در این رساله شبیه سازی جریان آشفته همراه با ذرات معلق بروش شبیه سازی گردابه های بزرگ (les) مورد بررسی قرار گرفته است. نگرش پیوند دو سویه که در آن اثرات متقابل ذرات و سیال بر روی هم در نظر گرفته می شود استفاده گردیده است. جهت گسسته سازی مکانی از روش حجم محدود غیرقابل تراکم جهت حل جریان حامل استفاده شده است. حل معادلات ناویر استوکس غیر قابل تراکم از روش تصویر استفاده گردیده است. حل فاز جامد نیز بوسیله روش آدامز بشفورث مرتبه دوم انتگرال گیری می شود. فرض کرده ایم که ذرات کروی بوده و حرکت آنها تنها به وسیله نیروی پسا و گرانش کنترل می گردد. شبیه سازی در یک عدد رینولدز برحسب سرعت اصطکاکی و نصف عرض کانال 644 انجام گردید. میدان جریان با نقاط شبکه ای 65*65*65 در جهت های x و yو zدر نظر گرفته شده است. ابعاد درجهت جریان, عمود بر جهت جریان و جهت عرضی کانال بصورت ( نصف عرض کانال)بوده اند. ذرات شیشه با قطر 150 و چگالی 2500 مورد بررسی قرار گرفته و نتایج باکار پیشین عددی به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ توسط سگرا و کارهای آزمایشگاهی پاریس (بروش piv) وبنسون (بروش lda) مقایسه گردیده است. نهایتاً انطباق قابل قبولی در نتایج بدست آمده در این رساله با نتایج دیگران مشاهده گردیده است.

روش عددی برای محاسبه ی جریان با ماخ پایین و چگالی متغییر در مختصات منحنی الخط در سه بعد به کار گرفته شده است. الگوریتم بر اساس انتگرال زمانی پیشینی و تصحیح می باشد و از روش تصویر برای حل معادلات ممنتوم استفاده شده است. معادله ی پواسون با ضرایب ثابت برای محاسبه ی فشار به صورت عددی حل شده است و برای ارضاء معادله ی بقاء جرم، در هر دو مرحله ی پیشینی و تصحیح، این عمل انجام شده است. شبکه ی هم مرکز، که موجب راحتی محاسبات، کمتر بودن حافظه ی مورد نیاز نیست به شکبه ی جابجا شده و آسانی گسترش معادلات به سه بعد می باشد به کار گرفته شده است. برای جلوگیری از غیر فیزیکی شدن فشار، از تکنیک میانیابی فلاکس ها در محاسبات معادلات حاکم بر جریان با چگالی متغییر استفاده شده است. از مشخصات مهم این الگوریتم امکان استفاده ی آن برای محاسبه ی جریان در سیستم های باز و بسته می باشد. به دلیل انتقال معادلات حاکم به مختصات منحنی الخط، الگوریتم فوق مستقل از هندسه بوده و در هندسه های متفاوت از جمله در جریان حفره، جریان کویت، جریان در کانال، جریان بین دو سیلندر چرخان با انتقال حرارت و جریان حول سیلندر چرخان با انتقال حرارت، آزمایش شده است.

لایه های اختلاط بین دو سیال با سرعتهای مختلف حدود 70 سال است که هم از نظر آزمایشگاهی و هم شبیه سازی مورد مطالعه قرار گرفته اند که علت آن نه تنها به خاطر اهمیت اختلاط در آیرودینامیک، بلکه اهمیت بنیادی آن در مطالعه جریانهای برشی است. لایه های اختلاط در زمینه های مهندسی زیادی مانند محفظه های احتراق، اختلاط اولیه در توربینهای گازی، رآکتورها و اجکتورها اتفاق می افتد. علاوه بر اهمیت تکنولوژیکی این نوع از جریان، اختلافات موجود در نتایج کارهای تحقیقاتی مختلف برای ترکیبهای یکسان نیز سبب شده است که هنوز تحقیقات در مورد لایه اختلاط ادامه داشته باشد. لایه های اختلاط به شرایط مرزی اولیه مانند شدت توربولانس و زاویه اختلاط بسیار حساس هستند. با وجود اینکه تحقیقات نسبتا زیادی روی این جریان نسبتا پایه ای انجام شده است هنوز برای بسیاری از ترکیبهای ممکن اطلاعاتی در دسترس نیست. به طور مثال ترکیب لایه مرزی اولیه لایه ای و زاویه اختلاط بالا کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق لایه اختلاط صفحه ای با نسبت سرعت 6/0 بوسیله یک تونل باد مدار باز تولید شده است. برای آماده سازی تونل باد و بررسی اولیه عملکرد آن، از نرم افزار فلوینت استفاده شده است. برای اندازه گیری میدان سرعت در مقاطع مختلف از جریان، از ال- دی- اِی و پی- آی- وی استفاده شده است. با استفاده از آزمایشات کالیبراسیون دستگاه آزمایشگاهی، محل خودمتشابه شدن جریان تعیین گردید. مقادیر سرعت اندازه گیری شده با دستگاه سرعت سنجی لیزری در فواصل مختلف در پایین دست جریان در ناحیه خودمتشابه نشان می دهند که لایه اختلاط بوجود آمده در این تحقیق در مقایسه با کارهای مشابه بدلیل لایه مرزی اولیه لایه ای و زاویه اختلاط بالا دارای شدت رشد بیشتری می باشد. بررسی آنیزوتروپی جریان نیز نشان می دهد که خواص توربولانسی جریان در ناحیه خودمتشابه تغییر چندانی نکرده اند. همچنین از داده های آزمایشگاهی بدست آمده بعنوان مقادیر اولیه کد les استفاده شده و نتایج نهایی آن با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است.

هدف از انجام این پروژه طراحی بهینه موتور رم جت با هندسه دوبعدی است که نیروی جلوبرنده خالص معینی را ایجاد کند. یک موتور رم جت از اجزای اصلی دهانه ورودی، محفظه احتراق و نازل تشکیل شده است و طراحی بهینه آن بر اساس تعیین شرایط عملکرد هر یک از اجزا به روش حل معادلات یک بعدی در مجرای موتور و طراحی تک تک اجزای آن صورت می گیرد. سپس از مشخص شدن شرایط عملکرد هر یک از اجزا به روش حل معادلات یک بعدی در مجرای موتور و طراحی تک تک اجزای آن صورت می گیرد. پس از مشخص شدن شرایط عملکرد نازل طراحی آن به روش مشخصه ها با لحاظ نمودن اثر دمای بالای سیال انجام گرفته و با حل معادلات انتگرالی لایه مرزی ساسمن –کرسیف تصحیح ضخامت لایه مرزی روی دیواره اعمال شده است. هندسه مناسب در قسمت مادون صوت نازل با این هدف که در مقطع خروجی جریان نزدیک به شرایط طراحی بوده و نازل طول کمتری داشته باشد با انجام یک سری مطالعه پارامتری به کمک حل عددی جریان غیر ارج بدست آمده است. طراحی قسمت مافوق صوت دهانه براساس اصل اسواتیچ انجام گرفته (اکبرزاده،1386) و هندسه قسمت مادون صوت آن نیز با فرض شیب ثابت به کمک حل عددی جریان مغشوش و به روش سعی و خطا با معیار رسیدن به طول کمتر و حذف جدایش روی آن تعیین شده است. درمحفظه احتراق که مجرایی با سطح مقطع ثابت است، از منبع حرارتی به طوری که توزیع خطی برای دمای سکون در طول ان ایجاد کند استفاده شده است. دستگاه معادلات حاکم بر جریان قابل تراکم با روش بالادست تجزیه تفاضل شار رو گسسته سازی و حل شده اند. شبیه سازی جریان مغشوش نیز با استفاده از مدل دو معادله ای ..انجام گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از عددی جریان با روش های تحلیلی مشخصه ها، تصحیح لایه مرزی و حل یک بعدی حکایت از صحت نتایج برنامه حل کننده میدان جریان دارد. نتایج نشان می دهد هندسته مستخرج از روش حل معادلات یک بعدی با دقت بسیار خوبی نیروی جلوبرنده خالص تعیین شده را در رم جت ایجاد می کند. در انتها نیز با اطمینان از معتبر بودن نتایج طراحی یک بعدی، تاثیر پارامترهای ورودی روی عملکرد رم جت مورد بررسی قرار گرفته است.

هدف این پایان نامه ، برسی حساسیت لایه های مخلوط شونده و همراه با احتراق نسبت به دو میدان مغشوش در شرط اولیه می باشد. برای نیل به این هدف، شرط اولیه ای برای لایه های مخلوط شونده زمانی بوجود آمده است که شامل دو مدیان مغشوش برای میدان سرعت اولیه و میدان کسر مخلوط اولیه می باشد. میدان کسر مخلوط اولیه می باشد. میدان کسر مخلوط اولیه با استفاده از توابع چگالی احتمال نرمال، لگ نرمال و بتا ساخته شده و میدان سرعت اولیه با استفاده از روشهای آماری بوجود آمدهاست. این میدان سرعت دارای طول مشخصه انتگرالی و انرژی معین برای تمام آزمایش های انجام شده می باشد. میدان محاسباتی از یک مکعب به طول ..تشکیل شد است و در دو جهت طولی و عرضی ..شرایط پریودیک و در جهت عمود برجریان..شرط دیوار لغزنده اعمال شده است. معادلات سه بعدی و تراکم پذیر ناویر-استوکس به کمک شبیه سازی گردابه های بزرگ بر روی شبکه یکنواختی با 96 سلول محاسباتی و به روش حجم محدود حل می شوند. چهار آزمایش انجام شده است تا تاخیر شرایط اولیه مختلف را برگسترش لایه های مخلوط شونده آشکار کند. در سه آزمایش کسر مخلوط اولیه بصورت مغشوش در نظر گرفته شده است تا اثر چگونگی توزیع اغشاشات بر گسترش میدان آشکار شود و در یک آزمایش کسر مخلوط اولیه فاقد اغتشاش می باشد تا اثر وجود اغتشاش را بهتر معلوم کند. نتایج بدست آمده حاکی از این است که وجود اغتشاش بر روی کسر مخلوط اولیه به اختلاط بیشتر و در نتیجه گسترش میدان کمک می کند. همچنین چگونگی توزیع اغتشاشات تاثیر بسزایی بر توسعه میدان دارد. از بین توابع چگالی احتمال بکار رفته ، توزیع لگ نرمال آشفتگی و اختلاط بیشتری را نسبت به سایر توابع نشان می دهد.

در این پروژه کارایی روش های پیش شرطی در جریان هایی با ماخ بسیار پایین در مسالی غیر دایم مورد تحقیق قرار گرفته است. شعله نفوذی مغشوش غیر دایم به عنوان نمونه ای از جریان های غیر دایم و لایه برشی زمانی به عنوان هندسه مسیله در نظر گرفته شده است. مطالعه جریان مغشوش با استفاده از شبیه سازی گردابه های بزرگ صورت گرفته و روش جزء مخلوط جهت مدلسازی شعله نفوذی مورد استفاده قرار گرفته است. گسسته سازی ضمنی زمان، امکان انتخاب قدم زمانی بزرگ تر را فراهم نموده است و جهت حل دستگاه ضمنی از روش گام زدن زمانی دوگانه استفاده شده است در این روش یک مشتق زمان مجاری به دستگاه معادلات اضافه شده و جواب دایمی در فضای زمان مجازی، مقادیر متغیرها در قدم زمانی فیزیکی بعدی را به دست می دهد. این روش در رژیم های با ماخ بسیار پایین دچار مشکل می شود. این اشکال شامل از بین رفتن دقت و همچنین افت شدید نرخ همگرایی در زمان مجازی است روش پیش شرطی در فضای زمان مجازی به منظور برطرف نمودن سخت شدگی معادلات به کار گرفته می شود. به علاوه روش پیش شرطی باید اثرات غیر دایمی بودن جریان را نیز لحاظ نماید و به این منظور یک مقیاس سرعت غیر دایم در محاسبه پارامتر پیش شرط علاوه بر مقیاس های دیگر، مورد استفاده قرار می گیرد. در این پروژه نشان داده شده است که در شعله نفوذی مغشوش، با استفاده از این الگوریتم، بهره حدود 2 نسبت به روش کاملا صریح بدست می آید.

هدف این پایان نامه، بررسی تأثیر بزرگترین طول مشخصه اغتشاشات اولیه بر روی بازده اختلاط لایه مخلوط شونده همراه با واکنش شیمیایی می باشد. برای این منظور در ابتدا میدان های اغتشاشات سرعت در حالت همگن به ازای بزرگترین طول های مشخصه مختلف ایجاد می شود. پس از آن میدان های اغتشاشات سرعت در حالت ناهمگن تولید می شوند در این حالت بزرگترین طول مشخصه اغتشاشات در جهات طولی، عرضی و عمودی نعییر داده می شود تا اثر این تغییر بر بازده اختلاط مشخص شود. این اغتشاشات طوری ایجاد می شوند که تنها بزرگترین طول مشخصه آنها تغییر کند و مقدار تنش رینولدر اولیه آنها یکسان باشد. تغییرات مساحت سطح شعله به عنوان پارامتری که بازده اختلاط را مشخص می کند. انتخاب می شود. برای محاسبه سطح شعله از روش سطح تراز استفاده می شود. میدان محاسباتی از یک مکعب به طول l تشکیل شده است و در دو جهت طولی و عرضی (y,x) شرایط پریودیک و در جهت عمود بر جریان (z) فرض می شود که سیال بر روی دیوار حرکت می کند (شرط دیوار لغزنده) معادلات سه بعدی و تراکم پذیر ناویر-استوکس به کمک شبیه سازی گردابه های بزرگ، بر روی شبکه یکنواختی با 96 سلول محاسباتی و به روش حجم محدود حل می شوند نتایج نشان می دهند در حالتی که بزرگترین طول مشخصه اغتشاشات اولیه به صورت همگن باشد. هر چه این طول بزرگتر باشد بازده اختلاط بیشتر می شود در حالت ناهمگن افزایش بزرگترین طول مشخصه اغتشاشات اولیه در جهت طولی سبب افزایش شدیدی در بازده اختلاط میشود در حالتی که بزرگترین طول مشخصه اغتشاشات در جهت عرضی افزایش یابد. بازده اختلاط باز هم افزایش می یابد ولی مقدار این افزایش نسبت به حالت قبل کم می باشد. تغییر بزرگترین طول مشخصه اغتشاشات اولیه در جهت عمودی، تأثیری بر بازده اختلاط ندارد.

جریان دو فازی مایع –ذره در بسیاری از صنایع مانند صنایع نفت و پتروشمیایی رخ می دهد. در این پایان نامه پس از ساخت کانالی مستطیلی که جنس دیواره های آن از ورق پلکسی گلاس شفاف می باشد، جریان آشفته دو فازی آب-ذره مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی مولفه های اغتشاشی جریان از روش اندازه گیری به کمک لیزر (lda) استفاده کردیم. به این صورت که مولفه های اغتشاشی سرعت در راستای جریان و همچنین مولفه های اغتشاشی سرعت در جهت عمود به دیواره های کانال و نیز سرعتهای میانگین بوسیله دستگاه lda اندازه گیری شد. ارتفاع آب در کانال در مقایسه با عرض کانال اندک و در مقایسه با طول کانال بسیار بوده است. لازم به ذکر است که آزمایشات در سه حالت متفاوت تکرار شد. در حالت اول ذرات درون کانال سیال ریخته نشد، در حالت دوم ذرات به سیال اضافه شد و اندازه گیری انجام شد و در حالت سوم قدرت لیزر کاهش داده شد تا ذرات درشت تر ردیابی شوند. در نهایت این نتایج با نتایج حل عددی به روش شبیه سازی گرابه های بزرگ (les) مقایسه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

یک حل گر عددی طیفی سه بعدی ساخته شده است. گسسته سازی زمانی در این حلگر، توسط روش شبه ضمنی کرنک-نیکلسون، و گسسته سازی عبارات غیر خطی، با بهره گیری از روش مرتبه دوم ادامز-بشفورث صورت گرفته است. درستی حل گر توسط یک نمونه حل در جریان آرام، آزمایش گردیده است. برای ایجاد قابلیت تحلیل رژیم جریان به حالت مغشوش، از مدل طیفی که توسط کرایچنان برای عدد موجهای زیر شبکه ارائه شده است، استفاده شده است. به این ترتیب میتوان یک ابر مغشوش پریودیک ایزوتروپ را تولید کرد. شرط اولیه برای ساخت این ابر از توزیع انرژی کلموگروف برگرفته شده است. میدان سرعت چندین بار در حلگر حل، و سپس مقیاس می گردد تا سرعت ها مقادیر فیزیکی تری پیدا کنند. با داشتن توزیع سرعت در هر لحظه می توان توزیع انرژی برحسب عدد موج را محاسبه و یادداشت نمود. با مقیاس و تکرار پروسه حل، از توزیع انرژی بر حسب عدد موج در دو زمان 0.28 ثانیه و 0.65 ثانیه میانگین گیری شده است و با نتایج آزمایش تجربی کومت بلوت مقایسه گردیده است. همچنین افت انرژی بر حسب زمان نیز با آزمایش تجربی کومت بلوت مقایسه شده است. نتایج عددی حاصل توافق خوبی با نتایج تجربی نشان می دهند. پس از ساخت ابر مغشوش ایزوتروپ، یک جبهه شعله پیش مخلوط آرام یک بعدی ساخته شده است. پارامترهای شعله بدست آمده از روش عددی، با نتایج تحلیلی مقایسه گردیده است. این نتایج نیز از توافق خوبی برخوردارند.