کتاب هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)

کتاب هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)؛ مبانی و کاربردهای اساسی در مکانیک محیط پیوسته نوشته کارلوس آلبرتو دوترا فراگا فیلو است که با ترجمه علیرضا خوش‌کنش و فریبا احمدی به چاپ رسیده است.

 درباره کتاب هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)

این کتاب حاصل مطالعات مربوط به مدلسازی ذرات لاگرانژی و به‌ویژه روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) طی یک دهه اخیر است. این مطالعات در سال 2009 با هدف درک رویکرد لاگرانژی در زمینه توسعه یک مدل کاملا لاگرانژی از ذرات، برای شبیه‌سازی پخشیدگی آلودگی نفتی در یک دریای آرام انجام شد. هرچند این مطالعات مسیر طولانی را تا کاربردهای کنونی آن پیموده است.

در کاربرد روش SPH در مطالعات مذکور موضوعات گوناگونی مطرح می-شود. در حالی که طی فرآیند پیاده‌سازی این کد، درک معادلات دیفرانسیلی حاکم بر جریان سیال و انتقال انرژی ضرورت داشت. در این زمینه، مکانیک محیط  پیوسته و مبانی آن در بررسی و یافتن راهحل‌ها در مقیاس ماکروسکوپی استفاده می‌شود، در حالی که از قوانین فیزیک کلاسیک تخطی نمی‌شود. طی مراحل این مطالعه و اجرای روش SPH، نتایج فیزیکی و ریاضی به  پیش کشیده می‌شود. در این راستا توجه ویژه‌ای روی نتایج و استنتاج شرایط مرزی صورت می‌گیرد که دستیابی به این نتایج یکی از چالش‌های اصلی در روش پیوسته لاگرانژی است.

هدف از این کتاب کمک به پژوهشگران و دانشجویان در فرآیند پیاده‌سازی روش SPH برای حل مسایل گوناگون است (در مهندسی، فیزیک، ریاضیات کاربردی، زیست‌شناسی، علوم زمین، محیط زیست و سایر حوزه‌های علمی). درک و مدلسازی بسیاری از پدیده‌ها نیازمند توسعه مطالعات در یک حوزه مشترک چالش برانگیز است. در حوزه‌ای که انقطاع میان چند رشته نظیر فیزیک، ریاضیات، شیمی و علم مواد پدیدار می‌گردد. در مسایلی که در مقیاس پیوسته مطرح می‌گردند، قوانین فیزیک کلاسیک باید اعمال شود. از سوی دیگر در مقیاس مولکولی، قوانین فیزیک کوانتوم و دینامیک مولکولی اعمال می‌شوند.

این در واقع یک شکاف میان دو مقیاس مذکور است و تلاش¬های زیادی با هدف بهم پیوستن رویدادها در دو مقیاس پیوسته و مولکولی صورت گرفته است. مدل‌های هیبریدی/چند مقیاسی با هدف دستیابی به راه¬حل¬های مسایل گوناگون در ناحیه مزوسکوپی (بین مقیاس ماکرو و مقیاس میکرو) توسعه داده شده‌اند. در این زمینه، ضرورت یک بحث نظری پیرامون مدلسازی مطلوب مسایل مذکور بیش از پیش احساس می‌شود. با در نظر گرفتن رویکرد فیزیکی-ریاضی این مطالعه در یک چارچوب محاسباتی، لازم است الگوریتم‌ها و روال‌های محاسباتی برای حل معادلات بقاء به کار رود. همچنین گسسته‌سازی این معادلات به روش SPH در قالب نمودارهای گردشی در بخش مربوط به حل برخی مسایل فیزیکی/ مهندسی ارائه می‌شود. در صفحه‌های پایانی کتاب، کد فرترن در حل نخستین مسئله مطرح شده برای خوانندگان ارائه می‌شود. به علاوه، برای خوانندگان یک کد منبع باز فراهم شده است که در آن این کد محاسباتی تشریح می‌شود.

این کتاب در پژوهش‌های دانشگاهی توسط دانشجویان و فارغ التحصیلان رشته‌های مهندسی، فیزیک، مکانیک محیط‌پیوسته، ریاضیات و ریاضیات کاربردی، شیمی، علوم محیط زیست، علوم زمین، اقیانوس‌شناسی و روش‌های محاسباتی قابل استفاده است. به عنوان یک پیش‌نیاز، داشتن یک دانش مقدماتی از حساب دیفرانسیل و انتگرال، قوانین فیزیک کلاسیک و مکانیک محیط  پیوسته، مکانیک سیالات محاسباتی و پدیده انتقال ضرورت دارد. 

به عنوان یک مطالعه میان رشته‌ای، شناخت مقدماتی در مورد دینامیک مولکولی می‌تواند در درک موضوعات آن راهگشا باشد. هرچند منابع ارائه شده در سرتاسر کتاب به خواننده اجازه دسترسی به اطلاعات تکمیلی را می‌دهد.

در سرتاسر این کتاب سعی بر آن بوده است که مهم‌ترین نکات برجسته گردد به گونه‌ای که درک موضوعات برای خواننده تسهیل شود.

در شروع هر فصل چکیده‌ای درباره موضوعات آن و همچنین، ملاحظات و نظرات جمع‌بندی در انتهای فصل‌ها ارائه می‌شود. مواد کمکی در پیوست‌ها به منظور تسهیل درک راه حل‌های مسایل ارائه می‌شود.

انتظار می‌رود این کتاب منبعی قابل اتکا و ساده برای مطالعه و کاربرد هیدرودینامیک ذرات هموار در مکانیک سیالات محیط‌پیوسته و پدیده‌های انتقال باشد. 

خواندن کتاب هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) را به چه سانی پیشنهاد می‌کنیم

 دانشجویان رشته مکانیک مخاطبان این کتاب‌اند.