هدف از این تحقیق، بهبود پایداری روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی جریان های گرمایی مغشوش در اعداد رایلی بزرگ و ارائه یک مدل پایدار برای شبیه سازی اینگونه جریان ها می باشد. بدین منظور در ابتدا عوامل موثر در شبیه سازی این گونه جریان ها با استفاده از روش شبکه بولتزمن نظیر نوع شبکه مورد استفاده، تکنیک های بهبود پایداری، مدل اغتشاش، تراکم پذیری یا غیر تراکم پذیری مدل شبکه ، نوع مدل گرمایی، نحوه پیاده سازی و اعمال شرایط مرزی مورد بررسی قرار گرفته است که منجر به ارائه یک مدل ترکیبی مناسب گردید. در حالت دوبعدی این مدل ترکیبی متشکل از 1) مدل شبکه d2q9، 2) روش شبکه بولتزمن با ضریب تخفیف چندتایی، 3) مدل تراکم ناپذیر گیو و همکاران، 4) مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ بهمراه دو مدل زیرشبکه اسماگورینسکی و مدل زیرشبکه ویسکوزیته با مقیاس ترکیبی و درهم، 5) مدل گرمایی شبکه بولتزمن هیبرید، 6) شرط مرزی mid-grid بوده و با استفاده از روش tllbm بر روی یک شبکه غیر یکنواخت پیاده سازی گردید. به منظور تصدیق اعتبار آن، جریان مغشوش rbc در اعداد رایلی مختلف تا مقدار 1015 شبیه سازی شد. در حالت سه بعدی این مدل از ترکیب 1) مدل شبکه d3q19، 2) ترکیب روش شبکه بولتزمن با ضریب تخفیف چندتایی و روش شبکه بولتزمن حجمی کسری، 3) مدل تراکم ناپذیر گیو و همکاران، 4) مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ بهمراه دو مدل زیرشبکه اسماگورینسکی و مدل زیرشبکه ویسکوزیته با مقیاس ترکیبی و درهم، 5) مدل گرمایی شبکه بولتزمن هیبرید، 6) شرط مرزی mid-grid تشکیل گردید و بر روی یک شبکه یکنواخت اعمال شد. بمنظور اعتبار سنجی آن، جریان سه بعدی nc در اعداد رایلی مختلف تا مقدار 1015 شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که هر دو مدل قابلیت شبیه سازی جریان های گرمایی مغشوش در اعداد رایلی بزرگ را دارا می باشند.

چکیده پایان نامه ارائه گردیده شامل شبیه سازی های انجام شده به روش های حجم محدود و اجزای محدود جهت بررسی تنش و کرنشهای پلاستیک ترمومکانیک ایجاد شده در منیفلد دود است. در این راستا، در گام نخست جهت بدست آوردن ضرائب انتقال حرارت جابجایی در دیواره سیال، آنالیز cfd گاز گذرنده از منیفلد انجام گردیده است. این آنالیز در حالت جریان دائم گاز انجام و از مدل تربولانسی k-e استفاده گردیده است. در گام دوم، با استفاده از ضرائب انتقال حرارت جابجایی به دست آمده از آنالیز cfd، یک آنالیز گرمایی انجام و توزیع دما در سرتاسر مدل بدست می آید. نتایج این آنالیز در گام بعد، بعنوان شرایط مرزی در زمان بارگذاری حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد. در گام سوم مدل را تحت نیروی ناشی از پیچهای اتصال منیفلد به سیلندر و سپس سیکل بارگذاری و باربرداری حرارتی قرار داده و به بررسی تنش و کرنش پلاستیک ایجاد شده در نواحی بحرانی خواهیم پرداخت. نگاشت ضرائب انتقال حرارت جابجایی از مدل آنالیز cfd بر روی مدل اجزای محدود جهت انجام آنالیز گرمایی توسط برنامه نوشته شده در در نرم افزار matlab میسر گردید. اولین سری محاسبات، میزان کرنش پلاستیک زیادی را در محل اتصال فلنج ورودی به لوله ها نشان داد. در دومین حلقه تحلیل، قطر سوراخهای پیچ متصل کننده فلنج به سر سیلندر به جز یک سوراخ ثابت بزرگ شد، به گونه ای که فلنج در صفحه واشر بتواند اندکی بلغزد. نتیجه این تغییر، کاهش کرنش پلاستیک به میزان زیادی است. در ادامه نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از آنالیز ترمومکانیک منیفلد دود ساخته شده از چدن مقایسه گردیده است. تفاوتهای موجود ناشی از تغییر جنس منیفلد، تغییر شکل لوله ها و نیز کاهش ضخامت آنها است. واژه های کلیدی: منیفلد دود، خمکاری لوله، بارگذاری ترمومکانیک، شبیه سازی cfd، شبیه سازی اجزای محدود

استفاده از میکرووالوهای فاقد اجزای متحرک از روشهای موثر برای انتقال یک سویه سیال در سیستم های میکروسیالاتی است که بجای استفاده از مکانیزم های مکانیکی برای جلوگیری از برگشتن سیال ، بر اساس مشخصه های خود سیال کار می کنند. یکی از مهمترین کاربرد این میکرووالوها را می توان استفاده آنها در ساختار میکروپمپهای دیافراگمی عنوان کرد. در این مطالعه ضمن بررسی مدلهای موجود میکرووالو فاقد اجزای متحرک (شامل میکرووالو نازل- دیفیوزری و تسلا) هندسه بهینه ای از نوع والو تسلا بر اساس بررسی عددی شرایط جریان در والو ارائه شد. مقایسه ها حاکی از افزایش چشم گیر مقدار یکسوکنندگی به عنوان پارامتر عملکردی والو در قیاس با انواع قبلی آن بود. همچنین شبیه سازی سه بعدی میکروپمپ دیافراگمی با تحریک پیزوالکتریک و با چیدمان جدیدی از والوهای پیشنهادی نشان داد که سیستم ارائه شده چه از نظر هد فشاری و چه از نظر دبی پمپاژ وضعیت بهتری در مقایسه با نوع مرسوم نازل دیفیوزری دارد. حل عددی مزبور همه انواع کوپلینگهای موجود اعم از الکتریکی، جامداتی و سیالاتی را شامل می شود. از موارد دیگر مورد بررسی اثر شکل موجهای گوناگون بر دبی خروجی و توان مورد استفاده میکروپمپ با والوهای فاقد اجزای متحرک بود. نتایج حل عددی نشان داد که از بین شکل موجهای موجود، موج مربعی دبی بیشتری را در شرایط فرکانسی و ولتاژی یکسان بدست می دهد. با این حال در صورت مورد توجه قرار دادن توان مصرفی، میکروپمپ با تحریک موج اره ای بازده بالاتری خواهد داشت. رویکرد دیگری که برای طراحی و تحلیل میکروپمپ دیافراگمی با تحریک پیزوالکتریک ارائه شد، استفاده از روش شبیه سازی الکتریکی بود. با توجه به شرایط فیزیکی پیچیده میکروپمپ، استفاده از این مدل، امکان بررسی سریع و بدون دردسر پمپ را با اعمال شرایط متفاوت بدست می دهد. در روش پیشنهادی میکرووالوهای تسلای اصلاح شده از طریق تعریف یک مقاومت غیرخطی متناظر در مدار پمپ مدل شد. این روش باعث می شود که حتی با تغییر هندسه میکرووالو نیز بتوانیم از مدل سازی الکتریکی استفاده کنیم و نیاز به استخراج مدلهای پیچیده برای اعمال هندسه های گوناگون نداشته باشیم. به عنوان نمونه ای از کاربرد عملی، استفاده از میکروپمپ با شرایط فوق در سوخت رسانی پیل سوختی با تزریق مستقیم متانول بررسی شد. نهایتاً یک نمونه واقعی از میکروپمپ پیشنهادی ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج تجربی با پاسخ حل عددی سه بعدی و نیز حل مدار الکتریکی مقایسه شد. نتایج، حاکی از تطابق خوب روشهای عددی و نیز یکسان بودن روند افزایش و کاهش دبی با تغییرات فرکانس تحریک در هر سه حالت بود.

هدف از این مطالعه، بررسی اثر پارامتر های مهم از قبیل عدد رایلی، غلظت حجمی نانوذرات و نوع نانوذره، هندسه و مکان چشمه حرارتی بر عملکرد گرمایی نانوسیال (خنک کاری) درون یک محفظه توسط روش شبکه ی بولتزمن می باشد. در این مطالعه، میدان سرعت توسط روش شبکه بولتزمن با پارامترهای استراحت چند گانه و میدان دما توسط مدل گرمایی شبکه بولتزمان حل می شوند. سپس میدان های سرعت ودما توسط تقریب بوسینیسک به یکدیگر کوپل می شوند. همچنین دو شرط مرزی حرارتی نیومن و دیریچله به طور همزمان بررسی می شود. در این پایان نامه اثر عوامل مذکور بر دمای ماکزیمم منبع گرمایی که بر عمر و کارکرد آن موثر است به صورت موضعی بررسی می شود. افزودن نانوذرات به سیال پایه و همچنین افزایش عدد رایلی سبب کاهش این دما می شود که می تواند ناشی از بهبود مکانیزم انتقال گرمای جابجایی باشد. همچنین، محفظه با چیدمان متقارن، دارای دمای ماکزیمم منبع گرمایی بالاتردر مقایسه با چیدمان نامتقارن است. در این پایان نامه به خوبی نشان داده شد که با افزودن نانوذرات به سیال پایه با تغییرات ویژهای که در خواص هیدرودینامیکی و گرمایی ایجاد می شود، نیروی های گرانشی بر نیروهای لزج غلبه می کند، و در نتیجه مولفه های سرعت مقادیر بیشتری به خود می گیرند و انتقال حرارت جابجایی بهبود می یابد. از طرفی تولید نقاط سکون به صورت موضعی میتواند سبب اخلال در سیستم خنک کاری شود. نتایج حاصله از روش شبکه بولتزمن به خوبی نتایج آزمایشگاهی و عددی را تصدیق می کند و نشان می دهد که استفاده از نانوسیال به عنوان سیال عامل، نرخ انتقال گرما افزایش می یابد که منجر به کوچک شدن وسایل صنعتی می شود. کلمات کلیدی نانوسیال، انتقال گرما، روش شبکه بولتزمان.

توربین های گازی استفاده بسیار گسترده ای در صنعت دارند. بازده حرارتی و توان خروجی این توربین ها با افزایش دمای گاز ورودی افزایش می یابد. با توجه به محدودیت دما برای قطعات، خنک کاری یک امر ضروری است. برای بررسی خنک کاری با توجه به هزینه های بالای آزمایشات مربوطه نیاز به شبیه سازی توربین وجود دارد. برای یک شبیه سازی واقعی همواره نیاز به اطلاعاتی کامل از شرایط کارکرد توربین وجود دارد که عموما مشخص نیست و بدست آوردن آن مستلزم صرف هزینه های زیاد است. لذا ضروری به نظر می رسد که میزان ارزش اطلاعات دقیق از شرایط کارکرد توربین گاز مشخص شود تا بدانیم که آیا لازم است برای بدست آوردن این مجهولات هزینه های مربوطه صرف شود یا اینکه تاثیر این پارامتر ها به قدری نیست که ارزش این هزینه های بالا را داشته باشد. از سوی دیگر در صورت تخمین زدن این مقادیر نتایج حاصل تا چه اندازه قابل اعتماد است. به همین منظور در این پژوهش آثار بکار گیری تقریب های معقول در مرزهای ناحیه محاسباتی بر روی نتایج شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور در گام نخست یک پره ثابت با استفاده از روش حل همزمان حرارتی به صورت سه بعدی به کمک نرم افزار fluent شبیه سازی شد. تطابق بسیار خوب نتایج با مقادیر تجربی نشان می دهد حل همزمان جریان و انتقال حرارت در سیال و جامد یک روش کارا برای پیش بینی وضعیت جریان بر روی پره توربین گاز می باشد. پس از کسب اطمینان از صحت نتایج شبیه سازی به بررسی میزان اثر تقریب های معقول برای شرایط مرزی مورد استفاده در هریک از مرزهای ناحیه محاسباتی پرداخته شده است. در مرز ورودی کانال اصلی تغییر طول مشخصه اغتشاش در محدوده صنعتیِ مورد بررسی تا 6/0 درصد بر روی دمای سطح پره تاثیر می گذارد. میزان این تاثیر بر روی دما با تغییر شدت اغتشاش در مرز ورودی کانال اصلی حداکثر به 8/1 درصد می رسد. استفاده از پروفیل های معقول و حداکثری برای سرعت جریان ورودی به کانال اصلی می تواند تا 8/3 درصد بر روی نتایج دما تاثیر بگذارد. در صورتی که اطلاعات کافی از پروفیل سرعت سیال ورودی در یک توربین صنعتی در دسترس نباشد، توصیه می شود که از یک پروفیل میانی مانند پروفیل تجربی مورد استفاده در این پژوهش استفاده شود. با انجام این کار میزان حداکثر خطای ممکن ناشی از دقیق نبودن شرط مرزی بر روی نتایج دمای بدست آمده به حدود2/2 درصد می رسد. برای پروفیل دمای جریان ورودی به کانال اصلی نتایج نشان می دهد که نوع پروفیل منحنی شکل بکار گرفته شده خیلی تاثیر گذار نیست(میزان تاثیر منحنی بکار رفته بر روی دمای سطح پره کمتر از 7/0 درصد است)، ولی بین نتایج پروفیل منحنی و پروفیل یکنواخت برای دمای سیال ورودی تفاوت نتایج قابل ملاحظه است. از آنجا که روند نتایج مربوط به پروفیل های منحنی شکل با مشاهدات تجربی تطابق خوبی دارد لذا شدیدا توصیه می شود در صورتی که اطلاعات کافی از پروفیل دمای سیال ورودی در یک توربین صنعتی در دسترس نباشد، که از یک پروفیل منحنی شکل مانند پروفیل تجربی مورد استفاده در این پژوهش استفاده شود. شدت اغتشاش جریان ورودی به کانال های خنک کاری تا یک درصد و پروفیل سرعت این جریان تا 2 درصد بر روی دمای بدست آمده در سطح پره تاثیر می گذارد. اثر در نظر گرفتن خنک کاری در دیواره های انتهای پره با تقریب خوبی قابل صرف نظر است. بدیهی است که مقادیر اعداد مذکور مختص پره مورد بررسی است و در حالت کلی تنها معرف مرتبه بزرگی تاثیرات است.

این پایان نامه به بررسی پدیده تجمع پلاکت خون می پردازد. به خاطر پیچیدگی تغییر پیوسته جریان و مقیاس کوچک درگیر در فرآیندهای بیولوژیکی، مطالعه ی تجربی انعقاد پلاکت، با مشکلات زیادی روبرو است. بنابراین، بکارگیری شبیه سازی های عددی، ابزاری با ارزش در مطالعه ی چنین پدیده هایی است. از میان روشهای موجود، روش dpd، به عنوان روش انتخاب شده برای مطالعه ی این پدیده شرح داده خواهد شد. معادلات حاکم و شرائط مرزی مربوط به این روش را مورد بررسی قرار خواهیم داد. برای بررسی عملکرد کد نوشته شده، مساله جریان پوازیل را برای شرائط مرزی مختلف شبیه سازی کرده و نشان خواهیم دادکه نتایج حاصل در توافق خوبی با واقعیت قرار دارد. با توجه به قابلیت های روش dpd در مدلسازی جریانهای با تغییر شکل بسیار زیاد، این روش به عنوان کاندیدی برای مدل کردن مسایلی است که در آن ها تغییر شکل های بزرگ اتفاق می افتد.

وابستگی خواص مواد غشاهای دولایه ای لیپیدی به ساختار مولکول های سازنده ی آنها از نظر بیولوژیکی بسیار مهم است. غشاء پلاسمایی که همه ی سلول های زنده را احاطه کرده به اندازه ی کافی باید قوی باشد زیرا که این غشاء باید از نفوذ یون ها و مولکول های ناخواسته جلوگیری کند. علاوه بر این باید به اندازه ی کافی انعطاف پذیر باشد زیرا سلولی مثل سلول قرمز خون باید بتواند از لوله هایی مویین و بسیار باریک که قطر آنها فقط یک سوم قطر آن سلول است گذر کند. پروسه های دینامیکی که در رابطه با غشاهای بیولوژیکی اتفاق می افتد، وقایعی را پوشش می دهد که از نظر ابعاد طولی نسبت به اندازه مولکولی بزرگتر است. مولکول های لیپید معمولاً شبیه به میله های نیمه انعطاف پذیری به طول nm2-1 هستند در حالی که سایز اتمی حدود nm1/0 است. همین طور مقیاس های زمانی این فرایند ها بسیار بزرگتر از زمان تناوب نوسان های مولکولی می باشد. بنابراین در شبیه سازی دولایه ای لیپیدی با گستره ی وسیعی از مقیاس های طولی و زمانی سروکار خواهیم داشت. با توجه به این مطلب از روش مناسب دینامیک استهلاکی ذره ( ) برای شبیه سازی سیال دولایه ای لیپیدی بهره برده ایم. در این مدلسازی توانسته ایم تجمع خودبه خود روکنشگرهای تشکیل دهنده ی غشاء را به درستی مدل کرده و خواصی مانند تعادل و پروفیل فشار جانبی را در آن بررسی کنیم. همچنین پیوندهای غیر اشباع در ساختار شیمیایی روکنشگرهای تشکیل دهنده ی غشاء را بااعمال یک پتانسیل خمشی مدل کرده و تأثیر این پیوندهای غیر اشباع را روی خواص غشاء مورد بررسی قرار داده ایم. نتایج نشان دادند که تأثیر مکان قرارگیری پیوندهای غیر اشباع روی این خواص بسیار مهم است. در صورت قرارگرفتن این نوع پیوند در انتهای دم پلیمرهای تشکیل دهنده، خواص فیزیکی غشاء بسیار شبیه به غشاهایی است که کاملاً منعطف در نظر گرفته شده باشند لیکن وقتی این پیوند نزدیک به سر پلیمر قرار داشته باشد منجر به ایجاد ساختاری فشرده تر برای غشاء بیولوژیکی می گردد. تأثیر طول زنجیره های هیدروکربنی نیز بر روی ساختار غشاء مورد مطالعه قرار گرفت و همانند نتایج به دست آمده با مطالعات تئوری به رفتاری خطی برای مساحت بر واحد تعداد روکنشگر نسبت به تعداد زنجیره های هیدروکربنی دست یافته ایم. پلیمرهای تشکیل دهنده ی غشاء را در دو نوع تک شاخه ای و دو شاخه ای شبیه سازی کردیم و خواص را برای هر یک مورد مطالعه و بررسی قرار دادیم. در حالت مدلسازی شاخه ای برای اولین بار توانسته ایم جنس پلیمر را از لحاظ ساختار شیمیایی به طور مشخص مدلسازی کنیم که این کار وجه تمایز کار ما با کارهای قبلی بوده است. هدف دیگر ما در این تحقیق محاسبه ی ضریب دیفیوژن آب از غشاهای مدلسازی شده بوده است که این کار به درستی با نتایج تئوری یا شبیه سازی های حاصل از دینامیک مولکولی مورد ارزیابی و اعتبارسنجی قرار گرفت. کلمات کلیدی: دینامیک استهلاکی ذره، غشاء بیولوژیکی، دولایه ی لیپیدی، دیفیوژن.

در این پروژه هدف بررسی و شبیه سازی جریان هوا با اعداد رینولدز پائین ( re < 1) در یک حفره است که با شعاع متغییر (r(t تعریف میشود. حفره در طول پریود زمانی t به صورت سینوسی منقبض و منبسط شده و هوا از یک دهانه با زاویه ? به حفره وارد و از آن خارج میشود. زاویه ? در کل دورهً انقباض و انبساط ثابت فرض میباشد. در حقیقت هدف، بررسی شرایط مرزی متحرک دیوارهً حفره بر روی الگوی جریان به وجود آمده درون آن میشود. با توجه به پائین بودن عدد رینولدز و پریودیک بودن جریان برای مدل کردن مسئله از روش شبکه بولتزمن استفاده شده است. حل این مسئله به فهم بهتر الگوی جریان هوا و شبیه سازی آن درون کیسه هوائی ریه کمک خواهد کرد .کیسه های هوائی عمل تبادل اکسیژن و دی اکسید کربن را با مویرگهای خونی (که سطح خارجی کیسه های هوائی را در بر گرفته اند) انجام میدهند. عمل انبساط کیسه های هوائی باعث ورود اکسیژن از محیط خارج به درون ریه و در نهایت به کیسه های هوائی شده و عمل انقباض کیسه های هوائی نیز باعث خروج دی اکسید کربن از کیسه های هوائی به درون ریه و در نهایت به محیط اطراف میشود. این عمل انقباض و انبساط به خاطر اختلاف فشار بین کیسه های هوائی و محیط اطراف به وجود می آید که ماهیچه های پردهً دیافراگم این اختلاف فشار را به وجود می آورند. با توجه به موارد بیان شده، در این پروژه سعی شده تا در ابتدا پارامترها و شرایط حل مسئله به همراه عملکرد مختصری از کیسه های هوائی ارائه شده و در مرحله بعد با معرفی شبکه بولتزمن و روشهای حل موجود برای آن، حل مسئله بیان شده مورد برسی قرار گرفته شود. در پایان نیز بر روی نتایج بدست آمده بحث شده و این نتایج با نتایج بدست آمده قبلی که همگی مبتنی بر حل مستقیم معادلات ناویر استوکس بوده اند مورد مقا یسه قرار گرفته است. ابعاد و اندازه های به کار برده شده برای این شبیه سازی بر پایه آخرین اندازه گیری های انجام شده از مجرا و کیسه هوائی دستگاه تنفسی یک انسان بالغ و در شرایط عادی تنفسی است. به طور خلاصه شبیه سازی در حالت دیواره صلب نشان میدهد که جابه جائی درون مجرا تنش برشی را در دهانه کیسه هوائی بوجود می آورد که باعث به وجود آمدن یک ناحیه چرخشی، که کل کیسه هوائی را در بر می گیرد، می شود. برای حالت دیواره متحرک همانند حالت دیواره صلب یک ناحیه چرخشی درون کیسه هوائی بوجود می آید؛ اضافه بر اینکه در این حالت می توان اینطور نتیجه گیری کرد که الگوی جریان در بازدم دقیقاً مانند الگوی جریان در حالت دم است اما جهت جریان در جهت مخالف است. در حالت دیواره متحرک؛ برای مدلهای هندسی که در این پروژه مورد بررسی قرار گرفت مشخص شد که در کل دو نوع پدیده غالب جریان در کیسه های هوائی وجود دارد: جریان چرخشی و جریان شعاعی. برای کیسه های هوائی در انشعابات ابتدائی (نسلهای اول کیسه های هوائی) به خاطر اختلاف زیاد بین سرعت درون کیسه های هوائی ومجرای اصلی عبور هوا پدیده غالب، جریان چرخشی است. در عین حال برای نسل های آخر کیسه های هوائی پدیده غالب درون آنها جریان شعاعی است.

در این تحقیق سقوط آزاد جسم استوانه ای در سیال بصورت دوبعدی شبیه سازی استفاده می شود. اعدادرینولدز براساس قطر استوانه و سرعت نهایی جسم تعریف می شود. این شبیه سازی در حوزه جریان آرام قرار می گیرد. جریان سیال با حل معادله ناویر استوکس شبیه سازی می شود.جسم تحت تاثیر نیروهای هیدرو دینامیکی اعمال شده از طرف سیال و نیروهای شناوری و گرانشی وارد بر جسم حرکت داده می شود. معادلات حاکم بر جسم در این شرایط، قانون دوم نیوتن و گشتاور اعمال شده بر جسم ازطرف سیال هستند. هنگامی که عدد رینولدز جریان افزایش می یابد، جسم پنج نوع رژیم جریانی را تجربه میکند که در این پروژه سه رژیم مختلف مورد بررسی قرار می گیرد.اثر متقابل جسم وسیال با روش overset grid دوبعدی اعمال می شود. در ابتدا برای اعتبا رسنجی برنامه، حل جریان عبوری برروی استوانه ساکن درعدد رینولدز 20 حل می شود. درمرحله بعد سقوط آزاد استوانه دایره ای در اعداد رینولدز مختلفی مورد بررسی قرار می گیرد و با نتایج قبلی مقایسه می شود. نتایج بدست آمده در تطابق خوبی با آنها هستند. سپس به شبیه سازی سقوط آزاد استوانه دایروی در حالتی که در ابتدا در مکانی با فاصله y0 از مرکز مورد بررسی قرار گرفت. درمرحله بعد سقوط آزاد جسم استوانه ای با سطح مقطع مستطیلی و مربعی شبیه سازی می شوند.در نهایت از این تحقیق ما به شبیه سازی حرکت سقوط آزاد دو جسم استوانه ای پرداختیم. دراین مورد آرایشهای مختلفی از دو جسم مورد بررسی قرار گرفت. این شبیه سازی در اعداد رینولدز گوناگونی انجام گرفت.پس ازانجام شبیه سازی این نتیجه حاصل شدکه در سقوط آزاد اجسام استوانه ای با اشکال بررسی شده،میزان انحراف زاویه ای استوانه مستطیلی بیش از دو شکل دیگربود.استوانه دایروی تمایل به ماندن در حالت تعادل را در حال سقوط ازخودنشان می دهد.در حالت سقوط دو استوانه مربعی باهم میزان بیشینه انحراف برای آرایش عرضی بدست آمد.

چکیده امروزه نقش فرایندهایی مانند انتقال حرارت، انتقال جرم، جریان سیال، فعل و انفعالات شیمیایی در زندگی ما در بسیاری از کاربردهای عملی مشاهده می شود.از این میان انتقال حرارت جابجایی با توجه به کاربردهای فراوان در مسایل مختلف مهندسی، توجه بسیاری از محققین را به خود معطوف کرده است. از جمله این کاربردها می توان به خنک کاری قطعات در سیستمهای الکترونیکی اشاره نمود. خنک کاری قطعات الکترونیکی باعث افزایش کارایی و دوام آنها می گردد. داشتن یک محیط با توزیع دما، سرعت و میزان رطوبت مناسب در افزایش عمر و بازدهی قطعات الکترونیکی تاثیر بسزایی دارد. درک صحیح از توزیع هوای داخل کانال ها می تواند به طراحی صحیح سیستم های الکترونیکی کمک کند. که علاوه بر افزایش کارایی و دوام ، پایین ترین هزینه انرژی و صرفه اقتصادی را نیز داشته باشد. در این پروژه، جریان جابجایی اجباری هوا در یک کانال با ابعاد ثابت بررسی شده است. این کانال دارای یک یا دو مانع با دمای th می باشد. جریان سیال باسرعت یکنواخت uin ودمای ثابت tcواردکانال می شود. هدف از این بررسی، پیش بینی اثر تغییر سرعت جریان ورودی و موقعیت منابع گرم بر میدان جریان، دما و نرخ انتقال حرارت می باشد. جهت این بررسی، معادلات بقاء جرم، مومنتم، انرژی، انرژی جنبشی توربولانس و اتلاف انرژی جنبشی در حالت دو بعدی مغشوش با فرض خواص ثابت سیال به کار گرفته شده اند. برای حل عددی این معادلات، از روش اختلاف محدود مبتنی بر حجم کنترل و الگوریتم سیمپل استفاده می شود. برای حل معادلات جبری بدست آمده، برنامه کامپیوتری به زبان فرترن نوشته شده است. این برنامه ابتدا با برخی از کارهای انجام شده توسط دیگران کنترل شده و سپس نتایج مورد نیاز استخراج شده است. نتایج نشان می دهد نقطه چسبیدن جریان به سطح پس از جدایی با افزایش عدد رینولدز به تعویق می افتد. همچنین هر چه مانع از منطقه ورودی دور شود سبب کاهش عدد نوسلت متوسط می شود. افزایش عدد رینولدز نیز منجر به افزایش عدد نوسلت متوسط می گردد. وجود نواحی گردابه ای اهمیت بسزایی در افزایش انتقال حرارت از قطعات دارد، هرچند که از نظر هیدرودینامیکی مطلوب نیست. ولی با توجه به هدف تعریف شده، یعنی افزایش انتقال حرارت از قطعات الکترونیکی بسیار موثر است. بررسی اثر فاصله قطعات نشان می دهد، با افزایش این فاصله نیز انتقال حرارت بیشتر می شود، که تداخل جریان اصلی و گردابه بین قطعات به جهت وسیع شدن سطح تماس علت اصلی آن است. نکته دیگر اینکه با توجه به هم سایز نبودن قطعات گرمازا چنانچه که مانع بزرگتر قبل از مانع کوچکتر قرار گیرد عدد نوسلت متوسط آن به میزان قابل توجهی افزایش یافته است، اما مانع کوچکتر که به نوعی تحت تأثیرجریان پشت مانع بزرگتر قرار می گیرد با افت عدد نوسلت متوسط همراه است. ولی مقایسه این تغییرات نشان می دهد چنانچه مانع بزرگتر قبل از مانع کوچکتر قرار گیرد حالت بهینه تری جهت انتقال حرارت پدید می آید.

ریخته گری مداوم یکی از روش های مهم در تولید فولاد را به خود اختصاص داده است.تولید فولاد تمیز یکی از خواسته های مهم بشر بوده است.بهینه سازی جریان مذاب در تاندیش ریخنه گری مداوم در جهت حذف آخال ها می تواند نقش مهمی در این راستا باشد.مدل های فیزیکی و ریاضی تاندیش در دست یابی به الگوی جریان انتقال حرارت و ردیابی آخال ها مفید می باشد.ایده جریان رو به بالا در تاندیش در این مطالعه بررسی شده است. مدل آبی و شبیه سازی کامپیوتری در این پایان نامه استفاده شده است. در ابتدا با توجه به تقارن در تاندیش تنها به یک دوم مدل در حالت دو بعدی بها داده شد و با استفاده از نرم افزار هندسی گمبیت شبکه بنزی انجام گرفت.در جریان های دو فازی به تکنیک کسر حجمی سیال برای چگونگی سطح آزاد مذاب پرداخته شد.ملاحظه شد که سطح آزاد از همواری خوبی برخوردار است.سپس به تکنیک فازهای گسسته در جریان های دو فازی به رد یابی آخال ها با نرم افزار فلونت پرداخته شد. در این تحقیق به بهبود معیارهای مشابهت فرود و رینولدز نیز پرداخته شد و در آن اندازه آخال ها نیز در معیار مشابهت هندسی رعایت شد.

لطفا به فایل pdf ضمیمه شده مراجعه کنید.

با رشد و توسعه سریع در تکنولوژی محاسباتی، تجهیزات الکترونیکی علاوه بر کوچکتر شدن و تجمع بیشتر پیشرفته تر نیز شدند. اما این کوچک سازی و تجمع گرمای بیشتری به ازای واحد سطح تولید می‏کند. در نتیجه دمای کاری اجزای الکترونیکی ممکن است از سطح دمای مطلوب بیشتر شود. از آنجائیکه عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن‏ها در سطح دمای قابل قبول بسیار مهم است. ایدههای زیادی برای بهبود تکنولوژی خنک کاری تجهیزات الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این ایده‏ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا و نیاز به ماده مبرد کم توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در بهینه سازی میکروکانال‏ها از الگوریتم‏ها و روش‏های مختلفی استفاده می‏شود؛ یکی از این روش‏ها، تئوری ساختاری می‏باشد. به علت اثر مهم میدان الکتروسینتیک در جریان های میکرو و نانو، این اثر در مدل سازی این نوع جریان ها باید در نظر گرفته شود. در پژوهش حاضر در بخش اول به صورت تحلیلی و عددی انداز? بهینه مسیر برای کانال‏هایی با سطح مقطع مربع، دایره و مثلث متساوی الساقین راست گوشه به نحوی تعیین شد که چیدمان میکروکانال‏ها بیشترین انتقال حرارت را در واحد حجم داشته باشد. در بخش دوم ابتدا هندسه بهینه میکروکانال‏های جاذب حرارت با سطح مقطع مستطیل، بیضی و مثلث به نحوی تعیین شد که مقاومت حرارتی کل مینیمم شود. سپس میکروکانال‏های جاذب حرارت ذکر شده در حالت بهینه با هم مقایسه شدند. در بخش سوم اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال جاذب حرارت مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت در بخش چهارم هندسه بهینه میکرو کانال جاذب حرارت با وجود اثر میدان الکتروسینتیک تعیین شد. کلمات کلیدی: 1-ساختاری 2-میکروکانال غیر دایره ای 3-جاذب حرارت 4-شکل بهینه 5-میدان الکتروسینتیک

چکیده هدف این پژوهش، شبیه سازی عددی و تحلیلی پدیده های جریان و انتقال حرارت در مقیاس میکرو می باشد. بدین منظور،محتوای این پژوهش به دو بخش کلّی تقسیم بندی شده است. در بخش اول که مربوط به فرآیند شبیه سازی عددی است، از روش شبکه ی بولتزمن استاندارد، به عنوان حل کننده ی عددی معادله ی بولتزمن، برای مدل سازی جریان و انتقال حرارت سیال در مقیاس میکرو و در رژیم های مختلف، شامل رژیم های جریانی پیوسته، لغزشی و گذار استفاده شده است. از آنجا که مدل های رایج روش شبکه ی بولتزمن استاندارد توانایی شبیه سازی درست کمیتهای جریان درون لایه ی نودسن را ندارند، در پژوهش کنونی از ترفند تابع دیواره برای بهبود کارایی روش شبکه ی بولتزمن در رویارویی با این لایه ی مرزی سینتیک بهره گرفته شده است. شبیه سازی های صورت پذیرفته بیانگر این مطلب است که با بکارگیری ترفند یاد شده در روش شبکه ی بولتزمن، کارایی این روش در شبیه سازی پدیده های انتقال در ابتدای رژیم جریانی گذاربه طور چشمگیری افزایش می یابد؛ بدون اینکه هزینه ی محاسباتی اضافی قابل توجهی به فرآیند حل وارد آید. در بخش دوم که شامل بیان فرآیند حل تحلیلی صورت گرفته و نتیجه های بدست آمده می باشد، پدیده های جریان، انتقال حرارت و تولید انتروپی برای جریان رقیق گاز حبس شده بین دو سیلندر هم محور چرخان، یعنی جریان کوئت استوانه ای، در محدوده ی رژیم لغزشی، بررسی شده است. در این راستا، معادله های تراکم ناپذیر ناویر - استوکس - فوریه در دستگاه مختصات استوانه ای با در نظر گرفتن اثرهای لغزش سرعت و پرش دما و جمله ی تلفات لزجی، به صورت تحلیلی حل گردیده است. با استفاده از دو نوع مختلف شرط گرمایی، یعنی شرط های دمای ثابت سطح و شار حرارتی یکنواخت روی دیواره، سه نوع مساله ی گرمایی طرح شده و پس از آن به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، اثر پارامترهایی همچون عدد نودسن، عدد برینکمن، پارامتر خمیدگی و همچنین سبک چرخش بر مشخّصه های جریان، انتقال حرارت و تولید انتروپی، شامل متغیرهای سرعت، دما،عدد نوسلت، شار حرارتی روی دیواره ها، تولید انتروپی ناشی از اصطکاک سیال و انتقال حرارت، نرخ متوسط تولید انتروپی و عدد بی بعد بجان، به دقّت مورد کنکاش قرار گرفته و دستاوردهای مربوطه ارائه گردیده است. گفتنی است که حل تحلیلی ارائه شده، معیار مقایسه ی بسیار مناسبی را برای ارزیابی میزان درستی دستاوردهای حاصل از روش های عددی مختلف، در تمامی ناحیه ی رژیم لغزشی، فراهم می آورد.

در تحقیق حاضر تولید ساختارهای درختی در ابعاد میکرو و نانو برای خنک کاری قطعات الکترونیکی با تولید حرارت داخلی مورد بررسی قرار می گیرد. با گسترش و توسعه علوم و ساخت قطعات الکترونیکی در ابعاد بسیار کوچک، لزوم بررسی خنک کاری این قطعات که سطح حرارتی بسیار کوچکی دارند، بیش از پیش به چشم می خورد. کوچک بودن ابعاد این قطعات مانع از آن می شود که از انتقال حرارت جابجایی برای خنک کاری آنها استفاده شود. از این منظر می توان از مسیرهای درختی با ضریب هدایت حرارتی بالا برای خنک کاری این قطعات استفاده کرد. مدل های ساده ای برای خنک کاری قطعات دیسکی شکل و مستطیلی شکل با تولید حرارت داخلی در این تحقیق ارائه شده است. در تولید ساختارهای درختی برای خنک کاری قطعات با تولید حرارت داخلی از روش ساختاری بعنوان یک روش تحلیلی استفاده می شود. از سوی دیگر برای تایید نتایج بدست آمده از روش ساختاری و مدل تحلیلی مبتنی برآن از یک روش عددی برای حل عددی ساختارهای مربوطه استفاده می شود. همچنین ساختارهای دیگری نیز بر مبنای یک بهینه سازی عددی تولید می شوند که امکان حل تحلیلی آنها وجود ندارد. از آنجا که در ابعاد کوچک، تیغه ها با ضریب هدایت حرارتی بالا در ابعادی از مرتبه پویش آزاد حامل های انرژی واقع می شوند، خواص انتقالی و متعاقبا ضریب هدایت حرارتی آنها تابعی از ضخامت تیغه می شود، در این تحقیق به بررسی مدل هایی که برای محاسبه ضریب هدایت حرارتی فیلم های نازک در ابعاد میکرو و نانو ارائه شده است، می پردازیم. در این تحقیق روش های تحلیلی و عددی برای تولید ساختارهای درختی ارائه می شود. همچنین روش تحلیلی ارائه شده بر مبنای تئوری ساختای برای تولید ساختارهای درختی انشعابی در دیسک ها تصحیح می شود، که نتایج ارائه شده در این تحقیق حکایت از دقت بالاتر متد تحلیلی تصحیح شده در مقایسه با متد ساختاری دارد. ساختارهای درختی برای خنک کاری دیسک با تولید حرارت داخلی شامل ساختارهای شعاعی، انشعابی، حلقوی و ترکیبی می باشند. در تحقیق حاضر عملکرد این ساختارها در شرایط مختلف مقایسه می شود. با این وجود که افزایش درجه آزادی سیستم منجر به تولید ساختارهایی با مقاومت حرارتی نسبی کوچکتر می شود، در این تحقیق نشان داده می شود که متغیر انگاشتن ضخامت تیغه ها در طی فرایند تولید ساختارهای انشعابی تاثیر چندانی بر مقاومت حرارتی کمینه این ساختارها نمی گذارد. در این تحقیق ساختارهای درختی برای خنک کاری قطعات مستطیلی شکل با تولید حرارت داخلی نیز بررسی شده است. ساختارهای درختی خنک کاری قطعات مستطیلی شکل، ساختارهای المان های حجمی، ساختارهای مرتبه اول و دوم و سوم می باشند. بوضوح نشان داده می شود که استفاده از تیغه ها با ضخامت متغیر مقدار مقاومت حرارتی کمینه را بصورت قابل ملاحظه ای کاهش می دهد. تئوری ساختاری اعلام می کند که ساختارهای درختی تولید شده بر مبنای این تئوری بر خلاف ساختارهای فراکتالی ، هواره با افزایش تعداد انشعابات و مراتب ساختار منجر به عملکرد بهینه نمی شود. نتایج حاصله در این پروژه نیز در تایید تئوری ساختاری است و چنانچه در این تحقیق نشان داده شده است همواره افزایش مرتبه ساختارهای درختی منجر به بهبود عملکرد آن نمی شود. بعنوان نمونه نشان داده می شود که در حالت بالک، با افزایش مرتبه ساختارهای درختی خنک کننده قطعات مستطیلی از مرتبه اول به بالا، روندی افزایشی در کمینه مقاومت حرارتی آنها مشاهده می شود. تایید عددی نتایج تحلیلی بدست آمده برای ساختارهای درختی خنک کننده قطعات مستطیلی شکل و دیسکی شکل نشان می دهدکه انحراف آنها از نتایج عددی از چند در صد تجاوز نمی کند و این می تواند موید صحت نتایج تحلیلی حاصله باشد که در سایه برخی ساده سازی های هندسی و حرارتی حاصل می شوند.

مسئله تغییر شکل قطره ی شناور در میدان الکتریکی، پدیده ایست که تاکنون به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته و کاربرد های تکنولوژیکی متعددی دارد. در این مطالعه رفتار دینامیکی قطره ی شناور در سیال مخلوط نشدنی دیگر، تحت اثر میدان الکتریکی توسط رویکرد عددی مورد بررسی قرار می گیرد و مدل عددی استفاده شده با نتایج تحلیلی، عددی و آزمایشگاهی مقالات اعتبار سنجی می شود. همچنین در این پژوهش برای دنبال کردن سطح مشترک بین دو سیال، از روش لول ست همراه با روش سیال مجازی استفاده می شود. پاسخ سیستم به تغییرات پیوسته میدان الکتریکی با تغییرات پارامتر های مختلف مسئله شبیه سازی می شود. در اینجا دو فیزیک اساسی مورد مطالعه قرار می گیرد: یکی از آن ها سیستم سیالات کاملا عایق و دیگری سیستم سیالاتی است که اجزاء آن دارای رسانایی ناچیز هستند؛ که در مورد دوم، رسانایی اندک سیالات باعث تشکیل لایه نازکی از بارهای الکتریکی در نزدیکی سطح مشترک می شود. در این پایان نامه مدل استاتیکی این بارها در نظر گرفته می شود و رفتار دینامیکی این بارهای آزاد که شامل جابه جایی این بارها در اثر به وجود آمدن جریان های چرخشی هیدرودینامیکی است، بررسی نمی شود. در انتها برای تغییر شکل های بزرگ و شکست قطره شبیه سازی های متعددی در محدوده ی گسترده ای از پارامتر های فیزیکی انجام می شود.

در این تحقیق جریان آشفته همراه با سطح مشترک توسط روش توربولانسی ادی های بزرگ مورد مطالعه قرار گرفته است. پیچیدگی در انتقال جرم، مومنتم و انرژی از مرز دو سیال در جریان های با سطح مشترک محققین را بر آن داشته است تا با توجه به خصوصیات تلاطم در سطح مشترک از روش ها و مدل های جدیدی برای مطالعه آن استفاده کنند. از جمله خصوصیات مختص به جریان های متلاطم همراه با سطح مشترک می توان به رفتار غیر ایزوتروپ تلاطم در نزدیکی سطح مشترک بدلیل وجود نیروهای کشش سطحی و نیروهای حجمی اشاره کرد. از آنجا که انتقال در مرز دو سیال به شدت به شکل پروفیل سطح مشترک دو سیال وابسته است، مطالعه و پیش بینی سطح مشترک از اهمیت بسیاری برخوردار می باشد. در این تحقیق سعی شده است تا پروفیل سطح مشترک را در اینگونه جریان ها با توجه به ویژگی های خاص آن شبیه سازی شود. نکته ای که در این میان بسیار اهمیت دارد، توانایی روش ادی های بزرگ در مدل کردن تلاطم در سطح مشترک دو سیال می باشد. در جریان های همراه با سطح مشترک، گاهاً ابعاد اغتشاش در سطح مشترک کوچک تر از ابعاد فیلتر سطح مورد استفاده در روش ادی های بزرگ می باشد. بنابراین برخی جملات جدید مربوط به همین ابعاد ریز در معادلات فیلترشده مومنتم و معادله انتقال سطح بوجود می آیند که مربوط به همین ابعاد ریز می باشد. از آنجا که در روش ادی های بزرگ جملاتی که کوچک تر از ابعاد فیلتر می باشند، مدل می گردند، بنابراین برای بدست آوردن دقیق پروفیل سطح در جریان های یادشده ، جملات مربوط به اثر تلاطم کشش سطحی و اثر مربوط به انتقال سطح در معادلات باید به دقت مدل شوند. در این پایان نامه برای تشکیل سطح مشترک از روش vof-plic و برای محاسبه نیروی کشش سطحی از روش csf استفاده شده است، همچنین دو مدل جدید دینامیکی برای شبیه سازی ترم های با ابعاد ریز مربوط به عبارت کشش سطحی و همچنین جمله جدید حاصل از فیلترکردن معادله انتقال سطح ارائه شده است.

مدل سازی بسترهای متخلخل به منظور مطالعه و پیش بینی فرآیندهای صنعتی در رشته های مختلف نظیر مکانیک سنگ، شیمی، مهندسی پلیمر و عمران از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد. روش المان های گسسته با نام اختصاری dem، که یکی از مهم ترین اعضای خانواده ی روش های عددی، که به منظور بررسی رفتار دینامیکی تعداد زیادی از ذرات در ابعاد مختلف به کار گرفته می شود، از جمله روش هایی می باشد که برای تولید بسترهای متخلخل از آن استفاده می شود. در کار حاضر با استفاده از این الگوریتم و تکنیک پردازش موازی بر روی کارت گرافیکی به بررسی ضرایب و نیروهای مناسب، جهت یک چیدمان تصادفی برای ذرات کروی با اندازه متفاوت و تعداد زیاد (بیش از یک میلیون ذره) پرداخته شده است. سپس برای صحت سنجی، درصد تراکم و تخلخل، عدد تماس و تعداد ذرات آزاد برای این چیدمان در ظرف مکعبی و استوانه ای گزارش شده است. در این الگوریتم از تکنیک های تولید لایه ای بستر فشرده به منظور افزایش سرعت حل عددی و گام های زمانی چندگانه به منظور تضمین پایداری الگوریتم در مراحل آغازین و افزایش سرعت اجرای برنامه در مراحل پایانی چینش استفاده شده است. هم چنین پیاده سازی الگوریتم مذکور بر روی پردازنده گرافیکی gpu و بهینه سازی الگوی ذخیره سازی اطلاعات در حافظه برای لیست همسایگی و نحوه انتقال اطلاعات از پردازنده مرکزی به پردازنده گرافیکی باعث افزایش سرعت در حدود 50 برابر نسبت به پردازنده مرکزی cpu شده است. در انتها برای نشان دادن توانایی الگوریتم فوق دو مسئله شکست سد و جریان در استوانه گردان با نمایش زمان واقعیِ حل عددی شبیه سازی شده است.

در جریان دو فازی در میکروکانالها بدلیل داشتن سطح به حجم بیشتر و مسیر انتقال کمتر نسبت به کانالهای معمولی انتقال حرارت و جرم بالا است، بنابراین استفاده از میکروکانالها در حال افزایش است. برای بررسی جریان و پدیده های انتقال در میکروکانالها بایستی ابتدا هیدرودینامیک آنها مشخص شود. در این پایان نامه هیدرودینامیک جریان لختهای نانوسیال(1% اکسید آلومین در آب)و هوا در میکروکانال های با قطر 125، 250، 500و1000 میکرو متر با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی می شود. جهت انجام شبیه سازی از کد تجاری fluent و روش حجم سیال استفاده می شود. برای این کار افت فشار محاسبه شده، مشخصات لخته ها با مطالعات دیگر مقایسه شده و اثرات تغییر قطر، گرانش،کشش سطحی،زاویه تماس، سرعت وویسکوزیته فازها مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که مدل حجم سیال هم در حالت دو بعدی وهم در حالت سه بعدی به خوبی تغییرات فشار و طول لخته ها را در میکروکانالهاپیش بینی می کند و مقادیر بدست آمده، توافق خوبی با فشار تئوری یانگ-لاپلاس و مقالات منتشر شده قبلی دارد. در جریان دو فازی در میکرو کانال ها با اینکه رژیم جریان آرام است، اما افت فشار تا 4 برابر از افت فشار جریان آرام تک فازی فاصله می گیرد. طول بدون بعد لخته ها عمدتاً تابع موجودی فازها است و اعداد بدون بعد re و ca نیز روی آن تأثیر ثانویه دارند، بنابراین کانال های عریض تر لخته های طویل تری در سرعت های یکسان گاز و مایع(موجودی یکسان) دارند. با کم شدن قطر کانال، ناحیه اختلاط کمترشده، تعداد بیشتری لخته تولید می شود و طول لخته ها نیزکاهش می یابد. ویسکوزیته، کشش سطحی و چسبندگی سطح اثرات متوسطی بر طول لخته ها دارند ولی اثر دانسیته هر دو فاز قابل صرف نظر کردن است. در پایان با داده های عددی بدست آمده، روابطی برای افت فشار و طول بدون بعد لخته ها بدست آمده است. این روابط می تواند در بازه مورد نظر، طول لخته ها را پیش بینی کنند و با استفاده از این طول های بدست آمده، پارامترهای مهم پدیده های انتقال مانند افت فشار و انتقال جرم را تخمین زد. ادامه شیوه این مطالعه، روش مناسبی برای بررسی انتقال جرم و واکنش در جریان دو فازی در میکروکانال ها است که می تواند زمینه مطالعات بعدی باشد.

روش شبکه بولتزمن به واسطه سادگی اعمال آن و سهولت در شبیه سازی انواع جریان های چند جزئی در محیط های با هندسه پیچیده بر دیگر روش های سیالات محاسباتی برتری دارد. همچنین قابلیت محاسبه سرعت و تنش برشی به صورت محلی این روش را برای بررسی خواص همودینامیکی خون مناسب می نماید. خون، به دلیل داشتن ماهیت محلول حاوی ذرات معلق، دارای خواص غیر نیوتنی می باشد و لذا در تقریب اولیه می توان از مدلی مناسب برای معادله ساختاری آن بهره گرفت. در این پایان نامه از مدل کاریویاسودا استفاده شده است. گرچه عوامل فیزیولوژیکی و شیمیایی پیچیده ای در تشکیل پلاک های رسوبی در محل های خاص مثل دوشاخه ها دخیل هستند ولی نشان داده می شود که تنها با بررسی خواص مکانیکی جریان نوسانی می توان عوامل بروز و رشد این آسیب دیدگی ها در عروق را شناسایی نمود. در این تحقیق رگ کاروتید را به صورت دوبعدی شبیه سازی شده است. مقایسه جریان های نیوتنی و غیرنیوتنی چه در حالت پایا و چه در حالت جریان نوسانی نشان داد که در حالت غیرنیوتنی جریان های برگشتی ایجاد شده و گردابه ها محدوده کوچکتر و تنش برش دیواره مقادیر بزرگتری دارند. طبق معیاری معین، روند تدریجی انباشت ذرات چربی با تکرار چند مرحله متوالی شبیه سازی و اصلاح همزمان هندسه رگ دوشاخه انجام گرفت که الگوی پدیدار شده مطابقت خوبی با تصاویر اسکن شده از نمونه واقعی داشت و نشان داد که محل های نزدیک انشعاب جریان در قسمت کاروتید داخلی مستعد تشکیل رسوب میباشد. معیار مورد استفاده فاکتور نوسانی برش (osi)بوده است. شبیه سازی های انجام گرفته به صورت دو بعدی و نماینده صفحه تقارن دو شاخگی بوده و نمی تواند بیان گر واقعی پدیده باشد. از این روست که کار را با یک تعمیم ابتدایی به حالت سه بعدی برای جریان گذرنده از یک رگ ساده دارای گرفتگی موضعی، با فرض تقارن محوری ادامه داده و پیش بینی محل گرفتگی در آن مطالعه گردید. این تعمیم با استفاده از نوشتن معادله شبکه بولتزمن در مختصات استوانه ای انجام گرفت.

در این تحقیق، عوامل موثر بر افزایش غلظت سطحی ذرات ldl، در رگ بدون گرفتگی و گرفتگی‎های 30% تا 60%، با سرعت مکشی ثابت، در سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی، با ضرایب دیفیوژن ثابت و متغیر (تابع نرخ برش)، در جریان پایا، بطور عددی بررسی شده است. نتایج حل عددی با ضریب دیفیوژن ثابت، وقوع پدیده غلظت دوقطبی را تایید کرده و میزان غلظت سطحی کمتری را برای سیال غیر نیوتنی، نشان می‎دهند. همچنین، افزایش اندازه ذره، کاهش سرعت جریان، افزایش سرعت مکشی جداره به علت افزایش فشار خون و کاهش تنش برشی دیواره را، از عوامل افزایش غلظت سطحی معرفی می‎کنند. نتایج نشان می‎دهند که، غلظت سطحی ماکزیمم ذرات ldl، در ابتدا با افزایش شدت گرفتگی، افزایش می‎یابد و سپس روند کاهشی دارد؛ بطوریکه بیشترین مقدار غلظت سطحی، در گرفتگی 40%، مشاهده می‎شود. از آنجایی که، با بیان ضریب دیفیوژن ثابت برای ذره، از وابستگی‎های آشکار بین تعامل سلول‎ها، متغیر بودن نرخ برش، غلظت سلولی و تغییر شکل ذرات، صرفه نظر میشود؛ ضریب دیفیوژن ذرات ldl در خون را، با تابعیت نرخ برش در نظر گرفته و دو مدل بررسی شده است. در یکی از مدل‎ها، اثر گلبول‎های قرمز، که بخش اعظم خون را تشکیل می‎دهند، روی پخش ذرات ldl لحاظ شده است. در نهایت، مدلی مناسب جهت بیان ضریب دیفیوژن ذرات ldl در خون، معرفی می‎شود، که از لحاظ فیزیکی، دارای جواب‎های بهتری بوده و می‎تواند جایگزین دقیقی، برای ضریب دیفیوژن ثابت باشد.

در این پروژه، شرایط جریان در یک نمونه میکروشیر تسلا به عنوان یک شیر فاقد اجزای متحرک به صورت عددی بررسی شد و تعداد طبقات بهینه برای آن تعیین شد. از شیرهای فاقد اجزای متحرک برای تبدیل جریان غیرجهت دار به جریان جهت دار در میکروپمپ های رفت و برگشتی استفاده می شود. برای نمونه از این شیرها می توان به میکروشیرهای نازل - دیفیوزری و تسلا اشاره کرد. در این مطالعه، چیدمان های مختلف شامل تک طبقه، دوطبقه، سه طبقه و چهارطبقه به صورت عددی بررسی شدند. از یکسوکنندگی به عنوان معیار اصلی جهت ارزیابی عملکرد شیر استفاده شد. در این مطالعه از محاسبات دوبعدی و حالت پایای جریان سیال استفاده شد که وابستگی شدید یکسوکنندگی به عدد رینولدز در محدوده ای که برای طراحی میکروپمپ های موجود مناسب است، آشکار ساخت. اینگونه نتیجه گرفته شد که حالت دوطبقه از شیر تسلا در بین چیدمان های مورد بررسی این نوع شیر حالت قابل قبولی است. چیدمان دو طبقه از این شیر در میکروپمپ بدون دریچه، ضمن فشردگی قابلیت سازگاری در کاربردهای مختلف را دارد. همچنین، عملکرد میکروشیر دوطبقه با یک نمونه میکروشیر نازل - دیفیوزری مقایسه شد. مقایسه ها که براساس محاسبه مقدار یکسوکنندگی به عنوان پارامتر عملکردی شیر در گستره قابل کاربردی ای از عدد رینولدز انجام شد، حاکی از برتری شیر تسلا در اعداد رینولدز بالاتر و ضعف این نوع شیر در اعداد رینولدز پایین تر بود. همچنین، در این پایان نامه تحلیل سه بعدی و گذرای جریان در داخل یک میکروپمپ رفت و برگشتی فروفلوئیدیک بدون دریچه که در آن نیاز به بخش مکانیکی متحرک نمی باشد انجام شد. این میکروپمپ از یک محفظه، یک پیستون، دو شیر فاقد اجزای متحرک و دو کانال در ورودی و خروجی آن تشکیل شده است که درون آن از توده سیال مغناطیسی به عنوان پیستون و محرک جریان استفاده می شود. سیال مغناطیسی در این نوع میکروپمپ ها با استفاده از تحریک میدان مغناطیسی خارجی، حرکتی رفت وبرگشتی در میکروکانال پیستون خواهد داشت که موجبات تحریک و پمپاژ سیال اصلی را فراهم می کند. اگرچه توده سیال مغناطیسی با سیال عامل دارای سطح تماس است اما با توجه به خصوصیات ویژه آن با سیال پمپ شونده ترکیب نمی شود. محرک های سیال مغناطیسی به کار گرفته شده آهنرباهای دائمی هستند که حرکت خود را از طریق استپر موتور تأمین می نمایند. نتایج حاصل از شبیه سازی سه بعدی میکروپمپ مزبور با چیدمانی شامل شیرهای نازل - دیفیوزری تطابق خوبی با نتایج تجربی نشان داد و رابطه خطی بین هد ودبی در میکروپمپ تأیید شد. شبیه سازی سه بعدی میکروپمپ رفت وبرگشتی با تحریک فروفلوئیدیک و با چیدمانی شامل شیرهای تسلا نشان داد که میکروپمپ مورد بررسی در مقایسه با نمونه نازل - دیفیوزری در تمام محدوده فرکانس کاری دارای دبی بیشینه و فرکانس خود پمپ کنی کم تری است، اما در فرکانس های کاری بالا دارای هد بیشینه بیشتری می باشد. با در نظر گرفتن بازده ترمودینامیکی پمپ، در فرکانس های کاری پایین میکروپمپ با شیر نازل – دیفیوزری و در فرکانس های کاری بالا میکروپمپ با شیر تسلا عملکرد بهتری دارد. در نهایت، در این پروژه ساخت و سرهم بندی چند نمونه میکروپمپ فروفلوئیدیک با میکروشیرهای تسلا انجام شده است. نحوه ساخت به طور کامل ارائه شده است.

در سال های اخیر سطوح با زاویه تماس بالا و زاویه سرش پایین، که به عنوان سطوح فوق آبگریز شناخته شده اند، توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در سطح فوق آبگریز، قطره آب به آسانی از روی سطح می غلتد و با شستن آلودگی ها، باعث تمیزشوندگی سطح می گردد. به این رفتار ترشوندگی غیرعادی، خودتمیزشوندگی یا اثر لوتوس گفته می شود. برای بوجود آوردن سطح با اثر لوتوس، دو عامال انرژی سطحی پایین و طراحی مناسبی از زبری، مورد نیاز است. مسئله ی آبگریزی سطوح مخصوصاً برای پارچه ها اولین بار توسط ونزل مطرح گردید. در یک منسوج فوق آبگریز، مدل اصلی کاسی- باکستر رفتار زبری سطح را بهتر ارائه می دهد. سطوح فوق آبگریز می توانند توسط منسوج بافته شده و یا بی بافت بدون تغییر در زبری آن ها ایجاد شوند. از آنجاکه زبری سطح منسوج در مقیاس بالا است، تلاش های زیادی جهت ایجاد ساختارهایی در مقیاس کوچکتر به منظور افزایش خاصیت فوق آبگریزی و مقاومت فشاری ساختارها، صورت گرفته است. گزارش شده است که ساختارهای فرکتالی، بطور موثری خاصیت آبگریزی سطح را افزایش می دهد اما تاکنون در زمینه ی تاثیر شکل و ابعاد ساختار در رفتار سرشی، تحقیقات اندکی انجام گرفته است. ساختارهای متنوع حلقوی پودی می توانند با استفاده از روش های مختلف بافندگی تولید شده و زبری های مختلفی را در سطح ایجاد نمایند. دراین تحقیق تأتیر پارامترهای ساختاری پارچه های حلقوی پودی بر روی خاصیت فوق آبگریزی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تولید پارچه های حلقوی پودی یکروسیلندر و دوروسیلندر از نخ پلی استر ریسیده شده با نمره 20 انگلیسی استفاده شد. با به حداقل رساندن انرژی سطحی پارچه های کشباف، با استفاده از ترکیب فلوئوروکربن، اندازه زاویه سرش قطره آب در پشت و روی فنی بافت، در جهت های ردیف و رج اندازه گیری شد. مقایسه ی فیلم مسطح پلی استر و پارچه های کشباف نشان دادکه ساختار پارچه به طور قابل ملاحظه ای زاویه سرش و زبری سطح را تغییر داده و با بررس تراکم های مختلف بافت، مشاهده گردید که پارامترهای ساختاری تاثیر زیادی بر روی خاصیت فوق آبگریزی دارند. بعلاوه ارتباط بین اندازه زاویه سرش و عامل زبری مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد که عامل زبری تأتیر معناداری بر روی اندازه زاویه سرش ندارد. به منظور ایجاد ناهمواری در سطح الیاف، از هیدرولیز قلیایی استفاده شد و نتایج با روش رایج استفاده از نانوذرات مقایسه گردید. نتایج نشان داد که تکمیل تقلیل وزن پلی استر با ایجاد حفره هایی در سطح که ناشی از ذرات tio2 است، سطح را ناهموار و میزان آبگریزی منسوج را بعد از پوشش دهی با فلوئوروکربن بطور موثری افزایش می دهد. در نتیجه ناهمواری سطح به گونه ای تغییر می-کند که نیازی به استفاده از نانوذرات نمی باشد. علاوه بر آن شبیه سازی تغییر شکل و حرکت قطره بر روی سطح در شرایط مختلف انجام شد.

* 8 $ $9* .70" "2 40 "526 0 1 * 2 3 " +, -. / ! - * $7, * $ : $ ;$/ $* * "$2 8 ;6 -"39 -8 8< !=9 8, " > ? $7, #$ - $c d$e $ b * b " #7a * * "2 @ !=9 -"5< @ 6 * k*$& !$7 . $ 8 $ f % " gc h> *, hi5( # j "5 ." a "$ " 9 f* 4 !@n # .*" 2 ! bmc # a " l2 !$ * $ !$ 4 8 7& ! -!@ # ." !m o ? p 8, qn !0 8, % * 8$9 $u9 $ " $ $ : . g$ $t -$ $2 !$r qn 7s 8, * * 82 "7 " : !0 !) 8 $o) 8 o dc w !2 no rc .2 c@ 2 +(7 !7u !* !0 - vn qn -@j

حرکت قطرات شناور در بازه وسیعی از کاربردهای عملی استفاده می شود. که این شامل جریان نفت و آب داخل لوله ها، بازیابی نفت درون محیط متخلخل، املاح مخلوط در آب و فرایندهای پلیمری می شود. در این رساله،مطالعه عددی سوسپانسیون قطرات در جریان برشی ساده و در اعداد رینولدز محدود در یک دامنه پریودیک صورت گرفته است. این روش بر مبنای نوشتن یک دسته معادله بقا برای کل دامنه حل است، به گونه ای که هر فاز به صورت یک سیال با خواص مادی متغیر رفتار می کند. روش توصیف شده و به کار رفته در این رساله، ترکیبی از تکنیک های تسخیر و ردیابی قطره است. یک شبکه ساکن منظم برای جریان سیال استفاده می شود اما سطحمشترک با استفاده از یک شبکه مجزا با بعد پایین تر ردیابی می شود.مهاجرت عرضی قطرات در جریان برشی ساده انجام گرفت و حرکت سوسپانسیون متشکل از تعداد زیادی قطره در جریان برشی ساده مورد مطالعه قرار گرفت و تأثیر پارامترهای بدون بعد نظیرعدد رینولدز، عدد کپیلاری، نسبت چسبندگی، نسبت چگالی وکسر حجمی بررسی شده است. به منظورتحلیل رفتار سوسپانسیون از تنسور تنش موثراستفاده و جهت مطالعه جریان دو فازی در اعداد رینولدز محدود، جملات تنش رینولدز محدود، جملات تنش رینولدز به تنسور تنش موثر افزوده شده است. اثر تعداد قطرات روی کمیت های جریان بررسی شد ومشخص شدکه عدد بدون بعد رینولدز ذره مهمتر از عدد بدون بعد رینولدز کانال است. ودر نهایت مشخص گردید که بررسی سوسپانسیون ها در تعداد فطرات بالا تفاوت چندانی روی چسبندگی موثر جریان ندارد اما باعث افزایش ناچیز اختلاف تنش عمودی می شود با بررسی نمودارهای چگالی مشاهده شد که با افزایش عدد کپیلاری مهاجرت عرضی قطرات به سمت مرکز کانال افزایش می یابد. با بررسی نمودارهای مربوط به انرژی اغتشاشی، مشخص شد که با افزایش عدد رینولدز، مقدار انرژی اغتشاشی افزایش می-یابد که این امر به علت کاهش اندازه خوشه ها و افزایش تعداد برخورد است. همچنین معلوم گردید که با افزایش شکل پذیری قطرات، مقدار انرژی اغتشاشی کاهش می یابد که به علت کاهش برخورد بین قطره ها می باشد. همچنین اثر افزایش تعداد قطرات بر روی این کمیت بررسی شد که نشان دهنده افزایش مقدار انرژی اغتشاشی جریان با افزایش تعداد قطرات و رسیدن به یک مقدار حدی است. علت این موضوع، افزایش تعداد برخوردها است

چکیده نانو سیالات به عنوان نسل جدیدی از سیالات مطرح برای استفاده در مبدل های حرارتی، دارای رفتارهای پیچیده تری نسبت به سیالات متداول مورد استفاده در کاربردهای حرارتی هستند. آنچه موجب می شود به نانوسیالات سیال هوشمند اطلاق شود، تغییرات غیر خطی و متفاوت خواص ترموفیزیکی نانوسیال، با دما و کسر حجمی نانو ذرات، تاثیر شکل، اندازه و نوع نانوذرات بر خواص و مکانیزم های موثر در خواص حرارتی آن ها، پارامترهایی هستند که باید در تحلیل ها مد نظر قرار گیرند. در پژوهش حاضر تغییرات خواص با دما و کسر حجمی، و مکانیزم های موثردر خواص حرارتی نانو سیال با استفاده از روابط تئوری و تجربی موجود، به منظور تحلیل دقیق تر رفتار وکارایی نانوسیال آب و نانو ذرات اکسید آلومینیوم در انتقال حرارت جابه جایی اجباری در جریان آرام لغزشی و غیر لغزشی و با شرایط شار حرارت و دمای دیواره ثابت در میکروکانال مستطیلی پرداخته شده است. همانطور که می دانیم عدد رینولدز در مطالعه نانوسیالات به دو پارامتر سرعت و لزجت دینامیکی وابسته است. لزجت دینامیکی نانوسیال با افزایش کسر حجمی نانوذرات افزایش می یابد. برای ثابت نگه داشتن عدد رینولدز باید سرعت را افزایش داد. بنابراین روشن نیست که افزایش سرعت یا کسرحجمی نانوذرات، کدام یک نقش اصلی را در بهبود انتقال حرارت نانوسیال در تحلیل هایی که بر اساس رینولدز ثابت انجام می-شود، ایفا می کنند. در این پژوهش به منظور تحلیل دقیق تر، دو حالت مختلف جهت تعیین اثر واقعی افزایش سرعت و کسر حجمی نانوذرات در عملکرد حرارتی نانوسیال مورد بررسی قرار گرفت. در حالت سوم جریان لغزشی به همراه پرش دما برای نانوسیال مدل شد. دستگاه معادلات نویراستوکس دوبعدی تراکم ناپذیر و معادله انرژی، و در شرایط لغزشی به همراه معادلات مذکور، عبارات مربوط به شرایط مرزی لغزشی و پرش دما با استفاده از روش تقریب تفاضل محدود گسسته سازی شدند. نتایج حاصله از برنامه کامپیوتری تطابق خوبی با داده های تحلیلی و عددی گذشته نشان می دهد. بررسی ها نشان دادند که در رینولدز ثابت عامل اصلی افزایش انتقال حرارت افزایش کسر حجمی نانوذرات نیست و بالا بردن سرعت برای ثابت نگه داشتن رینولدز نقش موثرتری ایفا می-کند. مقدار عدد ناسلت وابسته به ضریب هدایت حرارتی و جابه جایی است، در حالی که مقدار ضریب انتقال حرارت جابه جایی خود وابسته به خواص سیال و جریان می باشد. نتایج نشان می دهد که با وجود افزایش انتقال حرارت جابه جایی در حضور نانوذرات مقدار عدد ناسلت در تحلیل خواص متغییر نانوسیال، به علت تغییر پروفیل سرعت، بعد از ناحیه ورودی نسبت به سیال پایه و تحلیل خواص ثابت نانوسیال کاهش می یابد. لذا اعداد رینولدز و ناسلت برای تحلیل خواص متغییر جریان و انتقال حرارت نانوسیال ها پارامترهای روشنی نمی باشند. برای بررسی کارایی حرارتی نانوسیال تحلیل توان مصرفی در کنار تحلیل حرارتی صورت پذیرفت و نتایج نشان دادند که در حضور کسر حجمی جزئی نانوذرات راندمان حرارتی نانوسیال نسبت به سیال پایه به صورت موثری بهبود می یابد ولی با افزایش کسر حجمی این کارایی کاهش می یابد. کلمات کلیدی: نانوسیال، میکروکانال، راندمان حرارتی، خواص متغییر، کسرحجمی

هدف از انجام این پایان نامه، طراحی و ساخت یک نمونه توربین بادی شهری مارپیچی با توان اسمی 5/7 کیلووات می باشد. بررسی انرژی باد و تخمین پتانسیل آن در ایستگاه های موجود در استان اصفهان، نشان داد که بهره وری از انرژی باد با استفاده از این نوع توربین شهری می تواند جایگاه ویژه ای در کشور داشته باشد. توربین مورد نظر از دسته توربین های محور عمودی می باشد، به طوری که عملکرد آن مستقل از جهت جریان سیال است و در مقایسه با توربین های محور افقی، در حین کار ارتعاش کمتری به محل نصب وارد می کند، به همین دلیل می تواند گزینه ی مناسبی برای نصب بر روی ساختمان ها، خیابان ها و مزارع باشند. برای طراحی وساخت توربین بادی مارپیچی شهری، ایرفویل مقطع پره توربین از نوع نامتقارن اصلاح شده از ایرفویل های خانواده متقارن naca تعیین و بهینه سازی گردید. ابعاد بهینه ی روتور توربین با توجه به ضریب صلبیت و ضریب منظر، به ارتفاع روتور توربین 5 متر، قطر روتور 3 متر و طول کورد ایرفویل مقطع پره 20 سانتی متر بدست آمد. توربین بادی با ابعاد بدست آمده در مراحل بهینه سازی ابعادی، در نرم افزارهای fluentو ansys cfx شبیه سازی شده و به منظور بدست آوردن دور، توان و گشتاور بهینه توربین،بعد از انجام شبکه بندی با تعداد مش های مختلفدر سه سرعت گوناگونمورد تحلیل قرار گرفت. نتایج بدست آمده از تحلیل توربین در نرم افزارهای مذکور با نتایج بدست آمده از کدنویسی توربین بادی مارپیچی شهری با مدلابتکاری سه بعدی تک لوله جریان در نرم افزار matlab و نتایج تست های انجام شده بر روی نمونه خارجی مقایسه شد،که انطباق قابل قبولی بین نتایج تئوری و تجربی مشاهده گردید. با توجه به نیروهای بدست آمده از تحلیل های نرم افزاری توربین و سپس طراحی اولیه آن، قطعات اساسی توربین مانند پره ها، شافت توربین، ستون توربین و دیگر تجهیزات توسط نرم افزارهای ansys و catia تحلیل گردید. پس از تکمیل روند طراحی قطعات، با توجه به تکنولوژی موجود در صنعت، تهیه نقشه های ساخت و انتخاب مواد اولیه مورد نیاز، روش ساخت مناسب برای هر قطعه ارائه شده است. ساخت پوسته های نگهدارنده و کنترلی، به وسیله ریخته گری فلز چدن بامدل یونولیتی انجام شده و بعداز ریخته گری، عملیات ترشکاری و فرزکاری بر روی قطعه صورت گرفته است. ساخت قالب یک متری پره توربین به روش ریخته گری آلومینیوم و فرزکاری cnc وساخت قالب اصلی پره 6 متری با مواد کامپوزیتی انجام شده است. همچنین برای قالب صفحات نگهدارنده پره توربین از مواد تفلون استفاده شده که با عملیات فرزکاری cnc ساخته شده اند. یکی از عوامل موثر در عملکرد توربین، وزن توربین است که برای کاهش وزن پره ها و صفحات نگهدارنده پره توربین از مواد کامپوزیت الیاف کربن، الیاف گلس و فوم پی وی سی که دارای استحکام بالا می باشند، استفاده شده است. به دلیل تاثیر کمتر وزن صفحات نگهدارنده پره توربین نسبت به پره ها در عملکرد توربین، در ساخت صفحات نگهدارنده پره توربین از الیاف گلس استفاده شده است.

شیوه ی جدیدی از مدل سازی جریان های میکرو در این پایان نامه ارائه می گردد. ابتدا با استفاده از بسط اختلالی میدان های سرعت، فشار و دما معادلات پیوسته ی حاکم بر دینامیک سیال توسعه داده می شوند. سپس مرتبه های مختلفی از معادلات نسبت به عدد نودسن استخراج می گردد. شرایط مرزی لازم برای حل هر مرتبه از این معادلات، از طریق جایگزاری بسط های اختلالی در شرایط مرزی کلی برای لغزش سرعت و پرش دما به دست می آیند. در این تحقیق از بسط های اختلالی سه جمله ای استفاده می شود و به سه مرتبه از معادلات o(1)، o(kn)، o(kn2) و شرایط مرزی مربوط به هر یک استخراج می شود.معادلات o(1) در واقع همان معادلات ناویراستوکس غیرلغزشی می باشند. همچنین معادلات o(kn) و o(kn2) تصحیحات لازم به دلیل لغزش سرعت و پرش دما حاکم می باشند. این مجموعه از معادلات با استفاده از روش حجم محدود در حالت دوبعدی و بر روی یک شبکه ی staggered گسسته سازی می شوند. الگوریتم کلی حل شامل سه مرحله می باشد: مرحله ی اول، شامل حل معادلات مرتبه ی اول به همراه شرایط مرزی مرتبه ی اول است. مرحله ی دوم، شامل حل معادلات مرتبه ی نودسن، o(kn) به همراه شرایط مرزی مرتبه-ی نودسن است. شرایط مرزی این مرحله از طریق برازش میدان های مرحله ی اول بر روی دیواره ها حاصل می گردد. مرحله ی سوم، شامل حل معادلات مرتبه ی o(kn2) به همراه شرایط مرزی مرتبه ی o(kn2) می باشد. همچنین شرایط مرزی این مرحله از طریق برازش میدان های مرحله ی دوم بر روی دیواره ها حاصل می گردد. به منظور حل مجموعه ی معادلات گسسته سازی شده، یک برنامه ی کامپیوتری سه بخشی تدوین شده است. هر بخش از این برنامه یک مرتبه از معادلات را با استفاده از الگوریتم simple حل می کند.انتقال حرارت جریان تراکم ناپذیر و لغزشی میکروپواسل با استفاده از روش اختلال به صورت عددی حل می گردند. نتایج عددی روش اختلال با نتایج سایر محققین مقایسه می شوند. همچنین نتایج حاصل از روش اختلال با نتایج حاصل از مدل های لغزشی مختلف مقایسه می گردند دیده شد که در اعداد نودسن کوچک مطابقت بسیارخوبی بین نتایج کار حاضر با نتایج دیگران دیده می شود. این امر نشان می دهد که در روش اختلال، با افزایش عدد نودسن به تصحیحات بیشتری نیاز است. لیکن چنین کاری به لحاظ محاسباتی سنگین و پرهزینه می باشد پیشرفت و توسعه در صنعت الکترونیک، تکنولوژی میکروساختارها و همچنین مهندسی پزشکی و هوا فضا، باعث اقزایش تحقیق در زمینه ِی پدیده های جریان و انتقال حرارت در میکرو کانالها شده است. جریان و انتقال حرارت در مقیاس میکرو با آنچه در مقیاس های معمول وجود دارد بسیارمتفاوت است. مطالعات عددی، تجربی و تحلیلی بسیاری بر روی پدیده های جریان و انتقال حرارت در میکروکانال ها انجام شده است. به لحاظ کیفی فهمیده شد که جریان گازی در یک میکروکانال تحت تاثیر ترقیق ، زبری سطح ، تراکم پذیری می باشند. اثرات اصلی ترقیق، لغزش سرعت و پرش دما می باشند.

پیشرفت های علمی و نیاز روز افزون به طراحی و ساخت قطعات با ابعاد کوچک تر و کارایی بیشتر، در طول چند دهه اخیر یک تغییر جهت عمومی در سطح جهانی در تحقیقات و تکنولوژی و صنعت را به سمت استفاده از قطعات دارای ابعاد کوچک در حد میکرو و نانو را فراهم آورده است. این قطعات برای استفاده در زمینه های متعدد از جمله الکترونیک و خنک کاری مدارهای به کار رفته در کامپیوتر و سیستم های الکترومکانیکی طراحی و ساخته شده اند. از آن جایی که عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن‏ها در سطح دمای مطمئن بسیار مهم است. روش های گوناگونی برای بهبود فرایند خنک کاری سیستم های الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این روش ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا و نیاز به ماده مبرد کم توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در بهینه سازی ویژگی های هندسی میکروکانال‏ها از الگوریتم‏ها و روش‏های مختلفی استفاده می‏شود؛ یکی از این روش‏ها، تئوری ساختاری می‏باشد. در این پروژه در بخش اول و دوم، مختصری از تئوری ساختاری و دیدگاه آن در بهینه سازی سیستم های زیستی و همچنین کاربرد آن در میکروکانال ها و تجهیزات پیشرفت? ساخته شده توسط بشر سخن به میان آمده است. در بخش سوم انداز? بهینه میکرو کانال های ذوزنقه ای با زاویه گوشه 30، 45، 60 و 75 درجه به صورت تحلیلی به نحوی تعیین شده است که چیدمان میکروکانال های ذوزنقه ای در کنار هم بیشترین انتقال حرارت را در واحد حجم داشته باشد و نتایج تحلیلی با حل عددی مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین نتایج نشان داده اند که به ازای یک افت فشار ثابت، میکروکانال با زاویه گوشه 75 درجه در حالت بهینه، بیشترین انتقال حرارت در واحد حجم را دارد. همچنین با کاهش زاویه گوش? سطح مقطع ذوزنقه ای انتقال حرارت بدون بعد در واحد حجم نیز کاهش می یابد.در بخش چهارم، میکروکانال های جاذب حرارت ذوزنقه ای را به صورت هندسی بهینه نموده تا رسانش گرمایی آن به بیشترین مقدار ممکن برسد. سپس میکروکانال‏های جاذب حرارت ذکر شده در حالت بهینه با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داده اند که برای میکروکانال های ذوزنقه ای جزء کسری از جامد وجود دارد که به ازای آن ماکزیمم دما مینیمم خواهد شد. همچنین با توجه به پارامترها و قیود در نظر گرفته شده برای بهینه سازی میکروکانال های مورد بررسی در این پژوهش، با افزایش زاویه گوشه میکروکانال ذوزنقه ای عملکرد آن بهتر می شود. در انتها، اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال ذوزنقه ای مورد بررسی قرار گرفت به نحوی که با تغییر هندسه داخلی میکروکانال جاذب حرارت دمای ماکزیمم کانال به کمتربن مقدار ممکن برسد. تغییر درجات آزادی داخلی نیز مانند سایر درجات آزادی اثر مهمی بر دمای ماکزیمم میکروکانال جاذب حرارت دارد، دمای ماکزیمم مینیمم شده برای میکروکانال جاذب حرارت بهینه شده با سه درجه آزادی 10% کمتر از دمای ماکزیمم مینیمم شده میکروکانال جاذب حرارت با دو درجه آزادی متغیر می باشد.

بروز وگسترش بیماری تصلب شرائین و به دنبال آن انسداد عروق درشریان های بزرگ وحیاتی منجربه بروز اختلالات بسیاری درسیستم گردش خون بدن می شود. عوامل همودینامیکی در گسترش این بیماری نقش عمده ای را ایفامی کنند. یک چالش اساسی که در این جا مورد توجه قرار می دهیم، کوپل موثر سیال و سازه در حالت دایمی و ضربانی می باشد. هدف از پروژه ی حاضر شبیه سازی جریان پالسی خون در رگ انعطاف پذیر می باشد. معادلات سیال توسط روش شبکه ی بولتزمن و معادلات سازه توسط روش دینامیکی اجزاء محدود حل شده است. کدنویسی به زبان فرترن انجام شده است. روش کوپلینگ صریح دو طرفه برای کوپله نمودن بر هم کنش سازه و سیال انتخاب شده است که نیرو را توسط حل گر سیال محاسبه نموده و به سطح تماس منتقل می نماید. سپس با داشتن نیروهای سیال، توسط حل گر جامد جابجایی ها و سرعت ها را محاسبه می کند. از دو حلگر مجزا برای سیال و جامد استفاده شده است. جامد به صورت جسم متقارن محوری و الاستیک خطی در نظر گرفته شده است و از میرایی تناسبی برای شبیه سازی میرایی جامد استفاده شده است و برای انتگزال گیری زمانی از روش ضمنی نیومارک استفاده شده است و مدل سیالی که برای شبکه ی بولتزمن درنظر گرفته شده است یک مدل دو بعدی و نیوتنی است. در این پروژه در شرایط مرزی ورودی و خروجی مختلف اثر انعطاف پذیری بر پروفیل سرعت و تنش برشی سنجیده شده است. از شرایط مرزی سرعت ورودی و فشار خروجی در شبیه سازی ها استفاده شده است. ابتدا سرعت ورودی و فشار خروجی ثابت در حالت انعطاف پذیر و صلب مورد مقایسه قرار گرفته شده است. در گام بعدی اثر سرعت ورودی پالسی در نتایج بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که پروفیل سرعت در حالت انعطاف پذیر به صورت تخت تر می شود و بنابراین تنش برشی در این حالت کاهش می یابد. در نهایت فشار پالسی ورودی و فشار خروجی ثابت مورد بررسی قرار گرفته است در این حالت میرایی نسبت به حالت قبل تاثیر بیشتری بر نتایج دارد و هر چه میرایی کمتر باشد پروفیل سرعت تخت تر می شود.

نتایج نشان داد که کاربرد نیتروژن سبب افزایش وزن تر و خشک، غلظت نیتروژن در اندام هوایی و عملکرد اسانس (1% p<) شده و بر شاخص درصد اسانس (5% p<) اثر معنی دار دارد. در این آزمایش با افزایش سطوح نیتروژن، وزن تر و خشک اندام هوایی افزایش یافت، به طوری که بیشترین وزن تر و خشک (به ترتیب با مقادیر 196 و 48/88 گرم در بوته) در تیمار 150 کیلوگرم در هکتار نیتروژن حاصل شد. همچنین با افزایش سطوح نیتروژن، غلظت روی در اندام هوایی کاهش یافت. اثر آهن روی شاخص های درصد نیتروژن اندام هوایی و نسبت وزن خشک به تر معنی دار بود (در سطح 1% p<) ولی با سایر شاخص ها تفاوت معنی داری نشان نداد. در اثر کاربرد تیمار آهن به صورت محلول پاشی، غلظت نیتروژن اندام هوایی کاهش یافت. کاربرد سولفات روی بر شاخص وزن تر، غلظت آهن و روی در اندام هوایی در (1% p<) و با وزن خشک و نسبت وزن خشک به تر اندام هوایی (5% p<) اختلاف معنی داری نشان داد. در تیمار سولفات روی، غلظت آهن در اندام هوایی کاهش یافت. اثر متقابل نیتروژن و آهن سبب افزایش نیتروژن در اندام هوایی و عملکرد اسانس در (1% p<) و افزایش وزن تر و خشک اندام هوایی و درصد اسانس در (5% p<) معنی دار گردید. در اثر متقابل نیتروژن و آهن، با افزایش سطوح نیتروژن درصد اسانس افزایش یافت. اثر متقابل نیتروژن و روی در هیچ کدام از شاخص ها اختلاف معنی داری نشان نداد. اثر متقابل آهن و سولفات روی فقط در شاخص عملکرد اسانس و نسبت وزن خشک به تر اندام هوایی در (5% p<) معنی دار بود. اثرات متقابل سه گانه نیتروژن، آهن و روی در شاخص وزن تر اندام هوایی و عملکرد اسانس در (1% p<) و شاخص وزن خشک اندام هوایی و ارتفاع در(5% p<) اختلاف معنی دار نشان داد. با افزایش مصرف نیتروژن، درصد اسانس تغییر پیدا نکرد به طوری که بین تیمارهای 75 و 150 کیلوگرم در هکتار نیتروژن به ترتیب مقادیر (21/1) و (27/1) درصد اسانس حاصل شد که اختلاف معنی داری بین آنها مشاهده نگردید ولی نسبت به تیمار شاهد (95/) درصد اسانس در (5% p<) اختلاف معنی دار شد. بیشترین عملکرد اسانس مربوط به تیمار150 کیلوگرم در هکتار نیتروژن بود که با میانگین تولید (13/1) گرم اسانس در بوته، نسبت به تیمارهای دیگر اختلاف معنی داری داشت. تیمار شاهد با میانگین تولید (4/.) گرم در بوته کمترین عملکرد اسانس را به خود اختصاص داد

در این تحقیق، یک روش عددی برای شبیه سازی برخورد یک قطره اشباع با یک سطح داغ در رژیم جوشش لایه ای پیشنهاد شده است. این پدیده در بسیاری از فرایندهای صنعتی مشاهده می شود. برای نمونه می توان به فرایند کوئنچینگ در صنعت فولاد، خنک کاری قطعات الکترونیکی و اسپری قطرات سوخت در موتورهای احتراق داخلی یا محفظه های احتراق اشاره کرد. در رژیم جوشش لایه ای، بخاری که در اثر تبخیر قطره تولید می-شود یک لایه نازک بین قطره و سطح تشکیل می دهد. این لایه بخار از تماس مستقیم قطره با سطح جلوگیری می کند و میزان انتقال حرارت از سطح به قطره را کاهش می دهد. مدل شبیه سازی در این تحقیق، بر اساس روش تفاضل محدود روی یک شبکه جابجا شده می باشد. از روش سطح تراز به همراه روش سیال مجازی برای مدل سازی سطح مشترک استفاده شده است. با استفاده از روش سیال مجازی، ناپیوستگی کمیتهایی نظیر فشار، سرعت، چگالی و لزجت در سطح مشترک حفظ شده است. در واقع به کمک این روش، شرط پرش مناسب برای هر کمیت در سطح مشترک اعمال شده است. نرخ تبخیر قطره با استفاده از توازن انرژی در سطح مشترک محاسبه شده و در مراحل مختلف فرایند حل اعمال شده است. برای اینکه اثر لایه بخار نازک بین قطره و سطح با دقت کافی در فرایند حل لحاظ گردد، از یک تکنیک فشرده سازی شبکه در نزدیکی سطح جامد استفاده شده است. با استفاده از روش عددی ارائه شده، برخوردهای قائم و مایل قطره با یک سطح داغ در حالت های تقارن محوری و سه بعدی شبیه سازی شدند. مقایسه نتایج با مشاهدات آزمایشگاهی، دقت مدل پیشنهاد شده را تایید نمود. مراحل مختلف برخورد قطره شامل پخش شدن، جمع شدن و بلند شدن قطره از روی سطح برای محدوده وسیعی از اعداد وبر با دقت خوبی پیش بینی شدند. اثر پارامترهای مختلف نظیر سرعت برخورد، زاویه برخورد و نیز افزودن پلیمر و سورفکتانت به مایع روی حرارت دفع شده از سطح بررسی شده و راه حل هایی برای بهبود بازده فرایند خنک کاری سطح ارائه شد.

در رساله ی حاضر جریان و انتقال حرارت جابجایی توام در ماکرو و میکروکانال به کمک روش شبکه بولتزمن به صورت عددی، دو بعدی و در دو بخش اصلی، شبیه سازی می گردد: نخست یک محفظه شیبدار در ابعاد ماکرو با وجوه کناری عایق و یک درپوش متحرک در بالای آن در نظر گرفته می شود؛ در حالیکه دیواره های بالا و پایین در حالات مختلف ائم از دما ثابت و یا شار ثابت مفروض بوده و در هر حالت به ازای عدد رینولدز مفروض، اثر گرانش و زاویه شیب محفظه به ازای اعداد ریچاردسون و پرانتل مختلف در جابجایی توام سیال داخل آن مورد بررسی قرار می گیرد. سپس در قسمت دوم یک میکروکانال با دیوار های داغ در نظر گرفته می شود که جریان هوای سرد وارد آن شده و پس از خنک سازی دیوارها از انتهای آن خارج می گردد. جریان سیال به ازای اعداد نودسن مختلف مورد بررسی قرار خواهد گرفت. به ازای عدد رینولدز و دمای ورودی مشخص، جابجایی توام سیال جاری در میکروکانال مورد بررسی قرار گرفته و در انتها سعی در ارائه یک مقدار حدی برای عدد نودسن، در جهت اثر گذاری نیروی وزن، خواهد شد. نتایج حاصل در قالب پروفیل های دما و سرعت نشان داده شده و خطوط تابع جریان و خطوط همدما نیز ارائه می گردند. نیروی شناوری ناشی از گرانش، در شیب های مختلف محفظه، مولفه های سرعت جریان سیال را تحت تاثیر قرار خواهد داد. در این شرایط معادلات مورد استفاده جهت محاسبه خواص ماکروسکوپیک، تحت تاثیر گرانش و زاویه شیب محفظه، نیاز به اصلاحاتی جزیی خواهند داشت که رساله ی حاضر به آن نیز پرداخته است. مدل سازی شرط مرزی شار ثابت روی دیوار متحرک، اعمال اثر گرانش و زاویه شیب روی شرط مرزی هیدرودینامیکی در روش شبکه بولتزمن نیز، در پژوهش حاضر انجام شده است. ارائه رابطه ای جهت محاسبه عدد نوسلت محفظه به ازای پارامترهای مختلف جریان سیال، مشاهده سرعت لغزشی منفی (برای نخستین بار) و بیان اثر گذاری نیروی وزن بر جریان سیال به ازای اعداد نودسن کوچکتر از 0.05، از دیگر دستاوردهای رساله ی حاضر می باشد.

موضوع این رساله بهینه سازی آیرودینامیکی پره های روتور می باشد که از طریق حل معادلات جریان و معادلات بهینه سازی و با استفاده از روش های دینامیک سیالات محاسباتی صورت می گیرد. بهره گیری از تکنیکهای cfd تحلیل کامل میدان جریان روتور بالگرد را میسر می سازد اما این مستلزم تسخیر کامل سیستم گردابی روتور است که به معنای ریز کردن شبکه در این نواحی و یا استفاده از روش های شبکه تطبیقی است. به ویژه در حالت پرواز روبه جلو، ماهیت پریودیک میدان روتور نیز از بین می رود و معادلات اویلر یا ناویر استوکس باید در حالت غیر دائم حل گردند و تمامی این موارد منجر به افزایش پیچیدگی و هزینه های محاسباتی خواهد شد. این تحقیق تنها به پرواز ایستای روتور اختصاص دارد که از نظر میزان توان مصرفی در درجه اول قرار دارد و در نتیجه، کاستن از میزان توان مصرفی روتور در این فاز پروازی از اهمیت بالایی برخوردار است. بهینه سازی آیرودینامیکی هندسه روتور بالگرد در شرایط پرواز ایستا بر اساس روش الحاقی و با استفاده از یک حلگر(سالور) سه بعدی تحلیل میدان روتور و یک حلگر بهینه سازی صورت گرفته است. اساس کار حلگر تحلیل میدان مبتنی بر روش تلفیقی دنباله آزاد-cfd است که منجر به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های محاسباتی می گردد. در این حلگر شبیه سازی میدان جریان به وسیله حل معادلات اویلر در شرایط تراکم پذیر و بر روی شبکه ای حول یکی از پره ها صورت می گیرد. حلگر بهینه سازی نیز بر اساس روش الحاقی جیمسون تدوین شده است. همچنین به منظور کاهش مدت پردازش رایانه ای و در نتیجه کاهش هزینه های محاسباتی، از راه حل سطح نفوذی بهره گرفته شده است که در تلفیق با روش های cfd امکان تحلیل میدان جریان حول پره های روتور را در جریان صوتی فراهم کرده است.نتایج نشان می دهند که حلگرتلفیقی دنباله آزاد- cfd قادر به برآورد توزیع فشار حول پره روتور با دقت مناسب بوده و قادر به تعیین مکان امواج ضربه ای در ناحیه نوک پره ها می باشد. در این رساله از روش الحاقی سه بعدی تدوین شده در بهینه سازی سطح پره روتور با هدف توان القایی کمینه نیز بهره گرفته شد. بهینه سازی آیرودینامیکی شکل پره های روتور با استفاده از مدل تلفیقی مذکور و مبتنی بر راه حل آیرودینامیکی سطح نفوذی به عنوان شرط مرزی، برای نخستین بار در این رساله صورت می گیرد و روش جدیدی در این زمینه محسوب می شود. محاسبات جریان در کسری از ساعت و محاسبات بهینه سازی در مدت زمانی نچندان زیاد قابل انجام می باشد و این دستاورد قابل توجهی از نظر پایین بودن مدت زمان و هزینه محاسبات است که از اهداف اصلی این تحقیق نیز می باشد. همچنین طراحی ایرفویل هایی با ضریب ممان پیچ ثابت و یا حداقل و پسای موجی کمینه برای نخستین مرتبه و با استفاده از روش معادلات الحاقی در این رساله صورت انجام شده است.

در این تحقیق با استفاده از ایده شبکه انتشار پیشرو رفتار انتقال حرارت گذرای لایه های الیافی بی بافت از الیاف مختلف شبیه سازی و بررسی شده است. نمونه های مورد نظر از جنس، ضخامت و وزن لایه های متفاوت انتخاب شده و با استفاده از یک دستگاه اندازه گیری درجه حرارت در دو طرف نمونه ها که بر پایه اصول صفحه گرم طراحی، ساخته و کالیبره گردید آزمایش شده و داده های دمای دو سمت لایه ها استخراج گردید. سپس از روشهای عددی حل معادله یک بعدی انتشار گرما جهت مدلسازی رفتار انتقال حرارت در شرایط گذرا و ایده شبکه انتشار پیشرو استفاده گردید و نتایج تخمین ضریب انتشار حرارتی نمونه های مختلف و نمودارهایی شامل دمای لایه داخلی و خارجی و دمای مدلسازی شده نمونه ها در طی زمان آزمایش بدست آمد. نتایج و تحلیل نمودارهای بدست آمده نشان می دهد که افزایش ضخامت و جرم حجمی لایه ها باعث افزایش تماس سطحی مابین الیاف می گردد و افزایش انتقال حرارت بین این سطوح، کاهش توانایی عایق کاری را در بر دارد. با توجه به نتایج پیشنهاد می-شود که در عایق کاری از لایه های حجیم به جای لایه هایی با چگالی بیشتر، استفاده گردد. به دلیل اینکه افزایش تخلخل لایه ها باعث افزایش نفوذ پذیری هوادر بی بافتها می گردد، با افزایش کسری ازحجم که توسط هوا محبوس شده است سهم الیاف جامد کاهش می یابد. این موضوع یاعث ایجاد لایه بی بافت با انتشار حرارتی کمتر و نرخ انتقال حرارت کم خواهد شد. در نتیجه لایه حجیم تر قابلیت عایق کاری بهتری در شرایط گذرا دارد. بمنظور بررسی رفتار انتقال حرارت لایه های دوجزئی، نمونه هایی مرکب شامل دو لایه داخلی و خارجی از شش جنس الیاف مختلف آماده گردید و مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج مدلسازی انتقال حرارت گذرای این نمونه ها استفاده از لایه هایی شامل الیاف نایلون و پلی استر به عنوان لایه داخلی ولایه های شامل الیاف پشم، اکریلیک، پلی پروپیلن و شیشه بعنوان لایه خارجی بمنظور عایق کاری حرارتی بهتر پیشنهاد می نماید. بطور کلی تحلیل نتایج نشان می دهد که فرآیند گرم شدن و سرد شدن لایه های مختلف با هم متفاوت است و در تهیه لایه های مرکب بهتر است لایه هایی با اینرسی حرارتی کم در لایه داخلی و لایه هایی با اینرسی حرارتی زیاد در لایه خارجی بکار گرفته شوند.

یکی از روش های موجود برای خنک کاری در سیستم های مهندسی، استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز در محدوده ی دمایی مناسب جهت خنک کاری قطعه ی مورد نظر است. این مواد که به pcm معروفند، موادی هستند با گرمای نهان بالا که معمولا برای جذب انرژی فراوان در درجه حرارت ثابت مورد استفاده قرار می گیرند و در ضمن جذب انرژی تغییر فاز می دهند. به همین منظور در این مطالعه به بررسی خنک کاری غیرفعالی که از pcm به منظور خنک کاری باتری لیتیم –یون استفاده می کند پرداخته خواهد شد. نکته مثبت تمام pcm ها بالا بودن گرمای ویژه و گرمای نهان آنهاست. ولی پایین بودن ضریب انتقال حرارت هدایتی ضعف تقریبا تمام pcm هاست. پایین بودن ضریب هدایت pcm ها باعث افزایش زمان پاسخ می شود. به منظور غلبه بر کوچک بودن ضریب هدایت حرارتی در این پژوهش، از فین استفاده شده است، همچنین نحوه مناسب چیدمان فین ها را نیز مورد بررسی قرار داده ایم. شبیه سازی عددی مسئله با استفاده از نرم افزار ansys – fluent و با استفاده از حل کننده ی solidification & melting به صورت تقارن محوری انجام شد. نتایج حاصل از مقایسه ی خنک کاری هوایی و خنک کاری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز حاکی از بهبود عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز برای بازه ی زمانی خاصی که این مواد به صورت کامل ذوب نشده است، می باشد. از طرفی تغییر ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد اطراف باتری تاثیری در بهبود عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز ندارد. همچنین استفاده از فین باعث بهبود عملکرد خنک کاری باتری نسبت به حالتی که از فین استفاده نمی شود گردیده و هرچه ارتفاع فین افزایش پیدا می کند، عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز بهبود می یابد.

در پایان نامه حاضر، رفتار اختلاط جریان آشوبناک درون یک مجرای پیچدار به سه روش مختلف (تحلیل ساختارجریان ثانویه، توان لیاپونوف و بردار گردابه) مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار، جریان آرام درون مجرای پیچدار با دو سطح مقطع مربع و مستطیل تحت جریان های ورودی پایا، سینوسی و پالسی(ترکیبی از جریان پایا و سینوسی) در نرم افزار فلوئنت در نظر گرفته شده است. مجرای پیچدار شامل سه خم می باشد که هر خم آن یک مجرای خمیده 90 است و زاویه بین صفحات انحنای دو خم متوالی نیز 90 می-باشد. برای نشان دادن رفتار آشوبناک جریان مجرای پیچدار، تغییرات ساختار جریان ثانویه و توان لیاپونوف در جریان بررسی شده اند. بر اساس دو معیار مزبور، پدیدار شدن ساختارهای هتروکلینیک و هموکلینیک در الگوهای جریان ثانویه و یا مثبت بودن مقدار توان لیاپونوف حکایت از وجود آشوب در جریان دارند. آشوب بیشتر در جریان بیان کننده بهبود اختلاط می باشد. در مطالعه ساختارهای جریان ثانویه جهت ارزیابی اختلاط، کشیدگی یا بزرگتر شدن سیکل های بیضوی، تغییرات بیشتر الگو ها در یک سیکل و ظاهر شدن ساختارهای هتروکلینیک یا هموکلینیک نشان دهنده بهبود اختلاط می باشد، اما از این معیار مقدار عددی اختلاط فراهم نمی شود. بنابراین، دو روش دیگر، توان لیاپونوف و بردار گردابه، جهت محاسبه مقدار عددی اختلاط بررسی شده است. در معیار بررسی توان لیاپونوف که نشان دهنده کشیدگی و خمیدگی در جریان است، مقدار مثبت و بالاتر پارامتر مذکور بیان کننده افزایش اختلاط در جریان می باشد. در روش بردار گردابه که مشخص کننده بلعیدگی و کشیدگی در جریان است، افزایش هم زمان سه مولفه بردار بیان کننده بهبود اختلاط در جریان می-باشد.نتایج بدست آمده از هر سه روش یکسان بودند و نشان دادند که در جریان ورودی پایا با افزایش عدد رینولدز، ساختارهای هموکلینیک در الگوهای جریان ثانویه پدیدار و بزرگتر می شوند که نشان دهنده وجود آشوب و نتیجتاً بهبود اختلاط در جریان می باشد. همچنین، مشخص شد که اختلاط بدست آمده در جریان سینوسی کمتر از جریان پایا می باشد. اما با ترکیب جریان های سینوسی و پایا، اختلاط بهبود می یابد. در جریان پالسی اختلاط با نسبت مولفه سرعت (?) افزایش می یابد و جریان هایی با عدد ومرسلی کمتر اختلاط بهتری را فراهم می کنند. بر خلاف جریان پایا که اختلاط با عدد رینولدز افزایش می یابد، در جریان پالسی اختلاط با عدد رینولدز رفتار قابل پیش بینی ندارد. همچنین، زمانی که 2?? است اختلاط بدست آمده در جریان پالسی بیشتر از جریان پایا می باشد. علاوه براین در جریان آشوبناک اختلاط یک رفتار نوسانی در طول مجرا دارد که علت آن وجود هم زمان ناحیه های آشوبناک و منظم در جریان می باشد. علاوه بر مجرای پیچدار، یک میکرومخلوط کننده آشوبناک نیز طراحی و بازه کارکرد آن با جریان های ورودی پایا و پالسی بررسی شده است. این میکرومخلوط کننده شامل یک کانال پیچدار است که قسمت های آن بصورت منحنی های c شکل به یکدیگر متصل شده اند. رفتار اختلاط جریان درون میکرومخلوط کننده بر اساس سه روش مختلف(توزیع غلظت، توان لیاپونوف و بردار گردابه) بررسی شده است و نتایج نشان دادند که جریان آشوبناک بدونافزایشافتفشارچشمگیریدرمیکرومخلوط کنندهباعثافزایشهمگن سازیمی شود و اختلاط کامل در مخلوط کننده تحت جریان پایا در 50=re بدست می آید. همچنین، زمانی که 2?? است اختلاط بدست آمده در میکرومخلوط کننده با جریان پالسی بیشتر از جریان پایا می باشد و با افزایش عدد استروهال اختلاط کاهش می یابد و این روند کاهش نیز با افزایش عدد استروهال کمتر می شود.

در این تحقیق با استفاده از بسط اختلالات و توسعه معادلات حاکم بر دینامیک سیال به وسیله این بسط، اثر اتلاف ویسکوزیته در جریان لغزشی در میکروکانال ها بررسی شده است. در کار حاضر جریان در حال توسعه هیدوردینامیکی و حرارتی در محدوده جریان آرام، به صورت دوبعدی، تراکم ناپذیر و پایدار و در محدوده جریان لغزشی در نظر گرفته شده است. معادلات ناویراستوکس و انرژی با شرایط مرزی مرتبه دو لغزش سرعت و پرش دما، حل شده است. با استفاده از بسط اختلالات، میدان سرعت، فشار و دما بدست می آید. الگوریتم مورد استفاده برای روش عددی، روش سیمپل است. مسئله در دو حالت شار حرارتی ثابت و دمای دیواره ثابت حل شده است. سیال در نظر گرفته شده، هوا و بین دو صفحه موازی در جریان است. از اثرات خزش گرمای نیز صرف شده است. در این مقاله اثر عدد بریکمن بر کاهش و افزایش عدد ناسلت در دو حالت دما ثابت و شار ثابت به خوبی مشاهده شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که اثر اتلاف ویسکوزیته وابسته به شرایط مرزی است. در حالت شرط مرزی با شار حرارتی ثابت، در اعداد بریکمن مثبت باعث کاهش عدد ناسلت و در اعداد بریکمن منفی باعث افزایش ناسلت می شود. در هر دو حالت افزایش نودسن باعث کاهش عدد ناسلت می شود. با افزایش نودسن اثر غالب، اثرات رقت است. در حالت شرط مرزی با دیواره دما ثابت اثر اتلاف ویسکوز در حالت توسعه یافته مستقل از مقدار آن است. تغییرات عدد ناسلت وابسته به تغییرات عدد نودسن است. با افزایش عدد نودسن مقدار عدد ناسلت کاهش می یابد. همچنین با استفاده از بسط اختلالات، اثر زبری در میکروکانال ها بررسی شده است. زبری در نظر گرفته شده به صورت مستطیلی است. با استفاده از بسط اختلالات میدان سرعت، فشار و دما بدست آمده است. در حالت کانال زبر مسئله با شرط مرزی دمای دیواره ثابت حل شده است. سیال در نظر گرفته شده، هوا و بین دو صحفه موازی در جریان است. در حالت کانال زبر از اثرات خزش گرمای و اتلاف ویسکوز صرف شده است. همچنین به بررسی اثر زبری بر روی پروفیل جریان، عدد پواسل و انتقال حرارت در میکروکانال ها پرداخته شده است. نتایج نشان دهنده تغییر پروفیل سرعت و افزایش عدد پواسل با افزایش عدد رینولدز در میکروکانال زبر هستند. با افزایش عدد نودسن عدد پواسل کاهش پیدا می کند. همچنین زبری باعث تغییر ناسلت موضعی می شود. ناسلت میانگین نیز با افزایش ارتفاع زبری و کاهش فواصل زبری نیز افزایش پیدا می کند. همچنین افزایش عدد رینولدز، باعث افزایش عدد ناسلت می شود. نتایج بدست آمده نشان داد روش اختلالات قادر به پیشبینی رفتار جریان و انتقال حرارت در کانال زبر است.

صفحات مستطیلی جایگاه ویژه ای در علوم مهندسی مکانیک، فضانوردی، هسته ای و مسائل مهندسی دریایی دارا می باشند. بنابراین بررسی رفتار استاتیکی و دینامیکی صفحات در شرایط مختلف بارگذاری حائز اهمیت است. صفحات بر روی بستر الاستیک به عنوان یک موضوع کلاسیک در علم مهندسی مکانیک و مهندسی هوانوردی مطرح شده و پایداری این صفحات تحت بار داخل صفحه در سیستم های میکرو و نانو الکترومکانیک نیز یکی از موضوعات قابل توجه می باشد. در این پروژه هدف آن است که کمانش و ارتعاشات صفحات مستطیلی براساس تئوری کلاسیک و تئوری مرتبه سوم برشی در محیط الاستیک در تماس با جریان سیال به کمک روش حداقل انرژی پتانسیل و اصل هامیلتون مورد تحلیل قرار گیرد، در واقع تفاوت این کار با کارهای قبلی جریان حاکم بر روی صفحه و اثر آن بر روی بار کمانش و فرکانس ارتعاشی صفحه است. تاثیر محیط الاستیک با استفاده از مدل های وینکلر و پاسترناک بیان خواهد شد. این نوع صفحات در شالوده تانک ها، انباره های ذخیره سازی و استخرهای شنا در نظر گرفته می شوند. فرکانس های طبیعی صفحات کوپل شده با سیال به طور قابل توجهی در مقایسه با صفحاتی که در تماس با هوا هستند کاهش می یابند. کاهش در فرکانس طبیعی این سیستم ها به سبب افزایش انرژی جنبشی سیستم می باشد. بنابراین بررسی رفتار دینامیکی و استاتیکی سیستم های جامد-سیال با در نظر داشتن اندرکنش بین جامد وسیال حائز اهمیت است. لذا تاثیر حرکت سیال بر روی فرکانس ارتعاشی صفحه، پایداری و سرعت بحرانی سیال که منجر به صفر شدن فرکانس طبیعی می شود و همچنین اثرات سرعت سیال، ابعاد و ضخامت صفحه، میزان اثر سختی وینکلر و پاستراناک بر روی فرکانس طبیعی و پایداری صفحه، تحت فشار یکنواخت و غیریکنواخت خطی به کمک روش عددی گالرکین و ریلی ریتز مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده مشاهده شده که افزایش سرعت سیال و پارامتر سختی به ترتیب کاهش و افزایش فرکانس طبیعی را در بردارد و با افزایش نیروی داخل صفحه فرکانس ارتعاشی ورق کاهش داشته است. همچنین با توجه به آن که ساختارهای نانو مقیاس به طور شگفت آوری خصوصیات مکانیکی، الکتریکی، دمایی و شیمیایی بارزی در ارتباط با ساختمان مواد از خود نشان داده اند. دانستن خصوصیات فیزیکی و مکانیکی دقیق و اثر آن ها روی کارآیی و قابلیتشان در تولیدات کاربردی، ضروری و لازم می باشد.لذا در ادامه مطالعه آنالیز ارتعاشات و کمانش نانو صفحات در تماس با جریان سیال نیز به کمک تئوری غیر محلی ارینگن بر اساس هر دو تئوری کلاسیک و تئوری مرتبه سوم برشی و مطالعه اثر پارامتر غیر محلی به همراه نسبت ابعاد، پارامترهای سختی و سرعت سیال بررسی شده است. نتایج نشان دادند که، اثر پارامتر غیر محلی باعث کاهش کمانش بحرانی، فرکانس طبیعی نانو صفحات و سرعت بحرانی سیال می گردد. در انتها نیز اثر حرارت بر روی ارتعاشات نانو صفحات دو لایه گرافین در تماس با سیال نیز در نظر گرفته شده است. نیروی واندروالس بین دو لایه گرافین بر اساس مدل لئونارد جونز در نظر گرفته شده است. مطالعات پارامتری با رسم نمودارهای فرکانس طبیعی نسبت به تغییرات سرعت سیال، ابعاد ورق، ارتفاع سطح سیال و پارامترهای سختی در حضور تغییر دما به همراه شرایط مرزی مختلف صفحه ارائه شده است.

هدف این پروژه کنترل گرمایی بهتر باتری است و در جهت کاهش گرادیان دمایی حرکت می کند و انتخاب بهینه بر اساس دمای ماکزیمم مجموعه خواهد بود. در این پروژه پروفیل های مستطیلی، ذوزنقه ای، درجه2 و درجه2 سه قسمته انتخاب شده است. در هر پروفیل پارامترهای مختلف و ضخامت pcm در اطراف باتری تغییر خواهد کرد تا بهترین حالت ممکن و کمترین دمای ماکزیمم بدست آید. نتایج حاکی از آن است که در ماده ی پارافین که ضریب هدایت در داخل آن کم است، توزیع ماده باید به گونه ای باشد تا در تمام وجوه مقدار کافی ماده برای ذوب وجود داشته باشد زیرا انتقال حرارت در ضخامت پارافین به سختی انجام می گیرد و بهتر است پارافین در نزدیکی باتری موجود باشد تا گرمای تولیدی را به صورت نهان جذب کند. در ماده ی کامپوزیت انتقال حرارت عمود بر سطح باتری به خوبی انجام می گیرد و گرما از باتری به کل pcm منتقل می شود. به همین دلیل تجمع ماده در قسمت پایینی باتری (مرز آدیاباتیک) تاثیر بیشتری در خنک سازی خواهد داشت. در انتها نیز مدلی از باتری و pcm با ماده ای جدید که خواص متغیر با دمای آن در دسترس است بررسی می شود. در این مدل با وجود تغییرات چگالی با دما ترم جابجایی آزاد در انتقال حرارت لحاظ شده است که باعث تسهیل در خنک سازی و کاهش دمای ماکزیمم مجموعه می شود.

در این پایان نامه مسئله فروپاشی قطره در دو رژیم جریان یکی با عدد رینولدز پایین و دیگری با عدد رینولدز بالا از روش شبیه سازی عددی مسئله، بررسی شده است. در گروه اول موارد مورد بررسی عبارتند از: قطره در حال سرش بر روی سطح شیبدار، قطره در حال کشش بین صفحه تخت و حفره و قطره تحت برش درگیر بین دو صفحه تخت. در گروه دوم موارد مورد بررسی عبارتند از: تغییر شکل قطره در جریان یکنواخت و فرض جریان آرام و بررسی اثر اعداد بدون بعد وبر، رینولدز، نسبت لزجت و نسبت چگالی بر میزان کشیدگی، جابجایی، شتاب و تغییرات نیروی درگ و تغییر شکل قطره در جریان یکنواخت و فرض جریان متلاطم و مقایسه با جریان آرام در مقادیر زمان فروپاشی، میزان کشیدگی در زمان فروپاشی و عدد وبر بحرانی. در مطالعه قطره در حال سرش اثر زاویه سطح شیبدار، زاویه تماس، زبری سطح و ضریب کشش سطحی بر میزان کشیدگی قطره، میزان سطح تر شده و سرعت سرش قطره مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج با نتایج مطالعات تجربی مقایسه شده و تطابق مناسبی میان نتایج تجربی و نتایج حاصل از مطالعه عددی در این پایان نامه وجود دارد. در مطالعه قطره محصور بین سطح تخت و یک حفره تحت کشش و قطره در حال برش محصور بین دو سطح تخت، که مدل سازی هائی از چاپ افست و موبایل با صفحه تماسی ضربه ای و تماس برشی هستند، شبیه سازی به صورت دوبعدی و روش ردیابی سطح روش واف انجام شده است. پارامترهای هندسی، شرائط سطح و پارامترهای عملکردی مورد مطالعه قرار گرفته و در هر مورد میزان انتقال قطره، شکل قطره و زمان فروپاشی قطره محاسبه و ارائه شده است. در ادامه یک قطره واقع در جریان یکنواخت مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه پارامترهای مورد بررسی میزان کشیدگی قطره، سرعت قطره، تغییر موقعیت مرکز ثقل و ضریب درگ قطره می باشد. اعداد بدون بعد مورد بررسی وبر، رینولدز، نسبت لزجت و نسبت چگالی می باشد. رژیم های جریان آرام و متلاطم به صورت مجزا مورد توجه بوده است. مدل جدیدی برای عبارت کشش سطحی در معادلات متوسط گیری شده رینولدز پیش بینی شده و در کد عددی openfoam به عنوان یک تحلیلگر جدید و مجزا برای شبیه سازی جریان های متلاطم دارای سطح مشترک اضافه شده است. نتایج حاکی از صحت جهت گیری صورت گرفته در این پایان نامه نسبت به مدل سازی نیروی کشش در معادله مومنتوم می باشد و در سه مرحله با نتایج تجربی مقایسه شده است.

امروزه, گازهای خالص در صنعت و پزشکی, کاربردهای فراوانی دارد و با توجه به کاربرد روز افزون این گازها, روش های متفاوتی برای خالص سازی آن ها وجود دارد که یکی از این روش ها ، روش جذب تناوبی فشار (pressure swing adsorption یا psa )است. در این پروژه, هدف شبیه سازی عددی فرآیند جداسازی اکسیژن از هوا در بستر فشرده، و همچنین بررسی تأثیر فشار ورودی بر میزان جذب است. شبیه سازی جذب در بستر فشرده, قدم اول در شبیه سازی فرآیند psa است. پدیده حاکم در فرآیند خالص سازی با استفاده از psa، فرآیند جذب سطحی است. جذب سطحی بر روی ذرات جاذبی به نام زئولیت اتفاق می افتد که تحت فشار، بسته به جنس جاذب, یکی از گونه ها را بهتر جذب می کند. برای جداسازی, از تعداد بسیار زیادی از این ذرات جاذب استفاده می شود که این تعداد زیاد جاذب, بستری فشرده و متخلخل ایجاد می کنند. تفاوت این مطالعه با کارهای قبلی, عدم استفاده از دیدگاه بستر متخلخل در شبیه سازی فرآیند جداسازی مخلوط گازهای چند جزئی در بستر فشرده تحت تأثیر پدیده ی جذب سطحی است. به این منظور برای شبیه سازی، فضای بین جاذب ها شبکه بندی بی سازمان شده است. مدل مورد استفاده برای شبیه سازی جذب سطحی، مدل نیرو محرکه خطی (linear driving force یا ldf) است. معادلات حاکم، معادلات مومنتم، پیوستگی و اسکالر انتقال برای گونه نیتروژن هستند که در سه بعد حل می شوند. برای بررسی اثر تغییر فشار بر روی میزان جذب، فشار ورودی, با در نظر گرفتن اختلاف فشاری ثابت بین ورودی وخروجی, تغییر داده می شود و میزان تغییر کسر جرمی اکسیژن در خروجی بستر محاسبه می شود. گاز ورودی به بستر هوا، با در صد مولی 79% نیتروژن و21% اکسیژن است. از نرم افزار تجاری فلوئنت برای شبیه سازی استفاده شده است. هوا گاز ایده آل و فرآیند جذب سطحی هم دما در نظر گرفته شده و ضریب جذب در کل بستر ثابت فرض شده است. ازفرضیات دیگر,جذب گونه ینیتروژن می باشد واز جذب گونه اکسیژن صرف نظر شده است. هم دمای به کاربرده شده, هم دمای لانگمویر است. برای ایجاد بستر فشرده, از الگوریتم اجزا گسسته(discreat element method یا dem (استفاده شده است. بدین منظور, فرآیند جذب سطحی بر روی 54 دانه جاذب شبیه سازی شده است. با افزایش فشار, میزان جذب افزایش می یابد. همچنین, با افزایش فشار, دبی جرمی افزایش و سرعت در بستر فشرده کاهش می یابد. از نتایج دیگر تأثیر کم جذب برروی فشار است.

اعتقاد بر آن است که تغییرات پارامترهای همودینامیکی نظیر تنش های برشی ناشی از عبور جریان خون و تنش ها (یا کرنش های) محیطی دیواره ناشی از فشار خون از طریق بارگذاری سلول های اندوتلیال در شکل گیری و توسعه بیماریهایی نظیر آتروسکلروسیس دخالت دارند. با شروع و توسعه بیماری آتروسکلروسیس، سطح مقطع داخلی شریان کاهش یافته، گرفتگی های شریانی شکل گرفته و موجب پیچیدگی الگوهای همودینامیکی می شوند. در حالیکه برخی از مطالعات صرفا پارامترهای همودینامیکی نظیر متوسط زمانی تنش برشی و شاخص برش نوسانی (osi ) را مرتبط با ضخیم شدگی و شروع بیماری دیواره دانسته اند، مطالعات دیگری نیز وجود دارند که در آنها ارتباطی بین الگوهای تنش برشی و ضخیم شدگی دیواره نمی توان یافت. یکی از دلایل این اختلاف را می توان تمرکز این مطالعات صرفا بر روی تنش برشی سیال دانست. زیرا برخی از مطالعات نشان داده اند که پاسخ های مورفولوژیکی و بیوشیمیایی سلول های اندوتلیالی که تحت تاثیر همزمان تنش برشی وتنش (یا کرنش) محیطی (که می توان توسط پارامتر همودینامیکی زاویه فاز تنش آنرا بیان نمود) قرار می گیرند، متفاوت با پاسخ آنها به تک تک تنش هاست. از طرف دیگر پیچیدگی الگوهای همودینامیکی نیز خود ممکن است بر روی همبستگی پارامترهای همودینامیکی تاثیرگذار باشد. لذا در این رساله تاثیر افزایش پیچیدگی الگوهای همودینامیکی بر روی تغییرات زاویه فاز تنش و همبستگی آن با پارامترهایی نظیر متوسط زمانی تنش برشی و شاخص برش نوسانی از طریق افزایش درصد و تعداد گرفتگی ها و با استفاده از روش های عددی مبتنی بر در نظر گرفتن اندرکنش سیال-جامد و استفاده از فرض سیال غیرنیوتنی مطالعه شده است. برای شبیه سازی رفتار گذرا در سیستم شریانی از داده های آزمایشگاهی برای شریان کرونری استفاده شده است. جهت بدست آوردن داده های آزمایشگاهی یک سیستم آزمایشگاهی با توانایی شبیه سازی شرایطی نزدیک به شرایط فیزیولوژیک جریان خون در شریان طراحی شده است. شبیه سازی های عددی نیز توسط نرم افزار adina 8.2 انجام شده است. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهند که هر عاملی که موجب افزایش پیچیدگی الگوهای همودینامیکی شود، می تواند بر همبستگی پارامترهای همودینامیکی نظیر متوسط زمانی تنش برشی، شاخص برش نوسانی و زاویه فاز تنش تاثیر گذار باشد به گونه ای که افزایش پیچیدگی جریان می تواند منجر به ایجاد نواحی شود که اگرچه در آنجا متوسط تنش برشی بیشتر از pa 1 و شاخص برش نوسانی مساوی صفر است، حال آنکه زاویه فاز تنش مقدار منفی بزرگی دارد و نشان می دهد که حتی در این نواحی امکان توسعه بیماری وجود دارد. علاوه براین نتایج نشان می دهند که رشد هریک از پلاک های متوالی با تاثیر گذاری بر روی زاویه فاز تنش می تواند بر پایداری و یا ناپایداری پلاک دیگر تاثیر بگذارد. همچنین از آنجا که تغییرات هندسی ناشی از وجود پلاک ها و تعامل سیال (خون) با جامد ( یعنی پلاک و دیواره) می تواند منجر به تغییرات قابل توجهی در میدان سرعت و فشار و در نتیجه تنش برشی سیال و تنش (یا کرنش) دیواره شود، تاثیر حضور گرفتگی های متوالی مجاورهم بر روی تغییرات پارامتر های همودینامیکی نظیر تنش برشی سیال، تنش (یا کرنش) دیواره و زاویه فاز تنش مطالعه شده است. در این راستا ابتدا تاثیر هندسه گرفتگی ها، افزایش درصد و تعداد آنها و نیز تاثیر سخت شدن پلاک ها بر روی نحوه تغییرات تنش های برشی سیال و تنش ها (یا کرنش های) دیواره در حالت پایا و سپس تاثیر برخی از این فاکتورها بر روی تغییرات پارامترهای همودینامیکی نظیر متوسط زمانی تنش برشی، شاخص برش نوسانی و زاویه فاز تنش با استفاده از شکل موج های فشار و جریان پالسی فیزیولوژیکی موجود برای شریان کاروتید در حالت ناپایا مطالعه شده است. نتایج بدست آمده برای انواع گرفتگی ساده و متوالی مجاورهم متقارن و نامتقارن در هر دو حالت جریان پایا وناپایا نشان می دهند که به دلیل کاهش تنش برشی، افزایش شاخص برش نوسانی و منفی تر شدن زاویه فاز تنش در ناحیه پایه پلاک های نامتقارن، این نوع پلاک ها و مخصوصا پلاک های متوالی مجاورهم نامتقارن در مقایسه با پلاک های متقارن بیشتر مستعد ناپایداری و به دلیل پایین بودن مینیمم تنش های دیواره بیشتر مستعد متراکم شدن و در نتیجه شکست هستند. در صورت رشد این نوع پلاک ها به درصدهای بالای گرفتگی نیز ماکزیمم تنش برشی در آنها بیشتر از پلاک های متقارن بوده و لذا بیشتر مستعد سایش و درنتیجه ایجاد ترومبوس هستند. همچنین بزرگتر بودن ناحیه جریان برگشتی، بزرگتر بودن شاخص برش نوسانی بعد از دومین نقطه ماکزیمم این شاخص و نیز منفی تر بودن زاویه فاز تنش در ناحیه بعد از پلاک های نامتقارن و مخصوصا پلاک های متوالی نامتقارن نشان دهنده بالاتر بودن احتمال توسعه پلاک و شکل گیری پلاکی جدید در ناحیه بعد از پلاک های نامتقارن در مقایسه با پلاک های متقارن است. نتایج بررسی تاثیر سخت شدن پلاک ها نیز نشان دهنده افزایش شدید تمرکز تنش در مرز پلاک ودیواره ، کاهش تنش حداقل، افزایش تنش برشی در قله گرفتگی وافزایش فشار در پروکسیمال گرفتگی نسبت به حالت نرمال می باشد که شرایط نامطلوبی نسبت به حالت نرمال است.

چکیده: این پایان نامه به کاربرد حل روش عددی شبکه بولتزمن درشبیه سازی جریان سیال غیرنیوتنی بر روی مرز منحنی می پردازد.در این راستا، ضمن معرفی روش شبکه بولتزمن در حل جریان سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی، انواع معادلات ساختاری که برای سیالات غیرنیوتنی ارایه شده نیز مورد بررسی قرار گرفته است و حل های تحلیلی برای انواع این سیالات در جریان داخل کانال ارایه شده است. در این پایان نامه برای مدل کردن سیال غیرنیوتنی از مدل توانی استفاده شده است. مدل توانی یکی از مدل های پرکاربرد برای سیالات غیرنیوتنی بخصوص پلیمرهای صنعتی است. در شبیه سازی حاضر نحوه بکارگیری روش شبکه بولتزمن بر روی مرز مستقیم و مرز منحنی توضیح داده شده و انواع روش های ارایه شده برای در نظر گرفتن مرز جامد منحنی شکل در سیال بیان شده است. به عنوان اولین مسیله که توسط حل روش بولتزمن ارایه شده است، یک کانال ساده در نظر گرفته شده و با توجه به شرط مرزی سرعت یکنواخت در ورودی و گرادیان سرعت صفر در خروجی، سرعت خط مرکزی برای سیال غیرنیوتنی با مدل توانی و برای مقادیر مختلفی از شاخص مدل توانی بدست آمده است. در این مسیله پروفیل های سرعت توسعه یافته در کانال برای مقادیر مختلفی از شاخص مدل توانی با حل های تحلیلی مقایسه شده اند. قسمت اصلی این پایان نامه به شبیه سازی جریان سیال غیرنیوتنی با مدل توانی حول یک استوانه اختصاص دارد. میدان سرعت در کانال و ضریب درگ روی استوانه از مهمترین پارامترهای محاسبه شده در این شبیه سازی هستند. برای اعمال شرط عدم لغزش روی سطح منحنی از روش میان یابی توابع توزیع احتمال استفاده شده است. نیروی وارد بر استوانه از روش تغییر مومنتوم بدست آمده و با نتایج حل های محققان قبلی مقایسه شده است. مسیله سوم بررسی حرکت استوانه در یک کانال در جریان سیال غیرنیوتنی است. این مسیله در دو دستگاه مرجع مختصات، یکی متصل به جسم متحرک و دیگری مرجع مختصات ثابت بررسی شده و نتایج با هم مقایسه شده اند. همچنین نیروی مقاوم حاصل از حرکت استوانه در جریان سیالات غیرنیوتنی با جریان سیال نیوتنی مقایسه شده است.در نهایت، جریان سیال نیوتنی عبوری از روی دو استوانه در کنار هم توسط حل روش شبکه بولتزمن شبیه سازی شده و نیروی درگ روی استوانه ها بدست آمده است. انطباق مناسب روش شبکه بولتزمن با نتایج داده های دیگر محققان گویای توانایی مناسب این روش در تحلیل جریان سیالات غیرنیوتنی بر روی مرز منحنی است.

با پیشرفت و گسترش صنعت و تکنولوژی و استفاده از سوخت های فسیلی به عنوان تامین کننده ی اصلی انرژی منجر به افزایش آلاینده های موجود در اتمسفر شده است. مشکلات ناشی از این آلاینده ها بشر را ناگزیر به تحقیق پیرامون کاهش یا حذف کامل این آلاینده ها نمود. در این راستا تحقیقات محققان منجر به ابداع انواع متنوع فیلتر ها با کاربرد و کارایی مختلف شده است. در میان انواع فیلتر ها، فیلتر های لیفی به ویژه فیلتر های بی بافت به دلیل ارزان بودن، در دسترس بودن مواد اولیه، انعطاف پذیری و سهولت در تولید و در عین حال کارایی و ضریب اطمینان عملکردی بالا از توجه بیشتر برخوردار شده اند. در دو دهه اخیر با ظهور و رشد نانوتکنولوژی و ورود آن به حوزه منسوجات بی بافت سبب تولید فیلتر های نانولیفی شده است. این فیلتر ها بدلیل دار بودن الیاف هایی با قطر بسیار پایین، سطح مخصوص بالا، استحکام قابل قبول، انعطاف پذیری بالا، نفوذ پذیر بالا و وزن واحد سطح پایین تر نسبت به سایر فیلترها،از راندمان و کیفیت بسیار بالایی برخوردار هستند. این ویژگی ها سبب گردیده تا امروزه فیلتر های نانولیفی به عنوان یک گزینه ی امید بخش در کاهش ذرات معلق هوا و بهبود کیفیت هوا تلقی گردد. در این تحقیق با توجه به اهمیت و کاربرد این فیلتر ها به بررسی عوامل موثر بر راندمان و کیفیت آنها پرداخته می شود. بدین منظور تعداد ??وب نو الیاف پلی اکریلونیتریل با متوسط اندازه قطر ??? نانومتر و با چهار وزن واحد سطح مختلف بر روی زیر لایه پلی اورتان پوشش داده شده با کربن فعال الکتروریسی شد. شرایط الکتروریسی با توجه به تحقیقات پیشین انتخاب شد. جهت ارزیابی کارایی فیلتر ها از دستگاه سنجش فیلتر مجهز به دستگاه شمارنده ذرات و دستگاه تولید کننده ذرات موجود در سازمان انرژی اتمی ایران استفاده گردید. تاثیر عواملی چون افت فشار، سرعت هوا و وزن واحد سطح فیلتر نانو لیفی بر روی راندمان و کیفیت فیلترهای نانولیفی تهیه شده توسط این دستگاه مورد ارزیابی قرار گرفت. مورفولوژی سطحی وب نانو الیاف در حین عمل فیلترینگ توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. به منظور بررسی تاثیر ابعاد قطر نانو الیاف بر روی افت فشار و راندمان از نرم افزار فلوئنت و نرم افزار گمبیت به عنوان پیش پردازنده ی نرم افزار فلوئنت استفاده شد. افت فشار و راندمان فیلتر دو ویژگی مهم جهت تعیین کیفیت فیلتر می باشند. فیلتر با راندمان بالا و افت فشار پایین دارای کیفیت بهتری می باشد.. با افزایش سرعت هوا در سطح فیلتر به دلیل کاهش مدت زمان حضور ذرات در اطراف الیاف شانس برخورد ذرات کاهش یافته و راندمان کاهش می یابد. با افزایش وزن واحد سطح وب نانوالیاف فاکتور پوشش افزایش می یابد و در نتیجه شانس برخورد ذرات افزایش یافته و راندمان فیلتر افزایش می یابد. فاکتور کیفیت فیلتر به عنوان شاخصی های معتبر جهت سنجش فیلتر با افزایش وزن واحد سطح فیلتر و افزایش سرعت هوا در سطح فیلتر که با کاهش راندمان و افزایش افت همراه می باشد باعث کاهش فاکتور کیفیت می شود.

هدف از تحقیق حاضر شبیه سازی جریان سیال در هندسه هایی با ابعاد ریز با استفاده از روش شبکه بولتزمن و توسعه این روش برای جریان هایی با اعداد نودسن بالاست. جریان سیال در هندسه هایی با ابعاد ریز رفتار کاملا متفاوتی با جریان سیال در ابعاد معمول دارد. از جمله خصوصیات این جریان ها می توان به پدیده هایی همچون لغزش بر روی سطوح جامد و رقت گاز در طول میکروکانال اشاره نمود. با توجه به گسترش سیستم های میکرو الکترو مکانیکی در دهه های اخیر، حل عددی مسایل مربوط به میکرو و نانوجریان ها مورد توجه محققان قرار گرفته است. از آنجاییکه روش شبکه بولتزمن بر مبنای تیوری جنبشی گازها استوار است، بنظر می رسد که این روش ابزار بسیار مناسبی برای شبیه سازی این جریان ها باشد. در تحقیق حاضر ضمن بررسی توانایی مدل های مختلف ارایه شده در روش شبکه بولتزمن برای حل میکرو جریان ها، یک مدل جدید برای زمان آرامش پیشنهاد شده است. این مدل مبتنی بر اصلاح زمان آرامش بر اساس ویسکوزیته موثر سیال است که قادر به شبیه سازی جریان در رژیم های لغزشی و گذار می باشد. همچنین، مقدار لغزش محاسبه شده در شرط مرزی پخش مولکولی و شرط مرزی لغزشی- انعکاسی با استفاده از زمان آرامش جدید با مدل های مرتبه بالاتر شرط مرزی انطباق دارد. جهت ارزیابی روش حل، پروفیل سرعت جریان در یک کانال با اعمال اختلاف فشار در دو سر کانال و در گستره اعداد نودسن از 001/0 تا 10 با نتایج دیگر روش های عددی مقایسه شده است که انطباق خوبی بین نتایج وجود دارد. کاهش ابعاد کانال در حدود ابعاد مولکولی، موجب افزایش اثر نیروهای بین مولکولی جامد- سیال بر روی مولکول های سیال در نزدیکی دیواره کانال می شود، که در تحقیق حاضر این موضوع لحاظ شده است. همچنین اثر پدیده رقت در میکروکانال با رسم توزیع فشار در طول کانال نشان داده شده است. تغییرات فشار در طول میکرو کانال بصورت غیرخطی می باشد که با افزایش اختلاف فشار در دو سر کانال، میزان انحراف افزایش می یابد. از دیگر پدیده های شاخص در میکرو جریان ها در رژیم گذار، پدیده مینیمم نودسن است که با رسم نمودار دبی حجمی برحسب عدد نودسن انتهای کانال، در حدود عدد نودسن 1 مشاهده شده است. همچنین نتایج با تیوری دینامیک گازها و روش بولتزمن خطی مقایسه شده است که انطباق بسیار خوبی بین نتایج وجود دارد.

روش شبکه بولتزمن روشی با مبنای ذره ای-جنبشی است که برای شبیه سازی جریان سیالات مورد استفاده قرار می گیرد. مهمترین مزیت این روش نسبت به روش های سنتی دینامیک سیالات محاسباتی، صریح بودن معادله اصلی حاکم بر آن، سادگی اعمال شرایط مرزی گوناگون و قابلیت ذاتی موازی سازی پردازش مسیله می باشد. که آن را به روشی مناسب برای شبیه سازی جریان های متنوع و پیچیده سیال تبدیل می نماید. یکی از مسایل مهمی که در دینامیک سیالات محاسباتی مورد توجه قرار می گیرد، تحلیل حرکت اجسام جامد درون میدان سیال می باشد. با توجه به خصوصیات روش شبکه بولتزمن، این روش ابزار مناسبی برای تحلیل جریان های سیال با مرز متحرک می باشد. در این پایان نامه ابتدا شرایط مرزی مختلف و چگونگی اعمال آنها مورد بررسی قرار می گیرد. برای اعمال شرط عدم لغزش روی دیواره های جامد از شرط مرزی کمانه کردن روی خطوط شبکه استفاده می شود. یکی از مسایل مهم در بررسی حرکت اجسام درون سیال، محاسبه نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر آن ها است. در این تحقیق، دو روش اصلی محاسبه نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر اجسام درون سیال یعنی روش انتگرال تنش روی سطح جسم و روش جدید تبادل ممنتوم بررسی می گردند. در تحلیل جریان های پایه مانند جریان ناشی از اختلاف فشار درون کانال و جریان عبوری از روی یک دسته استوانه، مزیت های روش تبادل ممنتوم مانند دقت بالاتر، هماهنگی با ساختار ذره ای روش شبکه بولتزمن و از همه مهمتر سرعت و سهولت استفاده از آن به بررسی می شود. در پایان با استفاده از شرط مرزی کمانه کردن بر روی خطوط شبکه برای اعمال شرط مرزی مرز متحرک روی دیواره جسم و با استفاده از روش محاسبه نیروی تبادل ممنتوم، حرکت یک استوانه متحرک درون کانال هایی با دیواره های ثابت و متحرک ( جریان کویت) و در دو چارچوب مرجع مختلف متصل به استوانه و متصل به دیواره کانال بررسی می شود و نیروهای وارد بر استوانه در هر دو حالت با هم مقایسه شده وگالیله ای نامتغیر بودن روش شبکه بولتزمن بررسی می گردد.

در این پایان نامه هدف شبیه سازی عددی حرکت و تغییر شکل قطره بر روی سطح و بررسی مدل های کشش می باشد. مطالعه در مورد قطرات در علوم و مهندسی دارای کاربرد و اهمیت زیادی است. یکی از این مسایل وجود قطرات بر روی سطح کاتدی در پیل های سوختی دارای غشاء مبادله کننده ی پروتون می باشد. در این پیل های سوختی مدیریت آب اهمیت ویژه ای دارد و وجود قطرات آب باعث کاهش عملکرد پیل سوختی می شود. بنابراین با استفاده از یک فن کوچک الکتریکی قطرات آب ایجاد شده بر روی سطح را جاروب می کنند. به منظور شبیه سازی جریان قطره به روش عددی از یک کد کامپیوتری که جریان سطح مشترک را به صورت سه بعدی حل می کند استفاده شده است. معادلات ناویر استوکس به روش حجم محدود با استفاده از روش گام جزیی به صورت صریح و با کمک روش چند شبکه ای در یک شبکه ی جابجا شده ی کارتزین حل می شود و سطح مشترک سیال با استفاده از روش plic-vof مدل می شود. نتایج به دست آمده در این پایان نامه در چهار بخش عمده تقسیم می شود. ابتدا چهار روش عددی برای مدل کردن کشش سطحی بر روی کد کامپیوتری موجود اعمال شده و یک قطره ی ساکن به منظور بررسی توزیع فشار و جریان های پارازیتی، شبیه سازی شده است. جریان های پارازیتی به علت اعمال نیروی کشش سطحی در مسایل سطح مشترک شبیه سازی شده با روش های اویلری ایجاد می شوند. نتایج به دست آمده با مطالعات پیشین مقایسه شده سپس با مقایسه ی توزیع فشار داخل و خارج قطره و مقایسه ی جریان های پارازیتی در این چهار روش ، دقیق ترین روش برای مدل کردن کشش سطحی، یعنی روش sgip برای مطالعات آتی برمی گزیده شده است. سپس با هموار کردن شکل قطره در شرایط اولیه باعث کاهش جریان های پارازیتی شده و نتایج حاصل بهبود یافته است. در قدم بعدی جریان های پارازیتی ناشی از اعمال نیروی کشش سطحی مطالعه گردیده و اثر پارامترهای مختلف چون اندازه ی شبکه، اندازه ی قطره، لزجت و چگالی بر این جریان ها برای یک قطره ی ساکن بررسی شده است. سپس حرکت قطره روی سطح شیب دار پس از برخورد قطره با سطح بررسی شده است. بدین منظور، ابتدا مدل زاویه تماس دینامیکی برای یک مورد که نتایج تجربی و عددی آن موجود است، اعمال شده و نتایج به دست آمده را با نتایج موجود مقایسه کرده ایم. پس از اطمینان از صحت نتایج به دست آمده، اثر سرعت برخورد قطره با سطح شیب دار و زاویه ی سطح شیب دار بررسی شده است. سپس حرکت قطره روی سطح در اثر جریان سیال شبیه سازی شده است. در این راستا ابتدا به مطالعه ی شبکه پرداخته سپس اثر پارامترهای مختلف، از جمله اندازه ی قطره، زاویه تماس، نسبت چگالی ها، لزجت و سرعت سیال، بر تغییر شکل و حرکت قطره با مقایسه ی شکل قطره و بررسی سرعت مرکز جرم قطرات در طول زمان برای سیزده مورد شبیه سازی شده، بررسی شده است. در نهایت شبیه سازی جریان برای محدوده ای از اعداد بی بعد صورت گرفته و به رابطه ای برای سرعت حرکت قطره بر حسب عدد وبر در محدوده ی مورد مطالعه به دست آمده است.

سیالات پایه، مانند آب، ضرایب رسانایی ضعیفی داشته و این یکی از مشکلات سیالات به عنوان سیال عامل می باشد. نانوسیالات، مخلوطهای رقیق نانو ذرات در آب، بر اساس نتایج آزمایشات ضرایب رسانایی گرمایی بسیار بالاتری در مقایسه با سیالات معمولی دارند و می توانند جایگزین مناسبی برای کارکردهای گرمایی باشند. افزودن نانو ذرات از جهات بسیاری در خواص سیال پایه تغییراتی به وجود می آورد. این تفاوت ها با تیوری های موجود بعضا مطابقت نداشته و تدوین توری های لازم برای درک بهتر مکانیزم های حاکم در تعیین رفتار نانوسیالات، افق های بیشتری را در زمینه استفاده از آن ها فراروی قرار می دهد. در این پروژه با شروع از تیوری جنبشی، نقش حرکت براونی نانو ذرات و تشکیل خوشه های حاصل را در افزایش ضریب رسانایی مدل سازی تیوری خواهیم کرد. نانو ذرات در مقایسه با ذرات میکرو میلیمتری حرکت براونی بسیار سریعتری دارند. این حرکت براونی سبب حابجایی سیال مجاور به علت اثرات ویسکوز و تشدید اختلاط می شود. نشان خواهیم داد که چگونه این اختلاط میکرو سبب افزایش ضریب رسانایی خواهد شد. همچنین اثر نیروهای جاذب و دافع بر پایداری نانوسیال و خوشه ای شدن آنها بررسی می شود. نتایج نشان می دهند، هر چه نانوسیال در برابر خوشه ای شدن نانو ذرات پایدارتر باشد، ضریب رسانایی نیز بالاتر خواهد بود. همچنین نتایج نشان می دهند که در یک غلظت و دمای معین شعاع بهینه ای برای نانو ذرات وجود دارد. مدل حاضر ضمن اینکه وابستگی ضریب رسانایی نانو سیالات به عواملی مانند ph، دما، اندازه و غلظت نانو ذرات و همچنین عواملی مانند ثابت همیکر، بار سطحی، جنس نانو ذرات و سیال پایه را پیش بینی می کند، قادر است بسیاری از تناقضات مشاهده شده در آزمایش ها را هم توجیه نماید . این اولین مدلی است که توانایی پیش بینی موارد فوق را دارد. نتایج نشان داد که دستیابی به موارد فوق تنها در صورتی امکان پذیر است که تأثیر حرکت براونی به همراه خوشه ای شدن به صورت همزمان در نظر گرفته شود.

در این پروژه، هندسه ی بهینه سیستم های انشعابی با الهام از سیستم گردش خون به عنوان سیستم بهینه بیولوژیکی بررسی می شود. از یک هندسه y شکل، متشکل از یک شاخه ی مادر و دو شاخه دختر، برای مطالعه استفاده می شود. برای نمونه می توان به کاربرد انشعاب y شکل در سیستم گردش خون، شاخه های درختان، بستر رودخانه ها اشاره کرد. در این مطالعه، رابطه بهینه میان قطرهای شاخه های دختر و مادر و زاویه ی بهینه انشعاب بررسی شدند. از تنش برشی به عنوان پارامتر اصلی جهت بهینه سازی استفاده شد. همچنین، توزیع بهینه تنش برشی در سیستم گردش خون و تاثیر آن بر روی هندسه عروق بررسی شد. برای سیالات نیوتونی از قانون پواسل و برای سیالات غیرنیوتونی از مدل قانون توانی در رژیم جریان آرام استفاده شد. با استفاده از مینیمم سازی انرژی متشکل از اتلاف انرژی به دلیل اثر لزجت و اتلاف انرژی متابولیکی سیالات بیولوژیکی اینگونه نتیجه گرفته شد که در حالت بهینه صرف نظر از نیوتونی و یا غیرنیوتونی بودن سیال، تنش برشی در سرتاسر سیستم انشعابی ثابت است. با استفاده از قانون بقای جرم و توجه بدین نکته که در حالت توزیع تنش برشی بهینه دبی حجمی سیال با قطر انشعاب به توان سوم رابطه مستقیم را داراست، رابطه بهینه میان قطرها استخراج شد. همچنین، رابطه توزیع بهینه تنش برشی در رژیم جریان مغشوش با استفاده از ضریب اصطکاک بدون بعد برای لوله های صاف و زبر با جریان آرام مقایسه شد. در جریان مغشوش توزیع تنش برشی ثابت نبوده بلکه با قطر شاخه ها و زبری سطوح دارای رابطه می باشد. با استفاده از تئوری ساختاری نیز به مینیمم سازی مقاومت جریان پرداخته شد که به همان رابطه بهینه میان قطرها منجرشد. همچنین تاثیر توزیع تنش برشی برای جریان های آرام و مغشوش بر روی اتلاف انرژی در اثر لزجت بررسی شد. نشان داده شد که در حالت توزیع بهینه تنش برشی، صرف نظر از آرام و یا مغشوش بودن جریان، اتلاف انرژی در اثر لزجت به طور مستقیم با حجم مجاری انتقال دارای رابطه مستقیم می باشد. همچنین، با استفاده از مینیمم سازی حجم رابطه ای برای زاویه انشعاب بهینه انشعاب ارایه شد. همچنین، با استفاده از مدل قانون توانی رابطه ای برای قطرها و زاویه انشعاب در حالت توزیع غیر بهینه تنش برشی ارایه شد. مطابق رابطه ارایه شده، زمانیکه تنش برشی در شاخه دختر نسبت به شاخه مادر افزایش می یابد زاویه انشعاب می باید نسبت به زاویه بهینه انشعاب در حالت بهینه، توزیع تنش برشی ثابت، کاهش یابد. همچنین، در این پایان نامه تاثیر عدد رینولدز برروی روابط استخراج شده بررسی می شود. هندسه های بررسی شده مشابه هندسه رگ آئورت و آرتریول انتخاب شدند. نتایج حاصل از شبیه سازی سه بعدی نشان داد که برای اعداد رینولدز کوچک، مقاومت جریان زمانی حداقل می شود که قطرهای شاخه های دختر و مادر از رابطه بهینه ارایه شده برای قطرها پیروی کند. شبیه سازی سه بعدی هندسه آئورت نشان داد که در اعداد رینولدز بالا در مقایسه با اعداد رینولدز پائین رفتار متفاوتی در رابطه با مقاومت جریان مشاهده می شود. در اعداد رینولدز بالا، مقاومت مینیمم زمانی مشاهده شد که قطرهای شاخه های مادر و دختر با یکدیگر برابر باشند. شبیه سازی اتلاف انرژی نیز نشان داد که برای اعداد رینولدز کم زمانی که زاویه انشعاب از رابطه بهینه پیروی کند، اتلاف انرژی مینیمم می شود.

چکیده در این پایان نامه به کاربرد روش عددی شبکه بولتزمن در شبیه سازی جریان سیالات غیر نیوتنی و به طورخاص در شبیه سازی جریان خون به عنوان یک سیال غیرنیوتنی پرداخته شده است. این رساله ضمن ارایه معرفی مختصری راجع به روش شبکه بولتزمن، برخی از معادلات ساختاری که برای سیالات غیر نیوتنی ارایه شده را معرفی می نماید. در این بین، معادلات ساختاریی که تاکنون جهت شبیه سازی جریان خون به کار رفته اند بیشتر مورد توجه بوده و در صورت امکان معادله حل تحلیلی این معادلات در جریان داخل کانال یا لوله استخراج شده است. همچنین علت غیر نیوتنی بودن رفتار خون و نقش سلولهای خونی در این امر و پارامتر های موثر در این رفتار، با کمک اطلاعات آزمایشگاهی که توسط محققین دیگر ارایه شده، بیان شده است. در شبیه سازی هایی که به کمک روش شبکه بولتزمن صورت گرفته، ابتدا جریان نیوتنی بین دو صفحه تخت، با شرایط مرزی متفاوت به عنوان مساله نمونه مد نظر گرفته شده و نتایج حل عددی ارایه شده است. در ادامه استخراج معادلات حرکت سیال غیر نیوتنی از معادلات شبکه بولتزمن شرح داده شده و نتایج حل عددی حاصل از شبیه سازی جریان خون، با استفاده از پنج معادله ساختاری غیر نیوتنی ارایه شده است. همچنین اثر پارامتر های مختلف بر دقت و سرعت حل عددی و مقایسه نتایج مدل های مختلف غیرنیوتنی، از دیگر مطالب ارایه شده در این پایان نامه می باشند. در انتها روش برنامه نویسی موازی به کمک روش شبکه بولتزمن تبیین شده و ابزار پردازش موازی نرم افزار matlab معرفی شده است. لازم به ذکر است که کاربرد روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی جریان خون به کمک روش شبکه-بولتزمن در دو مدل از پنج مدل مذکور، استخراج معادلات حرکت سیالات غیر نیوتنی از معادلات شبکه بولتزمن و حل عددی جریان غیر-نیوتنی با استفاده از شرایط مرزی سرعت ورودی از جمله نوآوری های این پایان نامه به حساب می آید.

هدف از انجام این پایان نامه شبیه سازی فرایندهای پخش ، انتقال و رسوب ذرات جامد در میدان جریان سیال می باشد.به همین منظور با بکارگیری یک روش اویلری – لاگرانژی میدان سیال را با استفاده از نگرش اویلری حل نموده و رفتار ذرات جامد را در مختصات لاگرانژی مورد مطالعه قرار می دهیم. همچنین اثرات متقابل دو فاز را در مواقع لزوم بصورت جملات چشمه و چاه در معادلات ناویر استوکس وارد می کنیم. در حالتی که جریان مغشوش بصورت غیر ایزوتروپ مدل می شود(مدل جبری تنش رینولدز ) برنامه کامپیوتری نوشته شده با دقت خوبی نتایج آزمایشگاهی و عددی دیگران را پیش بینی می کند و در حالتی که جریان مغشوش به صورت ایزوتروپ شبیه سازی شود.( ) چنین تطابقی وجود ندارد.در ادامه به واکنش ذره و دیواره می پردازیم و به شرایط لازم برای غلتش و لغزش و چسبیدن ذره بروی سطح در دو مدل ارایه شده برای جریان روی ذره در تماس با ذره می پردازیم. سپس به حل ردیابی ذرات در جریان پشت پله پرداخته و به مقایسه نوسانات سرعت و طول ناحیه برگشتی و سرعت ذرات برای دو مدل جریان مغشوش می پردازیم ونتایج نشان می دهد که مدل غیر ایزوتروپ دقت بهتری دارد. در این پایان نامه به منظور بررسی رفتار ذرات در یک میدان کاملا غیر ایزوتروپ ، مانعی در مقابل جریان در یک کانال دو بعدی قرار می دهیم و برای ذرات با قطر میکرو و نانو به مطالعه فرایندهای پخش، انتقال و رسوب ذرات می پردازیم و اثر نیروهای مختلف از جمله نیروهای پسا و لیفت و جاذبه و براونین بررسی می شود. در ذرات با قطر نانو اثر نیروی براونین در پخش ذرات بیشتر است و ذرات با قطر کوچکتر بیشتر پخش می شوند. در جریان پشت پله طول نقطه سکون با مدل تنش رینولدز به نتایج تجربی نزدیکتر است. جریان سیال با استفاده از دو مدل مختلف توربولانس حل شده و با یک نرم-افزار تجاری مقایسه شده است. برای ذرات نانو با روش two way coupling به بررسی ردیابی ذرات پرداخته و اثر ذرات روی نوسانات سرعت و میانگین سرعت در جهت جریان را بررسی می کنیم. البته در این پایان نامه از یک کد اصلاح شده که نقش بسزایی در بهبود زمان همگرایی و کاهش تعدادتکرار دارد، استفاده شده است که در قسمت پیوست نتایج برای جریان انقباض ناگهانی و حفره (cavity) آورده شده است.

یکی از مهمترین اهداف در طراحی ایرفویل، تعیین هندسه ایرفویل براساس یک توزیع فشار مشخص در راستای دیواره ها می باشد، که طراحی معکوس شناخته می شود. در این روش، با توجه به توزیع سرعت یا توزیع فشار داده شده (هدف)، هندسه ایرفویلی مشخص می گردد که از لحاظ عملکرد آیرودینامیکی بهینه می باشد. هدف از این پژوهش، ارائه و توسعه یک روش نوین طراحی معکوس به نام پوسته الاستیک برای طراحی ایرفویل در رژیم های جریان مادون صوت و گذر صوت می باشد. همچنین، در این پایان نامه روش طراحی معکوس غشای انعطاف پذیر نیز ارائه شده است. در واقع هدف مشخص نمودن تفاوت روش غشای انعطاف پذیر با روش الگوریتم پوسته الاستیک می باشد. الگوریتم پوسته الاستیک یک روش تکراری با مبنای فیزیکی می باشد، که از ترکیب حلگر جریان و کد المان محدود تیر دوبعدی به عنوان الگوریتم اصلاح هندسه تشکیل شده است. در این پایان نامه از دو حلگر جریان استفاده شده است که عبارتند از: 1- کد غیرلزج دوبعدی، که در آن برای تحلیل میدان جریان معادلات اویلری به روش ausm حل شده اند. 2- نرم افزار فلوئنت. در روش ارائه شده، دیواره ایرفویل به صورت یک تیر خمیده انعطاف پذیر مدل شده است، که اختلاف توزیع فشار هدف و توزیع فشار موجود در هر مرحله از محاسبات، عامل تغییر شکل دیواره های ایرفویل می باشد که با نزدیک شدن به توزیع فشار هدف، این اختلاف فشار به صفر نزدیک شده و باعث توقف حرکت دیواره ها می شود. برای همگرائی به هندسه مورد نظر، در هر مرحله تغییر شکل دیواره لازم است تنش های داخلی تیر صفر شوند. در این پژوهش، عملکرد روش طراحی معکوس پوسته الاستیک با بررسی ایرفویل های مختلف در رژیم های جریان مادون صوت و گذر صوت مورد ارزیابی قرار می گیرد، که توانمندی روش در حضور جدایش جریان و شوک عمودی اثبات می شود. سپس مثال های طراحی متنوعی در رژیم جریان لزج و غیرلزج ارائه شده است که انعطاف پذیری وکارایی روش را نشان می دهد. همچنین، روش ارائه شده باید قابل رقابت یا ارزانتر از روش های موجود تکراری از دیدگاه هزینه محاسباتی و هزینه پیاده سازی باشد، بدین منظور نرخ همگرایی روش ارائه شده با نرخ همگرایی روش های غشای انعطاف پذیر و گلوله-اسپاین مقایسه شده است. نتایج نشان داد که روش ارائه شده نرخ همگرایی بالایی در رژیم جریان گذرصوت دارد. بنابراین، الگوریتم پوسته الاستیک ابزاری کارآمد در رژیم جریان گذر صوت می باشد. از دیگر مزایای روش توسعه یافته ابداعی در این پژوهش، می توان به فیزیکی بودن الگوریتم، نرخ همگرایی بالا و ترکیب سریع و آسان آن با یک کد تحلیلی جامع و بهینه اشاره کرد.

یکی از مهم ترین دغدغه های کنونی پیش روی پژوهشگران و صاحبان صنایع در زمینه حل عددی مسائل مختلف در عرصه دینامیک سیالات محاسباتی، زمان و دقت انجام محاسبات می باشد. از جمله اقداماتی که به منظور رفع این موارد و رسیدن به اهداف مورد نظر انجام شده، تمرکز بر تدوین و توسعه الگوریتم ها و حلگرهای دقیق، سریع و پایدار برای حل معادلات جریان سیال بوده است. الگوریتم های حل معادلات به صورت جفت شده و فشار- مبنا، یکی از انواع این الگوریتم هاست که با بهره گیری از مزایای آن می توان تا حد چشمگیری از هزینه های محاسباتی در حل مسائل عددی مختلف کاست. هدف از انجام پژوهش حاضر، تدوین یک الگوریتم جفت شده فشار- مبنا برای حل معادلات جریان سیال تراکم ناپذیر آرام دوبعدی بر روی شبکه های هم مکان و پیاده سازی آن در بسته نرم افزاری openfoam می باشد. در این پژوهش، به بررسی تاثیر استفاده از این دسته از الگوریتم ها در مقایسه با حلگرهای جداشده متداول مانند روش سیمپل پرداخته شده است. جفت شدگی ضمنی سرعت- فشار با استخراج یک معادله فشار در روندی مشابه با الگوریتم جداشده سیمپل و با استفاده از روش میان یابی ری- چاو و گنجاندن ضرایب معادلات مومنتوم و پیوستگی در یک ماتریس قطری غالب انجام می شود. دستگاه تعمیم یافته معادلات مومنتوم و پیوستگی به طور همزمان حل شده و همگرایی آنها با استفاده از یک حلگر خطی تکراری سرعت بخشیده می شود. برای حلگر خطی دستگاه معادلات جفت شده از الگوریتم مشهور gmres استفاده کرده و به دو صورت مجزا در حل مسائل مورد استفاده قرار می گیرد: حلگر gmfoam که به صورت یک کلاس مجزا برای حل دستگاه معادلات بلوکی (با ساختار ldu، ساختار ذخیره 5 آرایه ای شامل 3 آرایه مقادیر و 2 آرایه آدرس دهی) در داخل نرم افزار openfoam پیاده سازی و استفاده شد و حلگر mgmres که از یک کتابخانه ثانویه (با ساختار ذخیره ماتریس پراکنده cr با استفاده از 3 آرایه برای ذخیره مقادیر، شماره سطر و شماره ستون درایه ها) در کنار نرم افزار مورد استفاده قرار گرفت. بدین ترتیب، امکان انتخاب بیشتری برای کاربر در هنگام انتخاب حلگر دلخواه خود فراهم خواهد بود. عملکرد روش جفت شده، برای مقایسه با روش جداشده که به عنوان نمونه از روش سیمپل استفاده شده، با حل 4 مسئله جریان آرام (شامل مسائل حفره مربعی، حفره شیبدار، مخزن مربعی و کانال t-شکل) با استفاده از هر دو روش سنجیده شده و از نظر هزینه های محاسباتی با هم مقایسه شده است. تعداد مراحل تکرار و همچنین، زمان لازم برای همگرایی مقادیر جواب تا 3 مقدار باقیمانده مختلف (10-5، 10-8 و 10-10) برای هر مسئله با استفاده از هر دو روش (3 حلگر خطی مختلف) به دست آمده است. نسبت تکرارهای مورد نیاز بین حلگرهای جفت شده و جداشده و نیز درصد کاهش زمان محاسباتی پردازنده در حلگر جفت شده محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که روش جفت شده اساساً هزینه های محاسباتی را (بالغ بر 88%) در مقایسه با روش جداشده، با نرخی که با افزایش اندازه شبکه افزایش می یابد، کاهش می دهد؛ بدین معنا که هرچه اندازه شبکه محاسباتی بزرگتر باشد، کاهش هزینه های محاسباتی با استفاده از حلگر جفت شده بیشتر خواهد شد.

در سال های اخیر مطالعات بر روی رفتار رئولوژیکی و انتقال حرارتی نانوسیالات به شدت رشد کرده و نتایج حاصل، پیشرفت های چشمگیری در این زمینه را حکایت می کند. این پژوهش به بررسی عددی انتقال حرارت و افت فشار جریان نانوسیال با سیال پایه آب و مخلوط آب-اتیلن گلیکول با نانوذرات اکسیدآلومینیوم و اکسیدمس می پردازد. به منظور افزایش هرچه بیشتر انتقال حرارت، در کنار استفاده ازنانوسیال مناسب، می توان از لوله با دیواره سینوسی متقارن محوری نیز بهره جست. در پژوهش حاضر، بررسی عددی برای سیال های پایه و نانوسیال با غلظت های حجمی مختلف و قطرنانوذره متفاوت درون لوله صاف و سینوسی انجام گرفته است. شبیه سازی در نرم افزار ansys cfx با اعداد رینولدز مختلف در محدوده جریان آرام انجام شده است. شرط مرزی شارحرارتی ثابت و یکنواخت دیواره بر مسئله حاکم است. نتایج نشان می دهد با افزایش عدد رینولدز و غلظت حجمی نانوذرات، ضریب انتقال حرارت جابجایی بهبود قابل توجهی دارد. در عدد رینولدز ثابت، ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال با ذرات اکسیدمس در غلظت حجمی بیش از %2 و هر دو قطر نانوذره بهبود بیشتری نسبت به اکسیدآلومینیوم دارد و با افزایش غلظت حجمی، این افزایش بیشتر نیز می شود. همچنین با افزایش غلظت حجمی ذرات، سیال پایه آب-اتیلن گلیکول نسبت به آب با هر دو نانوذره بویژه اکسیدمس افزایش ضریب انتقال حرارت بیشتری دارد. ضمنا ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال با دو نانوذره اکسیدمس و اکسیدآلومینیوم با افزایش قطرذرات کاهش می یابد. در عدد رینولدز و غلظت حجمی مشخص، با افزایش دامنه موج، انتقال حرارت جابجایی افزایش می یابد. بنابراین، لوله سینوسی عملکرد حرارتی جریان سیال پایه و نانوسیال را بهبود می بخشد. از طرفی باید متذکر شد که هر دو روش غیرفعال مورد استفاده در این تحقیق بر افزایش میزان افت فشار نیز دامن می زنند. برای تمامی سیال ها، با افزایش عدد رینولدز، میزان افت فشار جریان به طور قابل توجهی افزایش می?یابد. افزودن نانوذرات به سیال پایه منجر به افزایش افت فشار می شود و این روند افزایشی برای نانوسیال های با غلظت?های حجمی بالاتر ادامه پیدا می کند. البته ضریب اصطکاک سطحی بدون وابستگی به نوع نانوذره و غلظت حجمی نانوسیال از رابطه سیال پایه پیروی می کند و با افزایش رینولدز کاهش می یابد. اما در عدد رینولدز ثابت، با افزایش دامنه لوله سینوسی، ضریب اصطکاک افزایش می یابد. با استفاده از معیار ارزیابی عملکرد به بررسی اثر توام افزایش افت فشار و انتقال حرارت در جریان سیال پرداخته شد. معیار ارزیابی عملکرد نانوسیال در غلظت ثابت، همانند سیال خالص با افزایش عدد رینولدز کاهش می یابد. در عدد رینولدز ثابت نیز با افزایش غلظت حجمی ذرات معیار ارزیابی عملکرد کاهش می یابد. معیار ارزیابی عملکرد در لوله سینوسی با دامنه موج شدید کاهش می یابد ولی در دامنه های کم، لوله سینوسی حتی نسبت به لوله صاف عملکرد بهتری دارد.

بررسی فیلم سیال به دلیل کاربردهای فراوان آن در علوم بیوفیزیک، فیزیک و مهندسی و همچنین پدیده های طبیعی جالب توجه از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. این مبحث می تواند سیالات رایج مانند آب و روغن و مواد پیچیده تر نظیر پلیمر ها و مواد مذاب و همچنین مخلوط فازهای متفاوت را در بر گیرد. وقتی فیلم سیال تحت تاثیر شرایط مختلف مکانیکی و حرارتی واقع می شود پدیده های جالب توجهی را به نمایش می گذارد که از آن جمله می توان به انتشار امواج ، رشد امواج ، انگشتی شکل شدن و پراکنده شدن امواج اشاره نمود. از کاربردهای صنعتی این مبحث نیز می توان صنایع شیشه و آینه سازی و صنایع اپتیک و لیزر را نام برد. دیگر کاربردهای این بحث در مباحث روانکاری و چسب می باشد. در این پایان نامه با در نظر گرفتن سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی به بحث و بررسی برروی فیلم نازک سیال پرداخته شده است. در ابتدا با ساده سازی معادلات مومنتم و پیوستگی و استفاده از شرایط مرزی مناسب، رابطه ای برای تکامل سطح مشترک سیال در طول زمان ارائه شده است. این رابطه که با فرض نازک بودن فیلم سیال بدست آمده است، قابلیت پیش بینی رفتار لایه ی نازک سیال را تحت تاثیر نیروهای مختلف دارد. در بدست آوردن این رابطه، از مدل پاورلا برای مدلسازی رفتار سیال غیرنیوتنی استفاده شده است. بعد از آن از این رابطه استفاده شده و تغییرات سطح مشترک برای حالتی که یک اغتشاش پریودیک بر روی سطح سیال اعمال شود، در حضور نیروی وزن و کشش سطحی ثابت مورد بررسی قرار گرفته و رفتار سیال نیوتنی و غیرنیوتنی با هم مقایسه شده است. سپس به بررسی پدیده ی جالب توجه ناپایداری ریلی- تیلور پرداخته شده است. در این قسمت نیز رفتار سیال نیوتنی و غیرنیوتنی در شرایط مختلف و به ازای اعداد باند متفاوت با هم مقایسه شده است و نتایج نشان داده است که تکامل سطح آزاد سیالات شبه پلاستیک با سیالات نیوتنی و دیلاتنت متفاوت است. همچنین اثر طول موج اغتشاش بر تکامل سطح آزاد مورد بررسی قرار گرفته است.

الکترواسپری پدیده ی تولید قطرات به کمک میدان الکتریکی است.با توجه به کاربردهای وسیع فرآیند الکترواسپری در زمینه های مختلف، مطالعه این پدیده به کنترل بیش تر بر قطر قطرات تولید شده و رفتارهای الکتروهیدرودینامیک مایع خروجی از نازل می انجامد. با توجه به این که میدان الکتریکی در این فرآیند نقش مهمی دارد، ویژگی های الکتریکی و رسانایی سیال اسپری شونده نیز بسیار تاثیر گذار است. سیالات از نظر رسانایی الکتریکی به سه دسته ی سیالات رسانا، نارسانا و رسانایی ناچیز تقسیم می شوند، به همین منظور از استیک اسید، تولوئن و اتانول با خلوص 96 درصد برای بررسی نقش رسانایی الکتریکی این سیالات استفاده شده است. برای توصیف بهتر پارامترهای موثر در فرآیند، اعداد بی بعد حاکم بر فیزیک مساله تعیین شده اند. عدد بی بعد نسبت زمان آسودگی بارالکتریکی به زمان مشخصه ی هیدرودینامیکی برای بررسی اثر رسانایی الکتریکی، عدد بی بعد کپیلاری الکتریکی برای بررسی اثر میدان الکتریکی و عدد وبر برای بررسی اثر دبی جریان حجمی در نظر گرفته شده است. سیستم الکترواسپری استانداردی جهت انجام آزمایشات طراحی و ساخته شده و با استفاده از یک دوربین پر سرعت رویدادها به ثبت رسیده است. در نهایت آزمایشاتی طراحی شده است تا بتواند اثر رسانایی الکتریکی را در کنار تاثیر ولتاژ، فاصله ی دو الکترود و دبی حجمی جریان بر قطر قطرات و مدهای الکتروهیدرودینامیکی به صورت تجربی بررسی نماید. آزمایشات نشان می دهد که با افزایش عدد بی بعد نسبت زمان آسودگی بار الکتریکی به زمان مشخصه ی هیدرودینامیکی موجب افزایش سرعت مهاجرت بارهای الکتریکی از توده ی سیال به سطح مشترک سیال خروجی از نازل و سیال نارسانای اطراف می شود و بنابراین قطر قطرات کاهش پیدا می کند. همچنین مشاهده می شود که تنش مماسی که در سیال با رسانایی ناچیز بوجود می آید، تاثیر زیادی بر اندازه ی قطر قطرات تولید شده و مدهای الکتروهیدرودینامیکی خواهد داشت.

در این تحقیق، طراحی بهینه ی آیرودینامیکی یک دیفیوزر s-شکل انجام می شود. یکی از روشهای طراحی آیرودینامیکی روش طراحی معکوس است که شامل روش های تکراری و غیر تکراری می باشد. در این روش، هندسه مجرا مجهول و توزیع فشار در راستای دیواره ها معلوم می باشد. با بهینه سازی توزیع فشار دیواره ها هندسه حاصل از طراحی معکوس بهینه خواهد بود. از این رو کدکامپیوتری حل معادلات لایه مرزی به روش انتگرالی توسعه داده می شود. این روش یک روش یک بعدی بوده و مناسب برای جریان های مغشوش و تراکم پذیر با گرادیان فشار معکوس می باشد. سپس، به منظور بهینه سازی توزیع فشار، کد لایه مرزی با الگوریتم بهینه سازی ژنتیک که یک الگوریتم تصادفی است، ترکیب می شود. قیدهای مختلفی برای بهینه سازی درنظر گرفته می شود که ازجمله ی آن صفر بودن شیب توزیع فشار در ورود و خروج مجرا می باشد. هدف از بهینه سازی توزیع فشار دستیابی به حداکثر بازیابی فشار استاتیک بدون جدایش لایه مرزی می باشد. بهینه سازی توزیع فشار با استفاده از 6 و 8 نقطه ی کنترلی انجام می گیرد.منظور از نقاط کنترلی نقاط متغیر در الگوریتم ژنتیک می باشد. سپس با استفاده از تابع spline یک تابع از درجه سه می باشد، توزیع فشار بین نقاط بهینه شده رسم می-گردد. انتظار می رود بهینه سازی با استفاده از 8 نقطه ی کنترلی نتایج بهتری را به همراه داشته باشد. توزیع فشار بهینه شده بعنوان توزیع فشار هدف برای طراحی معکوس در نظر گرفته می شود. برای طراحی معکوس از الگوریتم گلوله-اسپاین که بصورت برنامه نویسی در نرم افزار cfx اعمال می شود استفاده می گردد، که یک روش تکراری بوده و از الگوریتم تصحیح باقیمانده بهره می گیرد. شرایط مرزی استفاده شده برای حل جریان در نرم افزار cfx، سرعت متوسط در ورود و فشار متوسط استاتیک در خروج می باشد. همچنی جریان هوا با عدد ماخ و رینولدر 0.63 و وارد مجرا می شود و از مدل توربولانسی دومعادله ای sst که یک روش بسیار مناسب برای پیش بینی جدایش در جریان است، برای مدلسازی جریان مغشوش بهره گرفته می شود. پس از انجام فرآیند طراحی معکوس هندسه بهینه دیفیوزر s-شکل حاصل می شود.در این تحقیق فرآیند طراحی معکوس روی دیفیوزرهای مستقیم و s-شکل انجام می گیرد. نتایج حل عددی جریان داخل دیفیوزر مستقیم و s-شکل بهینه، بیانگر دستیابی به بازیابی فشار بالا بدون جدایش می باشد. همچنین طراحی های انجام شده نشان می دهد که استفاده از 8 نقطه ی کنترلی برای بهینه سازی توزیع فشار، نتایج مطلوب تری را حاصل می کند. در نهایت، با انجام این پروسه برای نسبتهای مختلف ارتفاع به طول مجرا، شکلهای بهینه مربوط به ضرایب بازیابی فشار ماکزیمم بدست می آید.

بیماری تصلب شرائین، سخت شدگی دیوارهی شریان در اثر رشد پلاک چربی در شریانهای متوسط و بزرگ است که منجر به کاهش انعطافپذیری جداره و بالا رفتن فشار پمپاژ قلب برای خونرسانی میشود. در مراحل پیشرفتهتر این بیماری، ایجادگرفتگی شریان، انسداد و اثرات لخته شدن خون باعث کاهش اکسیژن موردنیاز در بافت مورد تغذیهی شریان و بروز سکته میشود. این بیماری در مناطق خاصی از سیستم رگی، اهم از دوشاخهها، انحناء و بهطور کل مناطقی که جریان دچار اغتشاش، جریانهای ثانویه و برگشتی میشود، بروز پیدا میکند و این بر اهمیت نقش همودینامیک سیال در پیدایش و توسعهی بیماری اشاره میکند. از طرفی، به دلیل اینکه پلاکهای چربی عمدتاً از ذرات لیپوپروتئین پلاسما نظیر ldl تشکیل شدهاند، بررسی پدیدهی انتقال جرم شریان یکی از مباحث مهم در شناخت این بیماری است. بنابراین بررسی انتقال جرم ذرات ldl در شریان دارای گرفتگی، می تواند گام نخستینی برای درک روند بیماری باشد. یه همین منظور گرفتگی متقارن تحت جریان پالسی شریان کاروتید با نفوذپذیری انتخابی برای دو مدل نیوتنی و غیرنیوتنی کارو با استفاده از نرم افزار آدینا مورد بررسی قرار گرفت و معادلات پیوستگی، مومنتم و جرم با روش المان محدود حل شد. نتایج حل عددی با نرم افزار آدینا برای یک شریان بدون گرفتگی تحت جریان نوسانی نشان داد که میزان غلظت سطحی ldl تا 20% بیشتر از غلظت آنها در تودهی سیال است و چنانچه در اثر افزایش فشار خون، سرعت مکش سیال روی دیوارهی شریان افزایش یابد، میزان غلظت سطحی این ذرات نیز افزایش مییابد که این منجر به افزایش رشد پلاک و توسعهی بیماری میشود. با توجه به متغیر بودن اندازهی ذرات ldl ، بررسی ها در محدوده ی فیزیولوژیکی عدد اشمیت 105 ×6/1 تا 105 ×6/6 نشان داد که ذرات چربی بزرگترمیزان انباشتگی سطحی بیشتری دارند. ضمن اینکه مدل غیرنیوتنی کارو میزان این انباشتگی را بیشتر از مدل نیوتنی پیشبینی میکند. مقایسه ی میانگین زمانی غلظت سطحی جریان ناپایا، با غلظت سطحی تحت جریان پایا نشان داد که اثرات پالسی بودن جریان نه تنها اثرات انباشتگی سطحی را از بین نمیبرد بلکه تا حدودی مقدار آن را افزایش میدهد. در شریان دارای گرفتگی متقارن برخلاف آنچه در جریان پایا انتظار میرود، با افزایش عدد رینولدز محلی در زمانهای مختلف یک سیکل قلبی، طول ناحیه برگشتی بعد از قلهی گرفتگی، لزوماً افزایش نمییابد و این به دلیل کم بودن زمان انطباق سیال با شرایط متغیر در ورودی است. درناحیهی برگشتی، به دلیل تجمع ذرات ldl برگشتی توسط جریان پائین دست و ذراتی که از بالادست جریان میآیند، غلظت سطحی ذرات افزایش مییابد و بلافاصله پس از جدایی جریان، غلظت سطحی افزایش ناگهانی مییابد و این به توسعهی پلاک چربی کمک میکند. با افزایش شدت گرفتگی تا قبل از جدایش جریان، ماکزیمم غلظت سطحی ذرات ldl افزایش مییابد و در جدایش جریان به اوج خود میرسد و سپس با افزایش شدت گرفتگی و افزایش طول ناحیهی برگشتی، میزان ماکزیمم انباشتگی کاهش مییابد. مشاهده ی این روند ایده ی جدیدی را پیش رو قرار می دهد تا با معرفی یک تابع تخمینی برای افزایش ضخامت دیوارهی شریان تا مرحلهی تشکیل آتروما قبل از پیدایش فیبرو آتروما، روند رشد بهصورت زمانی تخمین زده شود. اگرچه معرفی این تابع زمانی نیازمند آزمایشات دقیق آزمایشگاهی و تجربی است.

شبیه سازی جریان های چند فازی، با توجه به کاربرد زیاد آنها در صنعت، از جمله مهمترین مسایل روز مهندسی مکانیک هستند. به منظور شبیه سازی رفتار سیتم های چند جزیی از مدل چند جزیی شبکه بولتزمن شان-چن استفاده شده است. با انجام شبیه سازی قطره وارد شده در محیط پریودیک از سیال فاز دوم مشخص شد، این مدل قادر به شبیه سازی رفتار سیستم های چند فازی با نسبت دانسیته بیش از یک بین دو سیال نیست. با بررسی دقیق معادلات حاکم بر مدل فوق و شناسایی جملات معادله بولتزمن، و همچنین با مطالعه نیروهای بین مولکولی در سیال های غیر ایده آل، نقاط ضعف مدل چند فازی چند جزیی شان- چن شناسایی شده و تغییرات مناسبی برای بهبود نتایج آن در نیروهای بین مولکولی استفاده شده در این مدل انجام شده است. مدل اصلی شان – چن تنها از یک نیروی بین مولکولی دافعه بین ذرات دو جزء استفاده می کند که فقط در سطح مشترک دو سیال عمل می کند. در مدل جدید، علاوه بر نیروی فوق، نیروهای اندرکنش بین ذره ای جداگانه ای بین ذرات هر یک از سیال ها نیز وارد شده است. افزودن این نیروها معادله حالت هر فاز را تغییر می دهد و موجب خواهد شد مدل عددی سازگاری بیشتری با فیزیک سیالات غیر ایده آل داشته باشد. نتایج حاصل از استفاده مدل جدید برای شبیه سازی قطره وارد شده در سیال دوم نشان می دهد، مدل جدید قادر است بر خلاف مدل شان- چن اصلی، سیتم های چند فازی چند جزیی با نسبت دانسیته بیش از دو را نیز شبیه سازی کند. علاوه بر این، بااستفاده از نیروی بین ذره ای برابر با مدل اصلی شان- چن در مدل جدید، می توان به کشش سطحی بزرگتر نسبت به کشش سطحی مدل شان- چن دست یافت. این در حالی است، که در مدل شان- چن بمنظور دستیابی به کشش سطحی بزرگتر و تنظیم دلخواه آن باید قدرت نیروی اندرکنش بین ذره-ای بین ذرات دو سیال را افزایش داد که خود باعث افزایش سرعت های پارازیتی و ناپایداری مدل عددی می شود. به منظور بررسی توانایی مدل شان- چن در شبیه سازی سیالات چند فازی در مجاورت سطح جامد و خط تماس سیال- جامد- سیال، شبیه سازی قطره قرار گرفته بر روی سطح جامد نیز به کمک این روش انجام شده است. نتایج نشان می دهد، این مدل قادر است زاویه تماس استاتیکی قطره با سطح جامد و رفتار قطره بر روی سطوح با خصوصیات سطح متفاوت از آب دوست تا آب گریز را بخوبی مدل کند.

در این پروژه پوست انسان به صورت یک ساختار سه بعدی و سه لایه ای که یک جفت یکی از مشکلات عدیده در برآورد انتقال حرارت در بافت زنده ارزیابی اثر گردش خون و نقش حرارتی آن است. تعیین هندسه دقیق عروق و تاثیر آن ها در توزیع دمای بافت زنده از پیچیده ترین مسائل در این زمینه است. به این منظور در این پروژه پوست به صورت یک ساختار سه بعدی و سه لایه ای که یک جفت رگ جریان مخالف در چهار سطح در آن قرار دارد، در نظر گرفته می شود. زاویه انشعاب رگ ها بر اساس اصل فیزیولوژیکی حداقل کار انتخاب می شود. نسبت طول و نسبت قطر رگ ها بر اساس روابط تئوری ساختاری تعیین می شود. انواع مدل های انتقال گرما در بافت های زنده بررسی شده و شکل موجی معادله پنس به دلیل کارایی مناسب و با توجه به پیچیدگی ذاتی مدل های دیگر، انتخاب شده و در مواردی با مدل پنس مقایسه می شود. در این مدل فرض می شود گرما از طریق امواجی با سرعت محدود انتشار یابد و یک تاخیر زمانی برای افزایش دمای نقاط داخل بافت وجود داشته باشد. تاثیر حرارتی مویرگ های خونی در بافت با یک چشمه انرژی معادل سازی می شود. همچنین تاثیر تبادل حرارتی بین عروق قبل از مویرگ های سرخرگ و پس از مویرگ های سیاهرگ با بافت به صورت جداگانه بررسی می شود. ویژگی های خون به عنوان یک سیال غیرنیوتنی بر اساس مدل توانی بیان می شود. توزیع دما در پوست با حل معادلات پیوستگی، تکانه و انرژی برای خون داخل عروق و انرژی برای پوست به صورت عددی و به روش المان محدود به کمک نرم افزار کامسول به دست می آید. انتقال حرارت در بافت های زنده سطح پوست تحت اثر روش های مختلف گرماد رمانی سطحی بررسی می شود. نتایج توزیع سرعت و دما در رگ و بافت در مقاطع مختلف بررسی می‏شود. سپس تاثیر پارامترهای مختلف از جمله هندسه عروق، شرایط مرزی سطوح بالا و پایین پوست، میزان تاخیر زمانی، نرخ تراوش خون، خواص فیزیکی پوست، گرمای متابولیسم، ضریب انتقال حرارت جابجایی و دمای منبع داغ و شرایط شار پله ای روی توزیع دما بررسی می شود. بیشترین تاثیر در نظر گرفتن شکل موجی معادله پنس در فرآیندهایی با شار شدید گرما در مدت زمان کم (که قسمتی از فرآیندهای گرمادرمانی هستند) می باشد. در نظر گرفتن تاخیر زمانی در این نوع فرآیندها در تعیین دقیق توزیع دما بسیار تعیینکننده است.رگ جریان مخالف در چهار سطح در آن قرار دارد، در نظر گرفته می شود. زاویه انشعاب رگ ها بر اساس اصل فیزیولوژیکی حداقل کار انتخاب می شود. نسبت طول و نسبت قطر رگ ها بر اساس روابط تئوری ساختاری تعیین می شود. انواع مدل های انتقال گرما در بافت های زنده بررسی شده و شکل موجی معادله پنس به دلیل کارایی مناسب و با توجه به پیچیدگی ذاتی مدل های دیگر، انتخاب شده و در مواردی با مدل پنس مقایسه می شود. تاثیر حرارتی مویرگ های خونی در بافت با یک چشمه انرژی معادل سازی می شود.توزیع دما در پوست تحت اثر روش های مختلف گرماد رمانی سطحی با حل معادلات پیوستگی، تکانه و انرژی برای خون داخل عروق و انرژی برای پوست به صورت عددی و به روش المان محدود به کمک نرم افزار کامسول به دست می آید.

علم بیومکانیک ترکیبی از علوم طبیعی و مکانیک می¬باشد. یکی از زمینه¬های پر اهمیت در دنیای بیومکانیک سیستم قلب و عروق و عارضه¬های این سیستم می¬باشد .در دنیای امروز نتایج تحقیقات بیومکانیکی در زمینه قلب وعروق مورد توجه پزشکان، متخصصین قلب وعروق و جراحان این سیستم پیچیده بدن انسان قرار گرفته است. بررسی نیروها و تنش ها و فهم دقیق اثر هر یک از اجزا سیستم قلب وعروق بر یکدیگر تاثیر به¬سزایی در آسیب¬شناسی این سیستم دارد. از جمله مسائل مرتبط در زمینه عروق خونی بیماری گرفتگی عروق است. آترواسکلروس یا سخت¬شدگی شریان¬ها مربوط به موارد مختلف تغییر خواص در دیواره شریان می-باشد. که این شرایط ناشی از ضخیم شدن، سخت شدن و کاهش الاستیسیته دیوار شریان می¬باشد. این حالت فرایندی است که در آن چربی¬های موجود در سیستم گردش خون به تدریج در دیواره سرخرگ انباشته می¬شوند. عمل جراحی بای¬پاس کرونری برداشتن قطعه¬ای از یک سیاهرگ پا و استفاده از آن برای برقراری جریان خون در اطراف سرخرگ¬های مسدود شده قلبی است. گرچه با عمل جراحی بای¬پس کرونری و برقراری جریان خون، درد قفسه صدری تسکین می یابد و خطر انسداد شدید سرخرگ برطرف می-شود ولی بیماری اصلی یعنی آترواسکلروس را از بین نمی¬برد. عمل جراحی پیوند بای¬پس در حال حاضر یک روش معمول و موثر برای جایگزینی و درمان شریان¬هایی است که دچار بیماری گرفتگی عروق هستند. ولی موفقیت طولانی مدت این پیوند توسط پیشرفت پدیده اینتیمال¬هایپریلاژیا محدود می¬شود. همودینامیک جریان خون نقش مهمی در ازدیاد این آسیب و همچنین شکست پیوند بای¬پس خواهد داشت. در این پایان نامه به امید ایجاد دیدگاه¬های بهتر برای درمان، ابزارهای محاسباتی، کاربری و قابل اعتمادی برای تحقیق بر روی محیط همودینامیکی همراه با بای¬پس ارائه شده است. جریان در بای¬پس کامل، که شامل شریان گرفته شده میزبان و یک پیوند بای¬پس منحنی شکل کامل است در این مطالعه به کمک نرم افزار adina به تفصیل بررسی شده است. پارامترهایی که در مطالعه اولیه جریان دائم بررسی شده¬اند شامل عدد رینولدز ورودی، زاویه اتصال و محل گرفتگی می¬باشند. در ادامه اثری که هر یک از پارامترهای فوق بر همودینامیک جریان دارند به طور جداگانه بررسی شد. با تغییر زاویه اتصال شاهد بودیم که هر چه زاویه کوچکتر باشد تنش¬های برشی تغییرات آرام¬تری دارند. به علاوه زاویه کوچکتر مسیرآرام و مسطح تری برای جریان ایجاد می¬کند و درنتیجه اغتشاشات جریان کمتر خواهد بود. رفتار مکانی واندازه نواحی جریان برگشتی با تغییر عدد رینولدز ورودی بررسی شدند و ارتباط مستقیمی بین عدد رینولدز و اندازه این نواحی به دست آمد. از دیگر جنبه¬های هندسی سیستم بای¬پس که به تفصیل بررسی شد مورفولوژی گرفتگی در یک شریان با گرفتگی نسبی است. با در نظر گرفتن درصدهای مختلف گرفتگی تقارن محوری، اثرات کاهش سطح مقطع عبور جریان مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اثر مکان گرفتگی نسبت به پیوند بای¬پس روی میدان جریان تشریح شد. در نهایت میدان جریان نوسانی در سیستم بای¬پس با استفاده از پالس جریان شریان فمرال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج طبیعت دینامیکی و ساختار پیچیده میدان جریان نوسانی را نشان دادند و ارتباط ممکن بین تنش برشی نوسانی و یا پایین را با توسعه پدیده اینتیمال¬هایپریلاژیا پیشنهاد کردند. به علاوه مقایسه دو حالت پایا و نوسانی قابلیت¬های محدود شده حالت پایا را در ایجاد دیدگاه¬های بهتر نشان داد. به خصوص اگر پالس سرعت به شدت نوسانی باشد.

در تحقیق حاضر اثر مکش بر پایداری جریان عبوری حول یک ایرفویل بررسی شده است. هدف کلی از این تحقیق دست یابی به جریانی آرام حول ایرفویل می باشد. برای این کار اعمال مکش بر جریان با هدف به تاخیر انداختن محل گذار جریان از رژیم آرام به مغشوش و همچنین بیشینه کردن پارامتر نسبت لیفت به درگ صورت گرفته است. بدین ترتیب، جهت انجام این فرآیند نیاز به حل دقیق جریان و تعیین نقطه گذار جریان می باشد. ابزار استفاده شده برای تحلیل جریان عبوری حول ایرفویل یک کد عددی tvd یا تغییرات کل از بین رونده است که معادلات ناویر-استوکس دوبعدی را به روش ضمنی حل می کند. برای تعیین نقطه گذار جریان از رژیم آرام به مغشوش نیز از روش en استفاده شده است. این روش که برمبنای تحلیل پایداری خطی بنا نهاده شده است، از حل معادله اور-سامرفلد برای تعیین میزان رشد امواج اغتشاشی استفاده می کند. در مرحله ابتدائی از این پژوهش، حل معادله اور-سامرفلد در غالب تحلیل پایداری هیدرودینامیکی جریان برای جریان بر روی یک صفحه تخت و جریان عبوری حول ایرفویل naca 12 انجام شده است. نتایج بدست آمده از تحلیلهای پایداری جریان در تطابق خوبی با نتایج کارهای دیگران قرار دارد. در این تحقیق برای حل معادله اور-سامرفلد از روش تفاضل محدود و تبدیل آن معادله به یک معادله ماتریسی استفاده شده است. برای ارزیابی روش en نیز نتایج حاصل از آن برای تعیین گذار جریان حول ایرفویل naca 12 با نتایج تجربی مقایسه شده است که این مقایسه حاکی از موفقیت این روش در تعیین گذار برای جریان حول ایرفویلها می باشد. پس از تحلیل پایداری جریان و اطمینان حاصل کردن از صحت کارکرد روش en در تعیین گذار جریان، در مرحله بعد کنترل جریان با استفاده از مکش برای جریان عبوری حول ایرفویل انجام شد. برای ارزیابی روش حل، نتایج کد tvd حاضر با نتایج تجربی تحلیل جریان حول ایرفویل vfw-va-2 برای دو حالت جریان بدون مکش و جریان دارای مکش مقایسه شد که تطابق خوبی بین نتایج تحقیق حاضر و نتایج تجربی مشاهده می گردد. پس از ارزیابی روش حل، فرآیند جستجوی مقادیر بهینه پارامتر های موثر بر مکش نظیر محل اعمال مکش و میزان مکش اعمال شده برای جریان حول ایرفویل naca 653-018 انجام شد. این کار با هدف کنترل گذار جریان و به کمک اطلاعات بدست آمده از وضعیت پایداری جریان صورت پذیرفت. در کلیه حالتهای اعمال مکش که با تغییر دادن محل سوراخ مکشی انجام شد، تاخیر در گذار جریان نسبت به حالت بدون مکش بدست آمد. همچنین با مقایسه چندین حالت بررسی شده، این نتیجه حاصل شد که بیشترین تاخیر در گذار جریان هنگامی رخ می دهد که محل اعمال مکش در فاصله بین نقاط گذار جریان و نقطه بحرانی جریان و نزدیکتر به نقطه بحرانی باشد. زیرا فاصله بین این دو نقطه، که ناپایداریها و اغتشاشات جریان به سرعت در حال رشد و تقویت هستند، مناسب ترین محل برای کنترل گذار جریان است. همچنین هر قدر محل اعمال مکش به نقطه بحرانی که منشا تولید اغتشاشات است نزدیکتر باشد، دامنه جریان آرام روی ایرفویل گسترده تر می گردد. اما به طور موازی تاثیر مکش بر ضرایب نیروهای آیرودینامیکی وارد بر ایرفویل نیز بررسی شد که در تمامی حالتهای بررسی شده، مقدار ضریب لیفت با اعمال مکش نسبت به حالت بدون مکش افزایش یافت و مقدار ضریب درگ به جز در چند حالت اندک، در سایر حالتها کم شد. لیکن در کلیه جریانهایی که مکش به آنها اعمال شد می توان شاهد افزایش پارامتر نسبت لیفت به درگ بود. یکی دیگر از اثرات مثبت مکش بر جریان حذف یا کاهش پدیده جدایش جریان است که معمولا در جریان بر روی ایرفویلها در نواحی با زاویه حمله بالا رخ می دهد که این مورد نیز در بخش نتایج نشان داده شده است.

مواد تغییر فاز دهنده به عنوان محیطهای ذخیره انرژی گرمایی دارای کاربردهای گسترده ای در ذخیره انرژی خورشیدی، مدیریت انرژی ساختمان و دفع شوکهای گرمایی قطعات الکترونیکی هستند. به دلیل پایین بودن ضریب هدایت گرمایی این مواد تلاشهای زیادی برای افزایش ضریب هدایت گرمایی و کارآیی سیستمهای ذخیره انرژی گرمایی شده است. از طرفی، با توسعه فناوری نانو، تولید مواد نانوساختاری که دارای ضریب هدایت گرمایی بالایی هستند میسر شده است. در این پژوهش تأثیر پراکنش مواد نانوساختار روی ویژگیهای گرمایی و انتقال گرما در مواد تغییر فاز دهنده حاوی مواد نانوساختار به صورت تجربی بررسی شده است. مواد نانوساختار مزو پروس سیلیکا، تایتانیا، نانولوله های کربنی و نانوفیبرهای کربنی در کسر جرمیهای مختلف در ان-اکتادکان به عنوان ماده تغییر فاز دهنده پراکنده شده و ضریب هدایت گرمایی و ویژگیهای رئولوژیکی مواد حاصل در یک گستره دمایی اندازه گیری شده اند. نتایج نشان می دهد که افزودن مزو پروس سیلیکا و تایتانیا ضریب هدایت گرمایی را در فاز جامد و مایع حدود 5% افزایش می دهد. مضاف بر اینکه ضریب هدایت در فاز جامد به صورت غیریکنواخت با کسر جرمی تغییر می کند. بیشترین افزایش ضریب هدایت برای مواد نانوساختار پایه کربن به دست آمد که بین 20% تا 40% است. بررسی رفتار رئولوژیکی ان-اکتادکان حاوی مزوپروس سیلیکا و تایتانیا نشان می دهد که در کسر جرمی بزرگتر از 1% رفتار ماده تغییر فاز دهنده غیرنیوتنی شده است به طوریکه برای ان-اکتادکان حاوی مزوپروس سیلیکا و تایتانیا به ترتیب رفتار قانون توان و سیال بینگهام برای کسر جرمی بزرگتر از 1% به دست آمد. همچنین افزودن مواد نانوساختار باعث افزایش لزجت ماده تغییر فاز دهنده در فاز مایع می شود. برای بررسی اثر افزودن نانوذرات روی انتقال گرما حین فرایند ذوب آزمایشی ترتیب داده شد که در آن از ان-اکتادکان حاوی نانوذرات تایتانیا در کسر جرمیهای مختلف استفاده شد. تغییرات ضریب انتقال گرما وکسر حجمی ماده تغییر فاز دهنده مذاب با زمان نشان داد که افزودن نانوذرات با کاهش جابجایی طبیعی انتقال گرما حین ذوب را کاهش می دهد و بنابراین کسر حجمی ماده تغییر فاز دهنده با افزودن نانوذرات کاهش می یابد. بررسی تحربی فرایند انجماد ان-اکتادکان حاوی نانوذرات تایتانیا نشان داد که کاهش جابجایی طبیعی و افزایش هدایت گرمایی که با افزودن نانوذرات حاصل می شود منجر به بهبود نرخ انجماد خواهد شد.

نانوسیالات، مخلوط نانوذرات و سیال پایه، واسته های نوید بخشی برای سیستم های انتقال حرارتی می باشند. دانستن خواص ترموفیزیکی و انتقال حرارتی این سیالات به درک رفتار و پیاده سازی آنها درکاربردهای صنعتی و مطالعات علمی کمک می کند. روش شبیه سازی دینامیک مولکولی روشی مناسب برای شبیه سازی نانوسیالات و تعاملات مولکولی در مقیاس نانوست. در این پایان نامه مسئله ی هدایت حرارتی نانوسیالات و مکانیزم های درگیر در این مسئله مورد توجه قرار گرفته. یک مطالعه پارامتریک بر روی مسئله ی هدایت حرارتی نانوسیالات انجام گرفته و اثر هر یک از پارامتر های اندازه، درصد حجمی و جنس نانوذره، قدرت اندرکنش بین سیال و نانوذره و دمای سیستم بر هدایت حرارتی نانوسیال و مکانیزم های تعیین کننده هدایت حرارتی نانوسیال بررسی شده است. تحلیل تابع خودهمبستگی شار حرارتی و توزیع چگالی اطراف نانوذره نشان می دهد که بر خلاف نظریه های که حرکت براونی نانوذره و همرفت اتم های سیال و همچنین لایه ی اتمی ساختار یافته بر روی نانوذره را مکانیزم های غالب در انتقال حرارت نانوسیالات معرفی می کنند، اما هدایت حرارتی نانوسیال بیشتر متأثر از برخورد بین اتم های حاضر در محیط می باشد.

با توجه به اینکه کوچک سازی و تجمع تجهیزات الکترونیکی، گرمای بیشتری به ازای واحد سطح تولید می کند، ممکن است دمای کاری اجزای الکترونیکی از سطح دمای مطلوب بیشتر شود. از آنجایی که عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن ها در سطح دمای قابل قبول بسیار مهم است. از میان روش های پیشنهاد شده برای بهبود تکنولوژی خنک کاری تجهیزات الکترونیکی، میکروکانال جاذب حرارت به دلیل نیاز به ماده مبرد کم و ضریب انتقال حرارت بالا توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در بهینه-سازی میکروکانال ها از روش های مختلفی استفاده می شود؛ یکی از این روش ها تئوری ساختاری می باشد. هدف از پروژه ی حاضر بهینه سازی چیدمان میکروکانال های دایره ای و بهینه سازی هندسی میکروکانال های جاذب حرارت مدور یک-لایه، دو لایه و چند لایه است. سیستم مطرح شده شامل حجم ثابتی است که خنک کاری در آن به وسیله ی جابجایی اجباری آرام انجام می شود. در بهینه سازی چیدمان میکروکانال های دایره ای، ابعاد بهینه ی میکروکانال با استفاده از روش تقریبی تقاطع مجانب ها و روش عددی به نحوی تعیین شد که چیدمان این میکروکانال ها بیشترین انتقال حرارت را بر واحد حجم داشته باشد. سیال هوا و اختلاف فشار دو سر کانال ثابت در نظر گرفته شد. در نهایت مشخص شد که ابعاد بهینه کانال ها مستقل از شکل چیدمان است و فقط وابسته به قید طولی و افت فشار می باشد. بهینه سازی هندسی میکروکانال های جاذب حرارت مدور در دو حالت جریان ورودی یک طرفه و دو طرفه انجام شد. هدف در بهینه سازی هندسی، رسیدن به بیشترین رسانش گرمایی کلی بود. سیال خنک کن آب واختلاف فشار دو سر کانال ثابت در نظر گرفته شد. همچنین سطح زیرین جاذب حرارت تحت شار حرارتی یکنواختی قرار داشت. بهینه سازی برای چهار کسر حجمی مختلف انجام شد. برای میکروکانال جاذب حرارت مدور یک لایه، دو لایه و چند لایه ابعاد بهینه به نحوی تعیین شد که دمای ماکزیمم سیستم حداقل شود. در بررسی جریان ورودی یک طرفه مشاهده شد که میکروکانال جاذب حرارت دو لایه نسبت به تک لایه عملکرد بهتری در خنک کاری داشته است و نیز اضافه کردن لایه میانی تاثیر چندانی بر بهبود خنک کاری ندارد. با بررسی اثر دو طرفه کردن جریان سیال ورودی نتیجه شد که میکروکانال جاذب حرارت دو لایه با جریان ورودی دو طرفه نسبت به جریان ورودی یک طرفه خنک کاری بهتری را ارائه می دهد. برای میکروکانال جاذب حرارت چند لایه با جریان ورودی دو طرفه دو حالت مختلف ? و ?? بررسی شد و در نهایت مشخص شد که از میان میکروکانال های جاذب حرارت چند لایه با جریان ورودی یک طرفه و دو طرفه، میکروکانال جاذب حرارت با جریان ورودی دو طرفه حالت?، خنک کاری بهتری را ارائه داده است.

در این پروژه در بخش اول، مختصری از تئوری ساختاری و دیدگاه آن در بهینه سازی سیستم های زیستی و همچنین کاربرد آن در میکروکانال ها و تجهیزات پیشرفت? ساخته شده توسط بشر سخن به میان آمده است. در بخش دوم انداز? بهینه میکرو کانال های مثلثی با زاویه گوشه 30، 45و 60 درجه به صورت تحلیلی به نحوی تعیین شده است که چیدمان میکروکانال های مثلثی در کنار هم بیش ترین انتقال حرارت را در واحد حجم داشته باشد و نتایج تحلیلی با حل عددی مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین نتایج نشان داده اند که به ازای یک افت فشار ثابت، میکروکانال با زاویه گوشه 60 درجه در حالت بهینه، بیشترین انتقال حرارت در واحد حجم را دارد. همچنین با کاهش زاویه گوش? سطح مقطع مثلثی انتقال حرارت بدون بعد در واحد حجم نیز کاهش می یابد. در بخش سوم، میکروکانال های جاذب حرارت مثلثی را به صورت هندسی بهینه نموده تا رسانش گرمایی آن به بیش ترین مقدار ممکن برسد. سپس میکروکانال‏های جاذب حرارت ذکر شده در حالت بهینه با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داده اند که برای میکروکانال های مثلثی جزء کسری از جامد وجود داردکه به ازای آن ماکزیمم دما مینیمم خواهد شد. همچنین با توجه به پارامترها و قیود در نظر گرفته شده برای بهینه سازی میکروکانال های مورد بررسی در این پژوهش، با افزایش زاویه گوشه میکروکانال مثلثی عملکرد آن بهتر می شود. در انتها، اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال مثلثی مورد بررسی قرار گرفت به نحوی که با تغییر هندسه داخلی میکروکانال جاذب حرارت دمای ماکزیمم کانال به کمتربن مقدار ممکن برسد. تغییر درجه های آزادی داخلی نیز مانند سایر درجه های آزادی اثر مهمی بر دمای ماکزیمم میکروکانال جاذب حرارت دارد، به طوری که دیده شد دمای ماکزیمم مینیمم شده برای میکروکانال جاذب حرارت بهینه شده با سه درجه آزادی 10% کمتر از دمای ماکزیمم مینیمم شده میکروکانال جاذب حرارت با دو درجه آزادی متغیرمی باشد.

چکیده قطعات در ابعاد میکرو و نانو در زمینه های متعدد از جمله الکترونیک و طراحی مدارهای خنک کاری کامپیوتری و سیستم های الکترومکانیکی استفاده می شوند. عملکرد این تجهیزات با دما رابطه مستقیمی دارد، به همین دلیل باید آن ها را در محدوده ی دمایی مطمئن نگهداریم. استفاده از میکروکانال ها شیوه نوین سرمایش قطعات الکترونیکی برای جذب حرارت های خیلی زیاد از یک سطح کوچک است. برای بهینه سازی ویژگی های هندسی میکروکانال‏ها از الگوریتم‏ها و روش‏های مختلفی استفاده می‏شود؛ یکی از این روش‏ها، تئوری ساختاری می‏باشد. این قانون برای پیش بینی روند طراحی های گوناگون مفید بوده و توانسته است بهترین ساختار را پیشنهاد کند. در پروژه حاضر، هدف بهینه سازی میکروکانال هایی می باشد که شار حرارتی به صفحه زیرین میکروکانال ها به صورت غیر یکنواخت وارد می شود. برای صحت روش انجام کار، بهینه سازی چیدمان میکروکانال های مستطیلی برای داشتن بیشترین انتقال حرارت در واحد حجم و بهینه سازی هندسی برای رسیدن به ماکزیمم رسانش گرمایی با شار حرارتی یکنواخت بررسی و نتایج با کارهای انجام شده مقایسه شد. برای اولین بار شار حرارتی به صورت پله ای در نظر گرفته شد و با استفاده از روابط تحلیلی که از روش تقریبی تقاطع مجانب ها به دست می آید، به بررسی میکروکانال های جاذب حرارت مستطیلی با شار حرارتی غیر یکنواخت پرداخته شد. شبیه سازی عددی با نرم افزار فلوئنت انجام شده است. جریان سیال هم به صورت موازی و هم متوالی برای یک سری از میکروکانال ها مورد بررسی قرار گرفت و نتایج با هم مقایسه شدند. دمای ماکزیمم سیستم در جریان موازی کمتر از جریان متوالی است. همچنین اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال مستطیلی مورد بررسی قرار گرفت به نحوی که با تغییر هندسه داخلی میکروکانال جاذب حرارت، دمای ماکزیمم کانال به کمترین مقدار ممکن برسد. روابط تحلیلی نشان دادند که با اعمال شار حرارتی غیریکنواخت، ابعاد داخلی کانال تغییر می کند. در حالت بهینه نیز ابعاد خارجی کانال برای هر شار حرارتی متفاوت است. کلمات کلیدی: 1-تئوری ساختاری 2- بهینه سازی 3- میکروکانال مستطیلی جاذب حرارت 4- شار حرارتی غیر یکنواخت

با گسترش علوم و ساخت قطعات در ابعاد کوچک، لزوم بررسی خنک کاری این قطعات کوچک که گاهی ابعادی در حد میکرو و نانو دارند به چشم می خورد. این قطعات برای استفاده در زمینه های متعدد از جمله الکترونیک کاربرد دارند. سرعت عملکرد این قطعات رابطه مستقیمی با دمای آنها دارد و نگه داشتن آنها در یک سطح دمای مطلوب بسیار مهم است. هدف تحقیقات در این زمینه ایجاد انتقال گرمای بیشتر از یک فضای مشخص تحت قیود حاکم بر سیستم است. روش های گوناگونی برای بهبود فرایند خنک کاری سیستم های الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این روش ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا توجه زیادی را به خود جلب کرده است. یکی از روش ها در بهینه سازی ویژگی های هندسی میکروکانال‏ها، استفاده از تئوری ساختاری می‏باشد.

هدف از انجام این پژوهش، توسعه و ارتقای روش جدید طراحی معکوس پوسته الاستیک برای طراحی پره های کمپرسور محوری در رژیم های جریان لزج مادون صوت و گذر صوت همراه با جدایش جریان می باشد. الگوریتم پوسته الاستیک یک روش طراحی معکوس تکراری است که از ترکیب حلگر جریان (نرم افزار فلوئنت) و کد المان محدود غیرخطی تیر به عنوان الگوریتم اصلاح هندسه تشکیل شده است. در روش ارائه شده، دیواره ایرفویل به صورت یک تیر خمیده انعطاف پذیر مدل شده که تابع هدف توزیع فشار و یا توزیع تنش برشی اصلاح شده بر روی دیواره می باشد. در این پایان نامه، عملکرد روش طراحی معکوس پوسته الاستیک با بررسی پره های روتور و استاتور طبقه اول کمپرسور محوری در رژیم های مادون صوت و گذر صوت مورد ارزیابی قرار می گیرد که توانمندی روش در حضور جدایش جریان و شوک عمودی اثبات می شود. نتایج نشان می دهد که الگوریتم پوسته الاستیک ارتقاء یافته، ابزاری کارآمد در طراحی پره های کمپرسور محوری می باشد. از دیگر مزایای این روش، می توان به فیزیکی بودن الگوریتم، نرخ همگرایی بالا و ترکیب سریع و آسان آن با یک کد تحلیلی جامع و بهینه اشاره کرد.

هدف از این پژوهش، شبیه سازی عددی سه بعدی یک توربین بادی محور عمودی پره مارپیچ، با استفاده از معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده، به منظور دستیابی به منحنی های عملکرد و به دنبال آن بدست آوردن نسبت سرعت نوک بهینه توربین می باشد. بدین منظور ابتدا بررسی آماری انرژی باد و تخمین پتانسیل آن طی سال های 2005 تا 2010 دراصفهان انجام شد. سپس با مفروض بودن مشخصه های هندسی توربین نظیر ابعاد، تعداد تیغه ها و نوع ایرفویل، یک مدل سه بعدی ازتیغه های توربین در نرم افزار solid work تهیه وسپس جهت شبکه بندی و تعیین دامنه حل، به نرم افزار ansys meshing(icem)انتقال داده شد. سرانجام توربین مورد نظر به کمک نرم افزار ansys cfx و بامدل توربولانسی sst شبیه سازی عددی شد و مورد تحلیل قرار گرفت. منحنی های توان آیرودینامیکی بر حسب سرعت باد، گشتاور برحسب دور و ضریب توان برحسب نسبت سرعت نوک، از مهمترین منحنی های عملکرد یک توربین به شمار می آیند که از این حل عددی بدست آمد.

افزایش انتقال حرارت در تجهیزات انتقال حرارت، ازجمله مبدل های حرارتی، موضوعی است که تاکنون به طور گسترده مورد مطالعه قرارگرفته است.یکی از این تکنیک ها استفاده از محیط متخلخل می باشد.در پایان نامه حاضر، جریان و انتقال حرارت جابجایی سیال در جریان آرام و کاملا توسعه یافته در داخل کانال های شامل محیط متخلخل به کمک نرم افزار فلوئنت انجام شد. اثر پنج متغیر مختلف شامل سه پارامتر هندسی ضخامت محیط متخلخل، فاصله لایه متخلخل از دیواره و تعداد لایه محیط متخلخل به همراه دو متغیر نفوذپذیری محیط متخلخل و نسبت ضریب هدایت حرارتی موثر محیط متخلخل به سیال بر انتقال حرارت و افت فشار درون کانال مرکب شامل محیط متخلخل مورد ارزیابی قرار گرفت.

فرآیند طراحی معکوس به عنوان یک روش بهینه، از روش های مورد توجه طراحی شکل است. در این روش، توزیع یک کمیت جریان مانند سرعت یا فشار معلوم است و هدف تعیین هندسه ای است که این توزیع را ارضا نماید. در کار حاضر طراحی معکوس شبه سه بعدی دیفیوزر کمپرسور گریز از مرکز به روش گلوله-اسپاین، با هدف بهبود عملکرد آن انجام می شود. فرآیند طراحی معکوس با ترکیب الگوریتم اصلاح هندسه و نرم افزار انسیس سی اف ایکس به عنوان حلگر شبه سه بعدی جریان انجام می-شود.

چکیده یکی از روش های نو برای ایجاد اختلاط مطلوب و افزایش انتقال حرارت در رژیم جریان آرام ایجاد جریان همرفت آشوبناک است، که در واقع تولید مسیرهای آشوبناک ذرات در رژیم جریان آرام می باشد. در پایان نامه ی حاضر به بررسی عددی رفتار جریان آشوبناک و انتقال حرارت در جریان آرام در مجرای پیچدار به کمک نرم افزار فلوئنت پرداخته شده است. دو سرعت ورودی در حالت پایا و پالسی تحت شرایط مرزی حرارتی دمای دیواره ثابت و شار حرارتی ثابت در مجرای با سه خم متوالی با سطح مقطع مربع در ابعاد ماکرو، اعمال گردیده است. هر خم، یک مجرای خمیده ی °90 است و زاویه ی بین صفحات انحنای دو خم متوالی نیز °90 می باشد. شبیه سازی برای اعداد رینولدز در بازه ی 830?re?200، نسبت مولفه ی سرعت (نسبت بیشینه ی مولفه ی سرعت نوسانی به سرعت متوسط در جریان پایا) 3???1، اعداد ومرسلی 17???6 و دماهای دیواره 360?tw(k)?310 صورت گرفته است. میزان اختلاط، انتقال حرارت و همگنی آن به صورت کمی و کیفی بررسی و محاسبه شده است.

افزایش میزان لیپوپروتئین های با دانسیته کم در خون از جمله عوامل بروز بیماری های قلبی-عروقی به شمار می رود. هدف از انجام این تحقیق بررسی انتقال جرم این ذرات در دیواره رگ با استفاده از روش شبکه بولتزمن می باشد که بزرگ بودن عدد اشمیت ذرات چربی، منجر به واگرایی حل می شود. به منظور رفع این مشکل، شبکه بولتزمن با روش حجم محدود ترکیب شده است که میدان سرعت جریان خون توسط روش شبکه بولتزمن و معادله غلظت لیپیدها با روش حجم محدود حل می شود. روش ترکیبی توانایی حل مسئله انتقال جرم تا عدد اشمیت 107 را دارد و زمان حل را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد که این محدوده از عدد اشمیت، تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. بالاخره حل مسئله انتقال جرم در رگ کرونری راست در دو مدل سیال نیوتونی و غیرنیوتونی برای هندسه ساده بدون گرفتگی و دو گرفتگی مختلف به شکل منحنی و مستطیل صورت گرفته است.

حریان ناپایای الکترواسموتیک در میکروکانال مستیطیلی همراه با گرادیان فشار با میدان الکتریکی متغیر با زمان در این تحقیق مورد بررسی واقع شده است و به بررسی پارامترهای موثر بر میدان سرعت و ضخامت دولایه ی الکتریکی پرداخته شده است

چکیده ندارد.

هدف از انجام این رساله، مدل سازی تلاطم و شبیه سازی جریان های با سطح مشترک با استفاده از روش ادی های بزرگ است. برای این منظور مدلهای کشش سطحی که نقش مهمی در شکل سطح مشترک دو سیال دارد بررسی شده و یک مدل کشش سطحی با عنوان sgip برای حالت سه بعدی تعمیم یافته و به کار گرفته شده است. نتایج حاصل از استفاده از این مدل در جریان آرام با سطح مشترک نشان می دهد که این مدل نسبت به سایر مدلهای موجود و مطرح مورد استفاده توسط دیگران رفتار مناسب تری از خود نشان می دهد. تست های انجام شده برای نمایش قابلیت مدل شامل قطره ساکن، حباب ساکن، حباب متحرک و جریان همراه با ناپایداری کلوین-هلم هولتز است. سپس برای بررسی تلاطم در فصل مشترک دو سیال، معادلات حاکم بر جریان متلاطم به روش ادی های بزرگ توسعه داده شده و پارامترهای مجهول مربوط به عبارت های تلاطم که احتیاج به مدل سازی دارند، در روشهای مختلف بررسی معادلات حاکم ارائه گردیده اند. عبارت تلاطم در معادله کسر حجمی برای ردیابی سطح مشترک و عبارت تلاطم کشش سطحی مدل سازی شده است. برای مدل کردن تلاطم جریان از روش ادیهای بزرگ و مدل اسماگورینسکی استفاده شده است. به منظور تعیین ضریب بهینه مدل عبارت تلاطم در معادله فیلتر شده ردیابی سطح و ضریب بهینه مدل عبارت تلاطم کشش سطحی، مسئله متلاطم وارونگی فازآب-روغن در دو حالت شبیه سازی شده و ضرایب مدل های ارائه شده از مقایسه نتایج این شبیه سازی با حل dns دیگران استخراج گردیده است. با استفاده از ضرایب مدل بدست آمده جهت عبارت تلاطم در معادله فیلتر شده ردیابی سطح و عبارت تلاطم کشش سطحی، مسئله جت سه بعدی متلاطم شبیه سازی شده که نتایج مدل مذکور پیش بینی خوبی از مشخصه های جریان دارد.

شبیه سازی جریان مخلوطی از گازها از روی یک بستر فشرده ذرات کروی در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. الگوریتم هایی برای شبیه سازی بستر فشرده با ذرات کروی از چند گستره قطر ارائه شده وبا استفاده از یک روش بهینه سازی خطی، ذرات ناپایدار در ساختار بستر تشخیص داده شده اند. برای شبیه سازی جریان چندجزئی در داخل این هندسه پیچیده، از یک مدل شبکه بولتزمان استفاده شده است. بازیابی معادلات ناویر-استوکس و استفان-ماکسول توسط این مدل اثبات شده و شرایط مرزی مورد نیاز برای شبیه سازی با استفاده از این مدل مورد بحث قرار گرفته اند. بر مبنای تحلیل معادلات بقای جرم و مومنتم در مرزهای ورودی، یک شرط مرزی در ورودی و خروجی برای جریان های چندجزئی پیشنهاد شده است. همچنین، کاربرد توابع درونیاب نقطه ای شعاعی برای محاسبه خواص سیال از روی شبکه های مورد استفاده در شبیه سازی مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از این روش ناکارآمدی تکنیک های قبلی در مواجهه با هندسه های پیچیده برطرف شده است. اعتبار نتایج حاصله، با مقایسه آنها با نتایج شبیه سازی جریان تک جزئی معادل و یا با جواب های تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است.

چکیده تمام فرآیندهای مربوط به احتراق سوخت و هوا موجب تشکیل اکسید نیتروژن (no) می گردد. اکسید نیتروژن یکی از مهمترین آلاینده های محیط زیست است که تلاشهای زیادی برای کاهش تشکیل و انتشار آن انجام شده است. متاسفانه تمامی این اقدام ها منجر به پایین آمدن بازده احتراقی میشود. از این رو تخمین دقیق اکسید های نیتروژن در فرآیندهای احتراقی فاکتور مهمی در طراحی محفظه های احتراقی می باشد و هدف از انجام این تحقیق نیز تخمین تولید و انتشار اکسیدهای نیتروژن می باشد. لذا ابتدا به تحقیق و بررسی جامع بر روی مکانیزم های تشکیل و انتشار nox پرداخته شده است. سپس انواع مدل های ریاضی این مکانیزم ها مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت یک کد پس پردازنده که در آن معادله انتقال برای جز اصلی no حل میشود تدوین شده است. پس از حل میدان احتراقی به وسیله فلوئنت، کد تدوین شده با استفاده از نتایج آن میزان تولید no را پیش بینی می کند. کد مذکور به زبان c++ تدوین شده و قابلیت کاربرد برای شبکه بدون سازمان را دارا می باشد. جهت در نظر گرفتن اندر کنش شیمی توربولانس از روش فلیملت آرام پایدار (slfm) استفاده شده و زیر مدل های مختلف جهت محاسبه جمله چشمه/چاه با استفاده از مکانیزم های مورد بحث تدوین شده است. اعتبار این مدل ها و صحت عملکرد برنامه با شبیه سازی چند شعله مغشوش غیر پیش مخلوط بررسی شده است. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که در نظر گرفتن تاثیر اغتشاشات تاثیر عمیقی بر پیش بینی ها می گذارد و استفاده از مدل slfm باعث تخمین مناسب no می گردد. کلمات کلیدی : اکسید نیتروژن، شبکه بدون سازمان، روش فلیملت آرام پایدار، اندرکنش شیمی- توربولانس

شیوه ی جدیدی از مدل سازی جریان های میکرو در این پایان نامه ارائه می گردد. ابتدا با استفاده از بسط اختلالی میدان های سرعت، فشار، دانسیته و دما معادلات پیوسته ی حاکم بر دینامیک سیال توسعه داده می شوند. سپس مرتبه های مختلفی از معادلات نسبت به عدد نودسن استخراج می گردد. شرایط مرزی لازم برای حل هر مرتبه از این معادلات، از طریق جایگزاری بسط های اختلالی در شرایط مرزی کلی برای لغزش سرعت و پرش دما به دست می آیند. در این تحقیق از بسط های اختلالی سه جمله ای استفاده می کنیم و به سه مرتبه از معادلات (o(1)، o(kn)، o(kn2 و شرایط مرزی مربوط به هر یک می رسیم. معادلات (o(1 در واقع همان معادلات ناویراستوکس غیرلغزشی می باشند. همچنین معادلات (o(kn و (o(kn2 بر تصحیحات لازم به دلیل لغزش سرعت و پرش دما حاکم می باشند. این مجموعه از معادلات با استفاده از روش حجم محدود در حالت دوبعدی و بر روی یک شبکه ی staggered گسسته سازی می شوند. الگوریتم کلی حل شامل سه مرحله می باشد: مرحله ی اول، شامل حل معادلات مرتبه ی اول به-همراه شرایط مرزی مرتبه ی اول می باشد. مرحله ی دوم، شامل حل معادلات مرتبه ی نودسن به همراه شرایط مرزی مرتبه ی نودسن است. شرایط مرزی این مرحله از طریق برازش میدان های مرحله ی اول بر روی دیواره ها حاصل می گردد. مرحله ی سوم، شامل حل معادلات مرتبه ی نودسن -دو به همراه شرایط مرزی مرتبه ی نودسن -دو می باشد. همچنین شرایط مرزی این مرحله از طریق برازش میدان های مرحله ی دوم بر روی دیواره ها حاصل می گردد. به منظور حل مجموعه ی معادلات گسسته سازی شده، یک برنامه ی کامپیوتری سه بخشی تدوین شده است. هر بخش از این برنامه یک مرتبه از معادلات را با استفاده از الگوریتم simple حل می-کند. جریان های تراکم ناپذیر و لغزشی میکروپویزییل و میکروکوئت، با استفاده از روش اختلال هم به صورت تحلیلی و هم به صورت عددی حل می گردند. نتایج عددی روش اختلال با نتایج تحلیلی آن مقایسه می شوند. همچنین نتایج حاصل از روش اختلال با نتایج حاصل از مدل های لغزشی مختلف مقایسه می گردند. در جریان میکروپویزییل، نتایج عددی حدودا برای نودسن های کمتر از 0.03 با نتایج تحلیلی مطابقت دارد. همچنین در جریان میکروکوئت، نتایج عددی حدودا برای نودسن های کمتر از 0.15 با نتایج تحلیلی مطابقت دارد. در هر دو مورد با افزایش عدد نودسن، نتایج عددی روش اختلال از نتایج تحلیلی این روش منحرف می گردد. این امر نشان می دهد که در روش اختلال، با افزایش عدد نودسن به تصحیحات بیشتری نیاز است. لیکن چنین کاری به لحاظ محاسباتی سنگین و پرهزینه می باشد. به دو دلیل این مسئله چیزی از ارزش های این تحقیق نمی کاهد. دلیل اول اینکه، با استفاده از روش حاضر می توان مدل های لغزشی را تکمیل و دقیق تر نمود و حتی مدل های لغزشی جدیدی ارائه داد. برای نمونه، مدل لغزشی بسکوک به-صورت تحلیلی و عددی توسعه داده می شود. دلیل دوم اینکه، با تلفیق ضرایب لغزشی در روش اختلال، می توان به راحتی از این روش در اعداد نودسن بالاتر استفاده نمود. در انتهای این تحقیق، جریان ناشی از برش و لغزشی میکروحفره بررسی شده و نتایج آن با نتایج حاصل از روش dsmc مقایسه می گردد. به جز نواحی نزدیک به گوشه های بالایی میکروحفره، توافق خوبی بین نتایج دو روش وجود دارد. بنابراین تعداد تصحیحاتی که در روش اختلال بایستی در نظر گرفت به فیزیک جریان مورد بررسی نیز بستگی دارد. بررسی های انجام گرفته روی این مسئله، ضرایب لغزشی محققین مختلف را به چالش می کشد و نیاز به مدل های لغزشی جامع و دقیق تر را بیان می کند.

جریانهای تراکم پذیر با سرعتهای زیاد با استفاده از مدلهای تلاطم جبری و دو معادله ای مورد ارزیابی قرار گرفته و یک روش شبیه سازی تلاطم برمبنای مقیاس طولی ارئه شده است . یک برنامه کامپیوتری برای حل عددی جریان آرام و متلاطم با فرضهای گاز کامل، متعادل و نامتعادل ترمودینامیکی براساس روش حل ریمان روو با دقت مکانی مرتبه دوم به صورت صریح و ضمنی تدوین شده است . ابتدا اثر محدود کننده ها و شرایط انتروپی مختلف مورد بررسی قرار گرفته و با انتخاب محدودکننده مناسب برای جریانهای تراکم پذیر مختلف ، مدل تلاطم مورد ارزیابی قرار گرفته اند. برای کاهش زمان محاسبات در جریانهای ابرصوتی(خصوصا" برای جریانهای با واکنش های شیمیایی)، یک روش انطباق شبکه با استفاده از حل معادلات پویسان بر مبنای طول قوس خطوط شبکه ارائه گردیده است . این روش برای جریان روی دماغه کروی با فرضهای گاز کامل، متعادل و نامتعادل ترمودینامیکی به خدمت گرفته شده است . همواری و سرعت همگرایی این روش بسیار خوب است و برای اتصال به برنامه کامپیوتری مناسب می باشد.

جریان سیال و انتقال حرارت آرام از یک دسته لوله در جریان عمودی، بخاطر هندسه پیچیده اش ، یک پدیده پیچیده بوده و در بسیاری از کاربردهای مهندسی اهمیت دارد. در این تحقیق جریان سیال حول دسته لوله های با آرایش مربعی، به صورت دوبعدی و به روش عددی بررسی شده است . معادلات ناویر- استوکس و انرژی، پس از انتقال از دستگاه مختصات دکارتی به دستگاه منحنی الخط منطبق بر بدنه حل شده، برای این منظور از روش بیم - وارمینگ و اختلاف محدود مرکزی استفاده شده است . نتایج بدست آمده نشان می دهد که با کاهش گام طولی و عرضی و فشرده تر کردن دسته لوله ها، میزان انتقال گرما به دسته لوله افزایش یافته در عوض افت فشار از دسته لوله نیز افزایش می یابد که در طراحی، باید بهینه ترین حالت انتخاب شود.

دراین رساله برنامه کامپیوتری برای حل جریان مغشوش با چرخش و احتراق در مقاطع دوبعدی و مجاری تقارن محوری ارائه شده است . درمعادلات جریان عبارات اغتشاشی بااستفاده از روش k-3 و نرخ احتراق به روش اتلاف ادی مدل شده اند. معادلات حاکم بااستفاده از روش اسکیوی بالا دست (bsud) به معادلات اختلاف محدود تبدیل می شوند. چون متغیرهای فشار و سرعت به یکدیگر کوپل هستند، بااستفاده از روش piso فشار و سرعت تواما حل می گردند. معادله اختلاف محدود برای هر متغیر ازطریق حل دستگاه شامل ماتریس سه قطری و روش تکرارحل می شود. برنامه کامپیوتری مورد استفاده react2d بوده که درمرکز تحقیقات تکنولوژی متحد امپریال کالج لندن توسط پروفسور گوسمن و دانشجویانش تهیه شده است . این برنامه برای هندسه خاصی که سوخت و هوا درراستای یکدیگر وارد محفظه احتراق می گردند تدوین شده است با تغییراتی که دربرنامه اعمال شده جریانهای cross-flow در محفظه های احتراقی که سوخت عمود برجریان هوا وارد می گردد، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است . نتایج حاصله از اجرای برنامه کامپیوتری برای چند هندسه مختلف با نتایج تجربی مقایسه گردیده اند . این مقایسه نشان میدهد که جوابهای برنامه در حد قابل قبولی منطبق برواقعیت است .

مطالبی که در این پایان نامه ملاحظه خواهید کرد، ارائه برنامه ای جهت حل جریان لزج اطراف اجسام دوبعدی و حل جریان روی کسکید پره ها میباشد. روش حل، روشی عددی مبتنی بر معادلات کلاسیک جریان میباشد که با استفاده از اعمال تقریبات عددی بصورت اختلاف محدود، معادلات را حل کرده و نتایج موردنظر که عبارت از توزیع فشار روی بدنه و مولفه های گوناگون سرعت در نقاط مختلف جسم میباشد را ارائه میدهد. از نتایج حاصل از این برنامه میتوان جهت برآورد مقادیر پارامترهای آیرودینامیکی و هیدرودینامیکی استفاده نمود و درطراحی بدنه هائی که در معرض عبور سیالات مختلف قرار میگیرند، بکار گرفت .

جریان مغشوش مادون صوت در مجاری دوبعدی و نیز تقارن محوری با استفاده از روشهای عددی و از طریق یک برنامه کامپیوتری مورد بررسی قرار گرفته است . این برنامه از پیش نوشته شده بود و ما با راه اندازی و اضافه کردن معادله انرژی آن را تکمیل کردیم. معادلات حاکم بر جریان شامل معادلات ناویر استوکس و معادله انرژی با استفاده از ایده رینولدز متوسط گیری شده اند. عبارت تنش رینولدز و عبارتهایی که به علت مغشوش بودن جریان در معادله انرژی ظاهر شده اند با استفاده از ایده ادی ویسکوزیته و ادی دیفیوزیته مدل گردیده اند و معادلات k و e برای محاسبه این پارامتر مورد استفاده قرار گرفته اند . برای تعیین شراط مرزی کنار دیوار از قانون دیواره بر اساس ایده لاندر و اسپالدینگ استفاده شده است . زیرا در نزدیک دیوار عدد رینولدز کوچک است و مدلهای استفاده شده درمعادلات k و e برای اعداد رینولدز بالا استخراج شده اند. معادلات دیفرانسیلی با استفاده از تقریب حجم معیار به صورت اختلاف محدود در آمده اند و پارامترهایی که نیاز به میانیابی داشته اند، از دو روش قانون توانی و روش بالا دست وزنی درجه، دو میانیابی گردیده اند. شبکه محاسباتی مورد استفاده در مسئله از نوع استگرد بوده و معادلات ممنتم و معادلات اسکالر دارای شبکه های متفاوت هستند. با استفاده از روش سیمپل ترم فشار محاسبه میگردد . برنامه کامپیوتری تدوین شده بر مبنای اطلاعات فوق در چند مورد آزمایش شده است و نتایج حاصل بانتایج تجربی مقایسه شده است . موارد تست شده شامل جریانهای مغشوش بر روی پله تقارن محوری و دو بعدی در دو حالت بدون انتقال حرارت و با انتقال حرارت است . هر چند که به علت محدودیت حافظه، کامپیوتر نتوانستیم از شبکه های ریزاستفاده کنیم، اما نتایج بدست آمده دقت قابل قبولی داشته اند. بطوریکه نقطه تماس مجدد جریان به دیواره در جریان روی پله تقارن محوری در حالت بدون انتقال حرارت ، وقتی نسبت قطر مجرا در قبل و بعد از پله 47ˆ1 و عدد رینولدز بر اساس قطر ورودی 26000 = reاست ، در نقطه 37ˆ7 = x/h محاسبه گردید (h ارتفاع پله میباشد) . در حالیکه بر اساس نتایج تجربی این نقطه در 19ˆ7 x/h= قرار دارد.

دردهه های اخیر، تحلیل جریان های برشی مخصوصا لایه مرزی مغشوش ، در محدوده وسیعی از مسائل جریان سیال مورد توجه زیاد قرار گرفته است . دراین پروژه یک روش با راندمان بالا برای حل عددی جریان های برشی مغشوش با تقارن محوری مورد بررسی قرار گرفته است . برای حل لایه مرزی مغشوش از برنامه کامپیوتری که قادر به حل جریانهای برشی آزاد و جت تقارن محوری میباشد، استفاده شده است . معادلات حاکم برجریان براساس ایده رینولدز متوسط گیری شده و برای بستن معادلات از معادلات دیفرانسیلی تنش - رینولدز استفاده شده است .معادلات حاصل در دستگاه مختصات خط جریان نوشته شده و از طریق قدم به قدم حل می شوند در هرقدم شبکه محاسباتی که به صورت استگرد مورد استفاده قرار می گیرد براساس طول ناحیه برشی در امتداد عمود بر جریان در لایه برشی تغییر می یابد . به این ترتیب در هرقدم زمانی حداقل تعداد نقاط در شبکه مورد استفاده قرار میگیرند برای جریان در نزدیکی دیواره تصحیحات مربوط به اعداد رینولدز کوچک در مدل های اغتشاش مورد استفاده قرار گرفته است . برنامه کامپیوتری تدوین شده براین اساس برای سه نوع جریان لایه اختلاط، جت ولایه مرزی مغشوش تست شده است و نتایج حاصل با آزمایش مقایسه گردیده است .

در گزارش حاضر، روش طراحی معکوس کسکید پره ها برروی صفحه جریان گردنده مورد بررسی قرار می گیرد. این روش براساس معادلات اساسی آیروترمودینامیکی بنا شده است . زاویه جریان در ورود و خروج به کسکید پره ها، پارامترهای آیروترمودینامیکی ورودی و دیگر شرایطلازمه باتوجه به روش حل داده های مسئله می باشند . برمبنای ورودی های ذکر شده، جواب های مسئله عبارتند از شکل هندسی ایرفویل به اضافه مقادیر ترمودینامیکی و سرعت در هرنقطه از فضای کسکید. دو تقریبی که دراین نوشتار بررسی می گردد، یکی روش محاسبه متناوب صفحات فشار و مکش و دیگری روش استفاده از خط جریان از پیش مشخص شده می باشند. دو روش اول تانسور متریک فضا (مربوط به فضای کسکید) متناوبا از انطباق برروی قسمت فشار یا مکش محاسبه می شود و به وسیله تغییر شکل هندسی کسکید از قسمتی به قسمت دیگر تصحیح می گردد. قدم اول از روش دوم، نسبت دادن هندسه ای خاص به یکی از خطوط جریان می باشد. سپس توزیع سرعت و یادبی جریان (نسبت جریان جرم) برواحد سطح روی خط جریان مذکور، از روی توزیع ضخامت مورد نیاز پره، به طور تقریبی تخمین زده شده می شود .تابع جریان درکسکید پره ها با در نظر گرفتن صفحه شمار و مکش اولیه و نیز حل معادلات دیفرانسیل مربوطه محاسبه می شود. پس از آن از تعریف تابع جریان، تانسور متریک روی صفحه خط جریان داده شده تعیین می گردد. ریشه دوم تانسور متریک ، عرض کسکید پره هاست ، که دراین گزارش به سیستم مختصات غیر متعامد خاصی مربوط می گردد. این روش تابه دست آوردن تابع جریان ادامه می یابد و باهمگرا شدن تانسور متریک (عرض کسکید پره ها) تکرار می گردد. پس از همگرایی تانسور متریک در حقیقت براساس شرایط ورودی و روش فوق الذکر به هندسه صحیحی ازکسکید پره ها دست یافته ایم، به عبارت دیگر کسکید پره ها را طرح کرده ایم . در کنار طرح فوق جریان روی صفحه جریان حل شده و مقادیر آیروترمودینامیکی را برای هرنقطه از فضای کسکید پره ها خواهیم داشت . دراین گزارش غیرازتوضیحاتی پیرامون روش و معادلات لازمه آنها، شرحی راجع به فضای سه بعدی و نیز معادلات روش تفاضل متناهی فواصل نامساوی بررسی شده است . نهایتا جواب های به دست آمده از روش های فوق، از دقت خوبی برخوردار می باشند.

در این پایان نامه جریان مغشوش سیال در یک راکتور لوله ای به صورت دو بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر جریان عبارتند از : معادله پیوستگی ، مومنتم ، انرژی و بقای هر جز که بایستی بطور همزمان در راکتور حل شوند . برای بدست آوردن توزیع دما و غلظت در یک راکتور لوله ای ابتدا باید معادلات پیوستگی و مومنتم حل شوند سپس با استفاده از این فرض که معادلات انتقال حرارت و انتقال جرم بر معادله مومنتم تاثیر گذار نیستند ( خواص فیزیکی ثابت) و با استفاده از توزیع سرعت بدست آمده از معادله ناویر استوکس معادله انرژی و غلظت حل شود. برای حل معادلات از روش متوسط گیری رینولدز وبرای مدل کردن تنش رینولدز از مدل ‏‎k-e‎‏ استفاده شده است و به منظور بررسی اثرات دیوار از تصحیح کنار دیوار استفاده شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از روش حجم محدود به یک دستگاه معادلات جبری تفاضل متناهی تبدیل شده و با استفاده از شبکه جابجا شده برای مولفه های سرعت و بکار بردن ‏‎simplec‎‏ حل شده اند. نتایج بدست آمده از حل عددی معادلات در یک راکتور لوله ای و یک کانال با سطح مقطع مستطیل با داده های تجربی و حل عددی سایر محققان مقایسه شده اند. که تطابق خوبی نشان می دهند. در هر سمت با توجه به نمودارهای ارائه شده اثر عدد رینولدز، پرانتل، اشمیت، انرژی اکتیواسیون، ثابت سرعت واکنش و گرمای ناشی از واکنش شیمیایی بررسی شده است. وقتی که انرژی اکتیواسیون کم باشد فرض پلاگ بودن چندان سخت ندارد و این فرض برای گرمای واکنشهای عادی معتبرتر است. برای انتقال حرارت از دو شرط مرزی دما ثابت و شار ثابت نیز استفاده شده است و سعی شده است تا حد امکان از بی بعد سازی در ارائه نتایج استفاده شود.

با احساس نیاز به تونلهای باد آزمایشگاهی در رژیم سرعت بالا طراحی یک تونل باد فراصوت تشخیص داده شد. منظور از این پایان نامه ارائه یک مرجع عملی برای طراحی تونلهای باد فرا صوت می باشد. این پایان نامه ابتدا به بررسی انواع تونلهای باد فراصوت پرداخته و آنها را هم مقایسه کرده است . در گام بعدی به روشهای طراحی نازلهای فراصوت توجه می شود همچنین نحوه طراحی تونلهای باد فرا صوت تخلیه ای متناوب به تفصیل مورد بررس قرار می گیرد. در این بخش بیشتربه طراحی نازلی که بتوانند جریان یکنواخت با ماخ دلخواه را در قسمت آزمایش ایجاد نماید توجه شده است. در پایان نیز یک نمونه عملی از طراحی تونل باد فرا صوت تخلیه ای متناوب انجام می شود. طراحی انجام شده نهایتا بکمک یک کد رایانه ای بهینه می گردد. نتیجه نهای یک تونل باد تخلیه ای متناوب با عدد ماخ سه در قسمت آزمایش و زمان اجرا ی حدود بیست و چهار ثانیه می باشد که زمان اجرا از یک و نیم ثانیه پس از استارت تونل شروع می شود.

در کار حاضر جریان نوسانی آرام در ‏‎b=35‎‏ و ‏‎b=196‎‏ بصورت عددی با روش سیمپل سی و به کمک یک شبکه منطبق بر بدنه نوع ‏‎o‎‏ و هم مکان در محدوده ‏‎1<kc<30‎‏ که رژیم های گوناگون جریان را می پوشاند حل شده است. نتایج بدست آمده از این شبیه سازی نشان دهنده قابلیت مدل دو بعدی در معرفی سینماتیک جریان و رژیم های مختلف و ریزش گردابه ها است. معادله موریسون در ‏‎kc‎‏ های کوچک برازش خوبی را از نیروی طولی ارائه می دهد ولی در اعداد کیولگان - کارپنتر بزرگتر این انطباق ضعیف تر است. انطباق خوبی بین نتایج بدست آمده ونتایج موجود مشاهده شده و برخی از پدیده های جریان مانند تغییر مود و سه بعدی شدن جریان یا ناپایداری هونجی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی تغییرات زمانی نیروی طولی وارد بر استوانه اطلاعات دقیقی در ارتباط با ریزش گردابه ها در هر سیکل و فرکانس ریزش آنها و نحوه تغییر مود جریان ارائه می دهد. در عین حال نتایج دست آمده به خوی تغیرات زمانی نیروی طولی و عرضی یک مود خاص رادر مقایسه با نتایج تجربی ارائه می دهد. همینطور نشان داده شده است که ضریب لیفت را می توان به شرط انتخاب مدار مناسب با تئوری کوتاه بدست آورد که این نتیجه با ساختن جریان پتانسیل نظیر ان تایید شده است. ناپایداریهای سه بعدی هونجی نیز با یک تحلیل سه بعدی عددی برای ‏‎b=200‎‏ شبیه سازی شده است. بررسی این جریان نشان می دهد که در ‏‎kc=1‎‏ جریان دو بعدی و در ‏‎kc=2‎‏ سه بعدی است. بطور کلی نتایج بدست آمده با نتایج آزمایش توافق دارد.در بخش دیگر جریان مغشوش دائم عبوری از روی استوانه دایره ای در اعداد رینولدز زیر بحرانی تا فوق بحرانی با بکارگیری مدلسازی غیر خطی بصورت دو بعدی شبیه سازی شده است. شبیه سازی عددی حاضر و مدل اغتشاش غیر خطی کرافت - لاندر - سوگا با تنظیم محدود جمله های مرتبه سوم توانسته است افت درگ را در عدد رینولدز حدود ‏‎2*10**5‎‏ بعلت وقوع اغتشاش در بالادست نقطه جدایی پیش بینی کند.اندکی پس از این نقطه در اعداد رینولدز بحرانی به علت عدم شبیه سازی حباب های چسبیده جدایی درگ بیش از حد پیش بینی می شود ولی در ناحیه فوق بحرانی درگ را دوباره بهتر پیش بینی می کند.

در این پایان نامه بررسی تجربی و تحلیلی رفتار توربین گازی جریان شعاعی دو ورودی در حالت دایم مد نظر می باشد.همچنین روش مدلسازی یک بعدی توربین ها ی جریان شعاعی به منظور پیش بینی عملکرد توربین دو ورودی توسعه یافته است .در این راستا معادلات بکار گرفته شده در مدلسازی یک بعدی و ضرایب تلفات ناشی از اصطکاک ، لقی و بارگذاری پره که در توربین تک ورودی بکار گرفته می شود اصلاح شده اند. همچنین تلفاتی اضافه در روتور توربین به دلیل اختلاف شرایط جریان در ورودی روتور توربین تک ورودی و دو ورودی در نظر گرفته شده است و به عنوان تلفات اختلاط روتور نامگذاری شده است. در واقع یک توبین تک ورودی که شرایط بالادست روتور آن متقارن باشد جریان تمایل دارد که از سمت شرود بگذرد . از آنجا که سیال همواره بهترین راه را برای عبور از یک مسیر انتخاب می کند توزیع سرعت شعاعی جریان ، در ورود به روتور توربین تک ورودی به عنوان حالت بهینه در نظر گرفته شده است. در این جا رابطه ای برای این توزیع سرعت بر حسب ابعاد روتور بدست آمده است. بر اساس اختلاف بین توزیع سرعت شعاعی جریان در ورود به روتور توربین دوورودی و توزیع سرعت بهینه ، تلفات اختلاط توربین تخمین زده شده است.در این پایان نامه هدف از انجام مطالعات تجربی بدست آوردن منحنی های مشخصه توربین می باشد. در واقع به دلیل پیچیدگی های الگو جریان درون توربین روش های تجربی مطمئن ترین را ه برای این کار می باشد.با استفاده از این نتایج می توان روش های تئوری پیش بینی عملکرد توربین را ارزیابی و در صورت نیاز آنها را اصلاح کرد.

هدف این رساله بررسی و تحلیل احتراق در پلوم نازل مافوق صوت می باشد. در این رساله یک کد کامپیوتری برای حل معادلات ناویراستوکس در دو حالت دوبعدی و متقارن محوری به همراه معادلات پیوستگی نمونه های جرمی می باشد. در این روش با استفاده از مدل آرنیوس و تغییرات انرژی آزاد گیبس ثابتهای رفت (پیشرو) و برگشت واکنش ها بدست می آیند و نهایتا نرخ پیشرفت هر واکنش تعیین و از آنجا نرخ تولید و یا مصرف کلیه نمونه های شیمیایی در مجموعه واکنشها محاسبه می شوند. از روش تجزیه شارون لییر مبتنی بر یک روش حجم کنترل برای گسسته سازی معادلات استفاده شده و با دو روش صریح و ضمنی حل شده اند. برنامه کامپیوتری حاضر از کد ‏‎sharp‎‏ به عنوان اسکلت اصلی استفاده کرده است. اطلاعات ترمودینامیکی کلیه نمونه ها از روی داده های ‏‎chemkin‎‏ استفاده شده است.

در این پروژه جریان تراکم پذیر حول ایرفویلهای ثابت و نوسانگر با استفاده از حل عددی معادلات ناویراستوکس و اویلر ارائه شده است. بررسی جریان حول ایرفویلهای نوسانگر کاربرد زیاد در صنایع هلیکوپترسازی و توربوماشین دارد.