وجود منابع سرشار گازی در مخازن مشترک ایران و لزوم بهره¬برداری و صادرات بیشتر، طراحی و بهینه¬سازی سیکلهای مایع¬سازی¬ گاز¬ طبیعی به منظور صادرات گاز به مسافتهایی بیش از km3000 را به هدفی مناسب و پر¬منفعت برای محققان تبدیل کرده است. در صنعت مایع سازی گاز طبیعی بالغ بر 10% حجم گاز خوراک ورودی صرف تولید توان لازم برای کمپرسورهای تولید سرما می شود. کاهش این حجم مصرف با به کارگیری سیکلهای پیچیده که دارای طبقات فشاری متعدد و نیز کمپرسورهایی با ورودی-خروجی های جانبی باشد میسر می شود. ضمناً برای افزایش کارایی یک سیکل می باید از تجهیزات دیگری مثل مبدلهای زیرسردساز، پیش اشباع کن، اکونومایزر، پس سردساز، سوپرهیتر یا ریبویلر استفاده کرد. برخی از گزینه های فوق نمی توانند در حضور یکدیگر وجود داشته باشند و وجود یکی منجر به عدم حضور دیگری خواهد شد. انتخاب بین چیدمانهای مختلف کمپرسور و سطوح فشاری نیز یک گزینه تصمیم گیری است که انتخاب هر سناریو موجب گسستگی در معادلات موازنه جرم و حرارت در سیکل می گردد. مسائلی که در آنها تصمیم گیری بین چند گزینه طراحی مطرح می شود نیاز به مدل سازی با ریاضیات گسسته پیدا می کنند. یکی دیگر از گزینه های طراحی در سیکلهای سرمایش عمیق انتخاب و بهینه سازی نوع مبرد می باشد. خواص مبردها در بازه دما به صورت غیرخطی تغییرات زیادی دارد و غیر خطی شدن معادلات گسسته، زمان و پیچیدگی حل مسائل را افزایش می دهد. برای حل مسائل سرمایش عمیق 2 روش متمایز پینچ-اگزرژی و روش تشکیل ساختار ریاضیاتی وجود دارد که هر یک مزایا و معایب خود را دارد. در این رساله سعی در به کارگیری نکات قوت این دو روش داریم تا با به کارگیری این دو ابزار قدرتمند روندی جدید در طراحی سیکلهای کرایوجنیک پیچیده چند طبقه و چند جزئی مطابق با نیاز محیطی هر طرح ارائه دهیم. روند ارائه شده به 3 مرحله مجزا تفکیک شده است که در مرحله اول طراحی پارامترهای مهمی همچون دمای جدایش بین سیکلی، درصد ترکیبات مبرد و فشار پایه در مکش کمپرسورها با استفاده از اصول تجربی و تئوری تشریح شده در فصل 4 تعیین می شوند. در مرحله دوم با تشکیل یک ساختار سرمایشی و در نظر گرفتن هزینه های عملیاتی و سرمایه ای و با کمینه سازی هزینه سالانه بهترین ساختار و چیدمان کمپرسورها و سطوح فشاری سیکل با استفاده از تعامل بین ریاضیات گسسته غیرخطی و پینچ اگزرژی پیدا می گردد. در مرحله سوم طراحی که شامل در نظر گرفتن تجهیزات متنوع سرمایشی مثل زیرسردساز، پیش¬اشباع¬کن، پس-سردساز، ریبویلر، سوپرهیتر و اکونومایزر و گزینه¬ها و چیدمانهای مختلف قرارگیری این تجهیزات در فرایند است بررسی می شود تا سیکل به دست آمده در این رساله از نظر کار مصرفی کمپرسورها بهینه گردد. روش ارائه شده در یک مثال نمونه به کارگرفته می شود و کاربری و الگوریتم به دست آمده بر روی این مثال نشان داده می شود. مقدار کار کمپرسور مورد نیاز برای مایع سازی یک کیلوگرم گاز طبیعی در مراحل اول، دوم و سوم این مثال دائما کاهش یافته و به ترتیب برابر با (kj/kg) 1303، 1169.13 و 1103.17 می باشد که نسبت به کار کمپرسور در سیکلهای رایج این صنعت صرفه جویی بالغ بر 1/7 درصد را نشان می دهد.

در این رساله ارائه مدل جامعی که بتواند در برگیرنده عوامل مختلف فیزیولوژیکی رسانش دارو به تومورها باشد، مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش برای اولین بار رسانش دارو به تومور با در نظر گرفتن شبکه مویرگی دینامیک (این شبکه تحت تاثیر تومور تولید شده است) که در ارتباط با جریان میان بافتی است و سیستم لنفاوی را هم شامل می شود، مطالعه شده است. از نکات مهم این مطالعه حل معادلات مستقل انتقال ماده حل شدنی همزمان با معادلات حاکم بر جریان سیال است. همچنین اثرات پارامترهایی مانند شکل و اندازه تومور بر رسانش دارو مطالعه شده است. به منظور دستیابی به این مدل جامع در ابتدا، مدلی از جریان سیال درون بافتی در بافت توموری و نرمال ارائه شده است. جریان درون بافتی همزمان با جریان درون مویرگی در شبکه مویرگی ناشی از تومور حل شده است. شبکه مویرگی به کمک روش ریاضی رگ زایی گسسته-پیوسته تولید شده است. در ادامه، جریان درون مویرگی با در نظر گرفتن سه شرط مختلف برای شبکه مویرگی بررسی شده است که عبارتند از: 1) توزیع یکنواخت و ثابت فشار درون-مویرگی به عنوان شبکه 2) شبکه با قطرهای ثابت (روش استاتیک) 3) شبکه با قطرهای متغیر (روش دینامیک). نتایج نشان داد که روش شبکه دینامیک (دارای فرضیات واقعی)، شبکه مویرگی پیچیده تر و ناهمگن تری نسبت به روش استاتیک و بالاترین فشار میان بافتی (در حدود 2 برابر روش بدون شبکه و 1/3 برابر روش شبکه استاتیک) را پیش بینی می کند. با اضافه کردن معادلات انتقال ماده حل شدنی به معادلات جریان سیال درون بافتی و درون مویرگی، رسانش دارو به بافت توموری در حضور شبکه مویرگی در یک مدل با فرضیات واقعی بررسی شده است. در مدل سازی رسانش دارو نیز سه فرض مدل سازی جریان خون در شبکه مویرگی لحاظ شده است. بررسی نتایج نشان داد که مدل سازی با توزیع یکنواخت فشار درون مویرگی، مقدار غلظت داروی بالاتری را در ناحیه توموری نسبت به روش های با شبکه، پیش بینی می کند. با مقایسه نتایج دو روش شبکه دینامیک و بدون شبکه مشخص می شود که توزیع دارو در شبکه دینامیک، به دلیل پیچیده بودن شبکه مویرگی ناشی از تومور و فشار میان بافتی بالاتر در ناحیه توموری غیریکنواخت تر است. به کمک مدل ریاضی ارائه شده، اثر برخی پارامترهای مرتبط با تومور در رسانش دارو بررسی شده است. حجم و شکل تومور در مطالعه آنالیز حساسیت بررسی شده اند. به علاوه، دو پارامتر دیگر که یکی مرتبط با خصوصیت جریان و وابسته به فشار جریان خون و اسمزی بوده و دیگری مرتبط با خصوصیات بافت، ضریب رسانش هیدرولیکی است، نیز بررسی شده اند. نتایج نشان داد که اثرات رشد تومور (افزایش حجم) (افزایش حجم از 0.1 به 1 (cm3 باعث کاهش رسانش دارو به میزان 35 درصد می شود. بررسی اشکال مشخص کرد که رسانش دارو با کشیده شدن شکل بیضوی تومور(بیضی کشیده)، افزایش می یابد که علت آن، بالا رفتن اثرات انتقال جابه جایی از رگ ها به بافت در این تومورهاست. بررسی اثر پارامتر جریانی نشان از کم اهمیت بودن آن (تغییرات در حدود 5 درصد در تغییرات 200 درصدی پارامتر) دارد و اثر پارامتر بافتی حاکی از تاثیر زیاد این پارامتر (تغییر دو برابری در افزایش 2 تا 3 برابری پارامتر) در رسانش دارو است.