها استفاده کرد.
آلبرجینا (1978) در مطالعه‌ای که در قسمت جنوب غربی سیسیل ایتالیا بر روی گونه بادام Amygdalus Webbii داشت، بیان میکند که این گونه بر روی انواع خاک‌های آهکی تا آتشفشانی رشد نموده و از نظر ارتفاعی در ارتفاع 900 متر از سطح دریا پراکنش دارد.

فصل سوممواد و روش‌ها1865630194246500
3-1- مواد و روش‌ها3-1-1- مواد3-1-1-1- رویشگاه زاگرسرویشگاه زاگرس بخش وسیعی از رشته کوه زاگرس را شامل می‌شود که از شمال‌غربی کشور یعنی شهرستان پیرانشهر در آذربایجان غربی شروع و تا حوالی شهرستان فیروزآباد در فارس امتداد می‌یابد و محدوده ای به طول 1300 و عرض متوسط 200 کیلومتر را می‌پوشاند. جنگل‌‌های زاگرس که تحت عنوان جنگل‌‌های نیمه خشک طبقه‌بندی شدند، با وسعت 5 میلیون هکتار، 40% کل جنگل‌‌های ایران را به خود اختصاص داده‌اند. این منطقه بیش‌‌ترین تأثیر را در تامین آب، حفظ خاک، تعدیل آب و هوا و تعدیل اقتصادی و اجتماعی در کل کشور دارد. از مهم‌‌ترین گونه‌‌های درختی و درختچه‌ای حوزه زاگرس می‌توان به گونه‌‌هایی از قبیل بلوط ایرانی، مازودار، ویول، کیکم، بنه، کلخونک، بادامک، داغداغان، دافنه، ارس و گلابی اشاره نمود.
3-1-1-2- زیست بوم استان ایلاماستان ایلام با حوضه جغرافیایی و سیاسی به ابعاد 20150 کیلومتر مربع، حدود 2/1 درصد از مساحت کشور را تشکیل داده است (شکل 3-1). این استان در غرب رشته کوه‌‌های زاگرس بین 4540 تا 4803 طول شرقی و 3203 تا 3402 عرض شمالی قرار گرفته است. شهر ایلام (مرکز استان) در قسمت شمالی استان و در فاصله 745 کیلومتری جنوب غربی تهران واقع شده است. این استان از جنوب به استان خوزستان و کشور عراق، از شرق با استان لرستان، از شمال و شمال غرب با استان کرمانشاه همسایه بوده و از سمت غرب دارای 425 کیلومتر مرز مشترک با کشور عراق است. حدود طبیعی این استان 220 کیلومتر طول و حدود 100 کیلومتر عرض دارد و از شمال به کوه قلاجه تا رود سیمره در شرق و از جنوب به رودخانه دویرج و از غرب به کشور عراق توسط سلسه جبال حمرین محدود شده است (سازمان جغرافیایی نیرو‌های مسلح 1386).
3-1-1-3- منطقه مورد مطالعهمنطقه مورد مطالعه بنام ذخیرهگاه بادام کلم در شهرستان بدره و در استان ایلام واقع شده و در تقسیم بندی کلی هیدرولوژی استان جزء حوزه آبریز سیمره می‌باشد. عرصه طرح ذخیره‌گاه بادام کلم به مساحت 64/63 هکتار در استان ایلام، شهرستان دره شهر، بخش بدره، دهستان دوستان و در غرب روستای کلم قرار گرفته و در محدوده جغرافیایی 33 درجه، 22 دقیقه و 41 ثانیه تا 33 درجه، 23دقیقه و 33 ثانیه عرض شمالی و 46 درجه، 53 دقیقه و4 ثانیه تا 46درجه، 55 دقیقه و 11ثانیه شرقی در استان ایلام واقع شده است (شکل 3-1). نوع گونه‌‌های جنگلی همراه در این رویشگاه شامل بادامک، زالزالک، بنه، بلوط ایرانی و انواع گونه‌‌های علفی یکساله و چند ساله شامل: انواع گون، جو دوسر – گلرنگ زرد- گوش بره – مریم نخودی-چچم – هندوانه ابوجهل و ... می‌باشد.
گونه اصلی و حفاظتی در این ذخیره‌گاه بادام کوهی (Amygdalus arabica) می‌باشد که دارای وضعیت ساختاری نسبتاٌ ناهمسال می‌باشد و زادآوری در این گونه به خوبی مشاهده میشود. حداقل و حداکثر ارتفاع از سطح دریا به ترتیب 900 و 1200 متر می‌باشد. در حاشیه ذخیره‌گاه دو روستای کلم بالا و پایین وجود دارد که سامان عرفی دامداران این دو روستا می‌باشد. با توجه به مشکلات اجتماعی و تقسیمات عرفی برخی تخلفات و تجاوز به عرصه در سال‌های ابتدایی وجود داشت که به مرور مرتفع گردید.

شکل 3-1- موقعیت منطقه مورد مطالعه در کشور، استان و شهرستان
3-1-1-4- اقلیمایستگاه هواشناسی ایلام طی دوره‌ی آماری (1392-1370) که متوسط بارندگی سالیانه در این منطقه 6/667 میلی‌متر بوده که از این میزان 1/20 درصد در فصل بهار، 1/0 درصد در فصل تابستان، 9/31 درصد در فصل پاییز و 9/47 درصد در فصل زمستان می‌باشد. بارندگی‌ها عمدتاً در فصل زمستان و بعد از آن در فصل پاییز و سپس بهار ‌تداوم دارند تابستان فصل خشک منطقه می‌باشد و از خرداد تا اواسط آبان‌ماه اوقات خشک سال هستند. بعلت ورود سامانه‌‌های بارش‌زا و ویژگی فصل بهار‌، عمدتاً بارش‌ها در این فصل رگباری بوده و به دلیل عدم پوشش‌گیاهی مناسب اکثراً سیلابی هستند‌. حداکثر مطلق دما که تا کنون در این ایستگاه به ثبت رسیده است 4/41 درجه سانتی‌گراد بوده است. میانگین دمای سالانه در ایستگاه فوق الذکر 8/16 درجه سانتیگراد می‌باشد. حداقل مطلق دمای ثبت شده در طول دوره آماری 6/13- درجه سانتی‌گراد بوده است. پایین‌‌ترین دما‌های ثبت شده در این ایستگاه مربوط به بهمن ماه می‌باشد یعنی بهمن ماه سرد‌ترین ماه سال است. اما گرم‌‌ترین ماه سال مرداد ماه بوده که حداکثر مطلق دما‌های ثبت شده مربوط به اواخر تیر ماه و مرداد ماه می‌باشد. این ایستگاه دارای 11روز یخبندان می‌باشد. روز یخبندان از نظر هواشناسی به روزی اطلاق می‌شود که حداقل دما صفر و کمتر از آن است. براین اساس در دوره آماری دما‌های صفر و زیر صفر استخراج و پس از بررسی ‌نهایی مشخص گردید، ایستگاه فوق‌الذکر به طور متوسط دارای 35 روز یخبندان است‌. یکی دیگر از پارامتر‌های اقلیمی میزان ساعات آفتابی در سال است. که میانگین آن در سال 2857 ساعت می‌باشد ابرناکی آسمان از دیگر پارامتر‌های اقلیمی است که مشخص کننده دمای زمین و انرژی رسیده به زمین می‌باشد و رابطه مستقیمی با میزان بارندگی دارد‌. به طور متوسط ایستگاه دارای 42 روز در سال ابرناکی است. از دیگر پارامتر‌های مورد بررسی رطوبت هوا است. رطوبت نسبی تأثیر بسزایی در اقلیم، پوشش گیاهی و غیره دارد‌. متوسط رطوبت در این ایستگاه 40 درصد بوده که متوسط حداکثر 55 و متوسط حداقل 25 درصد است. بیش‌‌ترین میزان رطوبت نسبی ماهانه در بهمن ماه با 62 درصد و کم‌ترین میزان رطوبت نسبی در مرداد ماه 19 درصد است. تبخیر از مهم‌ترین پارامتر‌های اقلیمی مخصوصاًدر مناطق خشک است. میزان متوسط تبخیر سالانه 2/1892 میلی متر است. بیش‌‌ترین مقدار تبخیر در تیرماه به میزان 5/367 میلی متر و کم‌ترین میزان 0 میلی متر در زمستان است. باد غالب در منطقه غربی و باد نایب غالب جنوب‌شرقی است. بررسی گلباد سالانه نشان می‌دهد که وزش‌‌های باد، بالای 2 متر بر ثانیه هستند. حداکثر بادی که تاکنون در منطقه به ثبت رسیده است 25 متر بر ثانیه بوده که از جنوب‌غرب به سمت شمال شرق وزش داشته است. جدول فراوانی باد سالانه نشان می‌دهد که بیش‌‌ترین بادها، بین 2 تا 4 متر بر ثانیه سرعت داشته است‌. در گلباد فروردین ماه مشاهده می‌شود که در این ماه باد غالب جنوبی و نایب غالب غربی است. در اردیبهشت ماه نیز باد غالب غربی و باد نایب غالب جنوب‌شرق است‌. در خردادماه‌ تا مهر‌ماه غالب غربی و نایب غالب شمال‌غربی است. اما در آبانماه باد غالب غربی و نایب غالب جنوب‌شرقی است. در آذرماه تا اسفند ماه باد غالب جنوب‌شرقی و باد نایب غالب شرقی است‌. محاسبه فرمول‌‌های مربوط به تعیین اقلیم نشان می‌دهد در روش آمبرژه نوع اقلیم مرطوب معتدل و در روش دومارتن نوع اقلیم نیمه مرطوب است. در روش گوسن (آمبروترمیک) فصل خشک منطقه از اواسط اردیبهشت ماه آغاز و تا اواسط مهر‌ماه ادامه دارد (شکل 3-2). یعنی تقریباً 5 ماه از سال منحنی درجه حرارت در بالای منحنی بارندگی قرار دارد و فقط 5 ماه از سال فصل مرطوب منطقه محسوب می‌شود.
شکل 3-2- آمبروترمیک حوزه کلم (ایستگاه هواشناسی ایلام طی دوره‌ی آماری 1392-1370)3-1-1-5- زمین‌شناسیذخیرهگاه کلم شهرستان بدره در زون ساختاری زاگرس چین خورده قرار می‌گیرد. عمده سنگ‌‌های منطقه را، واحدهای آهکی و شیلی مربوط به مزوزوییک و سنوزوییک تشکیل داده‌اند. سازند گچساران با لیتولوژی انیدریت و مارن و میان لایه آهکی بیش‌ترین وسعت را در منطقه دارد. سایر واحدهای سنگی موجود در حوزه عبارتند از سازند آهکی سروک سازند ایلام با لیتولوژی سنگ آهک و میان لایه شیل، سازند پابده با تناوب شیل و آهک و مارن، سازند شیلی گورپی، سازند آسماری، بخش آهکی امام حسن و سازند انیدریتی گچساران. از نظر ساختاری مهم‌ترین ساختار موجود در حوزه چین‌ها هستند (مطالعات تفصیلی- اجرایی حوزه آبخیز کلم دره‌شهر، 1390). در حوزه کلم با توجه به لیتولوژی واحدهای سنگی، پوشش گیاهی خوب و شرایط آب و هوایی، هوازدگی فیزیکی، زیستی و شیمیایی قابل مشاهده است. همچنین با استناد بر آمار و اطلاعات هواشناسی، تعیین اقلیم ذخیرهگاه بادام منطقه نشان داد که در روش آمبرژه نوع اقلیم مرطوب معتدل و در روش دومارتن نوع اقلیم نیمه مرطوب است. این گونه اغلب در اقلیمهای نیمهمرطوب با زمستانهای نسبتاً سرد مستقر میشود. سالاریان و همکاران (1387) نیز اذغان نمودند که گونه بادام کوهی اغلب در اقلیم‌های نیمهمرطوب مستقر میشوند.
3-2- روش انجام تحقیقاین مطالعه از نوع مطالعات تحلیلی بوده و برای جمعآوری اطلاعات از سه روش کتابخانه‌ای، میدانی و آزمایشگاهی استفاده شده است. در این تحقیق ابتدا برای تعیین مبانی نظری و پیشینه‌ی تحقیق از شیوه کتابخانه‌ای اقدام گردیده و پس از مطالعه کتابخانه‌ای و جستجوی الکترونیکی و به موازات مطالعات مستمر نظری بخشی از اطلاعات مورد نیاز نیز با استفاده از فرم‌‌های آماربرداری در منطقه تهیه و جمع آوری گردید.
ابتدا در منطقه، محدوده ذخیرهگاه بادامک، شناسایی و پلیگون آن به‌صورت رقومی (به ‌وسیله دستگاه GPS در سیستم مختصات UTM با بیضوی WGS84) بسته شد. در داخل محدوده‌‌های مشخص شده شبکه آماربرداری به ابعاد 200×200 متر به‌ صورت منظم- تصادفی (سیستماتیک) طراحی و برای اندازه‌گیری درختچهها و آماربرداری از قطعات نمونه دایره‌ای شکل با مساحتی که به روش حداقل سطح به دست آمده و با توجه به تراکم درختچه‌‌های بادامک حداقل 10 تا 15 پایه در هر قطعه نمونه قرار گیرد، استفاده گردید.
در این قطعات نمونه مشخصه‌های کمی و کیفی همچون تعداد درختچه، ارتفاع و دو قطر عمود بر هم تاج درختچهها، تعداد جست، درجه شادابی درختچهها، میزان ابتلا به آفت و بیماری آنها و زادآوری اندازهگیری گردید. همچنین در هر قطعه نمونه با توجه به طول و عرض جغرافیایی، وضعیت فیزیوگرافی و توپوگرافی (ارتفاع منطقه و میزان و جهت شیب دامنه نیز ثبت میشود) نیز ثبت گردید.
ابزار‌های اندازهگیری مشخصات کمی و کیفی درختچه‌های بادامک شامل موارد ذیل است: دستگاه GPS برای تعیین مرکز قطعه نمونه و یافتن موقعیت، شاخص (ژالن) درجهبندی شده یا دستگاه سونتو برای اندازه گیری گردید. ارتفاع درختچهها، متر نواری برای اندازه گیری قطر تاج درختان و ارتفاع تاج.
3-2-1- تهیه نقشه‌های عوامل فیزیوگرافیپس از مشخص شدن محدوده رویشگاه بر روی نقشه توپوگرافی 1:25000، بمنظور کنترل و نحوه قرار گیری قطعات نمونه در ارتباط با مشخصه‌‌های فیزیوگرافی، توسط نرم افزار Arc GIS 10 نقشه منطقه رقومی شده و از ابزار Topo to Raster برای تهیه نقشه‌های DEM و پس از آن نقشه‌‌های ارتفاع از سطح دریا، شیب و جهت دامنه استفاده شد. سه طبقه ارتفاع از سطح دریا ( 900-1000، 1000 تا 1100 و 1100 تا 1200 متر)، پنج طبقه شیب (0-20، 20-40، 40-60، 60-80 و بیش‌تر از 80 درصد) و پنج جهت جغرافیای (شمال، جنوب، شرق، غرب و بدون جهت) در محدوده مورد مطالعه مشخص شد.
3-2-2- نمونهبردای خاکبرای بررسی وضعیت خاک رویشگاه مورد مطالعه، برخی مشخصه‌‌های فیزیکی و شیمیایی خاک از قبیل بافت خاک، ماده آلی، کربن آلی، اسیدیته (pH)، نیتروژن کل، وزن مخصوص ظاهری و هدایت الکتریکی (Ec) در مرکز هر قطعه نمونه مورد اندازهگیری و مطالعه قرار گرفت. برای این منظور در مرکز هر قطعه نمونه با حفر پروفیل خاک تا عمق ممکنه که با توجه به صخر‌های بودن منطقه کمتر از 20 سانتیمتر بود، نمونه‌های خاک برداشت شد (شکل 3-3). نمونه‌های خاک پس از طی مراحل اولیه آماده سازی برای انجام مطالعات خاکشناسی به آزمایشگاه منتقل شدند.
شکل 3-3- نمایی از نمونهبرداری خاک در رویشگاه مورد مطالعه3-2-2-1- آزمایشات خاکدر محیط آزمایشگاه نمونهها در هوای آزاد خشک گردید و بعد از خرد نمودن کلوخهها، جدا کردن ریشه‌ها، سنگ و سایر ناخالصیها، از الک 2 میلی‌متری عبور داده شدند (هرناندز و همکاران 2004).
بافت خاک با استفاده از روش دانسیمتری بایکاس (زرین کفش 1371) و وزن مخصوص ظاهری به روش کلوخه بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب مطالعه شد (بلیک و‌ هارتج 1986). ماده آلی و کربن آلی با استفاده از روش سرد بر مبنای اکسیداسیون کربن آلی به کمک بیکرمات پتاسیم (K2Cr2O) در محیط کاملاً اسیدی H2SO4)) اندازگیری گردید (آلیسون 1975).
خصوصیات اندازه‌گیری شده خاک در این مطالعه شامل PH خاک، EC خاک، وزن مخصوص ظاهری، مقدار ماده آلی و نیتروژن بود. در این مطالعه از روش مبتنی بر برآورد درصد کربن آلی خاک استفاده شد. کربن آلی به طور متوسط 58% ماده آلی را تشکیل میدهد و درصد ماده آلی را می‌توان با ضرب کردن کربن آلی در عامل وان-بنون لن یا 724/1 به دست آورد.
3-2-3- جامعه آماری، روش نمونه‏گیری و حجم نمونهجامعه آماری مورد مطالعه در این تحقیق ذخیرهگاه گونه بادام کوهی واقع در منطقه کلم شهرستان بدره می‌باشد که آماربرداری از درختچه‌های بادام کوهی به صورت نمونه‌ای بوده و حجم نمونه بستگی به تعداد قطعات نمونه و تعداد درختان قرار گرفته در هر قطعه نمونه دارد.
3-2-4- متغیر‌های مورد بررسی
در این مطالعه اطلاعات کمی و کیفی درختچه‌های بادام کوهی شامل قطر تاج، ارتفاع، تعداد درختچه، تعداد جست گروه و مشخصه کیفی شامل شادابی در رویشگاه کلم بدره برداشت شد. برای تعیین شادابی چهار طبقه سرسبزی تاج درختچه‌ها در نظر گرفته شد (پاور و دیگران 1995) که شامل درجه 1: بیش از 75، درجه 2: بین 50 تا 75، درجه 3: بین 25 تا 50 و درجه 4: کمتر از 25 درصد تاج سرسبز بودند.
سطح تاج با اندازه‌گیری سطح سایه انداز تاج درختان (منظور سطحی است که تصویر تاج درختان به هنگامی که نور خورشید عمود میتابد بر روی سطح زمین ایجاد می‌کند که با اندازه گیری قطر بزرگ و کوچک تاج درخت تعیین میگردد).
برای برداشت متغیر‌های مورد بررسی از ابزار و لوازم فنی کار مانند متر نواری، GPS و اسپری رنگی جهت نشانهگذاری استفاده شد. همچنین در این ذخیرهگاه در مراکز قطعه نمونهها، نمونه‌های خاک از عمق 0 تا 20 سانتیمتری جهت آزمایش‌های فیزیک و شیمی خاک برداشت شد.
3-2-5- روش‌ها و ابزار تجزیه و تحلیل داده‏هابه منظور تجزیه تحلیل دادهها ابتدا پس از تعیین نرمال بودن دادهها به وسیله آزمون کای اسکور و همگن بودن دادهها بوسیله آزمون لون برای مشخصه‌های کمی مانند قطر تاج، از آزمون تجزیه واریانس و برای مقایسه میانگین‌ها از آزمون دانکن استفاده شد. برای داده‌های کیفی مانند شادابی که به صورت رتبه‌ای بودند از آزمون‌های ناپارامتری، برای مقایسه‌‌های کلی از آزمون کروسکال -والیس و برای مقایسه میانگین‌ها از آزمون من ویتنی استفاده گردید. برای تجزیه و تحلیل دادهها از نرم افزار‌های آماری همچون Excel و SPSS استفاده شد.

فصل چهارمنتایج1739265290957000
4-1- نتایج4-1-1- تهیه نقشه عوامل فیزیوگرافیبرای بررسی تأثیر عوامل فیزیوگرافی بر مشخصات کمی و کیفی درختچه‌‌های بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه، نقشه‌‌های مشخصه‌‌های شیب، جهت و ارتفاع از سطح دریا در محیط GIS تهیه شد.
برای تهیه نقشه‌های فیزیوگرافی ابتدا مدل رقومی ارتفاع با استفاده از خطوط توپوگرافی با منحنی میزان‌‌ 20 متری تهیه گردید (4-1) و سپس نقشه‌های شیب، جهت دامنه و ارتفاع از سطح دریا تهیه و کلاسهبندی شدند. اشکال 4-2، 4-3 و 4-4 نقشه‌های فیزیوگرافی مورد استفاده در این تحقیق را نشان می‌دهند.

شکل 4-1- نقشه مدل رقومی ارتفاعی (DEM) منطقه مورد مطالعهشکل 4-2- نقشه طبقات ارتفاع از سطح دریا در منطقه مورد مطالعه

شکل 4-3- نقشه کلاسه‌های شیب در منطقه مورد مطالعه
شکل 4-4- نقشه جهات جغرافیایی در منطقه مورد مطالعه4-2- تهیه نقشه شبکه آماربرداریهمان طور که در فصل مواد و روش‌ها توضیح داده شد پس از تهیه نقشه محدوده مورد مطالعه و بازدید میدانی از منطقه مورد مطالعه و با توجه به تراکم مناسب گونه بادام کوهی در سطح منطقه تصمیم به طراحی شبکه آماربرداری 200 * 200 گرفته شد و برای طراحی و پیاده کردن پلات‌ها در روی نقشه از نرم افزار GIS 10 و اکستنشن ET Geo Wizards استفاده شد. پس از طراحی شبکه و پیاده کردن آن بر روی نقشه محدوده مورد مطالعه مشخص شد که تعداد 19 پلات دایره‌ای در منطقه قرار گرفته است (شکل 4-5 و 4-6). برای انجام مراحل بعدی کار مختصات جغرافیایی (UTM) این نقاط و محدوده وارد دستگاه GPS شد.

شکل 4-5- شبکه آماربرداری 200×200 متر و نحوه قرارگیری پلاتها
شکل 4-6- جانمایی قطعات نمونه آماربرداری بر روی تصاویر ماهوار‌ه‌ای Google Earth4-3- پوشش گیاهیپس از آن لیست فلورستیک گیاهان منطقه مطالعاتی بر حسب خانواده، جنس، گونه، شکل رویشی و دیرزیستی تهیه گردید. در ذخیره‌گاه بادام کلم شهرستان بدره گونه غالب، درختچه بادام کوهی می‌باشد. لیست فلورستیک گیاهان شناسایی شده در کل سطح ذخیره‌گاه در جدول (4-1) ارائه شده است.
جدول 4-1- لیست فلورستیک گونه‌های گیاهی منطقه مطالعاتیردیف نام فارسی نام علمی خانواده شکل رویشی دیرزیستی موارد استفاده
1 ون Pistacia Atlantica Anacardiaceae درخت چندساله حفاظت خاک- صنعتی
2 گل گاوزبان Anchusa Italica Boraginaceae فورب چند‌ساله دارویی‌- مرتعی
3 آفتاب پرست Heliotropium Dolosum Boraginaceae فورب یکساله مرتعی
4 زنگوله ای Onosma Asperrimum Boraginaceae فورب چند ساله مرتعی
5 گچ دوست Gypsophila Pilosa Caryophyllaceae فورب چند ساله مرتعی
6 خارکو Noaea Mucronata Chenopodiaceae فورب چند ساله مرتعی
7 دانه گنجشکی Helianthemum Salicifolium Cistaceae فورب یکساله مرتعی
8 بابونه Anthemis SP Compositae فورب یکساله مرتعی
9 همیشه بهار Calendula Persica Compositae فورب یکساله مرتعی
10 گلرنگ وحشی Carthomus Oxycantha Compositae فورب یکساله مرتعی
11 گل گندم Centurea Bruguieriana Compositae فورب یکساله مرتعی
12 ریش گوشی Crepis Kotschyana Compositae فورب یکساله مرتعی
13 شکر تیغال Echinops Ritroides Compositae فورب یکساله مرتعی
14 کنگر Gundelia Tournefortii Compositae فورب چند ساله مرتعی
15 ماهوی وحشی Lactca Orientalis Compositae فورب چند ساله مرتعی
16 پیچک Convolvulus Chondrilloides Convolvulaceae فورب چندساله مرتعی
17 کیسه کشیش Capsella Bur*astoris Cruciferae فورب یکساله مرتعی
18 منداب Eruca Sativa Cruciferae فورب یکساله مرتعی
19 موچه Lepidium Latifolium Cruciferae فورب یکساله مرتعی
20 شب بو Longipetalo Matthiola Cruciferae فورب یکساله مرتعی
21 آجیل مزرعه Neslia Apiculata Cruciferae فورب یکساله مرتعی
22 رعنا زیبا Scobiosa Rotata Dipsaceae فورب یکساله مرتعی
23 شیر شگ Euphorbia Denticulata Euphorbiaceae فورب چندساله حفاظت خاک
24 سوزن چوپان (نوک‌لک‌لکی) Erodium Ciconium Geraniaceae فورب یکساله مرتعی
4-4- مشخصات رویشی توده مورد مطالعهدر این مطالعه رویشگاه هدف به صورت تصادفی سیستماتیک آماربرداری شد و مشخصه‌‌های تراکم تعداد، قطر تاج، ارتفاع، شادابی و تعداد جست اندازه‌گیری شدند. میانگین تعداد درختچهها در هکتار 240 اصله به دست آمد. بر این اساس بیش‌‌ترین تعداد در هکتار 298 اصله بوده و کم‌ترین تعداد نیز 130 اصله بوده است. با توجه به اندازهگیری‌های به عمل آمده، قطر تاج بادام در منطقه مورد مطالعه از 25/0 تا 85/5 متر متغیر است و میانگین آن 61/1 متر می‌باشد. از نظر ارتفاع، داده‌های اندازهگیری شده بین 3/0 تا 2/4 در نوسان بوده و میانگین آن 77/1 متر بدست آمد. از نظر میزان شادابی درختان بادام، میانگین شادابی توده 69/1 بدست آمد. نتایج این مطالعه نشان داد که به‌طور میانگین هر درخت بادام دارای 77/7 جست بوده که نتایج نشان داد که بیش‌‌ترین تعداد جست 40 عدد و کم‌ترین مقدار آن 1 عدد می‌باشد. (جدول 4-2).
جدول 4-2- نتایج اندازه‌گیری مشخصه‌‌های رویشی توده بادام کوهیمیانگین انحراف معیار بیشنه کمینه
تعداد در هکتار 240 32/10 298 130
قطر تاج 61/1 35/1 85/5 25/0


ارتفاع 77/1 02/1 2/4 3/0
تعداد جست 77/7 65/8 40 1
شادابی 69/1 75/0 1 3
به منظور شناخت بهتر ساختمان توده‌های جنگلی آگاهی از ساختمان افقی و عمودی جنگل بسیار ضروری می‌باشد. در جنگل‌‌های بادام منطقه، ساختار جنگل به دلیل استفاده و وابستگی جنگل نشینان تحت تأثیر قرار گرفته است. برای مدیریت این منابع جنگلی کسب اطلاعات ساختار افقی و عمودی توده بادام منطقه امری ضروری به نظر میرسد که مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی ساختار افقی و ساختار توده از لحاظ همسال، ناهمسالی، مسن و جوانی ساختار میتوان از نمودار اشکوب بندی جنگل و پراکنش درختان در طبقات قطری استفاده کرد.
نتایج نمودار تعداد در هکتار، تعداد در طبقات ارتفاعی و تعداد در طبقات قطری تاج توده بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه نشان میدهد که توده مورد نظر تقریباً یک توده همسال منظم می‌باشد. در کل میتوان نتیجه گیری کرد که جنگل فوق دارای ساختار همسال و جوان می‌باشد (اشکال 4-7 تا 4-9).

شکل4-7- تعداد در هکتار گونه بادام کوهی در قطعات نمونه منطقه مورد مطالعه
شکل4-8- تعداد در طبقات قطری تاج گونه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه
شکل 4-9- تعداد در طبقات ارتفاعی گونه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه4-4-1- آنالیز همبستگی میان خصوصیات رویشینتایج نشان داد که در ذخیره‌گاه بادام کوهی بین قطر تاج با ارتفاع درختان و تعداد جست با ارتفاع با قطر تاج همبستگی وجود دارد و بین شادابی و سایر خصوصیات رویشی همبستگی قابل قبولی دیده نشد. در جدول 4-3 آنالیز همبستگی میان عناصر رویشی گونه بادام کوهی با هم آمده است. براساس نتایج حاصله در رویشگاه بین قطر تاج و ارتفاع در سطح 99 درصد و نیز بین تعداد جست و قطر تاج و ارتفاع در سطح 95 درصد همبستگی وجود دارد (جدول 4-3). بر این اساس رابطه رگرسیونی بین قطر تاج و ارتفاع درختچه‌‌های بادام کوهی رسم شد (شکل 4-10).جدول 4-3- آنالیز همبستگی میان پارامتر‌های رویشی بادام کوهی منطقه مورد مطالعهپارامتر قطر ارتفاع شادابی تعداد جست
قطر 1 . 67** -. 18 . 42*
ارتفاع . 67** 1 -. 05 . 35*
شادابی -. 18 -. 05 1 -. 19
تعداد جست . 42* . 35* -. 19 1
**. معنی‌داری در سطح 01/0
*. معنی‌داری در سطح 05/0

شکل 4-10- رابطه رگرسیونی بین قطر تاج و ارتفاع درختچه‌های بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه4-5- بررسی مشخصه‌های کمی و کیفی بادام کوهی تحت تأثیر عوامل فیزیوگرافی:4-5-1- ارتفاع از سطح دریانتایج تجزیه واریانس اثر فاکتور‌های فیزیوگرافی بر مشخصه‌های کمی گونه بادام کوهی در رویشگاه مورد مطالعه نشان میدهد که در ارتباط با عامل ارتفاع از سطح دریا، تعداد درختچهها و شادابی با افزایش ارتفاع از سطح دریا کاهش یافته به طوریکه درختچه‌های نزدیک به داخل دره که ارتفاع از سطح دریای کمتری داشتند از وضعیت شادابی بهتر و تعداد در هکتار بیش‌تری برخوردار بودند و این وضعیت در مقایسه با طبقات ارتفاعی بالاتر دارای اختلاف معنیدار و قابل مشاهد‌ه‌ای در سطح احتمال 95 درصد بود (جدول 4-2). در مورد مشخصه‌های کمی ارتفاع درختچهها و قطر تاج درختچهها نیز اختلاف معنیدار بین ارتفاعات مختلف دیده شده، اما این اختلاف در جهت عکس و منفی بود، بعبارتی با کاهش ارتفاع از سطح دریا در منطقه مورد مطالعه از ارتفاع درختچهها و قطر تاج آنها به طور معنیداری کاسته میشود. در مورد مشخصه تعداد جست گروه هیچ‌گونه اختلاف معنیدار و قابل توجهی در ارتفاعات مختلف منطقه دیده نشد (جدول 4-4).
جدول 4-4- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با طبقات مختلف ارتفاعیردیف مشخصه‌‌های کمی و کیفی بادام کوهی نتایج تجزیه واریانس
df F p
1 تعداد در هکتار 2 *42/4 018/0
2 ارتفاع درختچه 2 *03/1 02/0-
3 قطر تاج 2 *362/3 026/0-
4 تعداد جست گروه 2 ns39/0 68/0
5 وضعیت شادابی 2 *18/3 031/0
نتایج مقایسه میانگین‌ها در ارتباط با مشخصه ارتفاع از سطح دریا نشان داد که در ارتفاعات پائین منطقه مورد مطالعه که اکثراً در داخل دره واقع شده بودند (طبقه ارتفاعی 1000 -900 متر)، تعداد درختچهها، تعداد جستها و وضعیت شادابی دارای میانگین بیش‌تری بوده و برعکس در ارتفاعات بالاتر (طبقه ارتفاعی 1200 - 1100 متر) میانگین ارتفاع درختچهها و قطر تاج بیش‌تر بوده است (جدول 4-5).
جدول 4-5- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل ارتفاع از سطح دریا بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی
متغیر مشخصه
کلاسه تعداد ارتفاع (m) قطر تاج (m2) تعداد جست شادابی
ارتفاع از سطح دریا 1000-900 a25 b62/1 b52/1 a9 a95/1
1100-1000 b23 b68/1 b5/1 a8 b7/1
1200-1100 b15 a95/1 a7/1 a8 b6/1

نمودار 4-1- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل ارتفاع از سطح دریا بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی4-5-2- جهت‌های جغرافیایینتایج تجزیه واریانس در ارتباط با مشخصه جهت دامنه نشان دهنده اختلاف معنی دار آماره‌های تعداد در هکتار درختچهها، تعداد جست گروهها، ارتفاع درختچهها و وضعیت شادابی می‌باشد، به طوریکه در جهت‌‌های شرقی تراکم بادام کوهی، ارتفاع آنها و تعداد جست گروه‌ها بیش‌تر از سایر جهتها بود که این اختلاف از لحاظ آماری نیز معنی دار بوده است. در مورد تأثیر جهت دامنه بر وضعیت شادابی تاج نیز اختلاف معنی دار دیده شد، اما در مورد قطر تاج درختچه‌های بادام اختلاف معنی دار از لحاظ آماری دیده نشد (جدول 4-6).
جدول 4-6- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با جهت‌های جغرافیاییردیف مشخصه‌‌های کمی و کیفی بادام کوهی نتایج تجزیه واریانس
df F p
1 تعداد در هکتار 4 *42/3 018/0
2 ارتفاع درختچه 4 *08/3 02/0
3 قطر تاج 4 ns59/0 66/0
4 تعداد جست گروه 4 *162/4 12/0
5 وضعیت شادابی 4 *28/4 081/0
نتایج مقایسه میانگین‌ها در ارتباط با عامل فیزیوگرافی جهت دامنه نشان داد که در جهت‌های شرقی منطقه مورد مطالعه، تعداد درختچهها، تعداد جستها و ارتفاع و قطر تاج آنها دارای میانگین بیش‌تری بوده و در جهت‌های شمالی وضعیت شادابی درختچهها نسبت به دیگر جهت‌ها بهتر بوده است (جدول 4-7).
جدول 4-7- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل جهت دامنه بر مشخصه‌های کمی بادام کوهیمتغیر مشخصه
کلاسه تعداد ارتفاع (m) قطر تاج (m2) تعداد جست شادابی
جهت جغرافیایی شمال b14/17 b72/1 a58/1 b4/7 a85/1
جنوب b85/21 b75/1 a61/1 b71/7 b67/1
شرق a25/23 a89/1 a66/1 a55/8 b79/1
غرب b14/15 b65/1 a63/1 b51/7 b63/1

نمودار 4-2- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل جهت دامنه بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی4-5-3- شیب دامنهاز نظر مشخصه درصد شیب تنها تعداد درختچهها و تعداد جست گروها از نظر آماری اختلاف معنیدار را در سطح احتمال 95 درصد نشان دادند، به طوریکه با افزایش درصد شیب در منطقه مورد مطالعه تعداد درختچه‌ها و جست گروها به طور قابل توجهی افزایش مییابد (جدول 4-8).
جدول 4-8- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با درصد شیبردیف مشخصه‌‌های کمی و کیفی بادام کوهی نتایج تجزیه واریانس
df F p
1 تعداد در هکتار 4 *37/8 018/0
2 ارتفاع درختچه 4 ns33/1 02/0
3 قطر تاج 4 ns29/1 66/0
4 تعداد جست گروه 4 *03/7 12/0
5 وضعیت شادابی 4 ns53/0 081/0
نتایج بررسی خصوصیات کمی و کیفی بادام کوهی در شیب‌های مختلف نشان داد که در طبقات شیب 45-60 درصد بیش‌‌ترین تعداد درختچه و تعداد جست گروه دیده میشود و در مناطق کم شیب از تعداد درختچه کاسته میشود. در کلاسه‌‌های شیب 30-45 ارتفاع، قطر تاج و وضعیت شادابی درختچه‌های بادام کوهی از میانگین بالاتری برخوردار است (جدول 4-9).
جدول 4-9- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل شیب بر مشخصه‌های کمی بادام کوهیمتغیر مشخصه کلاسه تعداد ارتفاع (m) قطر تاج (m2) تعداد جست شادابی
درصد شیب 15-0 b5/15 a67/1 a51/1 b8 a6/1
30-15 b4/23 a9/1 a71/1 b31/7 a7/1
45-30 b25/31 a9/1 a76/1 b6/7 a2
60-45 a38 a53/1 a5/1 a25/8 a93/1
حروف نامشابه در هر ردیف نشان دهنده اختلاف معنی داری در سطح 5 در صد است.

نمودار 4-3- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل شیب بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی4-6- وضعیت خاک منطقه مورد مطالعه4-6-1- بررسی وضعیت خاک در طبقات مختلف ارتفاعیمقایسه مشخصه‌‌های خاک در طبقات مختلف ارتفاعی در جدول 4-11 ارائه شده است. همانگونه که ملاحظه می‌گردد هدایت الکتریکی خاک (EC)، کربن (C)، نیتروﮊن کل (N) و ماده آلی (OM) در طبقه ارتفاعی 1100 تا 1200 متر از سطح دریا بیش‌تر از سایر طبقات می‌باشد. pH خاک در کلیه طبقات ارتفاعی تقریباً مشابه (بیش از 7) بوده است. مقایسه آماری مشخصه‌های خاک در ارتباط با ارتفاع از سطح دریا نشان داد که اختلاف معنیداری بین کربن و ماده آلی در سطح پنج درصد و نیتروﮊن کل در سطح یک درصد با ارتفاع از سطح دریا وجود دارد. در مورد سایر مشخصه‌های خاک اختلاف معنی دار از لحاظ آماری مشاهده نشد (جدول 4-10).
جدول 4-10- مقایسه مشخصه‌های خاک در طبقات مختلف ارتفاعی طبقه ارتفاعی
مشخصه 1000-900 1100-1000 1200-1100
pH 12/7 16/7 13/7
EC 51/1 64/1 93/1
C *24/1 *30/1 *56/1
N **10/0 **11/0 **13/0
ماده آلی (OM) *13/2 *25/1 *69/2
** معنی داری در سطح 1 درصد، * معنی داری در سطح 5 درصد، ns عدم معنی داری

نمودار 4-4- مقایسه مشخصه‌های خاک در طبقات مختلف ارتفاعی4-6-2- بررسی وضعیت خاک در جهت‌های مختلف جغرافیاییجدول 4-12 مقایسه مشخصه‌‌های خاک را در جهت‌های مختلف جغرافیایی نشان میدهد. همان طور که ملاحظه میشود میانگین مشخصه‌های pH و EC خاک در جهت‌های شرقی بیش‌تر بوده (pH در تمام جهات قلیایی بوده است) و میانگین مشخصه‌های کربن، نیتروﮊن و ماده آلی در جهت‌‌های جنوبی بیش‌تر از سایر جهات می‌باشد. همچنین نتایج نشان داد که تنها کربن و ماده آلی دارای اختلاف معنی‌دار در سطح احتمال 95 درصد با جهات مختلف جغرافیایی دارند.
جدول 4-11- مقایسه مشخصه‌های خاک در جهات جغرافیایی جهت
مشخصه شمال جنوب شرق غرب
pH 036/7 05/7 26/7 12/7
EC 44/1 85/1 89/1 23/1
C 26/1 *72/1 13/1 53/1
N 106/0 14/0 09/0 08/0
ماده آلی (OM) 16/2 *96/2 96/1 62/2
** معنی داری در سطح 1 درصد، * معنی داری در سطح 5 درصد، ns عدم معنی داری
نمودار 4-5- مقایسه مشخصه‌های خاک در جهات جغرافیایی4-6-3- بررسی وضعیت خاک در شیب‌های مختلفهمان طور که جدول 4-12 نشان میدهد بیش‌‌ترین میزان EC، کربن، ماده آلی و نیتروﮊن مروط به کلاسه شیب 0 تا 15 درصد می‌باشد. از نظر pH کلیه طبقات شیب دارای pH مشابه (بیش از 7) می‌باشد. همچنین مقایسه آماری مشخصه‌‌های خاک در طبقات مختلف شیب نشان میدهد که اختلاف معنی داری بین این خصوصیات در طبقات شیب وجود ندارد (جدول 4-12).
جدول 4-12- مقایسه مشخصه‌های خاک در شیب‌های مختلفدرصد شیب مشخصه 15-0 30-15 45-30 60-45
pH 13/7 16/7 10/7 02/7
EC 93/1 64/1 69/1 51/1
C 56/1 30/1 36/1 24/1
N 13/0 11/0 11/0 105/0
ماده آلی (OM) 69/2 24/2 35/2 13/2

–418

چکیده1فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق1-1 مقدمه PAGEREF _Toc418476894 h 31-1-1 ضرورت تحقیق PAGEREF _Toc418476895 h 51-1-2 سوالات PAGEREF _Toc418476896 h 61-1-3 اهداف تحقیق PAGEREF _Toc418476897 h 61-1-4 فرضیات PAGEREF _Toc418476898 h 61-2 کلیات PAGEREF _Toc418476899 h 71-2-1 تعاریف PAGEREF _Toc418476900 h 71-2-1-1 اکولوژی PAGEREF _Toc418476901 h 71-2-1-2 اکولوژی جنگل PAGEREF _Toc418476902 h 71-2-1-3 حوزه آبریز PAGEREF _Toc418476903 h 71-2-1-4 رویشگاه PAGEREF _Toc418476904 h 71-2-1-5 ذخیرهگاه جنگلی PAGEREF _Toc418476905 h 71-2-2 پارکها و ذخیره گاه های جنگلی PAGEREF _Toc418476906 h 81-2-2-1 ذخیرهگاه های جنگلی PAGEREF _Toc418476907 h 91-2-3 رویشگاه زاگرس PAGEREF _Toc418476908 h 101-2-3-1 جنگل های پیوسته ناحیه رویشی زاگرس PAGEREF _Toc418476909 h 141-2-3-2 جنگل های منفصل حوزه رویشی زاگرس PAGEREF _Toc418476910 h 141-2-3-3 زمین شناسی و خاکشناسی PAGEREF _Toc418476911 h 151-2-3-4 خصوصیات اقلیمی‌ناحیه رویشی زاگرس PAGEREF _Toc418476912 h 151-2-4 اسامی‌لرگ PAGEREF _Toc418476913 h 161-2-5 طبقه بندی لرگ PAGEREF _Toc418476914 h 161-2-5-1 کلید شناسی PAGEREF _Toc418476915 h 161-2-6 ویژگیهای مورفولوژی لرگ PAGEREF _Toc418476916 h 171-2-7 جنگلهای جهان و پراکنش لرگ در دنیا PAGEREF _Toc418476917 h 181-2-8 جنگلهای ایران و پراکنش لرگ در آن PAGEREF _Toc418476920 h 211-2-9 فسیل شناسی لرگ PAGEREF _Toc418476921 h 231-2-10 استفاده‌های صنعتی و غذایی لرگ PAGEREF _Toc418476922 h 24فصل دوم: سابقه تحقیق2-1 مروری بر مطالعات انجام شده بر روی لرگ PAGEREF _Toc418476925 h 262-2 مطالعات داخل کشور PAGEREF _Toc418476926 h 262-3 مطالعات خارج از کشور PAGEREF _Toc418476927 h 39فصل سوم: مواد و روش ها3- مواد و روش PAGEREF _Toc418476930 h 463-1 مواد PAGEREF _Toc418476931 h 463-1-1 موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc418476932 h 463-1-2 وضعیت هواشناسی منطقه PAGEREF _Toc418476935 h 493-1-3 خصوصیات زمین شناسی PAGEREF _Toc418476937 h 503-1-3-1 سازند آسماری PAGEREF _Toc418476938 h 503-1-3-2 سازند پابده PAGEREF _Toc418476939 h 513-1-4 بررسی حیات وحش PAGEREF _Toc418476940 h 513-1-4-1 پستانداران PAGEREF _Toc418476941 h 523-1-4-2 خزندگان PAGEREF _Toc418476943 h 533-1-4-3 پرندگان PAGEREF _Toc418476944 h 533-1-4-4 گونه‌های در حال انقراض PAGEREF _Toc418476946 h 543-1-5 وضعیت اقتصادی اجتماعی PAGEREF _Toc418476948 h 543-1-5-1 روستاهای حاشیه ذخیره گاه PAGEREF _Toc418476949 h 543-1-5-2 تعداد واحد دامی‌در جوار و داخل ذخیره گاه PAGEREF _Toc418476951 h 563-2 روش تحقیق PAGEREF _Toc418476953 h 573-2-1 روش نمونه برداری PAGEREF _Toc418476954 h 583-2-1-1 نمونه برداری از عوامل محیطی PAGEREF _Toc418476955 h 583-2-1-1-1 عوامل فیزیوگرافیک PAGEREF _Toc418476956 h 583-2-1-1-2 عوامل خاکی PAGEREF _Toc418476957 h 583-2-2 روش آماربرداری و اندازه گیری پارامترهای مورد بررسی درختان رویشگاه PAGEREF _Toc418476958 h 583-2-3 روش تجزیه و تحلیل داده ها PAGEREF _Toc418476959 h 583-2-4 روش مطالعه زادآوری PAGEREF _Toc418476960 h 593-2-5 روش مطالعه گونه‌های کف رویشگاه PAGEREF _Toc418476961 h 59فصل چهارم: نتایج4- نتایج PAGEREF _Toc418476964 h 614-1 نتایج کمی PAGEREF _Toc418476965 h 614-1-1 فلور منطقه PAGEREF _Toc418476966 h 614-1-2 ترکیب گونه ای توده PAGEREF _Toc418476968 h 664-1-3 قطر برابر سینه PAGEREF _Toc418476972 h 674-1-4 ارتفاع کل PAGEREF _Toc418476978 h 704-1-5 ارتفاع تنه PAGEREF _Toc418476985 h 724-1-6 ارتفاع تاج پوشش PAGEREF _Toc418476989 h 734-1-7 نتایج سطح مقطع PAGEREF _Toc418476993 h 744-1-8 حجم PAGEREF _Toc418476997 h 754-1-9 بررسی سطح تاج پوشش PAGEREF _Toc418477001 h 764-1-10 بررسی زادآوری PAGEREF _Toc418477008 h 784-1-11 بررسی پوشش کف جنگل PAGEREF _Toc418477010 h 794-2 نتایج کیفی PAGEREF _Toc418477012 h 814-2-1 سلامت تاج PAGEREF _Toc418477013 h 814-2-2 سلامت تنه PAGEREF _Toc418477016 h 824-2-3 بررسی وضعیت تنه بلحاظ صاف و سیلندریک بودن PAGEREF _Toc418477019 h 834-3 نتایج بررسی‌های خاک شناسی PAGEREF _Toc418477022 h 844-3-1 آنالیز ارتباط خاک با رویشگاه PAGEREF _Toc418477027 h 874-3-2 نتایج مقایسه مولفه های خاک در دو منطقه شاهد و لرگ PAGEREF _Toc418477028 h 87فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری5-1 بحث و نتیجه گیری PAGEREF _Toc418477035 h 915-2 مشکلات و معضلات تهدید کننده منطقه PAGEREF _Toc418477036 h 975-3 پیشنهادات PAGEREF _Toc418477037 h 100منابع و مأخذ PAGEREF _Toc418477038 h 102چکیده انگلیسی PAGEREF _Toc418477041 h 113

فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 1-2 : تقسیم بندی مناطق رویشی جهان توسط بروکمن PAGEREF _Toc418476918 h 20جدول 3-1: لیست پستانداران موجود در منطقه PAGEREF _Toc418476942 h 52جدول 3-2: لیست پرندگان موجود در منطقه PAGEREF _Toc418476945 h 53جدول 3-3: لیست گونه‌های در حال انقراض منطقه PAGEREF _Toc418476947 h 54جدول 3-4: جمعیت مراکز جمعیتی حاشیه ذخیره گاه لرگ PAGEREF _Toc418476950 h 56جدول 3-5: تعداد وانواع دام و طیور مراکز جمعیتی حاشیه ذخیره گاه PAGEREF _Toc418476952 h 57جدول 4-1: مشخصات فلورستیکی ذخیرهگاه PAGEREF _Toc418476967 h 62جدول 4-2 : مشخصات درختان لرگ و گونه‌های همراه PAGEREF _Toc418476969 h 66جدول 4-3: نتایج قطر برابر سینه درختان لرگ در رویشگاه PAGEREF _Toc418476973 h 67جدول 4-4: نتایج قطر برابر سینه کل درختان ذخیرهگاه لرگ PAGEREF _Toc418476974 h 68جدول 4-5: نتایج قطر برابر سینه برای کل درختان ذخیرهگاه PAGEREF _Toc418476977 h 69جدول 4-6: نتایج ارتفاع برای درختان لرگ در ذخیرهگاه PAGEREF _Toc418476979 h 70جدول 4-7: نتایج ارتفاع تمامی‌درختان ذخیرهگاه PAGEREF _Toc418476981 h 71جدول 4-8: نتایج ارتفاع برای کل درختان ذخیرهگاه PAGEREF _Toc418476982 h 71جدول 4-9: نتایج ارتفاع تنه درختان لرگ PAGEREF _Toc418476986 h 72جدول 4-10: نتایج ارتفاع تنه درختان ذخیرهگاه به تفکیک گونه PAGEREF _Toc418476987 h 73جدول 4-11: نتایج ارتفاع تنه برای کل درختان ذخیره گاه PAGEREF _Toc418476988 h 73جدول 4-12: نتایج ارتفاع تاج پوشش درختان لرگ PAGEREF _Toc418476990 h 73جدول 4-13: نتایج ارتفاع تاج پوشش درختان ذخیرهگاه به تفکیک گونه PAGEREF _Toc418476991 h 74جدول 4-14: نتایج ارتفاع تاج پوشش برای کل درختان ذخیرهگاه PAGEREF _Toc418476992 h 74جدول 4-15: نتایج سطح مقطع درختان لرگ PAGEREF _Toc418476994 h 74جدول 4-16: نتایج سطح مقطع به تفکیک گونه ها PAGEREF _Toc418476995 h 75جدول 4-17: نتایج سطح مقطع کل توده PAGEREF _Toc418476996 h 75جدول 4-18: نتایج حجم درختان لرگ PAGEREF _Toc418476998 h 75جدول 4-19: نتایج حجم به تفکیک گونه ها PAGEREF _Toc418476999 h 75جدول 4-20: نتایج حجم کل ذخیرهگاه PAGEREF _Toc418477000 h 76جدول 4-21: نتایج سطح تاج پوشش درخت لرگ PAGEREF _Toc418477002 h 76جدول 4-22: نتایج سطح تاج پوشش ذخیرهگاه به تفکیک گونه PAGEREF _Toc418477003 h 76جدول 4-23: نتایج سطح تاج پوشش کل توده PAGEREF _Toc418477004 h 77جدول 4-24: نتایج قطر متوسط تاج پوشش لرگ PAGEREF _Toc418477006 h 78جدول 4-25: نتایج قطر متوسط تاج پوشش لرگ برای کل توده به تفکیک گونه PAGEREF _Toc418477007 h 78جدول 4-26: نتایج زادآوری لرگ در ذخیرهگاه PAGEREF _Toc418477009 h 79جدول 4-27: نتایج بررسی سلامت تاج درختان لرگ80جدول 4-28: نتایج بررسی سلامت تنه درختان لرگ PAGEREF _Toc418477017 h 82جدول 4-29: نتیجه بررسی صاف و سیلندریک بودن تنه لرگ PAGEREF _Toc418477020 h 83جدول 4-30: نتایج آنالیز خاک برای دادههایی که معنی دار نبوده اند در ذخیره گاه لرگ85جدول 4-31: مقایسه میانگین ها برای داده هایی که معنی دار نبوده اند88
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 3-1 : نمودار آمبرو ترمیک ایستگاه دره شهر طی دوره آماری (1390 – 1381) PAGEREF _Toc418476936 h 49نمودار 4-1 : درصد حضور گونه لرگ در کل ذخیره گاه PAGEREF _Toc418476970 h 66نمودار4-2 : میزان ترکیب و درصد گونه های مختلف در ذخیره گاه PAGEREF _Toc418476971 h 67نمودار 4-3: پراکنش درختان لرگ در طبقات قطری مختلف PAGEREF _Toc418476975 h 68نمودار 4-4: پراکنش درختان ذخیره گاه در طبقات قطری PAGEREF _Toc418476976 h 69نمودار 4-5: پراکنش درختان لرگ در طبقات ارتفاعی PAGEREF _Toc418476980 h 70نمودار4-6: پراکنش کل درختان توده در طبقات ارتفاعی PAGEREF _Toc418476983 h 71نمودار 4-7: منحنی ارتفاع درختان لرگ PAGEREF _Toc418476984 h 72نمودار 4-8: درصد مساحت تاج پوشش درختان ذخیره گاه PAGEREF _Toc418477005 h 77نمودار 4-9: درصد سلامت تاج درختان لرگ از نظر آفت80نمودار 4-10: درصد سلامت تنه درختان لرگ بلحاظ پوکی تنه و گره الیافی PAGEREF _Toc418477018 h 82نمودار 4-11: درصد سلامت تنه درختان لرگ بلحاظ صاف و سیلندریک بودن82نمودار 4-12: مقدار پتاسیم آنالیز شده در ذخیرگاه لرگ PAGEREF _Toc418477023 h 84نمودار 4-13: مقدار فسفر آنالیز شده در ذخیرگاه لرگ PAGEREF _Toc418477024 h 85نمودار 4-14: مقدار شوری خاک آنالیز شده در ذخیرگاه لرگ85نمودار 4-15: مقایسه میزان میانگین پتاسیم در خاک دو منطقه لرگ و شاهد87نمودار 4-16: مقایسه میانگین فسفر در خاک دو منطقه لرگ و شاهد87نمودار 4-17: مقایسه میانگین شوری در خاک دو منطقه لرگ و شاهد PAGEREF _Toc418477031 h 89
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه

شکل 1-1 : نقشه پراکنش لرگ در جهان PAGEREF _Toc418476919 h 21شکل 3-1 : موقعیت توده لرگ در دره لارت، بدره، استان ایلام PAGEREF _Toc418476933 h 46شکل 3-2: تصویر کلی از منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc418476934 h 47
چکیدههدف از پژوهش حاضر مطالعه شرایط رویشگاهی لرگ (Pterocarya Fraxinifolia (Poir) Spach) در دره لارت در شهرستان بدره- استان ایلام است. بدلیل محدود بودن عرصه تحت پوشش توده لرگ، پس از ثبت موقعیت تمام پایه‌های لرگ در حافظه GPS، آماربرداری صد در صد از مشخصه‌های کمی‌و کیفی تمامی‌درختان لرگ و گونههای همراه از جمله ارتفاع کل، ارتفاع تنه، ارتفاع تاج، قطر برابرسینه، قطرهای بزرگ و کوچک تاج، میزان و نوع زادآوری، بررسی پوشش کف، بررسیهای سلامت تاج و تنه درختان بلحاظ آفات و بیماریها انجام شد. برای تجزیه و تحلیل دادههای اولیه که در منطقه اندازهگیری شده بودند از فرمولها و روابط مخصوص آماربرداری جنگل، نرمافزارهای Excel و SPSS استفاده گردید. جهت بررسیهای خاکشناسی، نمونه‌های خاک از عمق 20 – 0 سانتی متری از عرصه تحت پوشش لرگ و منطقه شاهد تهیه و جهت تجزیه و تحلیل به آزمایشگاه فرستاده شد. نتایج نشان داد که خاک منطقه دارای بافت رسی لومی‌تا شنی رسی لومی‌است و pH منطقه از 15/7 تا 4/7 متغیر میباشد. ماده آلی منطقه از 26/1 تا 94/3 درصد در نوسان بود. مقایسه آنالیزهای خاکشناسی در مناطق استقرار لرگ و شاهد، اختلافات معنی داری را در رابطه با پتاسیم، فسفر و میزان شوری نشان داد بنحوی که متوسط میزان هرکدام به ترتیب در منطقه شاهد، 5/2، 2 و 2 برابر منطقه استقرار لرگ بود. سایر آنالیزهای خاک برای دیگر فاکتورها مانند اسیدیته، نیتروژن، ماده آلی، وزن مخصوص ظاهری، درصد ذرات رس، شن و سیلت و بافت خاک، اختلافات معنی داری را نشان نداده و بسیار نزدیک به هم بود. نتایج نشان داد که میانگین، حداقل و حداکثر قطر پایه ها به ترتیب 56/39، 7 و 91 سانتی متر بوده. حداقل و حداکثر ارتفاع درختان لرگ به ترتیب 05/2 و 20 متر می‌باشد. میانگین ارتفاع درختان لرگ به روش لوری برابر 34/14 متر محاسبه گردید. حداکثر و حداقل ارتفاع تنه به ترتیب 12 و 1 متر بود. میانگین حجم درختان و میانگین سطح مقطع به ترتیب 11079/1 متر مکعب و 161471/0 متر مربع اندازهگیری گردید. تجدید حیات درختان لرگ بطور متوسط برابر با 5/707 اصله در هکتار به صورت صد در صد شاخه زاد بوده است. میزان تاج پوشش توده یاد شده نیز 05/30 درصد تعیین شد.
کلمات کلیدی: شرایط رویشگاهی، لرگ، دره لارت، بدره، ایلام.
فصل اولمقدمه و کلیات تحقیق
1-1 مقدمهجنگل‌های ایران با تنوع زیست محیطی در شرایط متفاوت رویشگاهی، در مناطق مختلف حضور پیدا نموده اند. این حضور برای بعضی از گونه‌های درختی در بعضی از مناطق شگفت انگیز و غیر قابل تصور است. یکی از این مناطق رویشگاه منحصربفرد در زاگرس مرکزی بویژه در استان ایلام است که شامل توده لرگ میباشد. وجود این گونه در این منطقه برای هر کارشناس، محقق علوم جنگل و اکولوژیست در حوزه رویشی زاگرس سوال برانگیز است. توده حاضر به لحاظ جنبه‌های زیست محیطی و اهمیت ژنتیکی، بدون شک در زمره ذخایر ژنتیکی در عرصه زاگرس و منطقه قرار دارد.
رویشگاه زاگرس بخش وسیعی از سلسله جبال زاگرس را شامل می‌شود که از شمال غربی کشور، یعنی شهرستان پیرانشهر شروع و تا حوالی شهرستان فیروزآباد کشیده می‌شود. جنگلهای زاگرس را تحت عنوان جنگلهای نیمه خشک طبقه بندی کرده که بیشترین تاثیر را در تامین آب، حفظ خاک، تعدیل آب و هوا و تعادل اقتصادی و اجتماعی در کل کشور را دارند (ثاقب طالبی و همکاران 1383). جنگلهای منطقه زاگرس به دلیل اهمیت زیاد حفاظتی آب و خاک باید حالت جنگلهای حمایتی، حفاظتی و احیایی به خود گیرند و در این راستا نیز دخالت ها در این جنگلها باید بصورت ملایم و همگام با طبیعت باشد. آنچه در مورد تمام جنگلهای ایران حائز اهمیت بسیار می‌باشد، جلوگیری از روند تخریب کمی‌و کیفی جنگلها است. مساحت جنگلهای زاگرس در گذشته بیش از ده میلیون هکتار بوده که به دلیل بهره برداری بی رویه طی سالیان دراز مساحت این جنگلها دائما سیر نزولی را پیموده و متاسفانه این روند هنوز هم ادامه دارد (مهاجر1385).
88 درصد از مساحت استان ایلام را عرصه‌های طبیعی شامل جنگل، مرتع ، بیابان و ... تشکیل داده است. جنگلهای استان ایلام جزء جوامع جنگلی مناطق خشک و نیمه‌خشک سلسله جبال زاگرس می‌باشد که سهم جنگلهای استان 667/641 هکتار است. از مجموع کل جنگلهای استان حدود 4000 هکتار دست کاشت، 7200 هکتار بیشه زار، 416800 هکتار تنک، 211084 هکتار نیمه انبوه و 2593 هکتار آن انبوه است. تیپ غالب جنگلهای استان، بلوط (90 درصد) وگونه های همراه شامل بنه، ارژن، بادام کوهی، داغداغان، کنار، کیکم، کهور، پده و ... می‌باشد. از جمله گونه‌های نادر گیاهی استان ایلام میتوان به گلابی وحشی، سماق، ارغوان، لرگ، زربین و ... اشاره کرد که ذخیره گاه‌های استان می باشند. از گونه‌های اقتصادی جنگلهای استان، گونه با ارزش اقتصادی بنه را میتوان نام برد.
نظر به اینکه اکوسیستم ها همانند حلقه های زنجیر به هم مرتبط شده، اکوسیستم جهانی یا Biosphere را به وجود می آورند، در نتیجه انهدام یک اکوسیستم محلی به مانند پاره شدن یکی از حلقه های زنجیره بیوسفر می باشد. بدین ترتیب تاثیر سوء در این اکوسیستم ها (محلی، منطقه ای، ملی، فراملی و فرامنطقه ای) خواهد گذاشت و در نهایت اکوسیستم جهانی در معرض انهدام قرار میگیرد. امروزه بدلیل افزایش جمعیت، بهرهبرداری‌های بی رویه و غیر اصولی از جنگل، چرای دام، خشکسالی ها، کاهش تنوع زیستی، آفات، امراض و بیماری ها، حیات این نعمات خدادادی و ارزشمند در معرض خطر می‌باشد و روند تخریب جنگلها و منابع طبیعی روز به روز سرعت میگیرد. که این موضوع خود گواه بر لزوم کسب آگاهی و شناخت از این مسائل مهم جهت چاره اندیشی و اتخاذ شیوه مدیریتی مناسب و کارآمد، بمنظور حفاظت و احیای جنگل هاست.
بوم سازگان دریایی، جنگلی، بیابانی، مرتعی، توندرائی، ساوانی و… هنگامی از ثبات کافی برخوردارند که دارای تنوع زیستی کافی و کامل باشند. تمامی این بوم سازگانها در زندگی اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی و روحی انسانها نقش بسیار مهمی دارند. نبود یا کم ثباتی آنها، کمبودی است برای زندگی سالم بشری. براثر ازیاد جمعیت، پیشرفت صنعت و بهره برداری بی رویه از زمین، با وجود کوشش های انجام شده در دهه‌های اخیر، این تنوع زیستی در بسیاری از مناطق شدیدا به خطر افتاده است. از این رو حفاظت و احیای مجدد آن در شمار یکی از وظایف مهم پیش روی بشر محسوب می شود.
برنامه ریزی، تصمیم سازی و اتخاذ تدابیر دقیق در قلمرو مدیریت منابع جنگلی (به ویژه گونه های درختی و درختچه ای) تحت عنوان ذخایر جنگلی از اولویت‌های بسیار مهم می‌باشد.
گونه درختی لرگ با نام علمی‌Pterocarya fraxinifolia (Poir) Spach از جمله این ذخائر جنگلی مهم و با ارزش است که در استان ایلام شهرستان دره شهر، بدره، دهستان دوستان، دره لارت واقع شده است. لرگ یکی از مهم ترین گونه‌های درختی جنگلهای خزری بوده (مهاجر 1385) و یکی از درختان زیبای سواحل خزر می باشد و طالب نواحی مرطوب و ساحلی دریای خزر است و از آستارا تا مینودشت در کلیه جنگلهای جلگه ای دیده می شود ( ثابتی ،1355 ؛ به نقل از ابراهیمی، 1383). درخت لرگ یکی از گونه هایی است که قبلا از جنگل‌های کم ارتفاع کاسپین، قفقاز و آناتولی گزارش شده است ( علیپور نصیرمحله، 1385). محل انتشار گونه لرگ در جنوب غربی آسیا ، قفقاز، آناتولی و شمال ایران می‌باشد ( browics،1978؛ به نقل از شیخ الاسلامی‌،1386). انتشار لرگ در جنگل‌های ناحیه خزر از آستارا تا مینودشت و از جلگه تا ارتفاع 1000 متر از سطح دریای آزاد( استثناء در جنگل‌های نور) بیان شده است ( ثابتی،1374؛ به نقل از شیخ الاسلامی‌،1386 ).
هدف از این مطالعه شناخت شرایط رویشگاهی و وضعیت کمی‌و کیفی رویشگاه توده لرگ مستقر در دره لارت – استان ایلام می‌باشد. با شناخت این شرایط و وضعیت رویشگاه ضمن استفاده از اطلاعات بدست آمده، راه کارهای مناسب جهت معرفی هرچه بهتر این توده به مجامع علمی‌و پژوهشی کشور و مدیریت صحیح اینگونه رویشگاهها فراهم می‌شود. همچنین ضمن رسیدن به اهداف فوق میتوان در امر بازسازی و احیاء آن در مناطق مشابه، برنامه ریزی و اقدامات لازم را انجام داد.
1-1-1 ضرورت تحقیقدر خصوص حضور این توده استثنایی (لرگ) با شرایط نسبتا ایده آل در جنگل‌های غرب سئوالات زیادی درباره علت پیدایش و وضعیت کمی‌وکیفی این توده در خارج از رویشگاه اصلی خود مطرح می‌گردد که بر اهمیت معرفی، حفظ، نگهداری و احیاء این چنین رویشگاه هایی می‌افزاید. توده حاضر به لحاظ جنبه‌های زیست محیطی و اهمیت ژنتیکی، که بدون شک آن را در زمره ذخایر ژنتیکی در عرصه زاگرس و منطقه (استان ایلام، دره لارت) قرار می‌دهد از اهمیت بالایی برخوردار بوده و در استان بعنوان ذخیره گاه معرفی شده، که به سبب اهمیت این موضوع اقدام به شناخت وضعیت رویشگاهی و خصوصیات جنگلشناسی توده لرگ شده که در برنامه ریزی، اداره و مدیریت صحیح آنها در آینده کمک موثری مینماید. بنابراین هدف از این تحقیق شناخت شرایط و وضعیت رویشگاهی توده لرگ مستقر در این رویشگاه ( دره لارت ) می‌باشد تا در آینده با توجه به این شناخت بتوان به گسترش آن در مناطق مستعد کمک نمود.
با وجود تحقیقات صورت گرفته بصورت پراکنده در نقاط مختلف ایران در خصوص گونه لرگ، تاکنون هیچگونه مطالعه خاصی در مورد گونه لرگ واقع در دره لارت بخش بدره استان ایلام صورت نگرفته است. به همین دلیل نیاز به مطالعات در خصوص این گونه ضروری است. بدیهی است نتایج این تحقیقات برای برنامه ریزی ها و اتخاذ بهترین تدابیر مناسب مدیریتی، حفاظتی، احیاء و توسعه ای در خصوص این ذخیره گاه در آینده، مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
1-1-2 سوالاتمطالعه حاضر به دنبال پاسخ گویی به این سوال است که آیا درخت لرگ باعث افزایش اسیدیته خاک در منطقه ریزوسفر می‌شود؟ آیا زادآوری این گونه اکثرا از طریق جست دهی می‌باشد؟
1-1-3 اهداف تحقیقهدف کلی این تحقیق مطالعه شرایط رویشگاهی لرگ در دره لارت می‌باشد. همچنین مطالعه حاضر بدنبال دستیابی به اهدافی دیگر ازجمله بررسی زادآوری توده لرگ در دره لارت، بررسی پوشش کف جنگل در رویشگاه توده لرگ واقع در دره لارت، بررسی گونه‌های همراه درختان لرگ، مطالعات خاکشناسی و تجزیه تحلیل پارامترهای آن در ارتباط با رویشگاه لرگ می‌باشد.
1-1-4 فرضیاتفرضیه این مطالعه در راستای پاسخ گویی به سوالات مطالعه حاضر می‌باشد و عبارتند از اینکه درخت لرگ باعث افزایش اسیدیته خاک در منطقه سایهانداز و ریزوسفر می‌شود. زادآوری این گونه اکثرا از طریق جست دهی می‌باشد.

1-2 کلیات1-2-1 تعاریف1-2-1-1 اکولوژی
علم مطالعه رابطه و آثار متقابل بین موجودات زنده و غیر زنده است. اگر منظور روابط اکولوژیک بر روی یک گونه گیاه یا جانور بطور مستقل باشد اصطلاح ات اکولوژی (Autecology ) مطرح می‌شود. اگر این مطالعه بصورت جمعی با شد اصطلاح سین اکولوژی (Synecology ) بکار برده می‌شود (مهاجر، 1385).
1-2-1-2 اکولوژی جنگل
علم شناخت و تجزیه تحلیل روابط و آثار موجود در یک اکوسیستم جنگل است (مهاجر، 1385).
1-2-1-3 حوزه آبریز
حوزه آبریز، محدوده جغرافیایی است که جریان‌های سطحی ناشی از بارش را به یک پایانه نظیر  اقیانوس، دریا، دریاچه، تالاب یا کفه زهکشی می‌کند. بعبارت دیگر سطحی از زمین است که کلیه بارش‌های جوی وارد بر آن، توسط یک سیستم رودخانه زهکش می‌شود.
1-2-1-4 رویشگاه
مجموعه عوامل اقلیمی، خاکی و پستی بلندی که در یک محل وجود دارد و شرایط لازم و کافی را برای استقرار و رشد و توسعه درختان بوجود میآورد. رویشگاه مترادف پایگاه بکار برده میشود (مهاجر 1385 ).
1-2-1-5 ذخیرهگاه جنگلی
ذخیرهگاه به منطقه یا مناطقی از عرصه خشکی و یا دریا اطلاق می شود که از اکوسیستم ها یا گونه های نمونه یا استثنایی برخوردار هستند. ذخیرهگاههای جنگلی یا Forest reserver الگوهای کوچک شده ذخیره گاه های بیوسفر هستند که در آن گونه های منحصر به فرد و کمیاب و یا گونه های رو به انقراض به صورت طبیعی رویده اند. ذخیرهگاههای جنگلی در ابعاد کمی کوچکتر تابع رویشگاههای گونه های بومی که از نظر ژنتیکی در مقایسه با رویشگاه های دیگر همان گونه دارای برتری میباشند انتخاب میگردد. به عبارتی ذخیرهگاه جنگلی، قسمتی از جنگل است که به دلیل داشتن گونه‌های گیاهی نادر یا در حال انقراض یا داشتن رویشگاه خاص، گونه‌های گیاهی مورد تهدید، که دارای ارزش ژنتیکی بالا هستند، با سیم خاردار یا فنس یا نظایر آن محصور و محافظت شده است تا از انقراض گونه یا تخریب رویشگاه جلوگیری شود.
1-2-2 پارکها و ذخیرهگاههای جنگلیهمانطور که پیشتر اشاره شد رویشگاه لرگ در استان ایلام جزء ذخیرهگاههای مهم استان می‌باشد که ارائه مطالبی درخصوص ذخیره گاهها مناسب است.
افزایش روز افزون جمعیت جهان بویژه در کشورهای در حال توسعه و فقر اقتصادی و پایین بودن سطح درآمد ملی کشورهای مذکور، باعث شده تا جمعیت این کشورها در فشار و تنگناهای اقتصادی قرار گیرند. در بررسی علل عقب افتادگی این کشورها، علیرغم داشتن منابع طبیعی مناسب و دارا بودن منابع بالقوه درآمدی، فقر و محرومیت را پذیرفته و در واقع پایین بودن سطح دانش و فن آوری و آگاهی نداشتن از نحوه بهره برداری از پتانسیل‌های موجود، مزید بر علت شده و همچون تازیانهای بر پیکر بیجان این کشورها کوبیده میشود.
یکی از منابعی که بصورت عمده در عصر کنونی می‌تواند درآمدهای قابل توجهی را رقم زده و با بالا بردن تولید ناخالص ملی در نهایت درآمد ملی را در صحنه بین المللی افزایش دهد، صنعت توریسم و اکوتوریسم می‌باشد که در چند دهه گذشته این صنعت توانسته جای پای مناسبی را در روابط بین المللی یافته و با ایجاد پیوند میان کشورهای مختلف، منبع درآمد خوبی نیز برای بسیاری از کشورهای جهان گردد. به طوریکه در حال حاضر تنها درآمد حاصل از توریسم و اکوتوریسم در کشورهایی همچون فرانسه، آمریکا، اسپانیا، چین و آلمان بیش از درآمد ملی بعضی از کشورهای توسعه نیافته میباشد.
برقراری ارتباط میان ملل مختلف از طریق آشنایی با فرهنگ ها، آداب، رسوم، پیشینه‌های تاریخی و فرهنگی یکدیگر، موجبات استحکام پیوندهای اجتماعی و سیاسی ملل را فراهم آورده و در بسط و توسعه تفاهم آمیز روابط بین الملل، سهم بسزائی خواهد داشت. بنابراین یکی از تاثیرات مهم در صنعت توریسم و اکوتوریسم علاوه بر ایجاد ارتباط میان فرهنگ‌های مختلف، جنبه درآمد و اشتغال زایی این صنعت خواهد بود. بطوریکه پیش بینی می‌شود این صنعت با در استخدام داشتن 200 میلیون نفر نیروی انسانی، بزرگترین کارفرما بوده و می‌تواند تا پنج سال، 350 میلیون شغل ایجاد نماید.
در بهرهبرداری از منابع طبیعی بصورت کلی با رعایت اصل حفاظت و بهرهوری از پارکها بصورت عام و سایر مناطق حفاظت شده و ذخیرهگاههای بیوسفر و ذخیرهگاههای جنگلی در استفاده از اثرات غیر مستقیم اقتصادی که میزان آن به مراتب بالاتر از اثرات مستقیم اقتصادی خواهد بود، به عنوان یک اصل کاملا جدی مطرح و قابل تعمق میباشد.
اصولا پارک ها از نظر شکلگیری و ماهیت عملکرد به دو گروه عمده تقسیم میشوند:
گروه اول: پارک هایی هستند که در ارتباط با اوقات فراغت شکل میگیرند. فلسفه وجودی و هدف عمده در این پارک ها، فراهم آوردن امکانات تفریحی و تفرجی برای شهروندان میباشد. همانند پارک‌های شهری ( محلی، منطقهای و هرگونه تفرجگاه جنگلی متمرکز) که در این گونه پارک ها تفریح و تفرج به عنوان یک اصل مطرح میباشد.
گروه دوم: شامل پارک هایی می‌شود که در ارتباط با حفاظت از طبیعت و حفاظت از فون یا فلور منطقه و یا حفاظت از فون و فلور بصورت مشترک با هم احداث می‌شوند به عبارت دیگر، حفظ طبیعت در این پارک ها اولویت اول بوده و بهره وری از تفرج (متمرکز یا گسترده) به عنوان یک بحث حاشیه ای در این گونه پارک ها مطرح میباشد.
از جمله پارک هایی از این گروه که از نظر تشکیلاتی تحت مدیریت سازمان جنگلها و مراتع میباشند می‌توان به پارک‌های جنگلی طبیعی، پارک طبیعت، پارک جنگلی دست کاشت، پارک کویری و ذخیرهگاه جنگلی اشاره نمود و از جمله پارک‌های تحت مدیریت سازمان حفاظت و محیط زیست می‌توان به پارک‌های ملی، اثر طبیعی ملی، پناهگاه حیات وحش، مناطق حفاظت شده و ذخیره گاه بیوسفر اشاره کرد.
هر کدام از پارک ها، مناطق حفاظت شده و ذخایر جنگلی ذکر شده در تامین اهداف خود دارای مشخصات فنی خاص خود و امکان تفرج ( گسترده و متمرکز) با ظرفیت محدود و متناوب از یکدیگر میباشند ولی تمامی‌این مناطق در جهت تأمین سه اصل مهم یعنی اصل حفاظت و حمایت فیزیکی و فنی و حفاظت و تنوع بیولوژیکی گیاهی و جانوری و اصل آموزشی و تحقیقاتی در مقایسه با سایر مناطق در روند توالی و تواتر طبیعی در اکوسیستم‌های طبیعی با فون و فلور و اصل تفرج (گسترده و متمرکز) در جذب توریسم و اکوتوریسم، بطور جدی مطرح میباشند.
1-2-2-1 ذخیرهگاههای جنگلیاینگونه مناطق در مقایسه با سایر بخش‌های جنگلی جوان بوده و در واقع الگوهای خود را از ذخیرهگاه‌های بیوسفر که تابع پروونانس‌های جغرافیایی زیستی (بیوژئوگرافیکی) برداشته ولی در ابعاد کمی‌کوچکتر، تابع رویشگاههای جنگلی، گونه‌های در حال انقراض، نادر، گونه‌های مورد تهدید و سایر رویشگاههای گونه‌های بومی‌که از نظر ژنتیکی در مقایسه نسبی با دیگر رویشگاههای همان گونه برتر باشند، انتخاب میشوند.
بنابراین در این مناطق اطلاعات مربوط به بانک ژن گیاهی و حفظ تنوع گیاهی و دستاوردهای داروئی و پزشکی و همچنین دستاوردهای اقتصادی با استفاده از دو رگه گیری از پایه‌های وحشی برای بدست آوردن گونه، واریته یا کلن‌های جدید در بالا بردن تولیدات چوبی در واحد سطح و مقاوم به بیماری‌های گیاهی و هزاران اثر ناشناخته دیگر تکمیل شده و تحت مدیریت واقع میشوند.
معیار انتخاب این عرصه با بررسی‌های ریز کارشناسی و شناخت دقیق از رویشگاههای مختلف برای گونه‌های با اولویت مورد اشاره، در نظر گرفته میشوند. سطح این ذخیرهگاهها با توجه به پراکنش گونه با گونه‌های مورد نظر در هسته مرکزی یا طبیعی آن با عنوان Core zone ، یک پنجم سطح و چهار پنجم سطح به عنوان مناطق ضربه گیر یا Bufter zone در نظر گرفته میشود. در قسمت هسته مرکزی یا طبیعی با قطع عوامل و فاکتورهای تخریب به صورت صد درصد، حمایت و حفاظت میشوند تا با فراهم شدن تجدید حیات طبیعی، روند توالی و تواتر پوشش گیاهی در روند طبیعی قرار گیرد.
بنابراین در هسته مرکزی، ضمن بازسازی اکوسیستم طبیعی، جلوگیری از انقراض گونه ها و حفظ گونه ها از نظر تحقیقاتی و آموزش بسیار حائز اهمیت بوده و می‌تواند به عنوان عرصه‌های با حالت بکر مورد توجه محققان داخلی و خارجی باشد و زمینه‌های جذب اکوتوریسم را نیز فراهم نمایند. ضمن اینکه در قسمت مناطق ضربه گیر یا Bufter zone در برنامه‌های دراز مدت با احداث تأسیسات تفرجی و تحقیقی می‌توان در این زمینه اقدام نمود در ضمن اهداف مهمتری نیز در ذخائر جنگلی به جهت ارتباط عناصر اکولوژیکی با یکدیگر به عنوان زنجیره‌های متصل به هم و تاثیرپذیری این عناصر از عملکرد متقابل بوم سازگان متنوع و در جهت پایداری ذخایر بیوسفر مورد تعقیب و پیگیری میباشند.
1-2-3 رویشگاه زاگرسجنگلهای ایران با 4/12 میلیون هکتار وسعت، 4/7 % از سطح کشور را اشغال کرده اند. لذا کشور ایران در مقایسه با سایر نقاط دنیا به لحاظ پوشش جنگلی کشوری فقیر محسوب میگردد ولی به لحاظ تنوع گونه ای و گیاهی و ذخایر ژنتیکی گیاهی در جهان کم نظیر است (ثاقب طالبی و همکاران، 1383). مسلما درخت لرگ که در کشور ایران بویژه در استان ایلام بشکل کاملا طبیعی حضور دارد، از این قاعده مستثنا نمی‌باشد. یونانی ها، از دیرباز پشتکوه کنونی را که ایرانیان پاطاق می‌گویند بنام زاگرس (Zagros ) می‌نامیدند. این نام به مرور زمان به سرتاسر کوه هایی که به دنباله کوه‌های ارمنستان، از منتهی الیه شمال غربی ایران آغاز می‌شود، سپس غرب و جنوب کشور را در می‌نوردد، تعمیم داده شد. پژوهشگران، در مورد درازای زاگرس، بر حسب اینکه ابتدا و انتهای آن را در چه نقطه ای گرفته باشند، ارقام مختلفی ذکر کرده اند. زاگرس دارای دامنه هایی با شیب تند و قلل مرتفع می‌باشد که برخی از آنها مانند زرین کوه، دالاهو، دنا و زرد کوه پوشیده از برف‌های دائمی‌هستند (جزیره ای و رستاقی، 1382).
هفت رشته رودخانه درجه یک کشور که با 5/34 میلیارد متر مکعب آب، 40 درصد آبهای سطحی کشور را به خود اختصاص می‌دهند، از کوه‌های زاگرس سرچشمه میگیرند و راه به جلگه‌های حاصلخیز کشور می‌یابند که وجود آنها منوط به وجود این جنگلها در منطقه است (ثاقب طالبی و همکاران، 1383).
جنگلهای منطقه زاگرس به دلیل اهمیت زیاد حفاظتی آب و خاک باید حالت جنگلهای حمایتی، حفاظتی و احیایی به خود گیرند و در این راستا نیز دخالت ها در این جنگلها باید بصورت ملایم و همگام با طبیعت باشد (مهاجر، 1385). جنگلهای زاگرس را تحت عنوان جنگلهای نیمه خشک طبقه بندی کرده که بیشترین تاثیر را در تامین آب، حفظ خاک، تعدیل آب و هوا و تعادل اقتصادی و اجتماعی در کل کشور را دارند (ثاقب طالبی و همکاران 1383).
کوه‌های زاگرس که از شمال غرب تا جنوب غرب ایران گسترش می‌یابند، به علت جذب رطوبت ابرهای بارانزا از نواحی غربی با مبدأ دریای مدیترانه، شرایط لازم را جهت استقرار و گسترش پوشش جنگلی را بوجود آورده اند. جنگلهای این ناحیه از پیرانشهر در آذربایجان غربی شروع و در امتداد رشته جبال زاگرس و بختیاری تا اطراف جهرم و فسا ( میان جنگل) در استان فارس ادامه می‌یابد. طول این نوار جنگلی بیش از هزار کیلومتر و عرض آن 50 تا 100 کیلومتر است که معمولا منقطع بوده و فقط در قسمت کوههای بختیاری از پیوستگی بیشتری برخوردار می‌باشد. مساحت جنگلهای زاگرس در گذشته بیش از 10 میلیون هکتار بوده است و به دلیل بهره برداری بی رویه طی سالیان دراز مساحت این جنگلها دائما سیر نزولی را پیموده است و متاسفانه این روند هنوز هم ادامه دارد. مساحت فعلی این جنگلها در حال حاضر در حدود 5 میلیون هکتار می‌باشد که گونه غالب آن بلوط ایرانی Quercus persica است و همراه با سایر گونه‌های بلوط جنس غالب این جنگلها را تشکیل می‌دهد و به همین دلیل نیز به جنگلهای بلوط غرب مشهور است. مهمترین گونه‌های درختی و درختچه ای منطقه زاگرس بشرح جدول شماره 1-1 می‌باشد (مهاجر، 1385).
جدول شماره 1-1 : مهمترین گونه‌های درختی و درختچه ای جنگلهای زاگرس
ردیف نام علمی نام فارسی
1 Acer monspessulanum L. (A.cinerascens Boiss.) کیکم ( کرکو)
2 Amygdalus communis L. بادام معمولی
3 Amygdalus reuteri Boiss. (= A. horrida) بادام کوهی ( ارژن)
4 Amygdalus scoparia Spach. بادامک ( بخورک)
5 Berberis vulgaris L. زرشک
6 Cerasus mahaleb (L.) Mill. محلب
7 Cerasus microcarpa (C.A,M) Boiss. راناس (برالیک)
8 Cerasus vulgaris Mill. آلبالو
9 Cercis griffithii Boiss. ارغوان
10 Celtis Caucasica Willd. تا
11 Celtis tournefortii Lam. تایله
12 Cornus sanguinea L. شفت
13 Crataegus aronia (L.) Bosc. زالزالک
14 Crataegus persica pojark ولیک
15 Daphne angustifolia C.Koch (= D.mucronata) خشک
16 Daphne caucasica pall. (= D.salicifolia Lam.) تروانه
17 Eleagnus angustifolia L. سنجد
18 Ficus Carica Var. Johannis Boiss. انجیر
19 Fraxinus rotundifolia Mill. (= F.oxycarpa) زبان گنجشک
20 Juglans regia L. گردو
21 Juniperus polycarpos C.Koch ارس
22 Lonicera nummularifolia J.&sp.(=L.Persica). پلاخور ( شن)
23 Loranthus europaeus Jacq. موخور
24 Morus alba L. توت
25 Myrtus communis L. مورد
26 Nerium indicum Mill. کیش
27 Olea europea L. زیتون
28 Palliurus spina – christi Mill. سیاه تلو
29 Pistacia khinjuk Stocks. خنجوک ( کلخونک)
30 Pistacia mutica F.&.M. (=P.atlantica) بنه ( چاتلانقوش)
31 Platanus orientalis L. چنار
32 Populus euphratica oliv. پده
33 Prosopis stephaniana (Willd) Kunth. جغجغه
34 Punica granatum L. انار
35 Pyrus communis L. خج
36 Pyrus glabra Boiss. انچوچک
37 Pyrus syriaca Boiss. امرود
38 Quercus Brantii Lindl. بلوط (برودار)
39 Quercus infectoria Oliv. دارمازو
40 Quercus libani Oliv. ویول
41 Quercus persica J.&.Sp. بلوط ایرانی
42 Rhamnus kurdica Boiss. چغاله ( تنگرس)
43 Rhus coriaria L. سماق
44 Rosa canina L. نسترن وحشی
45 Salix persica Boiss. زرد بید
46 Sorbus luristanica (Bornm.) سپستان
47 Sorbus persica Hedl. دیو آلبالو
48 Tamarix gallica L. گز انگبین


49 Ulmus carpinifolia Borkh. اوجا
50 Vitis Sylvestris Gmelin مو
51 Ziziphus nummularia wight. دره
52 Ziziphus vulgaris Lam. عناب
جنگلهای حوزه رویشی زاگرس، در وضعیت موجود خود در دو صورت جنگلهای منفصل و جنگلهای پیوسته زاگرس قرار میگیرند.
1-2-3-1 جنگلهای پیوسته ناحیه رویشی زاگرساز فاصله حدودا بیست کیلومتری پیرانشهر، در مسیر سردشت شروع میشوند که منطبق با 36 درجه و 30 دقیقه عرض شمالی است. این جنگلها بخشهایی از استانهای آذربایجان غربی، کردستان، کرمانشاه، ایلام، لرستان، اصفهان، چهارمحال و بختیاری، کهکیلویه و بویراحمد، خوزستان و فارس را در بر میگیرند. جنگلهای پیوسته حوزه رویشی زاگرس، باتوجه به تمایز معنی دار ترکیب نباتی، خود به دو بخش شمالی و جنوبی تقسیم می‌شود. بخش شمالی حوزه رویشی زاگرس پیوسته برمبنای دامنه رویشی دو گونه مازودار (Quercus infectoria Oliv.) و وی ول (Quercus libani Oliv.) تعیین حدود شده است که با همراهی برودار (Quercus brantii Lindl) یا بصورت خالص و یا با سایر گونه ها تشکیل تیپ جنگلی می‌دهند. بخش جنوبی حوزه رویشی زاگرس پیوسته، محدوده رویش انحصاری برودار (Quercus brantii Lindl) بصورت پیوسته است که تقریبا در بین دو مدار 29 درجه و 5 دقیقه تا 33 درجه و 45 دقیقه عرض شمالی واقع شده است.
1-2-3-2 جنگلهای منفصل حوزه رویشی زاگرسدر قالب توده‌های جدا افتاده بلوط یا سایر گونه ها از جنگلهای پیوسته خودنمایی می‌کنند که در گذشته جزئی از جنگلهای پیوسته حوزه رویشی زاگرس بوده اند اما در طول تاریخ بر اثر بهره برداری و تغییر کاربری، از جنگلهای پیوسته جدا شده و در حال حاضر تحت عنوان جنگلهای گسسته خودنمایی میکنند (جزیره ای و ابراهیمی‌رستاقی، 1382). علاوه براین می‌توان زاگرس شمالی را در مجموع مرطوبتر و خنک تر (سردتر) از زاگرس جنوبی دانست. جنگلهای زاگرس اغلب دارای تاج پوشش باز بوده، رشد درختان اندک و زادآوری طبیعی بدلیل شدت تخریب بسیار اندک است. در حال حاضر تنها 7 درصد از جنگلهای منطقه زاگرس دارای فرم پرورشی دانه زاد بوده و 93 درصد آن دارای فرم‌های شاخه زاد و دانه و شاخه زاد می‌باشند (ثاقب طالبی و همکاران، 1383).
1-2-3-3 زمین شناسی و خاکشناسیدر اواخر پلیوسن در اثر جدا شدن سرزمین عربستان از آفریقا و نزدیک شدن آن به فلات ایران، تغییر شکل و چین خوردگی در بخش جنوبی و جنوب غربی کشور رخ داد. به این ترتیب زاگرس از آب خارج شد. در دوره میوسن، بر اثر فعالیتهای کوهزایی، این رسوبات بصورت کوههای عظیمی‌برافراشته شدند. در دوران سوم با پدیده آتشفشانی این حوزه در گدازه‌های آتشفشانی پوشیده شد و در دوران چهارم بر اثر فرسایش کوهها، خاک یا همان نهشته‌های آبرفتی بر فراز طبقات دیگر جای گرفت.
تیپ‌های عمده خاک در این منطقه عبارتند از :
خاکهای قهوه ای جنگلی Brown soils
خاکهای شاه بلوطی Chesnut soils
خاکهای سنگی Lithosols
خاکهای راندزین Rendzinas
خاکهای آبرفتی Alluvial soils
فراگیرترین خاک جنگلی در حوزه زاگرس شامل خاک قهوه ای جنگلی است که گاهی بصورت یکپارچه و در مواردی همراه با تیپ‌های دیگر ظاهر میشود. خاکهای سنگی و راندزین دارای عمق کمتر و فاقد حاصلخیزی کافی و ظرفیت نگهداری آب می‌باشند و معمولا در عرصه هایی با شیب متوسط یا تند دیده می‌شوند (ثاقب طالبی و همکاران 1383).
1-2-3-4 خصوصیات اقلیمی‌ناحیه رویشی زاگرسبارش
باران و برفی که در مناطق مختلف زاگرس فرو میریزد، از جریان هایی نشأت می‌گیرند که عمدتا از اقیانوس اطلس و دریای مدیترانه و تا حدی نیز از دریای سیاه و بعضا از مناطق شمالی اروپا به این سو حرکت می‌کنند. قاعده کلی بارش در این حوزه اینست که مقدار بارندگی از شمال به جنوب و از غرب به شرق کاهش می‌یابد. بارندگی در این منطقه اغلب از نوع زمستانه است و بطور متوسط بین 400 تا 800 میلیمتر است بطوریکه بیش از 70 درصد کل بارندگی سالانه و در مواردی (ایلام) تا 97 درصد آن در نیمه دوم سال فرو میریزد. این مسئله منجر به ایجاد یک تابستان خشک و طولانی می‌شود. بر اساس نمایه خشکی دومارتن چهار نوع اقلیم مرطوب، نیمه مرطوب، مدیترانه ای و نیمه خشک در منطقه زاگرس وجود دارد. طول مدت خشکی در این اقالیم به ترتیب 4 تا 5 ماه و برای دو مورد آخر 4 تا 6 ماه است.
دما
طبق آمار جوی در زاگرس، میانگین دمای متوسط سالانه بر حسب عرض جغرافیایی و ارتفاع بین 9 تا 25 درجه سانتیگراد نوسان دارد. فاصله بیشینه مطلق و کمینه مطلق دما در هر محل بسیار چشمگیر و حدود 50 درجه سانتیگراد می‌باشد که به 74 درجه سانتیگراد نیز می‌رسد و این پدیده نمایشگر شدت بری بودن اقلیم منطقه می‌باشد. همچنین تعداد روزهای یخبندان نیز در نقاط مختلف آن بین 10 تا 149 روز در سال است (ثاقب طالبی و همکاران 1383).
1-2-4 اسامی‌لرگنامهای محلی لرگ عبارتند از : موتال (در آستارا)، متول (در گرگانرود)، ملال (در طالش)، مولول (در شفارود)، کوچ، کوچی (در اطراف رشت، رودبار و درفک)، کهل و کهل (در لاهیجان، مازندران و گرگان)، سیاه کهل (در تنکابن و رامسر)، لرگ و لارگ (در نور، کجور، مازندران و گرگان)، درخت رحمان (در لرستان) و نیروز در ایلام (سهرابی و مهدیفر، 1375).
1-2-5 طبقه بندی لرگKingdom: Plantae – Plants
(unranked): Angiosperms
(unranked): Eudicots
(unranked): Rosids
Order: Fagales
Family: Juglandaceae
Genus: Pterocarya
Species: P. fraxinifolia
1-2-5-1 کلید شناسی:الف – جوانه ها بدون پایه، فلس دار، برگها معطر، میوه یک شفت بزرگ .Juglans
ب – جوانه ها پایه دار، عریان و بدون فلس، برگها غیر معطر، میوه یک فندقه بالدار Pterocarya (Avis 1982).
خانواده گردو(Juglandaceae ) از 7 جنس و حدود 50 گونه تشکیل شده است که عمدتاً در مناطق معتدله و نیمه گرمسیری نیمکره شمالی پراکنش دارند. جنس های زیرخانواده یوگلاندوئیده عبارت اند از یوگلانس ( 15 گونه) و کاریا ( 25 گونه) و زیرخانواده اُرمونئوئیده دارای 5 جنس است که پتروکاریا ( 10 گونه) ازآن جمله است. یک گونه از جنس یوگلانس به نام گردو (یوگلانس رگیا) در جنگل های شمال و غرب و یا به صورت کاشته شده در غالب نواحی ایران و یک گونه از جنس پتروکاریا به نام کرُک پتروکاریا فراکسینیفولیا در جنگل های شمال ایران می رویند (بخشی خانیکی، 1386). بطورکلی این خانواده دارای 6 جنس و 40 گونه است که از مهمترین جنسهای آن گردو و لرگ را میتوان نام برد (Avis 1982).
تیره Juglandaceae شامل 8 جنس و 50 گونه می‌باشد که در بین آنها جنس گردو Juglans با 21 گونه مهمترین گیاه این خانواده است. لیست تمامی‌جنس‌های تیره Juglandaceae به قرار زیر است (بدرزاده، 1386) : Juglans – Platycarya – Pterocarya – Oreomunnia – Engelhardtia – Cyelocarya - Alfaroa
لرگ دارای یک واریته درختچه ای بنام P.f.var.dumosa بوده که شاخه‌های آن باریک، زرد قهوه ای و طول برگچه ها 5 تا 7 سانتیمتر می‌باشد که در دو زیرخانواده طبقه بندی می شوند. این جنس دارای یازده گونه است که شش گونه آن در چین، یک گونه در ژاپن و یک گونه در آسیای غربی انتشار دارد. گونه آسیای غربی که در قفقاز و شمال ایران و همچنین با تایید بخش تحقیقات گیاهشناسی موسسه در دو منطقه از جنگلهای غرب کشور شامل استانهای ایلام و لرستان انتشار دارد که بنام Pterocarya fraxinifolia (spach) یا P.caucasica معروف است (Avis 1982) .
1-2-6 ویژگیهای مورفولوژی لرگ
درختان برگ ریز، اغلب باقطر مشخص، برگها متناوب، شانه ای، بدون گوشواره، گلها تک جنسی، بدون گلبرگ، تک پایه، شاتون نر آویزان، شاتون ماده راست یا آویزان، گلهای نر با پوشش دندانه ای یا براکته مانند 60-3 لبی یا فاقد آن، پرچمها 40-3 عدد، گلهای ماده بدون دم گل روی ساقه قرار گرفته اند. براکته ها و پوشش گل روی تخمدان قرار گرفته و اغلب چهار لبی می‌باشند. تخمدان تحتانی، 3-2 خامه ای، تک حفره ای، تک تخمی، قاعده ای، میوه شفت یا فندق بالدار، دانه اغلب با لپه‌های خیلی پیچ خورده. بطورکلی این خانواده دارای 6 جنس و 40 گونه است که از مهمترین جنسهای آن گردو و لرگ را میتوان نام برد. درختان این خانواده معمولا دارای ریشه‌های عمیق و چوب بسیار عالی هستند. عموما در نواحی معتدله نیم کره شمالی انتشار دارند و استثنائا در آمریکا از خط استوا می‌گذرند. غالبا بصورت درخت و ندرتا درختچه هستند (Avis 1982) . درخت لرگ خزان کننده، شاخه ها دارای مغز نرم و اسفنجی یا مطبق، جوانه ها پایک دار و لخت، برگها متناوب شانه ای، گلها یک پایه و در روی شاتونهای آویزان قرار دارند. کوتیلدنها چهار لوبه و ژرمیناسیون اپیژه است. شاخه‌های اصلی بسیار توسعه یافته و رشد درخت سریع و پاجوش بسیار تولید می‌کند. این جنس دارای یازده گونه است که شش گونه آن در چین، یک گونه در ژاپن و یک گونه در آسیای غربی انتشار دارد. گونه آسیای غربی که در قفقاز و شمال ایران و همچنین با تایید بخش تحقیقات گیاهشناسی موءسسه در دو منطقه از جنگلهای غرب کشور شامل استانهای ایلام و لرستان انتشار دارد که بنام Pterocarya fraxinifolia (spach) یا P.caucasica معروف است (Avis 1982).
گیاهان این خانواده درختانی تک پایه با برگ های متناوب و مرکب شانه ای و معطّر و فاقد گوشوارک می باشند. گل ها تا 6 کاسبرگ و از 3 الی 40 پرچم تشکیل شده است. پرچم ها در 2 یا چند سری قرار دارند و دارای میله کوتاه و بساک دوخانه اند که با شکاف طولی شکفته می شوند. گل های نر در روی گل آذین سنبله یا خوشه ساده آویخته آرایش یافته اند. پوشش گل های ماده از تعداد محدودی براکته و کاسه گلی مرکب از 4 کاسبرگ تشکیل یافته است. مادگی زیرین و تخمدان از به هم پیوستن 2برچه به وجود آمده و تک خانه ای و حاوی یک تخمک راست می باشد. خامه کوتاه و منتهی به 2 کلاله بزرگ است. میوه تقریباً خشک و شکوفا یا ناشکوفا یا گاهی اوقات بالدار است. دانه منفرد، دارای رویان بزرگ و فاقد آندوسپرم می باشد (بخشی خانیکی، 1386). بر اساس منابع موجود لرگ درختی است که به ارتفاع 30 متر می‌رسد (جوانشیر، 1366)، و در جنگلهای حوضه آبخیز (واز) تا 40 متر ارتفاع نیز اندازه گیری شده است (ابراهیمی،‌1379).
1-2-7 جنگلهای جهان و پراکنش لرگ در دنیا30 درصد سطح کره خاکی را جنگل و بیشه‌های جنگلی مفروش می‌کند. 24 درصد آن را مراتع اشغال کرده اند و 11 درصد برای زمین‌های کشاورزی اختصاص داده شده اند. امروزه تخریب بیرویه در سطح جنگلهای جهان صورت می‌گیرد. سالهاست که با قطع بیرویه جنگلهای جهان رو به تخریب می‌باشد. و بنابر آمارهای F.A.O هر ساله یازده میلیون هکتار از جنگلهای جهان تخریب می‌شود. در واقع هرساله به اندازه سطح کشور گواتمالا تخریب صورت میگیرد. طبق آمار سازمان خواروبار و کشاورزی جهانی در سال 1991 جنگلهای مناطق حاره جهان 79/1 میلیارد هکتار بوده. بین سالهای 1981 تا 1990 هر ساله در حدود 15 میلیون هکتار از جنگلهای مناطق حاره از بین رفته اند. تخریب بیشتر در جنگلهای آفریقا، آمریکای لاتین و آسیا صورت گرفته است. جنگلهای مناطق معتدله و شمال کره زمین نیمی‌از جنگلهای جهان را تشکیل می‌دهند. محصولات چوبی این جنگلها برای صنایع مصرف می‌شود. و در حدود 80 درصد چوب صنایع از این جنگلها است. سطح جنگلهای معتدله و نیمه معتدله جهان 5/1 میلیارد هکتار می‌باشد (مصدق، 1384).
نظر به اینکه پراکنش آبها و خشکی ها در کره زمین یکسان نیست، عوامل موثر اکولوژیک از قبیل حرارت، رطوبت و غیره در همه نقاط بطور یکسان وجود ندارند، بدین جهت نوع و تیپ رستنی ها نیز اشکال مختلفی بخود می‌گیرند و در سطوح متفاوتی گسترش می‌یابند. چنانچه از قطب شمال یا جنوب به طرف استوا پیش رویم، ملاحظه می‌کنیم که درجه حرارت دائما افزایش می‌یابد. میزان رطوبت نیز هرچه از مناطق دریایی دور شویم و به خشکی ها نزدیک شویم کاهش می‌یابد. مقدار انرژی خورشید مثلا در نواحی استوایی 200 کیلوکالری در سانتی متر مربع است، در صورتیکه در عرض جغرافیایی 70 درجه این مقدار فقط 30 کیلو کالری در هر سانتیمتر مربع است. یعنی در یک دوره رویش گیاهی در مناطق استوایی انرژی خورشیدی 7 برابر بیشتر از مناطقی است که در عرض جغرافیایی 70 درجه هستند. هرچند که از نظر مقیاس جهانی حرارت و رطوبت مهمترین عوامل در پراکنش اجتماعات گیاهی هستند، با وجود این تاثیر کلی عوامل اکولوژیک در یک محل و قدرت رقابت گیاهان عوامل تعیین کننده ظاهر شدن یا فقدان یک تیپ گیاهی بشمار می‌آیند (مهاجر، 1385).
سطح کل جنگلهای دنیا حدود 4/3 میلیارد هکتار برآورد شده است (F.A.O، 1993 ). این رقم در سال 1980 بالغ بر 4 میلیارد هکتار بود. این موضوع روند تخریب سریع جنگلهای دنیا را نشان می‌دهد. جنگلهای دنیا نزدیک به 90% بیوماس گیاهی اکوسیستم‌های زمینی را تولید می‌کنند و همراه با دریاها 48% کل تولید اولیه کره زمین را تشکیل می‌دهند (مهاجر، 1385).
برای تفکیک و طبقه بندی جنگلهای دنیا روشهای مختلفی پیشنهاد شده است و دانشمندان زیادی جنگلها را بر حسب عوامل مختلف طبقه بندی نموده اند. بعضی جنگلها را برحسب مناطق جغرافیایی، برخی بر اساس سیمای ظاهری و گونه‌های تشکیل دهنده آنها تقسیم بندی نموده اند. یکی از تقسیم بندی‌های معروف توسط پروفسور بروکمن (Brockmann ) صورت گرفته است که در آن مناطق رویش گیاهی دنیا به ده قسمت تقسیم شده اند که در جدول 1- 2 ذکر شده اند.

جدول 1-2 : تقسیم بندی مناطق رویشی جهان توسط بروکمن1 – جنگلهای بارانی یا استوایی Pluvisilvae
2 – جنگلهای سبز بارانی یا نیمه استوایی Hiemisilvae
3 – جنگلهای همیشه سبز معتدله گرم و مرطوب Laurisilvae
4 – جنگلهای همیشه سبز مدیترانه ای Durisilvae
5 – جنگلهای سبز تابستانی ( خزان کننده) Aestisilvae
6 – جنگلهای سوزنی برگ مناطق معتدله سرد Aciculisilvae
7 – رویشهای استپیک Duriherbosa
8 – بیابانهای گرم Siccideserta
9 – بیابانهای سرد Frugorideserta
10 – مناطق قطبی Polaris
تقسیم بندی‌های دیگری که بر اساس سیمای ظاهری جنگلها بنا شده است نیز وجود دارد که بیشتر جنبه عملی دارند (مهاجر، 1385).
در جغرافیای جنگل، گسترش نباتات و درختان جنگلی در جهان بررسی می‌شود، ترکیب رستنی ها و جوامع مختلف جنگلی مطالعه میگردد. بنا بر عقیده Diels و Good جهان به شش سرزمین پهناور جنگلی تقسیم می‌شود که هرکدام از این سرزمین‌های پهناور جنگلی به چند تحت سرزمین تقسیم می‌شوند (مصدق، 1384). این شش سرزمین عبارتند از:
سرزمین‌های جنگلی شمال جهان Holarctic Kingdom
سرزمین‌های جنگلی حاره قدیم Paleotopical Kingdom
سرزمین‌های جنگلی حاره جدید Neotropical Kingdom
سرزمین‌های جنگلی استرالیا Australian Kingdom
سرزمین‌های جنگلی کاپ Cape Kingdom
سرزمین‌های جنگلی مجاور قطب جنوب Holantarctic Kingdom
Browicz (1982) ، محل انتشار گونه لرگ را در جنوب غربی آسیا، در قفقاز، آناتولی و شمال ایران می‌داند و نقشه پراکنش آن را در دنیا ترسیم کرده است (شکل 1 – 1).

شکل 1-1 : نقشه پراکنش لرگ در جهان Browicz (1982)گونه لرگ در جنگلهای شرق قفقاز، دشتی که به طرف دریای خزر و کوههای موازات آن است، در قسمت جلگه ای و در مسیر رودخانه ها وجود دارد. همچنین در جنگلهای جنوب قفقاز در دره Koura جنگل نواری از گونه لرگ حضور دارد. در جنگلهای خزان کننده مرکز ژاپن در قسمت جزیره Hondo نیز درخت لرگ ( Pterocarya sp ) به چشم می‌آید. در جنگلهای سابتروپیکال، قسمت جنگلهای کوهستانی چین مرکزی نیز جنس‌های Pterocarya موجود است. در جنگلهای بخش مدیترانه ای آسیا، در قسمت کوهستانی جنگلهای ترکیه بین ارتفاعات 1000 تا 1800 متر از سطح دریا درختان لرگ حضور دارند (مصدق، 1384).
1-2-8 جنگلهای ایران و پراکنش لرگ در آنجنگلهای ایران با 4/12 میلیون هکتار وسعت، 4/7% از سطح کشور را اشغال کرده است. لذا کشور ایران در مقایسه با سایر نقاط دنیا بلحاظ پوشش جنگلی، کشوری فقیر محسوب میگردد ولی بلحاظ تنوع گونه ای و گیاهی و ذخائر ژنتیکی گیاهی در جهان کم نظیر است ( ثاقب طالبی، 1383). آمار رسمی‌مساحت جنگلهای ایران در سال 1343 (دفتر فنی مهندسی منابع طبیعی) 18 میلیون هکتار را نشان می‌داده. در سال 1321 ساعی مساحت تقریبی جنگلهای ایران را 5/19 میلیون هکتار برآورد نموده است (مهاجر، 1385). کشور ایران که مساحت آن بالغ بر 1654000 کیلومتر مربع و یا به روایت دیگر 163 میلیون هکتار است تقریبا 18 میلیون هکتار جنگل داشته، در واقع می‌توان گفت 11% سطح کشور را جنگل پوشانیده ولی امروزه سطح آن به مراتب کمتر از آن است و احتمالا در حدود 12 میلیون هکتار است (مصدق، 1384).
شرایط طبیعی و موقعیت جغرافیایی ایران طوری است که این کشور را در تقاطع سه منطقه گیاهی مهم قرار داده است. منطقه ایران و تورانی که علاوه بر گیاهان بومی‌ویژه خود از نفوذ بعضی عناصر مدیترانه ای نیز برخوردار می‌باشد. این ناحیه خود شامل دو منطقه جنگلی زاگرس و ایران- تورانی است. منطقه هیرکانی که وابسته منطقه گیاهی اروپا – سیبری است و از دو منطقه جنگلی هیرکانی و ارسبارانی تشکیل می‌شود و منطقه صحرا – سندی که نوار جنوبی کشور را در بر می‌گیرد. بر اساس همین مطالعه، تعداد گونه‌های گیاهی ایران در حدود 8000 گونه برآورد می‌شود. در واقع تنوع اقلیمی‌بویژه از دیدگاه زمین ساختی در این کشور به گونه ای رقم خورده است که جغرافیدانان آن را پل ارتباطی بین اقالیم جهانی نیز نامیده اند و همین تنوع اقلیمی‌موجب پیدایش حداقل پنج رویشگاه جنگلی منفک از یکدیگر گردیده است. ناحیه رویشی خزری که جنگلهای مرطوب تجاری و صنعتی را در خود جای داده است، ناحیه رویشی ارسبارانی با جنگلهای نیمه مرطوب که با برخورداری از تنوع گیاهی وسیع بعنوان ذخیره گاه جهانی بیوسفر شناسایی شده است، ناحیه رویشی زاگرس با جنگلهای نیمه خشک تا معتدله خشک و مجموعه ای غنی از انواع گونه‌های بلوط، ناحیه رویشی ایران – تورانی که تحت عنوان جنگلهای خشک سیمای دیگری از جنگلها را با ارس، پسته وحشی و بادام به نمایش می‌گذارد (ثاقب طالبی، 1383).

project

٣-۴-آنﱰل دور و حلقه فیدبک ٧۶
فصل۴ : روش های عملی کاهش ریپل گشتاور
۴-١-بدست آوردن رابطه گشتاور از مدار معادل SRM ٧٢
۴-٢-بررسی رابطه L با موقعیت روتور θ ٧٣
۴-٣-بررسی تاثیر جریان بر L ۵٧
۴-۴-اثر ثابت گشتاور dL(θ,i)/dθ بر روی گشتاور ٧٧
۴-۵-اثر i 2 بر روی گشتاور ٧٨
۴-۶-ﲨع بندی در مورد کاهش ریپل گشتاور ٨٠
فصل۵ : طراحی مدار راهانداز (DRIVER) به روش غیرمستقیم
۵-١-مقدمه ٨٢ ۵-٢-تشخیص موقعیت روتور بدون استفاده از سنسور ٨٣ ۵-٣-آنﱰل جهت چرخش ۶٩ فصل۶ : نتیجه گیری و پیشنهادات ٩٩ نتیجه گیری پیشنهادات ١٠٢ پیوست نقشه های ﴰاتیکی سخت افزار دستگاه ١٠٣ پیوست اطلاعات نرم افزاری سیستم ١١٠ فصل٧ : مـراجـع ١٣٩ ۶
فهرست شکل ها صفحه عنوان ١-١.a-شکل :دو ﳕونه موتور رلوآتانسی با یک دندانه در هر قطب. ١٧ ١-١.b-شکل :ﳕونهای دیگر با دو دندانه در هر قطب . ١٧ ١-٢.شکل : ﳓوه عملکرد موتور رلوآتانس. ١٩ ١-٣-الف.شکل :ﴰای موتور رلوآتانس با برجستگی دوگانه. ٢٠ ١-٣-ب.شکل :ﴰای موتور رلوآتانس با برجستگی واحد. ٢٠ ١-۴-١.شکل :موتور رلوآتانس از نوع روتور صفحهای. ٢٢ ١-۴-٢.شکل :موتور رلوآتانس سوئیچی چند لایه. ٢٣ ١-۵-.aشکل :روتور با فاصله x از استاتور. ۶٢ ١-۵-.bشکل :منحنی شار برحسب mmf برای x1 و x2 آه x1>x2 ۶٢ ١-۶-.aشکل :یک قطب از موتور رلوآتانس. ٢٨ ١-۶-.bشکل :منحنی اندوآتانس برحسب موقعیت روتور. ٢٨ ١-٧-١.شکل :مدار معادل موتور رلوآتانسی. ٣١ ١-٧-٢.شکل :منحنی گشتاور ـ سرعت یک موتور رلوآتانسی ﳕونه. ٣٢ ٢-١.شکل :دستهبندی مدارات مبدل. ۴٣ ٢-٢.a-شکل :مبدل پل نامتقارن. ۵٣ ٢-٢.b-شکل :شکل موجهای مبدل پل نامتقارن ـ روش اول. ۶٣ ٢-٢.c-شکل :شکل موجهای مبدل پل نامتقارن ـ روش دوم. ٣٨ ٢-٢.d-شکل :استفاده از SCR و آاهش تعداد ترانزیستورهادرمبدل پل نامتقارن. ٣٩ ٢-۴-.aشکل :توپولوژی R-Dump ١۴ ٢-۴-.bشکل :شکل موجهای توپولوژی R-Dump ١۴ ٢-۵-.aشکل :مبدل Bifilar ٢۴ ٢-۵-.bشکل :شکل موجهای مبدل Bifilar ٣۴ ٢-۶-.aشکل :مبدل، منبع تغذیه dc دو نیمهای. ۴۴ ٢-۶-.bشکل :شکل موجهای مبدل با منبع تغذیه دو نیمهای. ۵۴ ٢-٧.a-شکل :مبدل با q ترانزیستور و 2q دیود. ۶۴ ٧
٢-٧.b-شکل :شکل موجهای مدار فوق با روش اول.٧۴
٢-٧.c-شکل :شکل موجهای مدار فوق با روش دوم.٨۴
٢-٨-١.شکل :مبدل با (١(q+ سوئیچ در هر فاز.٩۴
٢-٨-٢.شکل :ﲠبود یافته مدار(١(q+ ترانزیستوری.٠۵
٢-٩.a-شکل :مدار مبدل C-Dump١۵
٢-٩.b-شکل :شکل موجهای مبدل C-Dump٢۵
٢-١٠-١.شکل :مبدل C-Dump با قابلیت جریان هرزگرد.۴۵
٢-١٠-٢.شکل :عملکرد مدار بدون ﳘپوشانی جریان فازها.۴۵
٢-١١.a-شکل :مبدل با یک ترانزیستور مشﱰک.۵۵
٢-١١.b-شکل :عملکرد مدار.۵۵
٢-١٢.شکل :مبدل با حداقل تعداد ترانزیستورو تغذیه ورودی متغیر. ٧۵
٢-١٣.شکل :مبدل با ولتاژ DC متغیر و توپولوژی Buck-Boost ٨۵
٢-۴١.a-شکل :مبدل با (1.5q) سوئیچ.٩۵
٢-۴١.b-شکل :عملکرد مدار.٩۵
٢-۵١.شکل :مبدل دو مرحلهای.١۶
٣-١.شکل :بلوک دیاگرام مدار آنﱰل موتور.٣۶
٣-٢-١.شکل :مدار ساده هر فاز.۴۶
٣-٢-٢.شکل :مدار درایو ترانزیستورهای قدرت.۵۶
٣-٣-١.شکل :مدار معادل فتواینﱰاپﱰ.۶۶
٣-٣-٢.شکل :مدار آامل سنسورها.۶۶
٣-٣-٣.شکل :شکل موجهای ناشی از سنسورها.٧۶
٣-۴-١.شکل :پالسهای PWM٨۶
٣-۴-٢.شکل :مدار سرعت موتور.٨۶
٣-۴-٣.شکل :مدار آنﱰل PI٩۶
٣-۴-۴.شکل IC-TL494:٧٠
۴-١.شکل :مدار معادل موتور رلوآتانسی.٧٢
۴-٢-١.شکل :تغییرات اندوکتانس با موقعیت روتور.۴٧
۴-٢-٢.شکل :پایین شکل،روتوراصلاح شده درمقایسه باروتور معمولی. ۵٧
٨
۴-٣.شکل :تغییرات اندوکتانس با جریان بر حسب زاویه. ۶٧ ۴-۴.شکل :استفاده از دیودهای هرزگرد برای ﲣلیه سریع تر جریان ٧٨ سیم پیچ. ۴-۵.شکل :کنﱰل جریان برای کاهش ریپل گشتاور. ٨٠ ۵-١-١.شکل :شفت انکدر و سه عدد سنسور برای تشخیص موقعیت روتور ٨٢ دریک موتور سه فاز ۴/۶. ۵-٢-١.شکل :شکل جریان سیمپیچ در استاتور. ۵٨ ۵-٢-٢.شکل :مدار مبدل ۶ سوئیچه با سه عدد مقاومت sense جریان. ۶٨ ۵-٢-٣.شکل :مقطع عرضی یک موتور رلوکتانس. ٨٧ ۵-٢-۴.شکل :پالسهای اعمال شده به یک فازﳕونه و جریان حاصله ٨٨ در ﳘان فاز. ۵-٢-۵.شکل :پالسهای اعمال شده به سه فاز و جریان حاصله در ٨٩ فازها. ۵-٢-۶.شکل :فاز A در حالت ﳘپوشانی کامل. ٩٢ ۵-٢-٧.شکل :فاز A در حالت عدم ﳘپوشانی کامل. ٩٢ ۵-٢-٨.شکل :پالسهای تشخیص و فرمان اعمال شده به یک فاز و ۴٩ جریاای حاصله. ۵-٢-٩.شکل :پالسهای تشخیص و فرمان اعمال شده به یک فاز و ۵٩ جریاای حاصله بعد از تقویت. ۵-٢-١٠.شکل :جریاای حاصل از پالسهای تشخیص هرسه فاز به ۵٩ صورت مالتی پلکس شده. ۵-٢-١١.شکل :پالسهای تشخیص وفرمان دو فاز متوالی. ۶٩ ۵-٣-١.شکل :ترتیب فرمان ها برای حرکت راست گرد یا چپ گرد. ٩٧ ۶-١.a-شکل :منحنی جریان فازها. ٩٩ ۶-١.b-شکل :منحنی گشتاور قبل از آنﱰل جریان. ٩٩ ۶-١.c-شکل :منحنی گشتاور باآنﱰل جریان. ٩٩ ۶-٢.شکل :منحنی گشتاور برحسب سرعت موتور. ١٠٠ ۶-٣.شکل :ارتباط میکرو با A/D و آنالوگ سوئیچ. ١٠٣ ۶-۴.شکل :مدار تغذیه رگوله شده برای درایور. ۴١٠ ٩
۶-۵.شکل :مدار تولید کننده PWM بر اساس سرعت.۵١٠
۶-۶.شکل :مدار مبدل۶ سوئیچه به ﳘراه مدار ﳏدود کننده جریان. ۶١٠
۶-٧.شکل :یک فاز از مدار مبدل به ﳘراه درایور MOSFET ها . ١٠٧
۶-٨.شکل :مدار راه انداز و مدار مبدل به ﳘراه موتور. ١٠٨
۶-٩.شکل :استاتور موتور ماشین لباسشویی.١٠٩
۶-١٠.شکل :روتور موتور ماشین لباسشویی.١٠٩
١٠
چکیده
ویژگیهای جذاب و مفید موتورهای رلوکتانس سوئیچی باعث افزایش میزان کاربرد آا در صنعت شده است که می توان به مواردی از قبیل هزینه پایین تولید، قابلیت کار در سرعت های ﳐتلف، راندمان بالا و دوام زیاد اشاره کرد. پیشرفت الکﱰونیک قدرت و رشد چشمگیر صنعت نیمه هادی تأثیر فراوانی بر طراحی و ساخت راه اندازهای موتورهای رلوکتانسی بر جای اده است. به این
صورت که با در دسﱰس قرار گرفﱳ مدارهای ﳎتمع ﳐتلف و کاهش
قیمت آا، این ادوات در ساخت راه اندازهای موتورهای رلوکتانسی مورد استفاده قرار گرفته و روز به روز باعث هوﴰندترشدن این راه اندازها گردیده اند.
به طورکلی دو روش برای راه اندازی موتورهای رلوکتانسی وجود
دارد :
١- روشهای مبتنی بر داشﱳ سنسور ٢- روشهای بدون سنسور روشهای بدون سنسور به علت حذف سنسورها و ﳘچنین اتصالات
مربوطه در صنعت دارای طرفداران بیشﱰی می باشد که از عمده ترین دلایل آن می توان به خراب شدن سنسورها به مرور زمان و نیاز به تنظیم سنسورها اشاره کرد. روشهای بدون سنسور به علت پیشرفت روزافزون علم الکﱰونیک و کنﱰل رشد چشمگیری پیدا کرده اند و با استفاده از مفاهیم ﳐتلف تنوع زیادی یافته اند. در فصل یک، ساختار موتورهای رلوکتانسی مورد بررسی قرار گرفته
است و در فصل دوم انواع مدارات مبدل ارائه شده و در فصل سوم راه اندازی با استفاده از سنسور گفته شده است و در فصل
چهارم رابطه ریاضی گشتاور مورد بررسی واقع شده و روش های عملی جهت کاهش ریپل گشتاور ارائه شده است و در فصل پنجم جزئیات روشی نوین در راه اندازی بدون سنسور موتورهای رلوکتانس سوئیچ شونده را بیان می کنیم.
١١
ﳘچنین در ضمائم، نقشه های ﴰاتیک سخت افزار و اطلاعات نرم افزاری مدار راه انداز آمده است.
١٢
مقدمه
با توجه به پیشرفت روز افزون صنایع نیمه هادی، موتورهای رلوکتانسی جایگاه ویژه ای در عرصه های ﳐتلف صنعت پیدا کرده اند. از ﲨله دلایل این امر می توان به مواردی از قبیل سادگی ساختمان این نوع موتورها، راندمان بالای آا نسبت به سایر موتورها و عدم نیاز به نگهداری اشاره کرد.
موتورهای رلوکتانسی بر خلاف اغلب موتورهای الکﱰیکی نیاز به یک سیستم راه انداز دارند، این سیستم راه- انداز به طور کلی به دو روش زیر قابل طراحی می باشد :
با استفاده از سنسور
بدون استفاده از سنسور
روشهای بدون سنسور به علت نداشﱳ سنسور و ﳘچنین اتصالات مربوطه در صنعت دارای طرفداران بیشﱰی می باشد که از عمده ترین دلایل آن می توان به توانایی کارکرد موتور در شرایط نامناسب ( از قبیل ﳏیطهای بسیار گرم و پر گرد و غبار ) و
عدم نیاز به تنظیم و نگهداری مداوم سنسور اشاره کرد.
روش ارائه شده مبتنی بر اعمال پالسهای شناسایی به موتور هم در مرحله ایستا و هم در مرحله چرخش می- باشد. عمده ترین مزایای این روش را نسبت به سایر روشهای مرسوم می توان در
موارد زیر ذکر کرد:
١- توانایی راه اندازی موتورهایی در گسﱰه توان چند ده وات
تا چندین کیلو وات.
٢- توانایی راه اندازی موتور با سطح ولتاژ ﳐتلف.
٣- این روش علاوه بر اینکه توانایی راه اندازی از حالت
ایستا با گشتاور زیاد را داراست، قادر است عملیات کنﱰل موتور را در سرعتهای ﳐتلف طبق تنظیمات اﳒام دهد.
۴- ریپل گشتاور به میزان قابل توجهی کاهش یافته است.
١٣
عملکرد موتور را طبق این روش می توان به مراحل زیر تقسیم
ﳕود :
١- مرحله تشخیص فاز مناسب در حالت ایستا.
در این مرحله با اعمال پالس شناسایی به هریک از فازها و ثبت نتایج حاصله و ﲢلیل آا مناسبﱰین فاز جهت دریافت اولین فرمان انتخاب می شود.
٢- مرحله اول چرخش با داشﱳ قابلیت تنظیم سرعت توسط PWM
در این مرحله الگوریتمی به صورت پیاپی و حلقه وار تکرار می شود تا موتور به میزان تعیین شده که می بایست در ابتدای کار تنظیم شود برسد.
١۴
فصل اول:
ساختمان موتورهای رلوآتانسی
١۵
١-١- مقدمه
راهاندازهای موتورهای رلوآتانسی سوئچ شونده، (SRM) برای آاربردهای صنعتی خواستگاه جدیدی میباشند. آلید فهمیدن هرماشینی فهمیدن گشتاور آن میباشد آه از اصول اولیه منتج میشود. عملکرد ماشین و خصوصیات برجسته آن از روابط گشتاور بدست می آیند. در این فصل ساختمان موتورهای رلوآتانسی را از نظر میگذرانیم، در دهه اخیر ﲢقیقات و مطالعات بر روی این دسته از موتورها بسیار افزایش یافته و به نتایج ارزندهای هم رسیده است بطور آه امروزه آا جزء ماشینهای الکﱰیکی مطرح در سطح جهان میباشند. از سال ١٩۶٩ یک موتور با رلوآتانس متغیر برای آاربردهای با سرعت متغیر ارائه شد آه منشأ آن به سال ١٨۴٢ برمیگردد، گرچه این ماشین جزء ماشینهای سنکرون میباشد اما خصوصیات جدیدی را دارد. ﳘانند موتورهای DC سیمپیچهایی بر روی استاتور این موتورها وجود دارد اما روتور آا هیچ مگنت یا سیمپیچ ندارد. روتور و استاتور قطبهای برجستهای دارند، این ماشین در شکل a)١-١) نشان داده شده است. و یک مدل تغییر یافته با دو دندانه در هر قطب نیز در شکل b)١-١)
آورده شده.
١۶

شکل (١-١) : (a) دو ﳕونه موتور رلوآتانسی با یک دندانه در هر قطب.
(b) ﳕونهای دیگر با دو دندانه در هر قطب
هرگاه قطبهای مقابل هم در استاتور ﲢریک شوند روتور (align)
ﳘردیف با آن میشود. در یک مدار مغناطیسی، عضو چرخشی (روتور)
میخواهد به موقعیتی برود آه آمﱰین رلوآتانس یا بیشﱰین اندوآتانس حاصل گردد.[16] وقتی دو قطب روتور ﳘراستا با دو قطب ﲢریک شده استاتور میشوند دو دسته دیگر از قطبهای روتور نسبت به دسته دیگری از قطبهای استاتور غیرهمراستا هستند، پس
١٧
این دو قطب استاتور ﲢریک میشوند تا قطبهای روتور را ﳘراستا
آنند، بهﳘین ترتیب با سوئیچ آردن متوالی جریان به داخل
سیمپیچهای قطبهای استاتور، روتور میچرخد، با حرآت روتور، توان و گشتاور ایجاد میشود.
این شامل سوئیچ آردن جریان در داخل سیمپیچهای استاتور است آه موجب رلوآتانس متغیر میشود، بنابراین یک چنین راهانداز موتور با سرعت متغیر بهعنوان راهانداز موتور رلوآتانسی سوئیچ شونده نامیده میشود.
١-٢- عملکرد اولیه موتور رلوآتانس
توجه آنید آه قطبهای r1 و r′1 از روتور و قطبهای C و C′ از استاتور با هم ﳘراستا هستند. اعمال یک جریان به فاز a با جهت نشان داده شده در شکل -a)٢-١) باعث ایجاد یک شار در قطبهای a و a′ از استاتور و قطبهای r2 و r′2 از روتور میگردد آه باعث آشیدن قطبهای r2 و r′2 از روتور به ﲰت قطبهای a و a′
از استاتور میشود. بهترتیب وقتی آه آا ﳘراستا هستند جریان فاز a قطع م یشود و موقعیت متناظر در شکل -b)٢-١) نشان داده شده است. حال فاز b ﲢریک میشود تا r1 و r′1 را در جهت عقربههای ساعت به ﲰت b و b′ بکشد، بطور مشابه ﲢریک فازC باعث ﳘراستا شدن C و C′ با r2 و r′2 میگردد، بنابر این با سه بار ﲢریک متوالی روتور °٩٠ میچرخد.[8]
١٨

شکل(٢-١) : ﳓوه عملکرد موتور رلوآتانس
١-٣- انواع موتورهای رلوآتانس متغیر
موتورهای رلوآتانس متغیر به دو دسته تقسیم میشوند:
الف) موتورهای رلوآتانس متغیر با برجستگی دوگانه ب) موتورهای رلوآتانس متغیر با برجستگی واحد[38]
در روتور هر دو نوع از موتورهای مذآور هیچگونه سیمپیچ یا مغناطیس دائم وجود ندارد و تنها منبع ﲢریک سیمپیچ استاتور میباشد. استاتور و روتور از مواد مغناطیسی با قابلیت نفوذپذیری مغناطیسی بالا ساخته میشوند در شکل (٣-١) (الف) و (ب) به ترتیب ﴰاهایی از یک موتور رلوآتانس با برجستگی دو گانه و دیگری با برجستگی واحد نشان داده شده است.[17]
١٩

شکل(٣-١) : (الف) ﴰای موتور رلوآتانس با برجستگی دوگانه
(ب) ﴰای موتور رلوآتانس با برجستگی واحد
١-۴- دسته بندی موتورهای رلوآتانسی از ﳊاظ ساختار
موتورهای رلوآتانس متغیر با برجستگی دوگانه از ﳊاظ ساختاری
به سه دسته آلی تقسیم میشوند آه عبارتند از : ١- موتورهای استوانهای با قطب برجسته مضاعف ٢- موتورهای صفحهای ٣- موتورهای چند لایهای آه این تقسیمبندی بنا به شکل ظاهری موتورها صورت گرفته
است.[37] - موتورهای رلوآتانس سوئیچی استوانهای با قطب برجسته
مضاعف : این موتورها دارای قطبهای برجسته بر روی استاتور و روتور
میباشند و از اینرو به آن قطب برجسته مضاعف میگویند. ﳕای
ظاهری دو مدل از آا در شکل (١-١) آمده است. سیمپیچهای آن
بر روی استاتور بسته شده و هیچگونه سیمپیچی روی روتور آن
وجود ندارد، بسته به جایگاه و موقعیت روتور جریان را در
٢٠
سیمپیچهای استاتور وصل میﳕاییم. حال ﲤایل به فراهم آوردن مسیری آم رلوآتانس در مدار مغناطیسی روتور باعث ایجاد گشتاور میشود.
- موتورهای رلوآتانس سوئیچی صفحهای :
آاربرد موتورهای صفحهای آه با جریان مستقیم آار میآنند از
نوع دیگر آا بیشﱰ است. برای چنین موتورهایی روتورهای
صفحهای بکار گرفته شده آه در آا اندازه فیزیکی از عوامل اصلی ﳏسوب میشود. لفظ »روتور صفحهای« ﲞاطر شکل فیزیکی ساختار روتور آن میباشد. چنین موتورهایی میتوانند دارای قطر بسیار بزرگ ولی طول آوچک یا بالعکس باشند و در ﳏدوده ما بین آا نیز ساخته میشوند و لذا چنین سیستمی دارای تنوع بسیار گسﱰدهای در اندازه و شکل ظاهری میباشد و حتی میتوان آن را در مکانهایی آه از ﳊاظ فضا بسیار ﳏدود میباشند بکار برد .[13]
یک مدل بسیار ساده از این موتور در شکل (١-۴-١) آمده است. در این شکل یک روتور ضخیم آه در داخل قطبهای استاتور؛ جهت ایجاد
گشتاور بیشﱰ در حرآت است را ملاحظه میآنید. چنانچه ملاحظه میگردد ساختار این سیستم بسیار ساده است.[5]
٢١

شکل(١-۴-١) : موتور رلوآتانس از نوع روتور صفحهای
- موتورهای رلوآتانس سوئیچی چند لایه :
ﳕای ظاهری این موتور در شکل (٢-۴-١) نشان داده شده است.
ﳘانطور آه در شکل نشان داده شده است این موتور از چند لایه ﳎزای مستقل تشکیل شده است آه هرقسمت میتواند معرف یک فاز موتور بوده و القای متقابل بین سیمپیچ فازها به حداقل ﳑکن رسیده است. در این ساختار ﳏدودیت افزایش قطبهای استاتور به سبب آمبود فضای سیمبندی مرتفع گشته و امکان دسﱰسی به قطبهای بیشﱰ و به تبع آن گشتاور بالاتر در موتورهای با ابعاد آوچک میسر میگردد .[11]
از آﳒا آه مسیر شارهای هر فاز ﳎزا بوده، میتوان از روی شار جاری در هر فاز به موقعیت روتور آن نسبت به استاتور پی برد و به سهولت در حذف سنسورهای موقعیت گام برداشت.[33]
٢٢

شکل(٢-۴-١) : موتور رلوآتانس سوئیچی چند لایه
- موتورهای رلوآتانس متغیر با برجستگی واحد :
ﴰای آلی این موتورها در شکل (ب ٣-١) نشان داده شده است.
استاتور اینگونه موتورها مشابه موتورهای AC میباشد ولی روتور آا طوری ساخته شده آه گشتاور تولید شده از تغییرات رلوآتانس بوجود میآید.
١-۵- ایجاد گشتاور در یک موتور رلوآتانس سوئیچی (روابط و
نتایج)
آلید فهمیدن هر ماشینی فهمیدن گشتاور آن میباشد آه از
اصول اولیه منتج میشود. روابط گشتاور نیاز به یک رابطه بین شار یا اندوآتانس با موقعیت روتور دارد، به منظور اختصار
٢٣
برای بیان تئوری پایه فقط عملکرد غیراشباع مورد بررسی قرار میگیرد.
ﳘانطور آه در شکل (۵-١) نشان داده شده سیمپیچ دارای N دور میباشد و وقتی آه با یک جریان i ﲢریک میشود سیمپیچ شار φ را ایجاد میآند. با افزایش جریان ﲢریک آرمیچر به ﲰت یوک آه ثابت است حرآت میآند. برای دو مقدار فاصله هوایی x1 و x2 شار برحسب mmf رسم شده است بهطوری آه x1>x2 میباشد. منحنی شار برحسب mmf برای x1 خطی میباشد بهخاطر اینکه رلوآتانس فاصله هوایی غالب میباشد. این امر باعث آاهش شار در مدار مغناطیسی میشود، انرژی الکﱰیکی ورودی بهصورت زیر نوشته میشود.
we  ∫eidt ∫idt ddNtφ  ∫Nidφ ∫Fdφ

در اینجا e، emf القایی بوده و F ، mmf میباشد، این انرژی الکﱰیکی ورودی، we، مساوی با ﳎموع انرژی ذخیره شده در سیم پیچ، wf، و انرژی تبدیل شده به آار مکانیکی، wm، میباشد.
we = wf + wm
وقتی آار مکانیکیای اﳒام ﳕیشود، مانند ﳊظهای آه آرمیچر از موقعیت x1 شروع میآند، انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی، برابر انرژی الکﱰیکی ورودی میباشد، این منطق با مساحت OBEO
در شکل (۵-١) میباشد متمم این انرژی ذخیره شده در میدان
مغناطیسی، coenergy نامیده میشود، با مساحت OBAO در شکل (۵-٢
) داده میشود، و بهصورت ریاضی با رابطه ∫φdF داده میشود،
بطور مشابه در موقعیت x2 برای آرمیچر، اثری ذخیره شده در
میدان مغناطیسی منطبق با مساحت OCDO بوده و coenergy با
مساحت OCAO داده میشود برای تغییرات افزایش داریم dwe = dwf + dwm
٢۴
برای یک ﲢریک ثابت F1 آه با نقطه آار A در شکل (۵-١) داده میشود، انرژیهای ﳐتلف بهصورت زیر بدست میآیند :
(BCDEB) مساحت dwe  ∫φφ12 F1dφ  F1 φ2 −φ1 =
(OBEO) مساحت- (OCDO) مساحت x  x = − dw f 2 x  x dw f  dw f 1 با استفاده از معادلات فوق، انرژی مکانیکی بهصورت زیر بدست میآید :
(OBCO) مساحت dwm =dwe = dwf =
آه این مساحت بین دو منحنی برای یک mmf داده شده میباشد، در مورد یک ماشین با حرآت دوار انرژی مکانیکی افزایشی برحسب گشتاور الکﱰومغناطیسی و تغییرات در موقیعت روتور بهصورت زیر نوشته میشود.
dwe = Tedθ
بنابراین گشتاور الکﱰومغناطیسی بهصورت زیر بدست میآید :
T  dwm
edθ

برای حالتی آه ﲢریک ثابت است (وقتی آه mmf ثابت میباشد)
آار مکانیکی اﳒام شده برابر نرخ تغییرات coenergy میباشد، w′f،
آه فقط متمم انرژی ذخیره شده در میدان میباشد، بنابراین آار
مکانیکی اﳒام شده بهصورت زیر نوشته میشود :
dwm = dw′f
بهطوری آه :
we′  ∫φdF  ∫φd (Ni)  ∫Nφdi ∫λ(θ,i)di ∫L(θ,i)idi
در اینجا، اندوآتانس، L، و اتصال شار، λ ، توابعی از
موقعیت روتور و جریان میباشند، این تغییرات در coenergy بین


دو موقعیت θ1 و θ2 روتور اتفاق میافتند.
٢۵
dw′f (i,θ)  dw′f  dw T  m i  cons tan t dθ dθ dθ e اگر اندوآتانس بهصورت خطی با موقعیت روتور تغییر آند آه
در عمل عموماً این گونه نیست[6]، گشتاور بهصورت زیر میتواند نوشته شود :
i2 . dL(θ,i)  T 2 dθ e در رابطه اخیر dL(θ,i) ثابت گشتاور نامیده شده و واحد آن dθ N.m
A2 میباشد، باید تأآید شود آه این یک ثابت نیست و مرتباً

تغییر میآند و این بیان میآند آه SRM یک مدار معادل برای شرایط آار دائمی ندارد.

شکل(۵-١) : (a) روتور با فاصله x از استاتور (b) منحنی شار برحسب mmf برای x1 و x2 آه x1>x2
٢۶
- از رابطهگشتاور میتوان نتایج زیر را بدست آورد
١- گشتاور با توان دوم جریان متناسب است، بنابراین جریان میتواند در یک جهت برقرار شود تا گشتاور در یک جهت ایجاد
شود. بنابراین فقط با یک سوئیچ میتوان جریان را در سیمپیچ برقرار ﳕود، این سبب آاهش تعداد سوئیچهای قدرت و آاهش هزینه میشود.
٢- ثابت گشتاور با شیب اندوآتانس برحسب موقعیت روتور داده میشود. اینطور فهمیدهاند آه اندوآتانس سیمپیچ استاتور تابعی
از موقعیت روتور و جریان میباشد و بنابراین آن را غیرخطی میسازد.
٣- بهخاطر تناسب گشتاور با توان دوم جریان، این خصوصیت شبیه موتورهای DC سری میباشد، بنابراین SRM دارای گشتاور
راهاندازی خوب میباشد.
۴- عملکرد ژنراتوری با برقراری جریان در یک جهت هنگامیآه
شیب اندوآتانس منفی است، امکانپذیر میباشد.
۵- تغییر جهت چرخش با تغییر ترتیب فرمان سیمپیچهای استاتور امکانپذیر میباشد آه این یک عمل ساده است.
۶- گشتاور و سرعت هر دو به وسیله مدار مبدل (Converter) آنﱰل میشوند.
٧- این ماشین یک مدار مبدل آنﱰل شونده نیاز دارد و با تغذیه سهفاز برقشهر بهطور مستقیم ﳕ یتواند آار آند.
٨- تزویج در بین سیمپیچهای استاتور بسیار آم بوده و در بسیاری از آاربردها قابل صرفنظر میباشد. بنابراین هر فاز از این موتور میتواند بطور مستقل از فازهای دیگر عمل آند.
٩- بهخاطر اینکه جریان فقط لازم است در یک جهت در سیمپیچها جاری شود، ﲤام مبدﳍای قدرت دارای یک سوئیچ بصورت سری با سیم پیچ هستند بنابراین هیچگاه خطای shoot-through رخ ﳕیدهد.
٢٧
١-۶- رابطه بین موقعیت روتور و اندوآتانس سیمپیچ استاتور
برای یک جریان ثابت، اندوآتانس برحسب موقعیت روتور در شکل (۶-١) نشان داده شده است. این منحنی با صرفنظر از اثرات لبهای و اشباع سیمپیچ ترسیم شده است.

شکل(۶-١) : (a) یک قطب از موتور رلوآتانس (b) منحنی اندوآتانس برحسب
موقعیت روتور
نواحی ﳐتلف بر روی شکل (۶-١) را بهصورت زیر میتوان ﲢلیل آرد.
١ - φ1 - و φ4 - φ5 فازهای استاتور و روتور هیچگونه ﳘپوشانی با ﳘدیگر ندارند و شار عبوری به وسیله مسیر فاصله هوایی تعیین میشود، بنابراین اندوآتانس مینیمم شده و مقداری
٢٨
تقریباً ثابت باقی میماند بنابراین، این ناحیه باعث ایجاد گشتاور ﳕیشود، اندوآتانس در این ناحیه، اندوآتانس غیرﳘراستا
Lu(unaligned) نامیده میشود.
٢φ1- φ2 - در این ناحیه قطبها با هم ﳘپوشانی پیدا آردهاند بنابراین شار بطور عمده از ﳌینیتهای استاتور و روتور عبور
میآند، با تغییر موقعیت روتور اندوآتانس افزایش مییابد و به آن یک شیب مثبت میدهد، جریان تزریق شده به داخل سیمپیچ در این ناحیه باعث ایجاد یک گشتاور مثبت میشود، این ناحیه با ﳘپوشانی آامل قطبهای استاتور و روتور خاﲤه پیدا میآند.
٣φ2- φ3 - در این ناحیه حرآت روتور باعث تغییر ﳘپوشانی آامل فاز استاتور و روتور ﳕیشود و بنابراین تغییری در مسیر شار آه اآنون از طریق ﳌینیتها میباشد ایجاد ﳕیشود و اندوآتانس در مقدار حداآثر خود ثابت باقی میماند. این
اندوآتانس، اندوآتانس حالت ﳘپوشانی آامل La(aligned) نامیده میشود، از آﳒا آه تغییری در اندوآتانس ایجاد ﳕیشود بنابراین گشتاور تولید شده در این ناحیه صفر میباشد، هر چند جریان جاری در سیمپیچ غیرصفر باشد با دانسﱳ این حقیقت، این زمان ﲠﱰین زمان برای خاموش آردن فاز میباشد زیرا جریان برگشتی ناشی از انرژی ذخیره شده در فاز استاتور باعث ایجاد گشتاور منفی ﳔواهد شد.
۴φ3- φ4 - در این ناحیه قطب روتور در حال دور شدن از موقعیت ﳘپوشانی آامل فاز استاتور و روتور میباشد. این ناحیه خیلی شبیه ناحیه φ1- φ2 میباشد اما در این ناحیه با افزایش موقیت روتور، اندوآتانس آاهش مییابد و باعث تولید یک شیب منفی میگردد، عملکرد موتور در این ناحیه باعث ایجاد گشتاور
منفی میگردد. به خاطر اشباع جریان عبوری از سیمپیچ، رسیدن به منحنی
ایدهآل شکل فوق امکانپذیر ﳕیباشد، اشباع جریان باعث ﲬیده
٢٩ شدن منحنی به ﲰت بالا میشود و شیب را آاهش میدهد، بنابراین ثابت گشتاور آاهش مییابد. پس اشباع جریان باعث آاهش یافﱳ گشتاور و توان خروجی میشود.[14]
١-٧- مدار معادل موتور رلوآتانسی
مدار معادل اولیه یک موتور رلوآتانسی با صرفنظر آردن از اثر تزویج بین سیمپیچها بصورت زیر خواهد بود. ولتاژ اعمال شده به سیمپیچی فاز برابر با ﳎموع افت ولتاژ مقاومتی و نرخ تغییرات شار عبوری میباشد.
dλ(θ,i) V  Rs i  dt RS مقاومت بر هر فاز بوده و λ شار عبوری میباشد.
λ = L(θ,i) i
dL(θ,i)  dθ i di RSiL(θ,i) dL(θ , i )i V  RS i  dθ dt dt dt dL(θ,i) iw  di i  L(θ,i) V  R dθ m dt S در رابطه اخیر میتوان بهجای dL(θ,i) iwm ، e ، یعنی emf القا dθ شده را جایگذاری آرد. dL(θ,i) و dL(θ,i) Kb  Kbwmi e  iwm dθ dθ V  RS i  L(θ,i) dtdi  e

٣٠

شکل(١-٧-١) : مدار معادل موتور رلوآتانسی
با فرض ثابت بودن جریان در یک پریود داریم :
dL V  R i iw m dθ S V i  dL ( w (R m dθ S معادله اخیر بیانگر آن است آه جریان با سرعت نسبت عکس دارد و چون گشتاور با ﳎذور جریان نسبت دارد بنابراین گشتاور با ﳎذور سرعت نسبت عکس خواهد داشت.
Tα 1

w2m
این مطلب رفتار گشتاور سرعت یک موتور DC سری را تداعی میآند.[10]
٣١

شکل(٢-٧-١) : منحنی گشتاور ـ سرعت یک موتور رلوآتانسی ﳕونه
در موتورهای رلوآتانسی آه حرآت ابتدایی را خود آغاز
میآنند، تیغههای روتور باید با تیغههای استاتور مربوط به خودش ﳘپوشانی داشته باشد. تا در هر موقعیتی بر روی روتور آن گشتاور وجود داشته باشد.
ترآیبات ﳐتلف از تعداد قطبها (Nr , Ns) آه بهترتیب قطبهای
استاتور و روتور میباشند. ذیلا آورده شده است. 4 Nr = 6 Ns = برای موتور 3 فازه
6 = Nr 8 Ns = برای موتور 4 فازه
4 = Nr Ns = 10 برای موتور 5 فازه
البته ترآیبات دیگری نیز وجود دارد و تفاوت آا در این
است آه در برخی از جایگاههای روتور ﳑکن است گشتاوری تولید نگردد.[9]
٣٢
فصل دوم:
مدارات راه انداز (DRIVER)
٣٣
٢-١- پیکربندی مدارات مبدل
در موتورهای رلوآتانسی، تزویج بسیار ناچیز است، این امر سبب عدم وابستگی به دیگر فازها در آنﱰل هر فاز و تولید گشتاور میشود. درحالیآه این خصوصیت یک برتری ﳏسوب میشود، نداشﱳ تزویچ نیاز به عملکرد درست با انرژی مغناطیسی ذخیره شده دارد. در هنگام خاموش شدن فاز باید مسیری برای ﲣلیه انرژی ذخیره شده بوجود آورد، در غیراینصورت این انرژی سبب ایجاد ولتاژ بیش از حد خواهد شد و به سوئیچهای نیمه هادی صدمه خواهد رساند. این انرژی میتواند بهصورت آزاد بهحرآت درآید، ﲞشی از آن به انرژی الکﱰیکی/ مکانیکی تبدیل شده و ﲞشی دیگر از آن در سیمپیچهای ماشین تلف میشود[15]، روش دیگر بازگرداندن آن بر روی منبع ولتاژ DC میباشد.
دستهبندی مدارات مبدل بهصورت q ، q+1 ، 1. 5 q و 2 q سوئیچ در هر فاز و مبدل قدرت دو مرحلهای است آه q تعداد فازهای ماشین میباشد.[20]
این دستهبندی در شکل (١-٢) نشان داده شده است.

شکل(١-٢) : دستهبندی مدارات مبدل
٣۴
٢-٢- مبدل پل نامتقارن شکل -a)٢-٢) مبدل پل نامتقارن را با درنظر گرفﱳ یک فاز
SRM نشان میدهد.[3] بقیه فازها نیز بهطور مشابه متصل
میشوند. با روشن شدن ترانزیستورهای T1و T2 جریان در فاز A
برقرار میشود، اگر جریان بالاتر از حد تعیین شده برسد، T1و T2
خاموش میشوند. انرژی ذخیره شده در سیمپیچ فاز A موتور جریان را در ﳘان جهت حفظ میآند تا اینکه ﲣلیه شود، بنابراین دیودهای D1و D2 بهصورت مستقیک بایاس شده و باعث شارژ شدن دوباره منبع میشوند، این امر سبب آاهش سریع جریان و رسیدن
آن به زیر حد تعیین شده میشود این عملکرد با شکل موجهای شکل
-b)٢-٢) تشریح شده است. باید توجه داشت آه یک جریان با اندازه IP در هنگام عملکرد موتوری آه شیب اندوآتانس مثبت است مورد نیاز میباشد. در اینجا جریان فاز A ، ia، بهوسیله یک فیدبک جریان و مقایسه با ia ، در حدود ia حفظ میشود، ∆i
میزان اختلاف با جریان تعیین شده میباشد.

شکل(-a٢-٢) : مبدل پل نامتقارن
٣۵

شکل(-b٢-٢) : شکل موجهای مبدل پل نامتقارن ـ روش اول
وقتی اختلاف جریان ia و ia به اندازه -∆i شود، ترانزیستورهای
T1 و T2 بطور ﳘزمان خاموش میشوند در این هنگام دیودهای D1 و
D2 باعث هدایت جریان به منبع ولتاژ DC میشوند، توجه آنید آه
ولتاژ فاز A در این ﳊظه منفی و به اندازه منبع ، Vdc،
میباشد، روش آنﱰلی فوق (روش١) از آﳒا آه ریپلهای بیشﱰی به خازن تغذیه اعمال میآند باعث آوتاه شدن عمر این خازن و
افزایش تلفات سوئیچینگ در ترانزیستورهای قدرت میشود. برای
ﲠﱰ شدن این مسأله میتوان از روش سوئیچینگ متناوب استفاده
آرد.[4] انرژی ذخیره شده در فاز A میتواند بهطور مؤثر در داخل
خودش استفاده شود، این آار با خاموش آردن T2 به تنهایی (روش
٣۶
دوم) امکانپذیر است. در این مورد جریان در داخل T1 و فاز A
و D1 جاری میشود، اگر از افت ولتاژ بر روی ترانزیستورو دیود صرفنظر آنیم، ولتاژ بر روی فاز A صفر خواهد شد. شکل ( -C٢-٢ ) در این روش (روش دوم) نسبت به روش اول زمان بیشﱰی طول میآشد تا جریان از IP + ∆I به IP-∆I برسد. این امر سبب آاهش فرآانس سوئیچینگ و بنابراین آاهش تلفات سوئیچینگ خواهد شد.
در روش دوم وقتی فاز میخواهد آاملا خاموش شود یعنی وقتی ia
صفر است، آنگاه T1 و T2 ﳘزمان خاموش میشوند در این فاصله ولتاژ دو سر سیمپیچ -Vdc خواهد شد و ﳘچنین D1 و D2 هدایت میآنند تا اینکه ia صفر شود، ولتاژ روی T2 در حین خاموشی و هنگامیآه T1 روشن است، مساوی ولتاژ منبع، Vdc ، میباشد بنابراین ولتاژ ترانزیستورها و دیودها باید در حدود ولتاژ منبع تغذیه باشد. در روش دوم جریان برگشتی فازها دیرتر از روش اول صفر میشود ﳘچنین در روش دوم انرژی ذخیره شده به انرژی مکانیکی مفید تبدیل میشود، این روش برای آنﱰل جریان استفاده میشود ولی هنگامی آه جریان باید سریعاً خاموش شود، دشارژ در داخل منبع مفید خواهد بود، یعنی زمانی آه شیب اندوآتانس صفر میشود و بعد از آن منفی خواهد شد، در این زمان دیرتر خاموش شدن فاز باعث ایجاد گشتاور منفی و از دست رفﱳ انرژی خواهد شد.
توجه آنید آه این مدار مبدل به ازای هر فاز دو ترانزیستور و دو دیود نیاز دارد.
٣٧

شکل(-c٢-٢) : شکل موجهای مبدل پل نامتقارن ـ روش دوم
ﲠرهبرداری از ادوات قدرت در مبدل نامتقارن ضعیف میباشد.
میتوان زماای سوئیچ آا را افزایش داد. این آار با آاهش
تعداد ترانزیستورهای قدرت و استفاده از SCR ﳑکن خواهد شد.[7]
ﳘانطور آه در شکل -d)٢-٢) دیده میشود تعداد فازها باید
زوج باشد. SCR ها برای هدایت جریان به فاز مناسب استفاده
میشوند و برای آنﱰل استفاده ﳕیشوند. با این وجود استفاده از
SCR نیاز به مدارات جانبی داشته آه باعث افزایش تعداد
قطعات، هزینه و ابعاد مدار راهانداز خواهد شد.
تعداد دیودها به یکعدد در هر فاز تقلیل یافته است. باید توجه داشت آه فازهای غیرمتوالی در یک گروه با هم قرار میگیرند و با یک دسته از ترانزیستورها ﲢریک میشوند. این آار
٣٨
سبب میشود آه یک فاز بتواند در موقع لزوم به سرعت خاموش شود و جریانش به صفر برسد. برای ﲢریک فاز A، ترانزیستورهای T1 و
T2 و تریستور S1 روشن میشوند، اگر جریان به مقدار تعیین شده برسد T1 خاموش میشود و جریان از طریق فاز A و ترانزیستور T2
S1 و D2 برقرار میشود، در این هنگام ولتاژ دو سر فاز A در
صورت ایدهآل در نظر گرفﱳ قطعات صفر خواهد بود در این روش انرژی ذخیره شده در اندوآتانس ماشین به انرژی مکانیکی تبدیل شده و جریان فاز آاهش مییابد، هنگامیآه جریان فاز باید آاملا خاموش شود. T1 و T2 ﳘزمان خاموش میشوند آه باعث روشن شدن D1
D2 میشود، در این هنگام ولتاژ در دو سر سیمپیچ فاز -Vdc
خواهد شد. ﲞشی از انرژی به منبع بازگشته و ﲞشی دیگر از آن
به انرژی مکانیکی تبدیل خواهد شد به این ترتیب جریان فاز به
سرعت به صفر میرسد. تریستور S2 مانع از گردش جریان فاز A از طریق فاز C میشود.

شکل(-d٢-٢) : استفاده از SCR و آاهش تعداد ترانزیستورهادرمبدل پل
نامتقارن
٣٩
٢-٣- مبدﳍای یک سوئیچ در هر فاز
مبدﳍای یک سوئیچ در هر فاز بهخاطر آوچک بودن ابعاد مبدل و ﳘچنین آاهش قیمت ساخت آا جذاب هستند این مبدﳍا دارای اشکال عدم توانایی اعمال ولتاژ صفر در دو سر سیمپیچ هستند، این ﳏدودیت سبب افزایش مبادله انرژی بین ماشین و منبع ولتاژ dc
میشود آه خود موجب تلفات بیشﱰ و آاهش بازده میشود ﳘچنین نویز صوتی افزایش مییابد.[35]
٢-۴- مبدل R-Dump
شکل (۴-٢) یک مبدل با یک سوئیچ و یک دیود در هر فاز را
نشان میدهد، وقتی T1 خاموش میشود جریان آزادانه از طریق
دیود D2 عبور میآند و خازن CS را شارژ میآند پس از مقاومت
خارجی R عبور میآند. این مقاومت مقداری از انرژی ذخیره شده
در فاز A را مصرف میآند آه باعث مشکل دیر ﲣلیه شدن سیمپیچ
میشود. علاوه براین اتلاف انرژی در مقاومت باعث آاهش بازده
میشود. ولتاژ بر روی T1 در هنگامیآه خاموش میشود برابر Vdc +
IaR میباشد. مقدار R هم میزان تلفات را تعیین میآند هم میزان ولتاژ حداآثر را آه ترانزیستور باید ﲢمل آند. اگر R آوچک باشد جریان فاز دیرتر خاموش شده و ﳑکن است در ناحیهای آه اندوآتانس دارای شیب منفی است سیمپیچ ﳘچنان جریان داشته و هنوز ﲣلیه نشده باشد. این امر سبب ایجاد گشتاور منفی و آاهش گشتاور موتوری میشود. اگر R بزرگ باشد آنگاه افت ولتاژ روی ترانزیستورها بزرگ بوده و ترانزیستوری آه ﲢمل ولتاژ بالاتری داشته باشد نیاز است.[18]
۴٠

شکل(۴-٢) : (a) توپولوژی R-Dump
(b) شکل موجهای توپولوژی R-Dump
٢-۵- مبدل Bifilar
در شکل (۵-٢) یک مبدل با یک ترانزیستور فاز دیده میشود اما انرژی ذخیره شده در برمیگردد. اینآار با استفاده از یک سیمپیچ

ویک دیود در هر فاز به منبع dc bifilar (دو رشتهای)
۴١
با پلاریته نشان داده شده در شکل امکانپذیر میباشد. وقتی ترانزیستور T1 خاموش میشود emf القا شده در سیمپیچ دارای
پلاریتهای است آه دیود D1 را روشن میآند. این باعث ﲣلیه
جریان از طریق D1 میشود و انرژی به منبع باز میگردد.
هنگامیآه ترانزیستور خاموش میشود ولتاژ بر روی سیمپیچ bifilar
ثانویه برابر ولتاژ منبع dc میباشد ولتاژ بر روی سیمپیچ
اصلی بستگی به نسبت دور سیمپیچها دارد. با در نظر گرفﱳ نسبت دور a بین سیمپیچ اصلی سری با ترانزیستور و سیمپیچ bifilar
ثانویه، ولتاژ بر روی ترانزیستور برابر خواهد بود با:
vT1 = vdc + avdc = (1+a) vdc
این نشان میدهد آه ولتاژ بر روی T1 میتواند خیلی بزرگﱰ از ولتاژ منبع باشد. ﳘچنین نیاز به یک سیمپیچ ثانویه باعث ایجاد ﳏدودیت در فضای سیمبندی برای سیمپیچ اصلی شده و اقتصادی ﳕیباشد.[19]

شکل(-a۵-٢) : مبدل Bifilar
۴٢

شکل -b)۵-٢) : شکل موجهای مبدل Bifilar
٢-۶- مبدل با منبع تغذیه dc دو نیمهای
مبدل با منبع تغذیه dc دو نیمهای برای هر فاز یک سوئیچ
داشته و به این صورت آار میآند آه فاز A با روشن شدن T1
ﲢریک میشود. جریان در ترانزیستور T1، فاز A و خازن C1
برقرار میشود. وقتی ترانزیستور T1 خاموش میشود جریان با
حرآت از مسیر فاز A و خازن C2 و دیود D2 ادامه مییابد. در
این عمل خازن C2 شارژ شده و بنابراین انرژی ذخیره در فاز A
بهسرعت ﲣلیه میشود مشابه این عمل برای فاز B اتفاق میافتد،
۴٣
است و 0.5 vdc
عملکرد این مدار برای فاز A در شکل -b)۶-٢) نشان داده شده
است. وقتی T1 روشن است ولتاژ در دو سر فاز A برابر vdc 2
خواهد بود و وقتی T1 خاموش میشود ولتاژ دو سرفاز A برابر
−vdc 2 خواهد شد.[24] ولتاژ بر روی ترانزیستور T1 وقتی آه روشن
است قابل صرفنظر میباشد و وقتی خاموش میشود برابرvdc
وقتی آه جریان سیمپیچ به صفر میرسد ولتاژ T1 برابر
خواهد شد. برخی از اشکالات این درایو این است آه فقط نصف
ولتاژ تغذیه برای ﲢریک فاز استفاده میشود. برای تعادل بار
بر روی خازای تغذیه باید تعداد فازهای ماشین زوج باشد.
شکل(-a۶-٢) : مبدل، منبع تغذیه dc دو نیمهای
۴۴

شکل(-b ۶-٢) : شکل موجهای مبدل با منبع تغذیه دو نیمهای
٢-٧- مبدل با q ترانزیستور و 2q دیود
در شکل -a)٧-٢) یک مبدل با یک سوئیچ در هر فاز نشان داده شده است، توجه آنید آه دیودهای هرزگرد D1 و D2 و D3 و D4
دیودهای سریع هستند و دیودهایD5 و D6 و D7 و D8 دیودهای با سرعت روشن شدن پایین هستند. با روشن شدن ترانزیستورهای T1 و
T4 فاز A ﲢریک میشود وقتی جریان به میزان تعیین شده رسید ترانزیستورهای T1 و T2 خاموش میشوند. این آار سبب روشن شدن دیودهای D1 و D4 شده تا جریان را برقرار سازند، در این حین ولتاژ بر روی فاز A برابر -vdc خواهد شد آه نشان دهنده
۴۵
انتقال انرژی از سیمپیچ به منبع ولتاژ DC میباشد. ﳘانطور آه در شکل -b)٧-٢) دیده میشود این آار سبب صفر شدن سریع جریان
فاز A میشود (روش اول) در روش دوم آه سوئیچها ﳘزمان خاموش
ﳕیشوند. در این حالت T4 روشن بوده و T1 خاموش میشود و برای
سیکل بعدی T1 روشن بوده و T4 خاموش میشود تا جریان rms
سوئیچها آاهش یابد. این عملکرد در شکل -c)٧-٢) نشان داده
شده است برای ﲢریک فاز B باید ترانزیستورهای T1 و T2 با هم عمل آنند.[27]

شکل(-a٧-٢) : مبدل با q ترانزیستور و 2q دیود
۴۶

شکل(-b٧-٢) : شکل موجهای مدار فوق با روش اول
۴٧

شکل(-c٧-٢) : شکل موجهای مدار فوق با روش دوم
٢-٨- مبدل با (١(q+ سوئیچ و دیود
یک آرایش (١(q+ سوئیچ در شکل (١-٨-٢) نشان داده شده است، برای اینکه فاز A ﲢریک شود، T1 و T2 باید روشن شوند آه باعث اعمال ولتاژ منبع به دو سر سیم پیچ میشود. وقتی جریان ia به حد تعیین شده میرسد یک روش این است آه T1 یا T2 خاموش شوند، در این صورت جریان از طریق T1 و D2 یا T2 و D1 برقرار شده و ولتاژ در دو سر فاز صفر میشود، روش دیگر این است آه T1 و T2
ﳘزمان خاموش بشوند و ولتاژ دو سر سیمپیچ -vdc شود و جریان آاهش یابد، برای خاموش آردن فاز A و آاهش سریع جریان در آن
۴٨
روش دوم انتخاب میشود. بطور مشابه برای فاز B،
ترانزیستورهای T2و T3 و دیودهای D2 و D3 استفاده میشوند و برای فاز C ترانزیستورهای T3 و T4 و دیودهای D3 و D4 استفاده
میشوند، ترانزیستورهای T2 و T3 و دیودهای D2و D3 بهصورت مشﱰ
ک استفاده میشوند این امر نهتنها باعث افزایش جریان عبوری
از آا میشود بلکه در آنﱰل مستقل فازها نیز ﳏدودیت ایجاد
میآند. بهعنوان مثال اجازه دهید فاز A خاموش شده و فاز B
ﲢریک شود، در این حال T1 باید خاموش شود و T2 و T3 روشن شوند، این امر سبب میشود آه ولتاژ روی فاز A صفر شود، در صورتی آه مطلوب ما -vdc میباشد. این امر سبب دیرتر خاموش شدن فاز A
شده و حتی ﳑکن است باعث ایجاد گشتاور منفی و آاهش گشتاور موتوری شود.[21]

شکل (١-٨-٢) : مبدل با (١(q+ سوئیچ در هر فاز
ﲠبود یافته مدار فوق با دیودهای اضافه و q
شکل (٢-٨-٢) نشان داده شده است. این مدار میباشد، نیمی از آا (دیودهای Da و Db و Dc

ترانزیستور در دارای 2q دیود و (Dd جریان را
۴٩
به فاز مناسب هدایت میآنند و بنابراین میتوانند دیودهای با سرعت آم باشند. فقط ماشینهایی با تعداد فاز زوج میتوانند از فواید این درایو ﲠرهمند شوند. [25]

شکل(٢-٨-٢) : ﲠبود یافته مدار(١(q+ ترانزیستوری
٢-٩- مبدل C-Dump مبدل C-Dump با مدار بازیافت انرژی در شکل (٩-٢) نشان
داده شده است. ﲞشی از انرژی مغاطیسی ذخیره شده در فاز به
خازن Cd منتقل شده و از آن از طریق Tr و Lr و Dr بازیابی شده
به منبع ولتاژ DC ورودی منتقل میشود. فرض آنید آه
ترانزیستور T1 روشن شود تا فاز A ﲢریک گردد و هنگامیآه
جریان فاز A به میزان تعیین شده میرسد، T1 خاموش میشود،
اینآار باعث روشن شدن دیود D1 میشود و جریان از طریق خازن
Cd بسته میشود آه باعث افزایش ولتاژ روی آن میشود. در نتیجه جریان فاز A آاهش مییابد، وقتی آه جریان به اندازه ∆i از
میزان تعیین شده آمﱰ شد، T1 روشن میشود تا جریان به مقدار
تعیین شده نزدیک شود. وقتیآه جریان باید آاملا در فاز A
۵٠
خاموش شود، T1 خاموش میشود و مقداری از انرژی ذخیره شده در فاز A در خازن Cd ذخیره میشود و ﲞشی از آن به انرژی مکانیکی
تبدیل میشود. این مبدل حداقل تعداد سوئیچ را داشته و ﳘچنین
جریان در آن بطور مستقل از فازهای دیگر آنﱰل میشود. اشکال
اصلی این مبدل این است آه سرعت خاموش شدن فاز به اختلاف
ولتاژ تغذیه ورودی، vdc، و ولتاژ vo روی Cd بستگی دارد، سریعﱰ خاموش شدن جریان نیازمند vo بزرگﱰ است آه باعث افزایش میزان ولتاژی خواهد شد آه ادوات قدرت باید ﲢمل آنند. ﳘچنین تبادل انرژی بین Cd و منبع تغذیه dc ورودی باعث تلفات اضافی شده و بازده ماشین را پایین میآورد. مدار باز یافت انرژی فقط هنگامیعمل میآند آه یکی از ترانزیستورهای T1، T2 ، T3 یا T4
روشن باشند تا از جریان هرز گرد فازها جلوگیری شود. Tr
زمانیآه ترانزیستورهای T1 تا T4 ﳘگی خاموش هستند خاموش می شود.[2]

۵١

شکل(٩-٢) : (a) مدار مبدل C-Dump
(b) شکل موجهای مبدل C-Dump
٢-١٠- مبدل C-Dump با قابلیت جریان هرزگرد
مبدل SRM به روش C-Dump توانایی ایجاد ولتاژ صفر ولت را
بر روی فازها نداشت، این امر سبب افزایش نویز صوتی در این
موتورها میشود. ﳘچنین فازهای ماشین هم با ولتاژ منبع dc و
هم با اختلاف ولتاژ بین منبع dc و خازن C-dump مواجه میشدند یعنی یک ولتاژ با تغییرات بسیار زیاد، تقریباً دو برابر ولتاژ منبع dc، این موضع باعث تلفات بیشﱰ میشود، ﳘه این مسائل با اضافه آردن یک ترانزیستور و ایجاد جریان هرزگرد به ﳘراه دیود DS برای بازیافت انرژی ذخیره شده در خازن C-Dump
۵٢
برطرف می شوند. شکل (١-١٠-٢) در این آرایش Lr حذف شده است.
برای ﲢریک فاز A، ترانزیستور T1 روشن می شود. مرحله ١، وقتی جریان فاز به میزان تعیین شده میرسد T1 خاموش شده و Tf روشن میشود، مرحله ٢، زمانی شروع میشود آه ولتاژ Cd به ولتاژ منبع dc میرسد، در این هنگام Tf روشن شده و جریان در فاز
ترانزیستور Tf و دیود D1 برقرار میشود (در این هنگام ولتاژ
دو سر سیمپیچ صفر است). وقتی جریان فاز باید خاموش شود T1
خاموش شده و Tf روشن ﳕیشود، در نتیجه ﲞشی از انرژی به خازن
Cd منتقل میشود و ﲞشی دیگر به انرژی مکانیکی تبدیل میشود، این مرحله ٣ است، و در این مرحله ولتاژ دو سر فاز ماشین برابر (vd-vo) خواهد شد.
مرحله ۴ زمانی آغاز میشود آه فاز آاملا خاموش شده است و انرژی داخل Cd میتواند برای ﲢریک فاز B یا فاز C استفاده شود، در این مرحله دیود DS خاموش شده و اجازه میدهد آه ولتاژ Cd به فاز دارای جریان منتقل شود در ﲤامی این مراحل آنﱰل مستقل جریان فازها امکانپذیر میباشد. فقط هنگامیآه جریان فازها با هم ﳘپوشانی دارند روشن آردن Tf باعث دیرتر خاموش شدن فاز درحال خاموش شدن خواهد شد. شکل موج عملکرد مدار بدون ﳘپوشانی جریان فازها در شکل (٢-١٠-٢) نشان داده شده است.[34]
۵٣

شکل (١-١٠-٢) : مبدل C-Dump با قابلیت جریان هرزگرد

شکل (٢-١٠-٢) : عملکرد مدار بدون ﳘپوشانی جریان فازها
۵۴
٢-١١- مبدل با یک ترانزیستور مشﱰک
شکل (١١-٢) یک مبدل با یک ترانزیستور مشﱰک برای فازها را نشان میدهد، T1 قسمت بالای فازها را از منبع dc جدا میآند تا انرژی بتواند به خازن C1 منتقل شود، در غیر اینصورت جریان بهصورت هرزگرد در داخل فاز و دیود جاری خواهد شد، وقتی ﲞواهیم فاز A ﲢریک شود، ترانزیستورهای T1 و T3 روشن میشوند، هنگامیآه جریان به میزان تعیین شده رسید ترانزیستور T1 و T2
ﳘزمان یا به تنهایی خاموش خواهند شد. اشکال این مبدل عدم توانایی آنﱰل جریان بهصورت مستقل در هنگامیآه جریاا با هم ﳘپوشانی دارند میباشد، هنگامیآه فاز A در حال خاموش شدن است اگر فاز B یا C روشن شود جریان در فاز A بهصورت هرزگرد خواهد شد و ﲣلیه آن طولانیتر میشود.[39]

شکل (١١-٢) : (a) مبدل با یک ترانزیستور مشﱰک
(b) عملکرد مدار
۵۵
٢-١٢- مبدل با حداقل تعداد سوئیچ و تغذیه ورودی متغیر
دو ﳕونه مبدل با (١(q+ ترانزیستور بررسی شدند، با وجود
ﳏدودیتهایی آه داشتند بهخاطر سادگی توپولوژی و خصوصیات
آنﱰلی جالب از آا استفاده میشود. این نوع مبدﳍا ﳘان ولتاژ منبع را به ادوات نیمه هادی اعمال میآنند اما توانایی آنﱰل جریان فازها را هنگامیآه جریاا با هم ﳘپوشانی دارند (وقتی یک فاز در حال خاموش شدن است فاز دیگر ﲞواهد روشن شود)
ندارند. نوع C-dump مشکل آنﱰل جریان بهصورت مستقل را حل
آرده اما ادوات نیمههادی باید ولتاژ بزرگﱰی را ﲢمل آنند،
ﳘچنین در مبدل C-dump گردش انرژی بیشﱰ است و تلفات بالاتر
میباشد. اشکالات فوق استفاده از این مبدﳍا را در عمل ﳏدود آرده است.
مبدل نشان داده شده در شکل (١٢-٢) با ﳘان تعداد ترانزیستور دیگر مشکل آنﱰل مستقل جریان فازها را ندارد.
ترانزیستور TC، دیود DC، سلف LC و خازن CC مدار آاهنده ولتاژ
DC ورودی را تشکیل میدهند. این مدار ولتاژ vdc ورودی را به vi
آاهش میدهد تا اینکه ولتاژ مورد نظر به سیمپیچ ماشین اعمل شود. با آاهش ولتاژ vi دیگر نیاز به سوئیچینگ ترانزیستورهای قدرت فازها ﳕیباشد و فقط یک بار برای اعمال ولتاژ به فاز روشن شده و یک بار هم برای خاموش شدن جریان، خاموش میشوند.
در نتیجه تلفات ناشی از سوئیچینگ ترانزیستورهای فازها و تلفات هسته به حداقل میرسد. ﳘچنین این مبدل خاموش شدن سریع فازها را درحالیآه حداآثر ولتاژ روی ادوات نیمههادی برابر ولتاژ DC تغذیه است فراهم میآند، درست برخلاف مبدل [28]C-dump
.
۵۶

شکل (١٢-٢) : مبدل با حداقل تعداد ترانزیستور و تغذیه ورودی متغیر
٢-١٣- مبدل با ولتاژ DC متغیر و توپولوژی Buck-Boost
در شکل(١٣-٢) یک مبدل با ولتاژ DC ورودی متغیر و با چهار عدد ترانزیستور و دیود نشان داده شده است. به ازای هر فاز ماشین فقط یک عدد ترانزیستور وجود دارد، این ترانزیستور با سیمپیچ فاز بصورت سری قرار گرفته و از خطای shoot-through
جلوگیری میآند. ترانزیستور TC، دیود DC، سلفL و خازن خروجی
C طبقه خروجی مبدل Buck-Boost را تشکیل میدهند. ولتاژ DC
ورودی به ماشین، Vi، میتواند از صفر تا دو برابر ولتاژvdc
تغییر آند تا ولتاژ مورد نظر را به سیمپیچهای ماشین اعمال
آند. بنابراین خاموش شدن سریع فازها با ولتاژ vdc ثابت امکانپذیر است، با روشن شدن ترانزیستور v1 ولتاژ vi به فاز A
اعمال شده و باعث ﲢریک این فاز میشود. وقتی T1 خاموش میشود صرفنظر از خاموش یا روشن بودن ترانزیستور TC، جریان از مسیر
D1 و منبع ولتاژ vdc و سیمپیچ فاز A جاری میشود، انرژی
ذخیره شده در خازن C در زمانی آه ترانزیستور TC خاموش است
میتواند به فازی آه قرار است روشن شود انتقال یابد، به ﳘین
۵٧
دلیل آنﱰل مستقل فازها در این توپولوژی امکانپذیر است.
برتری این مبدل نسبت به مبدلی آه طبقه خروجی آن بصورت Buck
آار میآند این است آه ولتاژ خروجی آه به فازها اعمال میشود میتواند بیشﱰ از vdc شود تا افزایش جریان در سیمپیچ در حال
روشن شدن سریعﱰ صورت پذیرد، این برتریها در این مدار مبدل
بهﳘراه افزایش ولتاژی است آه سوئیچ مدار مبدل ولتاژ باید
ﲢمل آند، این ولتاژ برابر ولتاژ dc ورودی به اضافه ولتاژ
خروجی مدار مبدل dc به dc میباشد و با فرض اینکه ولتاژ خروجی مبدل dc به dc دو برابر ولتاژ dc ورودی است. ولتاژی آه این ترانزیستور باید ﲢمل آند سه برابر ولتاژ dc ورودی میباشد، حتی برای حالتی آه ولتاژ خروجی مدار مبدل آوچکﱰ از ولتاژ ورودی است، میزان ولتاژی آه این ترانزیستور باید ﲢمل آند نسبت به مبدل Buck بیشﱰ میباشد.[39]

شکل (١٣-٢) : مبدل با ولتاژ DC متغیر و توپولوژی Buck-Boost
۵٨
٢-۴١- مبدل با (1. 5 q) سوئیچ و دیود
این مبدل در شکل (١۴-٢) نشان داده شده، آه آمﱰ از دو
سوئیچ برای هر فاز نیاز دارد و به ازای دو فاز سه عدد سوئیچ دارد، علاوه بر این در صورتی آه تعداد فازهای ماشین زوج باشد و بصورت غیرمتوالی در یک گروه قرار گرفته باشند امکان آنﱰل مستقل جریان فازها وجود دارد. در این مبدل سوئیچهای T5 و T6
هریک باید جریان دو فاز را از خود عبور بدهند بنابراین
میزان جریانی آه باید ﲢمل آنند نسبت به ترانزیستورهای T1 و
T2 و T3 و T4 بیشﱰ است، شکل موجهای مربوط به این مبدل در
هنگام آار در شکل -b)١۴-٢) نشان داده شده.[39]

شکل (١۴-٢) : (a) مبدل با (1.5q) سوئیچ
(b) عملکرد مدار
۵٩
٢-۵١- مبدل دو مرحلهای
آرایشی آه توانایی انتقال انرژی را بهصورت مستقیم از
سیمپیچهای فاز به منبع ولتاژ ac داشته باشد در شکل (١۵-٢)
نشان داده شده آه دو مرحله تبدیل ولتاژ در آن صورت میگیرد،
طبقه اول شامل یک مبدل آنﱰل شونده با شش عدد ترانزیستور و
شش عدد دیود است آه ورودی سه فاز 60 HZ را به خروجی ac تکفاز
و با فرآانس متغیر ارتباط میدهد، طبقه بعدی یک طبقه قدرت
بوده آه به وسیله آن هر فاز ﲢریک میشود بیشﱰ مدارات
راهانداز موتور رلوآتانس سوئیچ شونده به جز آا آه تغذیه
ورودیشان را باطری تشکیل میدهد ﳕیتوانند انرژی را مستقیماً
از ماشین به منبع ورودی منتقل آنند، این امر بهخاطر وجود یکسوسازهای دیودی و ﳏدودیت جریانی در خازای الکﱰولیتی میباشد. بنابراین فقط ﲞش آوچکی از انرژی به خازن برگشته و دوباره استفاده میشود. در نتیجه یک مقاومت باید موازی خازن واقع شود تا مانع از افزایش ولتاژ dc در آن شود، آه این خود باعث آاهش بازده میشود، در این موارد شارژ و دشارژ متناوب خازن باعث آاهش عمر آن میشود، مبدل مطرح در این قسمت فاقد خازن بوده و میتواند انرژی را مستقیماً از ماشین به منبع منتقل آند. اشکال این مبدل این است آه تعداد ترانزیستورها و دیودها در آن زیاد است و هزینه ساخت آن نسبت به سایر مبدﳍا بیشﱰ میباشد. و درجاهایی آه انرژی بازیافتی مورد توجه نباشد اقتصادی نیست. آاربردی آه میتواند مناسب باشد آنﱰل متغیر سرعت و تولید فرآانس ثابت از انرژی باد است.[22]
۶٠

شکل (١۵-٢) : مبدل دو مرحلهای
۶١
فصل سوم:
طراحی مدار راهانداز (DRIVER)
به روش مستقیم
۶٢
٣-١- مقدمه
موتورهای رلوآتانس به یک مدار راهانداز برای چرخش نیاز دارند. مدار راهانداز بستگی به مورد استفاده میتواند، بسیار ساده باشد. در عین حال آنﱰل سرعت موتور در یک حلقه بسته، حذف سنسورهای تعیین موقعیت روتور، آاهش ریپل گشتاور و ...
میتوانند بر پیچیدگی، حجم و قسمت مدار طراحی شده تأثیر بگذارند.
شکل (١-٣)، بلوک دیاگرام مدار آنﱰل یک موتور رلوآتانس را نشان میدهد.

شکل (١-٣) : بلوک دیاگرام مدار آنﱰل موتور
۶٣
٣-٢- سوئیچ و اﳌاای قدرت
روش متداول برای سوئیچ آردن سیمپیچهای موتور رلوآتانس استفاده از دو سوئیچ برای هر فاز میباشد و چون موتور طراحی شده سه فاز میباشد، ﲨعاً ۶ سوئیچ ترانزیستوری مورد نیاز میباشد. شکل (١-٢-٣) مدارد ساده هر فاز را مشان میدهد.
هنگامی آه سوئیچها روشن باشند ولتاژ تغذیه بر روی سیمپیچ فاز موجب عبور جریان از آن میشود. پس از خاموش شدن سوئیچها جریان سیمپیچ از طریق دیودها عبور میﳕاید و این جریان پس از مدت زمانی آه بستگی به L و R سیم پیچ دارد به ﲰت صفر میل میآند و سپس دیودها نیز خاموش میشوند.

شکل (١-٢-٣) : مدار ساده هر فاز
دیودها از نوع سریع میباشند. ترانزیستورهای سوئیچ میتوانند MOSFET یا IGBT باشند آهIGBT دارای خازن ورودی
آمﱰی است، در عین حال حداآثر ولتاژ شکست آا بالاتر از
MOSFET ها میباشند. افت ولتاژ بر روی IGBT برابر VCesat میباشد آه در حد 1.5 تا 2.5 ولت است در حالیکه افت ولتاژ بر روی MOSFET وابستگی به مقاومت درین وسورس دارد آه این مقاومت نیز وابستگی شدیدی به حرارت دارد. مدار ﲢریک گیت
۶۴
برای ترانزیستورهای MOSFET و IGBT یکسان میباشد. بنابراین میتوان این مدار را برای هر دو بکار برد.
با توجه به اینکه بیشﱰین تلفات در مدارهای سوئیچینگ در زمان روشن و خاموش شدن سوئیچ صورت میگیرد، بایستی زمان روشن و خاموش شدن ترانزیستورها را به حداقل رساند. از آﳒایی آه
ورودی این ترانزیستورها دارای یک خازن است، برای شارژ آردن
و دشارژ آردن آن نیاز به یک منبع با امپدانس خروجی آم
میباشد، برای این منظور از ترآیب دو ترانزیستور npn و pnp
استفاده میشود آه یک امیﱰ فالوور دو جهته میباشد، هم جریان دهی و هم جریان آشی مناسب دارد، با توجه به β بالاتر از 100
برای این ترانزیستورها در صورتی آه جریان بیس در حد 10mA در نظر گرفته شود، جریان خروجی این ترانزیستورها 1A خواهد بود.
در این صورت زمان روشن و خاموش شدن ترانزیستورهای قدرت در این مدار آمﱰ از 500ns میباشد. شکل (٢-٢-٣) مدار درایو ترانزیستورهای قدرت را نشان میدهد.

شکل (٢-٢-٣) : مدار درایو ترانزیستورهای قدرت
۶۵
٣-٣- سنسور تعیین موقعیت و سرعت موتور برای چرخش موتورهای رلوآتانس، بایستی هر آدام از فازهای
سه گانه با ترتیب و زاویه مشخص روشن شوند، این ترتیب و
زاویه بستگی به تعداد قطبهای روتور و استاتور و ﳏل قرار
گیری آا نسبت بههم دارد. به ﳘین منظور بایستی از یک ﳎموعه سنسور برای مشخص آردن این وضعیت استفاده ﳕود. یکی از روشهای متداول، استفاده از یک پره شکافدار به ﳘراه سه عدد فتواینﱰاپﱰ (Photo Interrupter) میباشد. فتواینﱰاپﱰ قطعهای است آه در آن یک فرستنده و یک گیرنده مادون قرمز وجود دارد. شکل (١ -٣-٣) مدار معادل یک مدل از آن را نشان میدهد.

شکل (١-٣-٣) : مدار معادل فتواینﱰاپﱰ
سه عدد از این قطعات الکﱰونیکی در زاویه 30° نسبت به هم
قرار میگیرند و یک پره شکافدار آه به ﳏور روتور متصل شده
است از میان آا میگذرد. شکافهای پره شکافدار بگونهای تنظیم شده است آه ﳘواره یک شکاف در مقابل یکی از سه فتو اینﱰاپﱰ
قرار میگیرد. بنابراین ﳘواره یکی از این سه سنسور، نور را
از خود عبور میدهد و از دو سنسور دیگر نور عبور ﳕیآند،
طراحی پره شکافدار بستگی به تعداد قطب روتور دارد. شکل (٢-٣ -٣) مدار آامل سنسورها را نشان میدهد.

شکل (٢-٣-٣) : مدار آامل سنسورها
۶۶
شکل موجهای ناشی از سنسورها برای سه فاز در شکل (٣-٣-٣)
مشاهده میشود.

شکل (٣-٣-٣) : شکل موجهای ناشی از سنسورها
از پالسهای ایجاد شده برای روشن آردن ترانزیستورهای هر
فاز استفاده میشود. ترتیب فازها بگونهایست آه موتور تنها در جهت راست میچرخد. برای چرخش در جهت چپ یک ﳎموعه ٣ تائی فتواینﱰاپﱰ دیگر نصب میشود. انتخاب جهت چرخش و ﳎموعه فتواینﱰاپﱰها توسط میکروآنﱰلر صورت میگیرد.
٣-۴- آنﱰل دور و حلقه فیدبک برای آنﱰل دور موتور بایستی جریان سیمپیچها را آنﱰل ﳕود،
برای این منظور از روش PWM استفاده میشود. در این حالت هر
آدام از پالسهای خروجی از فتواینﱰاپﱰها با یک موج پالسی
PWM آمیخته میشود و بدینترتیب زمان عبور جریان از یک
سیمپیچ و در نتیجه میزان جریان آن آنﱰل میگردد. هر چه نای
روشن ]یا یک بودنPWM [ بیشﱰ باشد جریان عبوری بیشﱰ است و
در نتیجه دور و گشتاور موتور بیشﱰ میشود. شکل (١-۴-٣) سه
شکل موج را نشان میدهد، اولی پالسهای سنسور موقعیت، دومی پالسهای PWM میباشد. سومین شکل موج در نتیجه AND آردن آن دو پالس میباشد آه به ترانزیستورهای یکی از فازها اعمال میگردد.
۶٧

شکل (١-۴-٣) : پالسهای PWM
فرآانس پالسهای ,PWM ثابت است و تغییرات نای پالس میتواند در یک حلقه فیدبک آنﱰل شود تا سرعت موتور ﳘواره با تغییر بار ثابت ﲟاند.[1] سرعت موتور از روی تعداد پالسهای موقعیت در ثانیه اندازهگیری میشود، برای این آار از مدار شکل (٢-۴-٣) استفاده میشود.

شکل (٢-۴-٣) : مدار سرعت موتور
ولتاژ VP متناسب با سرعت موتور است، مقاومتهای R1 و R2 و
مقدار خازن C بستگی به میزان تغییرات سرعت و مقدار سرعت و تعداد پالسهای فازها در ثانیه دارد. بدیهی است هرچه سرعت بالاتر باشد، تعداد پالسهای فازها در ثانیه بیشﱰ است و مقدار
R1 و R2 و C آوچکﱰ میشود. برای آنﱰل PI روی موتور از آنﱰل
۶٨
آننده شکل ٣-۴-٣ استفاده میشود. VP ولتاژ متناظر با سرعت میباشد و Vref ولتاژ مرجع متناسب با سرعت مرجع میباشد. Ve
ولتاژ خطا متناسب با اختلاف دو سرعت است.[29]

شکل (٣-۴-٣) : مدار آنﱰل PI برای پالسهای PWM از TL494 استفاده میشود. این IC دارای
یک مولد PWM است آه نای پالسهای آن توسط چند ورودی قابل
آنﱰل میباشد. شکل (۴-۴-٣) قسمتهای ﳐتلف این IC را نشان
میدهد. توسط پایههای ١ و ٢ و ١۵ و ١۶ و از طریق دو op-amp
داخلی میتوان ولتاژی را در پایه ٣ ایجاد آرد آه سطح این ولتاژ بین 0 تا ٣.٣ ولت تغییر میآند و تغییرات آن موجب تغییر
در نای پالس خروجی میگردد. op-amp، را میتوان در حلقه بسته و یا بهعنوان مقایسه آننده بکار برد. مدار حلقه فیدبک شکل ۴
-١٠ با استفاده از پایههای ١ و ٢ و یکی از op-amp ساخته میشود. از op-amp دوم برای ﳏدد آردن جریان موتور استفاده میشود. هنگامی آه جریان موتور از یک حد مشخص مثلا ١٠ آمپر بیشﱰ شود، ولتاژ در پایه ١۶ بیشﱰ از ولتاژ پایه ١۵ میشود و
۶٩
ولتاژ پایه ٣ تغییر می آند. بطوریکه موجب بسته شدن PWM در خروجی میگردد و بدینترتیب جریان ﳏدود میگردد.[26]

شکل (۴-۴-٣) : IC-TL494
پایه ۴ این IC برای Soft Start میباشد، اگر این پایه به آرامی
از ولتاژ +5v به ﲰت 0 ولت برسد. PWM نیز با ﳘان سرعت از %0
به %100 میرسد. از این پایه در زمان روشن آردن موتور در
ابتدای آار استفاده میشود.
٧٠
فصل چهارم:
روش های عملی کاهش
ریپل گشتاور
٧١
۴-١- بدست آوردن رابطه گشتاور از مدار معادل : SRM
با توجه به شکل (١-۴) ولتاژ اعمال شده به یک فاز برابر است با ﳎموع افت ولتاژ مقاومتی و میران شار پیوندی که با رابطه زیر داده می شود.
V R s i  d (dtNφ)

Nφ  L(θ,i)i

شکل (١-۴) : مدار معادل موتور رلوآتانسی
در این رابطه، L اندوکتانس بوده که تابعی از جریان سیم پیچ وموقعیت روتور می باشد
dL(θ,i) i di RsiL(θ,i) d{L(θ,i) i} V R s i  dt dt dt توان ورودی با رابطه زیر داده می شود :
pi Vi  Rs i 2 i 2 dL(dtθ,i)  L(θ,i)i dtdi

و می توان نوشت :
dL(θ,i) i 2 1  di L(θ,i)i2 )  L(θ,i)i 1 ) d 2 2 dt dt dt با استفاده از رابطه اخیر در رابطه pi خواهیم داشت :
٧٢
dL(θ,i) i 2 1 ,i)i 2 )  L(θ 1 ) d pi  Rs i 2  2 dt dt 2 رابطه فوق نشان می دهد که توان ورودی برابر است با ﳎموع تلفات مقاومتی که با Rsi2 داده می شود و انرژی ذخیره شده در داخل سیم پیچ که با رابطه 12 L(θ,i)i2 داده می شود ونیز توان فاصله هوایی , Pa که با رابطه زیر داده می شود :
dθ dL(θ,i) i 2 1  dL(θ,i) i2 1 P  dt dθ 2 dt 2 a wm  ddtθ

Pa  1 i2 dL(θθ,i) wm 2 d

توان فاصله هوایی، حاصلضرب گشتاور الکﱰو مغناطیسی و سرعت روتور می باشد که با رابطه زیر داده می شود
Pa  wmTe
با توجه به دو رابطه اخیر، گشتاور الکﱰومغناطیسی بدست خواهد آمد
dL(θ,i) i2 1  T dθ 2 e در رابطه فوق، dL(θ,i) ثابت گشتاور نامیده می شود و به خاطر dθ رابطه ای که اندوکتانس، L ،با موقعیت روتور و جریان سیم پیچ دارد ، یک کمیت غیر خطی می باشد.
۴-٢- بررسی رابطه L با موقعیت روتور : θ
با توجه به شکل (١-٢-۴) در مکان هایی که روتور واستاتور کاملا ﳘراستا هستند، ( (θ2 −θ3 و مکان هایی که روتور و استاتور کاملا غیر ﳘراستا هستند، ( (0 −θ1 و ( (θ4 −θ5 تغییر در اندوکتانس
٧٣
ﳔواهیم داشت. یعنی dL(θ,i) صفر می باشد، در نتیجه گشتاور در dθ
این نقاط صفر خواهد شد، حتی اگر سیم پیچ دارای جریان باشد.

شکل (١-٢-۴) : تغییرات اندوکتانس با موقعیت روتور
راه حل مساله فوق تغییر شکل مکانیکی روتور به ﳓوی است که در شکل (٢-٢-۴) نشان داده شده است. با این کار هیچ گاه اندوکتانس هنگام چرخش روتور مقداری ثابت ﳔواهد داشت، در نتیجه گشتاور صفر ﳔواهد شد.
٧۴

شکل (٢-٢-۴) : پایین شکل، روتور اصلاح شده
در مقایسه با روتور معمولی
۴-٣- بررسی تاثیر جریان بر : L
در جریاای که هسته موتور هنوز اشباع تغریبا شبیه ﳕودار (٣-۴) است. افزایش رفﱳ هسته موتور می شود، این امر در استاتور ﳘراستا هستند به خاطر کاهش gap

نشده، رابطه L و θ جریان سبب به اشباع جاهایی که روتور و مشهودتر است. با به
اشباع رفﱳ هسته، dθdL کاهش می یابد و این امر سبب افت گشتاور می شود.[36]

٧۵