جریان در مجاری خمیده از جمله مسائل کلاسیک و پایه در مکانیک سیالات محسوب می شود که دارای کاربردهای متنوعی در زمینه های مختلف صنعتی و پزشکی است. تاکنون تحقیقات آزمایشگاهی، تحلیلی و عددی بیشماری در خصوص این جریان صورت گرفته که عمده این تحقیقات در مورد سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آنها متوجه سیالات غیرنیوتنی و بویژه سیالات ویسکوالاستیک است. در این تحقیق، جریان و انتقال حرارت سیال ویسکوالاستیک در کانال خمیده دارای مقطع مستطیلی در حالات ایستا و چرخان مورد بررسی قرار می گیرد. هدف اصلی از پژوهش حاضر، شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک بر این جریان است. برای این منظور از مدل کریمینال-اریکسون-فیلبی (cef) به عنوان معادله متشکله سیال ویسکوالاستیک استفاده شده که قادر به ارائه اثر توابع ویسکومتریک غیرخطی و بویژه هر دو مقدار اختلاف تنش های نرمال اول و دوم است. در این تحقیق، مطالعه جریان و انتقال حرارت در مجاری خمیده با استفاده از روش های تحلیلی و عددی انجام شده است. در اینجا با استفاده از تکنیک مرتبه بزرگی رابطه تحلیلی برای تعادل نیروها در ناحیه هسته جریان در کانال خمیده ارائه می شود که به شناخت نحوه اثر نیروهای موثر بر میدان جریان کمک شایانی می نماید. همچنین برای نخستین بار با استفاده از این تکنیک روابط تحلیلی برای میدان جریان خزشی سیال مرتبه دو در کانال های خمیده دارای مقطع مستطیلی ارائه می شود. در اینجا برای اثبات اثرات متضاد ثابت های زمانی رهایی از تنش و تاخیر سیال ویسکوالاستیک بر دبی جریان در مجاری خمیده از روش حساب اختلالات استفاده شده است. به دلیل وجود دشوارهای محاسباتی در راه استفاده از این روش برای مطالعه جریان در مجاری خمیده غیر مدور، این اثرات در مجاری خمیده مدور مطالعه شده است. با استفاده از این نتایج تحلیلی نشان داده می شود که در سیالات دارای مقادیر ثابت زمانی نسبتاً بزرگ، میزان مقاومت جریان ویسکوالاستیک از جریان نیوتنی بیشتر است حال آنکه در سیالات دارای مقادیر ثابت زمانی تاخیر بزرگ این اثر برعکس بوده و جریان از خود رفتار کاهش پسا نشان می دهد. همچنین نتایج عددی مربوط به جریان در کانال خمیده مستطیلی نیز به این پدیده دلالت دارد. بخش اصلی نتایج این پژوهش مربوط به نتایج حاصل از شبیه سازی عددی است. در اینجا از روش تفاضل محدود برای گسسته سازی معادلات حاکم بر روی شبکه جابجا شده استفاده شده و نحوه اختصاص پارامترهای میدان جریان و انتقال حرارت بر روی این شبکه مطابق روش علامتگذاری و سلول است. همچنین روش تراکم پذیری مصنوعی جهت تخمین فشار در طی گامهای زمانی تحلیل به کار گرفته شده و از برخی تکنیک های عددی برای پایدار نمودن حل عددی در خواص الاستیک بزرگ استفاده شده است. بر اساس شبیه سازی عددی، صحت نتایج حاصل از حل عددی ارزیابی شده و استقلال پاسخ های عددی از شبکه تحقیق شده است. همچنین اثر پارمترهایی نظیر عدد رینولدز، عدد دین، عدد روزبی، عدد الاستیک، عدد وایزنبرگ، نسبت انحنا، نسبت ابعادی، اثر ویسکوزیته و ثابت های اختلاف تنش نرمال اول و دوم وابسته به نرخ برش بر میدان جریان و انتقال حرارت در جریان خزشی و اینرسی (در حالات پایدار و ناپایدار) به روش عددی مورد بررسی قرار می گیرد. در اینجا برای نخستین بار نشان داده می شود که برخلاف جریان خزشی سیال نیوتنی در کانال خمیده، جریان خزشی سیال ویسکوالاستیک در کانال خمیده می تواند ناپایدار شود. از نوآوری های دیگر تحقیق حاضر آن است که برخلاف تحقیقات پیشین، اثر اختلاف تنش های نرمال بطور مجزا بر میدان جریان بررسی شده و نشان داده می شود که ازدیاد اختلاف تنش نرمال اول با افزایش شدت جریانهای ثانویه همراه بوده و می تواند سبب بروز ناپایداری در جریان شود حال آنکه ازدیاد اختلاف تنش نرمال دوم منفی دارای اثر کاملاً متضادی بوده و در جهت پایدار نمودن جریان عمل می نماید.

در کار حاضر روش جدیدی برای اعمال میدان الکتریکی بر روی فیلم ریزان ارائه شده است که بر خلاف روش های قبلی اعمال میدان الکتریکی بر فیلم های ریزان که باعث تغییر در ساختار جریان فیلم و تغییر خواص سیال می شد، بدون به هم ریختن ساختار اصلی جریان فیلم ریزان و تغییر خواص آن، با ایجاد گردابه و افزایش رفتار موجی در فیلم، می تواند باعث افزایش انتقال حرارت و جرم در فیلم ریزان شود. در این روش از پمپ های رسانشی با الکترود های هم سطح با دیواره استفاده شده است که هیچ تغییری در هندسه جریان سیال ایجاد نمی کنند. به علت جدید بودن پمپ های رسانشی، دیدگاه منسجم و کاملی در مورد عملکرد این نوع پمپ ها ارائه نشده است. برای ایجاد پایه های نظری مورد نیاز برای تحلیل پدیده های مشاهده شده در رفتار فیلم ریزان در حضور پمپ رسانشی، در کار حاضر سعی شده است با استفاده از آزمایش های تجربی و مدل سازی عددی دیدگاه کاملی از رفتار یک پمپ رسانش الکتروهیدرودینامیکی با الکترود های هم سطح با دیواره ارائه شود. در مطالعه حاضر، موارد جدیدی از رفتارهای پمپ رسانش مورد بررسی قرار گرفته اند که از آن جمله می توان به اشباع سیال در ولتاژهای بالا و امکان تغییر جهت پمپاژ در نسبت عرض های الکترود بالا و آشکارسازی الگوی جریان سیال در این پمپ ها اشاره کرد. بررسی رفتار فیلم های ریزان برای دو نوع آزاد و اجباری انجام گرفته و در ادامه تاثیر اعمال میدان الکتریکی از طریق پمپ رسانشی بر پارامتر های مهم تعیین کننده رفتار فیلم های ریزان بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که اثر متقابل گردابه های ایجاد شده توسط پمپ رسانشی با ساختار جریان فیلم ریزان با موج آزاد یا اجباری باعث رشد موج ها در سطح فیلم و تشدید نوسانات سطح و رفتار موجی در فیلم ریزان شود. با توجه به وجود اختلاط شدید در این نوع پمپ ها و تشدید رفتار موجی فیلم در حضور پمپ رسانشی، نتایج بدست آمده نشان دهنده توانائی روش ارائه شده برای افزایش انتقال حرارت و جرم در فیلم ریزان می باشند.

در سال های اخیر حباب های نوسانی در زمینه های گوناگون پزشکی نظیر درمان انواع سرطان ها ، تخریب و انهدام سلول های سرطانی، جراحی های چشم، انتقال دارو، انتقال ژن و شکاندن سنگ کلیه نقش دارند. در اکثر موارد شاهد برهم کنش حباب ها با بافت ها و سلول های بدن هستیم. بر این اساس در این پایان نامه با استفاده از روش های تجربی و عددی، رفتار یک و دو حباب نوسانی در کنار یک غشاء الاستیک که همان سطح سلول فرض می شود مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعه تجربی رفتار حباب های نوسانی در کنار غشاء بسیار مشکل ، حساس و طاقت فرسا می باشد، چرا که حباب دارای اندازه هایی در ابعاد میکرومتر و یا میلیمتر بوده و زمان نوسان حباب نیز از درجه میکرو ثانیه و یا میلی ثانیه می باشد. بنابراین انجام دقیق آزمایشاتی در ابعاد مکانی و زمانی تا این حد کوچک، مستلزم وجود دستگاه هایی با تکنولوژی های بسیار بالا و دقیق می باشد. با انجام آزمایشات گوناگون، رفتار یک حباب در مجاورت غشاء الاستیک بطور سیستماتیک با تغییر سه پارامتر اصلی 1- ویسکوزیته سیال 2- الاستیسیته غشاء و 3- فاصله بی بعد بین حباب و غشاء مطالعه گردید. همچنین به بررسی رفتار دو حباب که به طور همزمان در کنار غشاء وجود دارند پرداخته شده است که شاهد پدیده های بسیار پیچیده و جالبی بودیم که با استفاده از تعریف پارامترهای بی بعد مختلف بررسی و تحلیل آنها میسر شد. در کنار مطالعه تجربی، به مطالعه عددی برهم کنش یک حباب و غشاء نیز پرداخته شده است. به منظور شبیه سازی عددی رفتار یک حباب نوسانی در مجاورت غشاء از روش المان های مرزی (bem) استفاده شده است. یک شبیه سازی دقیق و درست می تواند صرفه جویی هنگفتی را هم از لحاظ اقتصادی و هم از جهت زمانی در تحلیل مسئله ای با این ظرافت و حساسیت در پی داشته باشد. لذا با توجه به محدودیت های مختلفی که در انجام آزمایشات وجود دارد روش عددی بسیار مفید به نظر می رسد. در این روش تاثیر سه پارامتر بی بعد 1- فاصله بی بعد حباب (h?) 2- الاستیسیته بی بعد غشاء (e?) و 3- پارامتر قدرت (??) بر رفتار تک حباب و غشاء مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به منظور اعتبار بخشی به شبیه سازی انجام گرفته، نتایج روش عددی با نتایج حاصل از آزمایشات مورد مقایسه قرار گرفت که تطابق خوبی بین نتایج رویت شد.

در این پایان نامه جریان و انتقال حرارت حول استوانه چرخان و غیر چرخان، در حال نوسان طولی و عرضی به شکل عددی شبیه سازی شده است. بدین منظور از یک روش جدید المان محدود بر اساس تجزیه معادلات در امتداد خطوط مشخصه، استفاده شده است. شبکه محاسباتی به کار رفته از نوع بی سازمان مثلثی متحرک انتخاب شده تا هرگونه محدودیت در هندسه و نوع حرکت جسم از بین برود. جابجایی نقاط شبکه ، به کمک شبیه سازی نقاط و اتصالات با فنرهای طولی و پیچشی انجام شده و معادلات حاکم به کمک دیدگاه دلخواه اویلری - لاگرانژی روی شبکه متحرک اعمال شده است. نتایج حاصل از برنامه نوشته شده، با نتایج محققان دیگر مقایسه گشته و صحت آنها تأیید شده است. در بخش نتایج جریان و انتقال حرارت حول استوانه غیر چرخان و چرخان در دو حالت نوسان عرضی و طولی برای اولین بار بررسی شده است. پدیده قفل شدن گردابه ها، تغییر الگوی جدایش گردابه ها و تغییرات ضرایب بی بعد برآ، پسا و عدد نوسلت در اثر نوسان مورد مطالعه قرار گرفته است.دیده شد که در محدوده قفل شدن گردابه ها، عدد نوسلت و ضریب پسا افزایش قابل ملاحظه ای می یابد. برای استوانه چرخان نوسانی، یک مقدار سرعت چرخش بحرانی وجود دارد. که برای سرعت های بزرگ تر جدایش گردابه ها کاملا از بین می رود. مشاهده شد که با افزایش سرعت چرخش ضریب برآ افزایش و ضریب پسا و عدد نوسلت کاهش می یابد.

در سالهای اخیر اکتشاف و استخراج نفت از مخازن عمیق دریا افزایش یافته است. سکوی اسپار، نمونه ای از یک سازه حجیم است که برای استخراج مواد نفتی در اعماق زیاد بسیار مناسب می باشد. با توجه به ابعاد بزرگ سازه های حجیم، روابط موریسون به منظور انجام محاسبه نیروهای وارد بر سازه و همچنین تحلیل های دینامیکی صادق نیست. بر این اساس در این تحقیق، نیروی موج وارد بر سکوی اسپار و هم چنین ضرایب هیدرودینامیکی میرایی و جرم اضافه، در شش درجه آزادی به وسیله تیوری تفرق محاسبه شده است. موج برخوردی، خطی و هارمونیک در نظر گرفته شده است و روش عددی که به منظور حل توابع پتانسیل امواج تفرق و تابش استفاده شده است، روش عددی تفاضل محدود می باشد. نتایج بدست آمده نشان داد که مدل تهیه شده با دقت خوبی قادر به برآورد نیروی امواج و ضرایب هیدرودینامیکی با در نظر گرفتن پدیده تفرق می باشد.

در این مطالعه، جریان مغشوش در یک پمپ سانتریفیوژ صنعتی سه بعدی و گذرا شبیه سازی شده است. معادلات متوسط گیری شده رینولدز با استفاده از روش حجم محدود هم مکان بر روی یک شبکه سه بعدی بی سازمان تجزیه شده و برای مرتبط کردن میدان های فشار و سرعت، از الگوریتم سیمبل استفاده شده است. گسسته سازی زمانی معادلات، به شیوه ضمنی انجام شده است. برای اعمال شرایط مرزی در فصل مشترک چرخ و حلزونی، مدل شبکه لغزنده بکار رفته و برای ایجاد سهولت در میان یابی مربوط به این مدل، روش جدیدی ارایه شده است. با توجه به عوامل نامطلوبی مانند گرادیان فشار مخالف و جدایش، تعدادی از مدل های دو معادله ای برای جریان آشفته بررسی شده و از میان آنها، مناسبترین مدل برای مسیله مورد بررسی انتخاب شده است. استفاده از شبکه بی سازمان، قابلیت شبیه سازی جریان در هر هندسه دو بعدی و سه بعدی دلخواه را، برای برنامه توسعه داده شده فراهم کرده است. جهت اطمینان از صحت عملکرد برنامه، چند جریان شناخته شده مورد بررسی قرار گرفته است. برای جریان درون پمپ سانتریفیوژ، میدان های فشار و سرعت در دبی های مختلف و نیز موقعیت های متفاوت چرخ مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس حل بدست آمده، نمودار مشخصه پمپ تطابق خوبی با نتایج تجربی دارد. در شرایط اسمی، جریان به خوبی توسط حلزونی هدایت شده و چرخ در شرایطی نسبتا یکنواخت کار می کند. اما در خارج از شرایط اسمی، تفاوت قابل توجهی بین جریان در بین پره های مختلف بدست آمده است. تقابل بین چرخ و حلزونی، یک توزیع غیر یکنواخت را برای فشار در محیط چرخ نتیجه داده است. نیروی شعاعی بوجود آمده بر روی محور در اثر این توزیع غیر یکنواخت، در خارج از شرایط اسمی همواره بیشتر از حالت مربوط به شرایط اسمی بدست آمده است. با استفاده از مقادیر سرعت خروجی از پره ها، ضریب لغزش محاسبه شده است.

در این پایان نامه جریان و انتقال حرارت به صورت سه بعدی و برای سیال تراکم ناپذیر حول اجسام تقارن محوری شبیه سازی شده است. معادلات ناویر استوکس و انرژی به روش حجم محدود هم مکان بر روی یک شبکه سه بعدی بی سازمان تجزیه شده اند. سسپس این معادلات به همراه شرایط مرزی مناسب به روش تکراری آندرزیلکسیشن حل می شوند. کد توسعه داده شده به صورتی است که توانایی شبیه سازی جریان و انتقال حرارت حول هر جسم دلخواه سه بعدی متقارن و نامتقارن از نظر هندسی و فیزیکی را دارد. جریان حول کره به عنوان یک جسم تقارن محوری دربازه رینولدزهای 50 تا 250 شبیه سازی شده است. نتایج دربازه رینولدزهای 50 تا 200 تقارن محوری از نظر فیزیکی را نشان می دهند. با وجود آنکه کره جسمی با تقارن محوری است میدان جریان در رینولدز 250 الگویی نامتقارن دارد. این نتایج بخوبی با نتایج موجود تجربی و عددی گذشته در تطابق است. همچنین معادله انرژی برای کره در رینولدزهای فوق برای اعداد پکلت 35 تا 2000 با در نظر گرفتن دو شرط مرزی دمای ثابت و شار ثابت بر روی دیواره حل شده است. مشاهده می شود که عدد ناسلت متوسط حاصل از شرط مرزی شار ثابت از حالت دما ثابت برای اعداد پرانتل 0/7 تا 10 به مقدار 14 تا 24 درصد بیشتر است. مقادیر ناسلت متوسط به دست آمده از روش عددی با نتایج مشابه تجربی و عددی موجود تطاب خوبی را نشان می دهد.

در دهه های اخیر توجه به احتراق سوخت های هیدروکربنی در محیط متخلخل بی اثر به شکل چشم گیری افزایش یافته است و علت آن مزایایی است که این نوع از احتراق دارد. مانند انتقال حرارت بالا به واسطه تشعشع، گرمادهی همگن، بازده احتراق بسیار بالا و میزان انتشار کم آلاینده ها در این تحقیق جریان احتراقی در محیط متخلخل در دو حالت آرام و آشفته به صورت عددی شبیه سازی شده است. روش عددی مورد استفاده برای حل دسته معادلات دیفرانسیلی مشتق جزئی روش حجم محدود می باشد.ضرایب براساس روش تفاضلی هیبرید محاسبه می شوند و محاسبه میدانهای سرعت و فشار با استفاده از شبکه جابه جا شده و الگوریتم simple انجام شده است برای مدل کردن آشفتگی از روش £-k استاندارد منطبق با شرایط محیط متخلخل استفاده شده است ابتدا جریانهای آرام و آشفته در داخل محیط متخلخل در حالات مختلف به منظور شناخت خصوصیات جریان و پس از آن یک احتراق آرام شعله پیش آمیخته داخلی در محیط متخلخل به منظور آشنایی با جنبه های مختلف این پدیده شبیه سازی شده و نتایج حاصل ضمن مقایسه با نتایج موجود، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته اند. سپس احتراق در یک مشعل متخلخل آزمایشگاهی و مورد استفاده در دو حالت آرام و آشفته، توسط کد عددی به صورت کامل شبیه سازی شده است. در این قسمت خصوصیات احتراق در دو حالت آرام و آشفته، چگونگی توزیع دماهای جامد و گاز ساختار شعله، چگونگی پایداری شعله و اثر پارامترهای محیط متخلخل در حالات مختلف تحلیل شده و مورد بررسی قرار گرفته اند. احتراق آشفته در محیط متخلخل مبحث جدیدی است و به اثرات آشفتگی در این نوع احتراق در تحقیقات اخیر بسیار کم پرداخته شده است.

چکیده ندارد.