شبیه سازی عددی تراک گازی با توجه به ماهیت فیزیکی بشدت ناپایدار آن، نیازمند یک شبکه محاسباتی ریز می باشد. وجود نقطه صوتی (نقطه cj) در انتهای ناحیه واکنش تراک موجب ایزوله شدن ناحیه واکنش و شوک پیشرو از اغتشاشات جریان دوردست می شود. با استفاده از این مفهوم و با استفاده از شرایط مرزی مصنوعی در دور دست می توان به برش زدن میدان محاسباتی پرداخت. استفاده از این نوع شرایط مرزی موجب بوجود آمدن یک سری امواج مجازی و در نتیجه ورود خطا در محاسبات می شود. برای کاهش این اثرات منفی، می توان از شرط مرزی غیرانعکاسی در دور دست استفاده کرد. در کار حاضر از روش مشخصه ها (characteristics method) برای اعمال شرط مرزی غیرانعکاسی استفاده شده است. با استفاده از مفاهیم اشاره شده، یک طول محدود به عنوان طول میدان محاسباتی برای حالت های یک بعدی و دو بعدی تعریف شد. مقدار مناسب این طول برای چند انرژی فعال سازی مختلف بدست آمد. افزایش انرژی فعال سازی منجر به افزایش طول ناحیه واکنش می شود بنابراین طول متناسب برای انرژی فعال سازی بالاتر افزایش می یابد. فاصله گرفتن شوک از ابتدای میدان و افزایش تدریجی طول میدان محاسباتی منجر به افزایش یافتن زمان محاسبات هر پله زمانی می شود. اما با برش دادن میدان و ثابت ماندن طول میدان در طول محاسبات، زمان حل در هر پله زمانی تقریبا ثابت می ماند و اینکار سبب کاهش قابل ملاحظه زمان محاسبات در هر پله و در نهایت زمان کلی محاسبات می شود.

در تحقیق حاضر، با استفاده از ترکیب تئوری dsd و روش level set جبهه تراک تعقیب شده است. نخست، با استفاده از یک کد dsd یا از طریق مراجع، روابط d-? و d ?-d-? برای مواد شدیدالانفجار و مخلوط های گازی به دست آورده شده است، سپس با استفاده از روش level set، جبهه تراک در هندسه های مختلف تعقیب شده است. برای مواد شدیدالانفجار که در آن ها انحنا نقش مهمی را در دینامیک جبهه تراک دارد، همخوانی خوبی بین نتایج تئوری dsd و حل کامل عددی وجود داشت، درحالی که این مطلب برای مخلوط های گازی صادق نبود. به منظور مطالعه قطر بحرانی و با کمک تئوری dsd و روش level set، مسئله عبور ناگهانی جبهه تراک از یک کانال به یک فضای نامحدود مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور یک معیار خاموشی تراک بر مبنای انحنای بحرانی مورد استفاده قرار گرفت. اما اختلاف قابل توجهی بین قطر بحرانی مخلوط های گازی که با تئوری dsd پیش بینی شده بود و نتایج تجربی وجود داشت. نتایج نشان داد که قطر بحرانی مخلوط های گازی که در دینامیک جبهه تراک آن ها ناپایایی و سینتیک شیمیایی مهمتر از انحنا هستند، اغلب اوقات کمتر از مقدار واقعی محاسبه شد.

در بیشتر سیستم های کیسه ی هوا (airbag) در وسایل نقلیه، مخلوط گازی که کیسه ی هوا را پر می کند، از احتراق سریع یک سوخت جامد در درون یک محفظه ی احتراق بنام تولید کننده ی گاز تولید می شود. نقش تولید کننده ی گاز در واقع تولید گاز با فشار و دمای بالا و همچنین نرخ جریان جرم مناسب در یک بازه ی زمانی کوچکتر از 100 میلی ثانیه برای پر کردن محتوی کیسه ی هوای وسیله ی نقلیه است. از آنجایی که فرآیند تولید گاز در تولید کننده ی گاز کیسه ی هوا یک فرآیند احتراقی دما بالاست، درک صحیح و کنترل احتراق در داخل تولید کننده ی گاز کیسه ی هوا به منظور دستیابی به حجم معینی از گاز با دما و فشار معین و مجاز و همچنین کنترل شده از لحاظ آلاینده های سمی احتراق و همچنین ذرات جامد تولید شده از احتراق سوخت جامد در ورود به کیسه ی هوا همواره به صورت یک چالش وجود داشته است. در این پایان نامه شبیه سازی عددی فرآیند احتراق در درون تولید کننده ی گاز پیروتکنیک بر اساس یک مدل فیزیکی "صفر بعدی چند منطقه ای " انجام شده است. سپس با مطالعه ی پارامتریک نشان داده شده است که عملکرد تولید کننده ی گاز بیشتر تحت تاثیر مشخصات سوخت جامد نظیر جرم، اندیس احتراق و ضریب دمای سوخت جامد است و به اجزای سخت افزاری تولید کننده ی گاز در محدوده ی تغییرات مجاز اعمال شده وابستگی چندانی ندارد. همچنین برای شبیه سازی تولید کننده ی گاز پیروتکنیک هیبرید فشار اولیه ی محفظه ی گاز به میزان 25 و 50 برابر افزایش داده شد. در نتیجه ی این فشار اولیه، دمای عملکرد هم در محفظه ی احتراق و هم در تانک تخلیه کاهش یافت. دمای عملکرد پایین تر باعث بالا بردن بازده گرمایی می شود چرا که در این حالت اتلاف انرژی کمتری بواسطه ی انتقال حرارت محصولات با اجزای سخت افزاری صورت می گیرد. بازده گرمایی بالاتر به این معناست که مقدار سوخت جامد کمتری برای رسیدن به عملکرد دلخواه تولید کننده ی گاز مورد نیاز است. واژگان کلیدی: کیسه ی هوا، سوخت جامد، تولید کننده ی گاز، شبیه سازی عددی، احتراق

ضرورت توجه به مسائل زیست محیطی ناشی از پسماندهای خانگی، صنعتی و شیمیایی بر هیچ کس پوشیده نیست. یکی از روش های کاهش آسیب رسانی به محیط زیست استفاده از زباله ها به عنوان سوخت در کوره ها می باشد. در این روش در طی فرآیندهایی مواد غیر قابل احتراق مانند ماسه و سنگ و مواد خطرناک مانند فلزات آهنی و شیشه از زباله ها جدا شده و بعد به صورت پودر در می آید. به این زباله پودر شده اصطلاحا rdf می گویند. با استفاده از مدل های سوخت جامد و به کار گیری نرم افزار فلوئنت، احتراق rdf در یک کوره شبیه سازی و نتایج حاصل با استفاده از داده های آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. به دلیل دو فازی بودن جریان از مدل اویلری برای شبیه سازی میدان سیال و از مدل لاگرانژی برای دنبال کردن ذراتrdf استفاده شده است. برای مدل سازی فرآیند آزاد شدن گازهای فرار از دو مدل نرخ ثابت و سینتیک تک نرخی استفاده شد و مشاهده گردید که نتایج حاصل از هر دو مدل تطابق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. برای شبیه سازی احتراق مواد نیم سوز از دو مدل نفوذ محدود و نفوذ-سینتیک استفاده شده و مشاهده گردید که نتایج نفوذ-سینتیک به دلیل در نظر گرفتن هر دو مکانیزم نفوذ و سینتیک به نتایج تجربی نزدیک تر است. ذرات با دو مکانیزم تشعشع و جابجایی با محیط تبادل حرارت دارند که تاثیر تشعشع به عنوان یکی از مکانیزم های مهم انتقال حرارت ذرات بررسی شد. قطر ذرات یکی از پارامترهای مهم در احتراق سوخت های جامد بوده و با بررسی قطرهای مختلف مشاهده شد که با افزایش قطر ذرات rdf بیشینه دما کاهش یافته و ناحیه دما بالا از ورودی فاصله می گیرد.

در تحقیق حاضر به شبیه سازی عددی مشعل مسطح پیش آمیخته ی چند سوراخه پرداخته شده است. مشعل مسطح چند سوراخه در پکیج های چگالشی مورد استفاده قرار می گیرد. شبیه سازی عددی احتراق در این مشعل ها شامل پدیده‏های گوناگونی است که از مهمترین آنها می توان اغتشاش و تشعشع را نام برد. در این تحقیق به بررسی پارامتری هندسه و کارکردی مشعل مسطح پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که تشعشع مکانیزم غالب در انتقال حرارت بوده و در حین کارکرد معمول مشعل، 41% از 50/43 % انتقال حرارت به ناحیه احتراق، توسط این مکانیزم انجام می‏شود. در بررسی هندسی مشعل مشخص شد که حضور شبکه ی توزیع کننده منجر به یکنواختی دما و کاهش تولید آلاینده به خصوص آلاینده ی nox شده است. سپس نقش سوراخ اصلی و نگه دارنده در بررسی هندسه مورد مطالعه قرار گرفت. بنابر محدودیت دمایی و نیز میزان تولید آلاینده، اندازه ی قطر سوراخ اصلی و قطر سوراخ نگه دارنده به ترتیب 5 و 25/1 میلی متر محاسبه شد. در مرحله بعد اثر دبی ورودی و نسبت هم ارزی بررسی شد. بازه ی دبی ورودی 5/14 تا 5/17 لیتر بر ثانیه و نیز محدوده ی نسبت هم ارزی 7/0 تا 8/0 با توجه به محدودیت دمای مورد نیاز در مشعل و نیز تولید آلاینده به عنوان بازه ی کارکردی مشعل محاسبه شد. در نهایت تاثیر دمای پیش مخلوط ورودی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از حل عددی نشان داد که افزایش دمای پیش مخلوط ورودی، منجر به کاهش بیشینه دمای احتراق شده، بنابراین تولید آلاینده نیز کاهش می یابد.