در این پایان نامه تحلیل عددی جریان های آشفته شتاب دار داخل لوله توسط مدل sst k-? مورد بررسی قرار می گیرد. مدل آشفتگی sst k-? یکی از انواع مدل های دومعادله ای محسوب می شود که در آن مدلk-? استاندارد به فرمولاسیون مدل k-? ویلکاکس سوئیچ می کند و در نتیجه آن یک ترم اضافی به نام ترم انتشار مشترک ظاهر می شود. برای اطلاع از ویژگی های sst آزمایشات متعددی صورت گرفته است و نتایج تحلیلی آن مورد بررسی قرار گرفته اند. مورد آزمایشگاهی در این پروژه، جریان ناپایای داخل لوله می باشد که توسط هی و جکسون انجام شده است. در این نوع جریان عدد رینولدز اولیه 7000 بوده و طی مدت زمان های مختلف به عدد رینولدز 45200 می رسد. سیال عامل در این تحقیق تجربی آب، و قطر لوله به-کار رفته 8ر50 میلیمتر می باشد. در نتایج تجربی به دست آمده مشخص شد که یکی از برجسته ترین ویژگی های پاسخ میدان جریان آشفته در مقابل شتاب تحمیل شده، تأثیر تأخیر در انتشار اغتشاشات می باشد. با مقایسه نتایج عددی مدل sst تحت همین شرایط آزمایشگاهی با نتایج تجربی نارسایی های مدل برای پارامترهای مختلف جریان به وضوح مشاهده گردید. به دلیل پاسخ بسیار آهسته پارامتر انرژی جنبشی اغتشاشی به شتاب تحمیل شده، تا قبل از اتمام دوره تأخیر، ایده اصلاح این مدل برای انطباق بیشتر با داده های آزمایشگاهی، اضافه کردن ضریبی به ترم سوم معادله نرخ اتلاف مخصوص بی-بعد، که معادل انتشار اغتشاش و لزجت است، قرار گرفت. رابطه اصلاحی تابعی از مدت زمان شتاب دهی به جریان، عدد رینولدز در لحظه اتمام تأخیر زمانی و فواصل مختلف از دیواره لوله می باشد که با اعمال این رابطه در برنامه 1d نتایج نسبتا خوبی در مقایسه با شرایط مدل پیش از اعمال تصحیحات و نتایج تجربی مشاهده شد.

این پایان نامه، به معرفی روش های حفظ انتروپی (ep) و حفظ انرژی جنبشی (kep) و مقایسه ی آنها با برخی از روش های اتلاف مصنوعی و بالادست پرداخته است. جداسازی معادلات در روش های kep و ep به گونه ای صورت می گیرد که بقای کلی کمیت هایی مثل انرژی جنبشی کل تایید شود. اگر در جریان شوک اتفاق بیفتد، اپراتورهای شوک به معادلات اضافه شده که مقدار تغییرات انتروپی و یا هر کمیت دیگر که بر اثر شوک رخ داده است، را محاسبه و به معادلات اضافه می نماید. در روش های ep و kep مانند اکثر روش های پیشین، در محل هایی که گرادیان فشار بالاست (مثل شوک)، ترم های اتلافی اضافه می شود. اما بر خلاف روش های پیشین، وجود این ترم ها در دیگر بخش های حل که گرادیان فشار بالا نیست، ضروری نیست. هدف از کار حاضر این است که روش های پایداری را معرفی کند که ترم های اتلاف مصنوعی را فقط در نزدیکی نقاط ناپیوستگی به معادلات اضافه نماید. روش ep معادلات را به گونه ای جداسازی می کند که مقدار نرخ تغییرات انرژی کلی در معادلات جداسازی شده، با مقدار واقعی آنها برابر باشد. همچنین در مواردی که انتروپی کل ثابت می ماند، مقدار آن را ثابت نگه می دارد. روش kep معادلات را به گونه ای جداسازی می کند که بقای کلی انرژی جنبشی تضمین شود. این روش، با افزایش تعداد نقاط، به سمت دقیق شدن کامل نتایج نزدیک شده و برای مدل کردن جریان های آشفته ی واقعی بسیار مناسب می باشد. در این پایان نامه، به مقایسه ی برخی روش های اتلاف مصنوعی و بالادست، با روش های حفظ انرژی جنبشی و حفظ انتروپی پرداخته شده است. برای این منظور، ابتدا جریان یک بعدی غیرلزج در داخل شیپوره ی همگرا-واگرا مورد بررسی قرار گرفته است. سپس جریان دو بعدی غیر لزج در داخل کانال شامل برآمدگی مورد بررسی قرار گرفته است. در قسمت بعد، جریان دو بعدی لزج با تقارن محوری روی یک صفحه ی تخت بررسی می شود. در انتها، جریان دوبعدی لزج بر روی ایرفویلnaca 12 مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده شده که هر دو روش ep و kep، باافزایش تعداد نقاط شبکه، حل دقیق تری را ارائه می کنند و برخلاف روش های پیشین محدودیتی در افزایش تعداد نقاط ندارند.

در این پایان نامه به مطالعه رفتار جریان بر روی دو سیلندر پشت سر هم با نسبت اقطار کم در دو قطر و در دو عدد رینولدز متفاوت بین دو سیلندر پرداخته شده است. همچنین اثر تغییرات فواصل بر روی سرعت متوسط و شدت اغتششات در پشت سیلندر اصلی بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد با قرار دادن یک میله در جلوی سیلندر اصلی و مغشوش شدن جریان، جدایش دیرتر اتفاق می افتد، بنابراین ناحیه گردابه ای در پشت سیلندر، کوچکتر و سرعت جریان نسبت به حالت تک سیلندر، بیشتر خواهد بود. همچنین با قرار دادن میله کنترل در فواصل نزدیک به سیلندر اصلی لایه های برشی بطور یکنواخت به سطح بالا و پایین سیلندر می رسند و بین میله و سیلندر یک حالت حفره مانند با جریان راکد و فشار خیلی کم و حتی منفی پدید می آید که همین امر، اختلاف فشار بین پشت و جلو سیلندر اصلی را کم می کند و نیروی درگ شکلی و به تبع آن نیروی درگ کلی کاهش می یابد. پس یک فاصله بحرانی بین میله و سیلندر وجود خواهد داشت که در آن نیروی درگ کمترین مقدار خواهد بود که طبق آزمایشات انجام شده در این پروژه، این فاصله بحرانی برای دو نسبت قطر 1/0 و 15/0 تقریباً برابر با 2l/d= خواهد بود.

این پروژه به بررسی و مطالعه نوع خاصی از عملگرهای پلاسما می پردازد که به آن ها عملگرهای دی الکتریک گفته می شود. کاربرد این عملگرها در حوزه کنترل جریان، روز به روز در حال گسترش می باشد. این امر دلایل متعددی دارد که از مهمترین آن ها می توان به عدم نیاز به قطعات مکانیکی، پاسخ گویی سریع و ارزان بودن اشاره کرد. ابتدا فیزیک تخلیه بار در این عملگرها مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج تجربی کار های دیگران گردآوری شده و جمع بندی هایی صورت گرفته است. در این بخش روش های تجربی تحلیل پلاسما نیز به طور مختصر معرفی شده اند. پس از آن انواع روش های عددی تحلیل پلاسما و شبیه سازی تخلیه یونی گردآوری شده اند. در انتها یکی از روش های عددی موجود در دنیا در این زمینه انتخاب شد و کد فورترنی بر اساس آن تهیه شد. شایان ذکر است که یک روش جایگزین و بسیار سریع هم برای مدلسازی عددی رفتار یک عملگر پلاسما، در کنار روش های عددی دیگر معرفی شده است. در نهایت صحت نتایج بدست آمده از کد فورترن نوشته شده، با داده های تجربی گردآوری شده، آزموده شد و نتیجه های بدست آمده در فصل نتیجه گیری گردآوری گردید. گام مهم دیگر فراهم آوردن یک بستر عددی برای حل جریان بود. برای این کار از کد جیمسون استفاده شده است که در فصل ششم رساله به ویژگی های آن پرداخته شده است. این کد معادلات نویر استوکس را به صورت ناپایا حل می کند، که البته برای حل مسائل پایا نیز می توان از آن استفاده کرد. اگر در ترم های چشمه معادلات نویر استوکس که در این کد حل می شوند، میدان نیرویی حاصل از حل پلاسما را که در فصل های قبل بدست آمده است جایگزین کنیم، می توانیم نتایج حل جریان با وجود نیروهای ناشی از پلاسما را مشاهده کنیم. بعد از انجام کارهای بالا توانستیم نتایج حل جریان در شرایط مختلف را، با و بدون استفاده از عملگرهای پلاسما را مشاهده نماییم. نتایج یک چنین تحلیلی در فصل هفتم گرداوری شده اند فصل هشتم نیز فصل جمع بندی مطالب گفته شده است و ماحصل رساله در این فصل عنوان می شود. در این فصل خلاصه ای از رساله نیز آورده می شود و پیشنهاداتی برای ادامه کار مطرح خواهد شد.

لایه اختلاط یکی از جریانهای لایه مرزی است که به دلیل کاربرد گسترده درتجهیزات صنعتی مختلف موضوع تحقیقات متعدد در آزمایشگاهها بوده است.این جریان ? لایه ای است بین دوجریان موازی با سرعتهای متفاوت که برای مقادیر کوچک لزجت تحول از سرعت u به سرعت u? در یک ناحیه اختلاط باریک صورت می گیرد که در آن مولفه عمودی v در مقایسه با سرعت محوری u کوچک است. مثال دیگری از جریانهای لایه مرزی جریان جت آزاد در سیال ساکن است که سالها مرکز توجه محققین بوده است. یکی دیگر ازجریانهای لایه مرزی جریان جت مومنتوم است که در این جریان جت از یک شکاف کوچک شبیه نقطه آغاز می شود. تا کنون به جز روشهای عددی که دارای دقت نسبتا کمی است از روشهای تحلیلی متعددی برای حل این سه جریان استفاده شده است .معروفترین این روشها اغتشاش است که فقط برای معادلاتی که حالت غیرخطی ضعیفی دارند معتبر است.روشهای تحلیلی دیگری نیز مانند روش تجزیه آدومیان،روش لاندا- اکسپانشن و روش پارامترکوچک مصنوعی لیاپونوف توسط افراد مختلفی بکار گرفته شده است.کلیه این روشها دارای محدودیتهایی هستند ومانند روش اغتشاش نمی توانند روشی برای تنظیم منطقه همگرایی سریهای تخمینی ارائه دهند.در اینجا روش جدیدی به نام هموتوپی معرفی می شود که یکی از بهترین روش های تحلیلی ارائه شده تا کنون است که قادر به حل تعدادی از معادلات با حالت غیر خطی شدید است حتی اگرمسائل شامل پارامتر های کوچک و بزرگ نباشند.این روش راهی برای انتخاب عملگرخطی کمکی،تابع کمکی،حدس اولیه ،توابع پایه مناسب برای ارائه حل یک معادله غیر خطی ارائه می دهد.در اینجا ازهموتوپی برای حل معادلات لایه اختلاط با شرایط مرزی مختلف و جت مومنتوم و جت آزاد استفاده شده است و نتایج بدست آمده توسط این روش منحنی تابع سرعت وتابع مکان و منحنی h و خطای باقیمانده می باشد. هموتوپی،یک راه مناسب برای کنترل همگرایی سریهای تخمینی از طریق پارامترh فراهم می کندکه اختلاف عمده بین روش هموتوپی وروشهای دیگر است. پارامترh نقش مهمی در روش هموتوپی بازی می کند که توسط منحنی های مشتق مشخص می شود. نتایج حل با روش عددی وحل دقیق مقایسه شده است که تطابق خوبی می دهد.

در این پایان نامه کاویتاسیون جزئی و سوپرکاویتاسیون همراه با دمش گاز حول اجسام متقارن محوری، توسط روش المان مرزی بر مبنای تئوری جریان پتانسیل به صورت عددی شبیه سازی شده اند. به این منظور بخش خیس شده ی جسم و سطح کاویتی توسط پنل هایی تقریب زده می شود که روی آن ها حلقه های دوگان و چشمه با قدرت ثابت توزیع شده اند (توزیع حلقه ی دوگان روی سطوح جسم و کاویتی و توزیع حلقه ی چشمه روی سطح کاویتی). قدرت چشمه ها و دوگان ها می توانند از یک پنل به پنل دیگر تغییر کنند. جهت مدل سازی کاویتاسیون همراه با دمش گاز، فرض می شود که گاز از انتهای کاویتی به بیرون مکیده شود. بنابراین به جای چشمه و دوگان یک چاه با قدرت مشخص روی آخرین پنل تشکیل دهنده ی مرز کاویتی که مقطع مکش نامیده شده قرار داده می شود. با اعمال اتحاد مرتبه ی سوم گرین و بیان این تئوری در جریان پتانسیل در اطراف هر سطح، کاویتاسیون همراه با دمش گاز مدل سازی می گردد. در این تحقیق عدد کاویتاسیون مشخص فرض شده است و طول و شکل اولیه ی کاویتی حدس زده می شود. شرایط مرزی شامل شرط مرزی سینماتیکی روی سطح جسم جامد و شرایط مرزی دینامیکی و سینماتیکی روی مرز کاویتی می باشند. شرط مرز دینامیکی از معادله ی برنولی به دست می آید. با اعمال شرایط مرزی و حل دستگاه معادلات حاصل، مقادیر مجهول قدرت چشمه و دوگان و طول کاویتی مشخص می شوند. شکل کاویتی با تکرار و از طریق تنظیم پنل ها به گونه ای که جریان بر سطح کاویتی مماس شود و سرعت عمودی روی هر پنل صفر گردد، به دست می آید. جهت مقایسه ی نتایج روش المان مرزی با نتایج روش های عدی مبتنی بر حل معادلات ناویر- استوکس، در تحقیق حاضر کاویتاسیون همراه با دمش گاز در اطراف اجسام متقارن محوری به کمک روش نسبت حجمی سیال نیز به صورت عددی شبیه سازی شده است. تأثیر پارامترهای مختلف بر روی طول کاویتی و ضریب پسا بررسی شده است. مقایسه ی بین نتایج روش المان مرزی و نتایج تجربی و تحلیلی موجود و نیز روش های عددی، توانایی این روش را در شبیه سازی کاویتاسیون همراه با دمش گاز تأیید می نماید. نتایج نشان می دهند که در عدد کاویتاسیون یکسان طول کاویتی به دست آمده برای کاویتاسیون همراه با دمش گاز %5 تا %10 در مقایسه با کاویتاسیون طبیعی بیشتر است. دقت مناسب در پیش بینی پارامترهای هندسی و جریانی (شکل کاویتی و ضریب پسا) باعث اعتبار بخشی به روش استفاده شده می باشد. مهمترین مزیت روش مذکور سرعت هم گرایی بسیار بالای آن است.

در یک تقسیم بندی می توان روش های عددی را به دو گروه روش های اتلاف مصنوعی و روش های بالادست تقسیم بندی کرد.روش های بالادست به دو دسته تجزیه اختلاف شار و تجزیه بردار شار تقسیم می شوند. در این تلاش سعی شده تا دو طرح از روش های تجزیه بردار شار یعنی روش هایausm+ و ausm+up مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و نقاط قوت و ضعف آن ها در دقت مرتبه یک و دقت های بالا در حل معادلات اویلر مشخص گردد و در نهایت نتایج با روش های کاسپ و اسکالر مقایسه گردد. در این بررسی تاثیر تابع محدود کننده و چگونگی عملکرد هر یک از روش ها در رژیم های مختلف( در جریان خارجی حول ایرفویل naca0012 و در جریان داخلی درون کانال با برآمدگی) به طور کامل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بررسی نتایج نشان داده است که طرحاسکالردارای ضرایبی می باشد که استفاده کننده می بایست ابتدا مقدار آنها را با سعی و خطا تنظیم کند و این از کارایی این روش می کاهد. طرح کاسپ ضمن پیش بینی بهترموج ضربه ای، نسبت به طرح اسکالر ، از تولید نوسانات به مقدار زیادی جلوگیری می کند. طرحausm+ و ausm+upبا دقت مرتبه اول به علت اتلاف بالا قادر به تسخیر موج ضربه ای به طور مطلوب نمی باشد و این طرح ها در دقت مرتبه دو همواره عملکردی خوب و قابل قبول در رژیم های متفاوت جریان ارائه می دهند.از نقاط ضعف روش ausm+ میتوان به ترم تنظیمی ? اشاره کرد که میبایستی توسط کاربر تنظیم شود. این ضعف در طرحausm+upرفع گردیده و به طور هوشمند، مطابق جریان وارد معادلات می شود.نتایج نشان داده است که روش ausm+up در رژیم های متفاوت جریان نسبت به روش ausm+ از همگرایی و دقت بهتری برخوردار می باشد. این روش در نواحی که موج ضربه ای رخ می دهد، از نوسانات تولید شده در روش ausm+می کاهد. در ادامه با توجه به دقت، پایداری و همگرایی مناسب طرحausm+up، طرح مذکوربه همراه طرح کاسپ برای شبیه سازی جریان شبه لزج با استفاده از روش تسخیر ورتیسیته پیرامون ایرفویل در اعداد رینولدز بالا انتخاب شده است.نتایج نشان داده است که باحل معادلات اویلروباتنظیم مقدار اتلافات عددی، تسخیر گردابه وشرایط مرزی لزج علاوه بر اینکه درزمان وهزینه اجراصرفه جویی می شود ،نتایج کلی همترازبانتایج حاصل از حل معادلات ناویراستوکس همراه با مدل آشفتگی نیز ارائه میگردد. همچنین در این بررسی مشخص گردید که با روش کاسپ و ausm+up در حالت دقت مرتبه دو با اعمال شرط مرزی لزج روی دیواره و با کاهش پارامتر تسخیر گردابه (افزایش پخش شدگی) میتوان به نتایج تجربی نزدیک شد.

هدف از تحقیق حاضر مدلسازی جریان تراکم ناپذیر کاویتاسیونی بر روی هندسه دو بعدی و سه بعدی هیدروفویل clark-y با استفاده از روش نسبت حجمی سیال (vof) و مدل آشفتگی شبیه سازی گردابه های بزرگ (les) می باشد. ابزار انجام تحقیق حاضر بسته نرم افزاری مرجع باز اپن فم (openfoam) می باشد. مدل زیر شبکه ای استفاده شده در روش les از نوع تک معادله ای "گردابه ای-لزجتی" می باشد و جریان کاویتاسیونی به صورت یک مخلوط دوفازی واحد و همگن در نظر گرفته شده است. یک معادله ی انتقال که شامل مدل های انتقال جرم مناسب برای شبیه سازی فرآیند تبخیر و میعان می باشد نیز همراه با معادلاتles حل می شود. از روش نسبت حجمی سیال به عنوان ابزار حل عددی معادله انتقال فوق برای باز سازی سطح مشترک استفاده شده است. از دو مدل انتقال جرم کانز و ساویر برای شبیه سازی فرآیند کاویتاسیون استفاده شده و نتایج این دو مدل با داده های آزمایشگاهی مقایسه و اعتبارسنجی شده است. توانایی مدل عددی حاضر و برتری مدل les نسبت به مدل های rans در شبیه-سازی مکانیزم های مختلف جریان کاویتاسیونی برای رژیم های ابری و سوپرکاویتاسیون بررسی گردید. با استفاده از الگوریتم غیر دائمی (گذرا) برای حل جریان مشخص شد که مدل آشفتگی les توانایی بالایی در نشان دادن ماهیت ناپایای جریان کاویتاسیونی و همچنین شکل و دینامیک رشد و کنده شدن کاویتاسیون ابری دارا می باشد. همچنین مدل عددی حاضر ضرایب هیدرودینامیکی را با دقت بالایی پیش بینی می نماید. افزایش فشار ناگهانی ناشی از فروریختن حباب های کاویتی در پایین دست لبه ی حمله نیز در مدل-سازی مشاهده می شود. با کاهش عدد کاویتاسیون به تدریج کاویتی پایدار شده و مکانیزم کنده شدن ضعیف می شود. با توجه به ماهیت سه بعدی مدل آشفتگی les، شبیه سازی عددی به حالت سه بعدی نیز گسترش یافته و رفتار سه بعدی کاویتاسیون نیز نشان داده شده است. با توجه به درنظر گرفتن اثرات سه بعدی و گسترش و تغییرات دامنه ی فشار در جهت عمود بر صفحه ی هیدروفویل، نوسانات شدید موجود در نمودار ضرایب هیدرودینامیکی که در حالت دوبعدی به وجود می آمد از بین رفت و نمودار ضرایب هیدرودینامیکی به حالت واقعی که در نتایج آزمایشگاهی موجود است نزدیکتر گردید.

هدف از رساله حاضر، مطالعه جریان همراه با کاویتاسیون طبیعی و گازدهی شده بر روی پرتابه های زیرسطحی با هندسه های مختلف برای بدست آوردن شکل کاویتاتور بهینه در شرایط عملکردی متفاوت می باشد. برای دستیابی به هدف مورد نظر، در تحقیق حاضر روشهای المان مرزی بر پایه جریان پتانسیل، شبیه سازی عددی و مطالعات تجربی مورد توجه است. نتایج در دو بخش کاویتاسیون طبیعی و کاویتاسیون گازدهی شده ارائه شده اند. در بخش کاویتاسیون طبیعی نتایج روش المان مرزی و عددی بر روی هندسه های متقارن محوری ساده و کاربردی با نتایج تجربی موجود مقایسه شده اند که تأیید کننده دقت روشهای المان مرزی و عددی در شبیه سازی کاویتاسیون طبیعی می باشند. سپس به کمک روشهای المان مرزی و عددی و همچنین ترکیب روش المان مرزی با الگوریتم ژنتیک، شکل کاویتاتور بهینه برای پرتابه ها با شکلهای مختلف بدنه و در عددهای کاویتاسیون متفاوت ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که کاویتاتوری بهترین است که در کمترین ضریب پسا، کاویتی تولید کند که بخش مخروطی پرتابه را احاطه کند. همچنین با افزایش عدد کاویتاسیون، کاویتاتور بهینه دماغه کوچکتری خواهد داشت و به کاویتاتور دیسکی نزدیک می شود. در بخش کاویتاسیون گازدهی شده، ابتدا برای شناخت بهتر این پدیده، مطالعات آزمایشگاهی انجام شده در تونل آب دانشگاه علم وصنعت ارائه می شود. سپس مطالعه عددی این پدیده به صورت سه بعدی و به کمک روش نسبت حجمی سیال (vof) با استفاده از الگوریتم بازسازی مرز کاویتی؛ الگوریتم یانگز انجام شده است. مقایسه نتایج تجربی و عددی نشان می دهند که روش عددی استفاده شده به خوبی پدیده کاویتاسیون گازدهی شده را شبیه سازی می کند. همچنین با توجه به نتایج آزمایشگاهی و عددی، معیار مناسب برای انتخاب کاویتاتور بهینه برای پرتابه ها با تکنولوژی دمش گاز، دست یافتن به طول کاویتی یکسان با حداقل دمش گاز و کمترین ضریب پسا درنظر گرفته می شود. در پایان با عنایت به این معیار، کاویتاتورهای بهینه برای پرتابه ها با هندسه های مختلف و در شرایط عملکردی متفاوت با استفاده از روش المان مرزی ارائه می شود. نتایج نشان می دهند که در تمام طولهای کاویتی با افزایش شعاع بدنه پرتابه و کاهش طول قسمت مخروطی، دماغه کاویتاتورهای بهینه کوچکتر شده و به کاویتاتور دیسکی نزدیک تر می شوند.

کاویتاسیون عبارت است از شکل گیری خود به خودی حباب های کوچک ناپایدار در هر سیالی که در معرض تغییرات عمده فشار قرار گیرد. این پدیده در ماشین های هیدرولیکی، پروانه کشتی ها و غیره اتفاق می افتد و بر روی آنها اثرات نامطلوبی به جای می گذارد. علیرغم آثار نامطلوبی که کاویتاسیون بر جای می گذارد، دارای خواص مطلوب و کاربردی نیز هست که نمونه آن در پرتابه های زیر آبی می باشد. در این اجسام با قرار دادن کل جسم در حباب و ایجاد رژیم سوپرکاویتاسیون، می توان نیروی پسا را بر روی جسم کاهش داد. موضوع اصلی مورد بحث در این پایان نامه شبیه سازی عددی کاویتاسیون حول اجسام با تقارن محوری همراه با کاویتاتور بدون سوراخ و سوراخ دار به کمک روش المان مرزی بر مبنای پتانسیل(bem) می باشد. به این منظور سطح کاویتی و سطح خیس شده جسم و سطح سوراخ توسط المان هایی تقریب زده می شود و به کمک بیان انتگرالی تئوری گرین با این مضمون که «جریان پتانسیل روی هر سطح را می توان با یک توزیع چشمه و دوگان روی سطوح مقید آن شبیه سازی کرد»، جریان همراه با کاویتاسیون شبیه سازی می شود. در راستای این هدف، رینگ چشمه ها روی سطح کاویتی و رینگ دوگان ها روی سطح کاویتی و جسم و سوراخ توزیع می شوند. لازم به ذکر است که قدرت رینگ چشمه ها و دوگان ها روی هر المان ثابت و از هر المان به المانی دیگر متغیر می باشد به منظور مدل سازی سوراخ بر روی کاویتاتور, بر روی گره های مورد نظر بر روی سطح کاویتاتور چشمه با قدرت منفی قرار داده شده است. ایجاد سوراخ بر روی کاویتاتور تاثیرات مختلفی را بر طول کاویتی,ماکزیمم قطر کاویتی, ضریب درگ فشاری و ضریب درگ اصطکاکی پرتابه دارد. کاربرد کاویتاتور سوراخ دار در پرتابه های زیر آبی به منظور تامین گاز لازم برای ایجاد کاویتاسیون مصنوعی می باشد.تطابق نتایج bem با نتایج fluent و experimental نشان دهنده دقت بالای روش مذکور می باشد.

در این تحقیق، اثر مدل سازی آشفتگی، اندازه شبکه و گسسته سازی حجم محدود در زوایای حمله کمتر از شرایط واماندگی و اثرات تراکم پذیری در رفتار واماندگی ایرفویل ناکا 12 با استفاده از بسته نرم افزاری اپن فم بررسی شده است. مشاهده شده است که با بهبود روش گسسته سازی معادله ممنتم، خطای محاسباتی ضرایب برا و پسا کاهش می یابد. از میان روش های گسسته سازی متفاوت، بهترین نتیجه با استفاده از روش گسسته سازی خطی برای عبارت جابجایی و گسسته سازی مرتبه چهارم برای گرادیان فشار حاصل شد. چهار مدل آشفتگی از خانوادهrans شامل اسپالارت آلماراس، k- sst، k-? و rng k-? در زوایای کمتر از شرایط واماندگی بررسی شدند و ضرایب برا و پسای آن ها با یکدیگر مقایسه شد. از میان مدل های آشفتگی مختلف، بهترین نتیجه برای ضریب برا از مدل آشفتگی k- sst و بهترین ضریب پسا از مدل آشفتگیrng k-? بدست آمد. مدل آشفتگی k- sst شروع شرایط واماندگی را به درستی پیش بینی می کند، در حالی که مدل های دیگر توانایی پیش بینی آن را ندارند. مدل آشفتگی شبیه سازی گردابه-های بزرگ (les) برای شبیه سازی جریان در زوایای حمله مختلف و در یک زاویه حمله بالا در شرایط واماندگی بررسی شد. مشاهده شد در زاویه حمله ?18و عدد ماخ 2/0، تراکم پذیری تاثیر مهمی ندارد و شبیه سازی تراکم ناپذیر نتایج مناسبی را ارائه می-دهد، در حالی که در میدان جریان با عدد ماخ 25/0 شبیه سازی تراکم پذیر نیاز است. اثر شکل گیری گردابه ها، حرکت و جدایش آن-ها روی ضرایب برا، پسا و فشار دیواره بررسی شده است. نشان داده شده است که این گردابه ها باعث ایجاد رفتار نوسانی در توزیع فشار روی سطح بالایی ایرفویل می شوند. این رفتار باعث ناپایدار شدن ایرفویل می شود و بر عملکرد ایرفویل در شرایط واماندگی تاثیر جدی و مهمی دارد.

در این رساله برنامه عددی حل ناپایا و تراکم پذیر معادلات اویلر و ناویر-استوکس که به صورت حجم محدود بسط داده شده و از روش گام زمانی رانگ- کوتا بهره می برد، به منظور تحلیل جریان دو بعدی حول ایرفویل های متحرک نوسانی و بال زن مورد استفاده قرار گرفته است. برای تحلیل جریان های ناپایا با رینولدز بالا می توان از روش دینامیک سیالات محاسباتی شبکه درشت استفاده کرد. در این روش معادلات اویلر با شبکه درشت و شرط مرزی عدم لغزش حل شده که این شرایط منجر به افزایش مصنوعی و شدید ضخامت لایه مرزی می شوند. با اضافه کردن روش مهار گردابه سطحی تراکم پذیر می توان این رشد مصنوعی را به نحو مناسبی کنترل نمود. همچنین جهت مدلسازی حرکت مرز از شبکه تطبیق پذیر فنری چند منطقه ای استفاده شده است. در نهایت با استفاده از روش های حل فوق که اعتبار نتایج آنها بررسی می شود، کد عددی تهیه شده که جریان ناپایا حول ایرفویل های بال زن همراه با تغییر شکل را با دقت قابل قبول و سرعت بسیار بالا شبیه سازی می کند. سرعت بالای این روش کمک می کند که در اعداد رینولدز بالا حل های بسیار زیادی جهت بررسی تاثیر پارامترهای ناپایای نوسانی بر مشخصات آئرودینامیکی ایرفویل های متحرک انجام شود. تغییر شکل های اعمال شده شامل باد کردن سطح حین نوسان پیچشی و حرکت دم ایرفویل ثابت است. نتایج نشان می دهد که نوسان ناپایای دم در شرایط خاصی باعث افزایش نیروی برآ در زوایای حمله پایین می شود. همچنین باد کردن سطح، تحت حالات نوسانی مشخص واماندگی دینامیکی در زوایای حمله بالا را به تأخیر می اندازد. در رینولدز های پایین یک تحلیل تجربی بر روی توزیع فشار ایرفویل پیچشی در تونل باد انجام شده که نتایج آن با نتایج عددی مقایسه گردیده اند. جهت مقایسه داده های تجربی تونل باد با نتایج عددی، معادلات ناویر-استوکس به صورت کامل به کمک مدل آشفتگی یک معادله ای اسپالارت-آلماراس برای جریان با رینولدز پایین تحلیل شده اند که منجر به حلی بسیار زمان بر می شود.

استفاده از اجزای هدایت آئرودینامیکی در پرتابه ها به جهت امر کنترل پرتابه بسیار موردتوجه است. ازجمله اجزای هدایت آئرودینامیکی استفاده از بالک کانارد می باشد. در سال های اخیر ایده استفاده از دماغه انعطاف پذیر برای هدایت پرتابه هاموردتوجه محققان قرار گرفته است. در تحقیق پیش رو تحلیل آئرودینامیکی برای هر دو نوع مکانیسم هدایت صورت گرفته است و سپس به ارزیابی و مقایسه این دو طرح پرداخته شده است. نتایج به دست آمده حاکی از این است که حذف بالک کانارد و استفاده از دماغه منعطف کاهش چشمگیری در مقدار ضریب نیروی محوری ایجاد می کند. همچنین تداخلات آئرودینامیکی در طرح دماغه منعطف به مقدار قابل توجهی کمتر است که این مطلب بیانگر ماهیت خطی تر این مکانیسم است و از جهت علم دینامیک پرواز یک امتیاز بزرگ محسوب می شود. علیرغم امتیازهای مذکور طرح دماغه منعطف، این طرح قدرت مانور کمتری نسبت به طرح دارای کانارد از خود نشان می دهدبه عبارت دیگر به ازای یک درجه انحراف در المان آئرودینامیکی طرح دارای بالک کانارد ضریب گشتاور پیچشی بسیار بیشتری ایجاد می کند.تحلیل های محاسباتی برای سه عدد ماخ 5/2، 3 و 5/3 صورت گرفته اند و به طورکلی افزایش ماخ جریان حاکی از بهبود عملکرد طرح دماغه انعطاف پذیر دارد.

دراین پایان نامه اثرتغییرات هندسیملخ بالگرد برویژگی های آیرودینامیکی آن درحالت پروازایستا بررسی می شود.بدین منظور معادلات جریان تراکم پذیرسه بعدی با استفاده از نرم افزارفلوئنت حل شده اند.همچنین از مدل آشفتگی کهدرحل جریا ن های دارای دنباله های چرخشی قوی مفید است استفاده شده است.به علاوهبرای سادگی کار از فن مرجع متحرک استفاده شده است. شبکه مورد استفاده از نوع بی سازمان بوده که با فن چند شبکه ای حل شده است. در این کار در قسمت نوک ملخ سوراخ هایی از لبه حمله به سمت مقطع پره در نوک ایجاد شده تا دمش هوا به سمت سطح خارجی مقطع عرضی نوک ایجاد شود. و به این ترتیب قدرت گردابه القایی آن کاهش یافته، آثار صوتی منفی پروانه کاهش یابد.

کنترل فعال جریان و لایه¬ی مرزی یکی از مسائل مهمی است که همواره مورد توجه پژوهشگران و مهندسان علم آیرودینامیک قرار داشته است. عملگرهای پلاسما نسل جدیدی از کنترل¬کننده¬های جریان هستند که در دهه¬ی اخیر، پژوهش¬ها و مطالعات زیادی در زمینه¬ی آنها انجام شده است. در این رساله از روش عددی الکترواستاتیک-مدارتجمعی در ساختارهای استاندارد و سه تکه¬ای عملگرهای پلاسما استفاده شده است تا پارامترهای مهمی نظیر سرعت القایی و نیروی حجمی عملگر شبیه سازی شوند. نتایج قسمت اعتبارسنجی نشان می¬دهند روش الکترواستاتیک-مدارتجمعی با اینکه هیچگونه پارامتر وابسته به اطلاعات تجربی ندارد اما از دقت خوبی برخوردار است. نتایج همچنین نشان می¬دهد استفاده از عملگرهای پلاسما روی سطح ایرفویل¬های ثابت naca0012 و naca0015 در حالت پایا، باعث انتقال نقطه¬ی جدایش جریان به عقب شده و زاویه¬ی واماندگی را افزایش می¬دهد. اگر پس از جدایش جریان، عملگر روی سطح ایرفویل روشن شود(حالت ناپایا)، این ابزار قادر خواهد بود در مدت زمان کوتاهی جریان را دوباره به سطح ایرفویل متصل و برآی از دست رفته را بازیابی کند. هنگامی که عملگر پلاسمایی در ساختارهای استاندارد وسه تکه¬ای روی ایرفویل نوسانی استفاده می¬شود، همزمان ضرایب برآ و پسا افزایش می¬یابند. اما از آنجایی که مقدار برآ به پسا در حالت پلاسما روشن نسبت به حالت پلاسما خاموش افزایش یافته است، این نتیجه حاصل می¬شود که عملگر پلاسما نه تنها در ایرفویل ثابت بلکه در ایرفویل نوسانی نیز تا حد زیادی می¬تواند باعث بهبود پارامترهای آیرودینامیکی شود. در سراسر این رساله نتایج نشان می¬دهند عملگرهای پلاسمایی با ساختار سه تکه¬ای عملکرد بهتری نسبت به ساختار استاندارد دارند.

در این پژوهش، تزریق جت مایع در جریان متقاطع به صورت عددی با نرم افزار فلوئنت مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. به علت فیزیک پیچیده مساله، مطالعات عددی صورت گرفته در این زمینه که از فرض پیوستگی برای هر دو فاز استفاده می کنند، همواره با محدودیت های جدی همراه بوده است. در این مطالعه رویکرد اویلر-لاگرانژ به عنوان یک رویکرد جایگزین، به منظور مطالعه عددی این پدیده اتخاذ شده است. درک فرضیات اساسی به کار رفته در این رویکرد نیازمند درک صحیح از فیزیک جریان است. لذا ابتدا به طور کامل به فیزیک جریان پرداخته شده است. از آنجا که استفاده از رویکرد اویلر-لاگرانژ به منظور مدل سازی تزریق جت سیال در جریان متقاطع از سابقه چندانی برخوردار نیست، نتایج به دست آمده مورد بررسی های متعددی، از جمله اثرات احتمالی تغییر اندازه شبکه و اثرات گام زمانی بر نتایج نهایی، قرار گرفته است. به علاوه، از آنجایی که برخورد قطرات در این مطالعه لحاظ شده است، اثرات الگوریتم برخورد به کار گرفته شده و وابستگی احتمالی آن به اندازه شبکه و گام زمانی مورد تحقیق قرار گرفته است. در ادامه اندازه متوسط قطرات در مقاطع مختلف و همچنین میزان نفوذ جت در جریان متقاطع به ازای نسبت های مومنتوم مختلف، با نتایج آزمایشگاهی و تجربی متعدد مورد مقایسه قرار گرفته است. همچنین توزیع سرعت و اندازه قطرات به دست آمده از مدل سازی، در مقاطع مختلف با مشاهدات آزمایشگاهی متعدد مقایسه شده است. مقایسه ها نشان می دهد که نتایج به دست آمده به خوبی با داده های تجربی سازگار است و در صورتی که از مدل های مناسب استفاده شود، رویکرد اویلر-لاگرانژ به عنوان یک رویکرد کارآمد، توانایی بالایی در مدل سازی پدیده تزریق جت مایع در جریان متقاطع را خواهد داشت. در ادامه، به اثرات مهم جریان داخلی نازل اریفیس بر میزان نفوذ جت سیال و اندازه نهایی قطرات اشاره شده است. نتایج نشان می دهد که عدم توجه کافی به رژیم جریان داخل نازل اریفیس، یکی از عوامل مهم در اختلاف های قابل توجه در نتایج آزمایشگاهی است و لازم است به این موضوع توجه شود.

در این پایان نامه به معرفی روش عددی بالادست خانواده ausm در مقایسه با روش های تفاضل مرکزی پرداخته می شود و ضمن معرفی بیشتر روش بالادست +ausm، به توسعه و استفاده آن در جریان های داخلی و برای رژیم های جریانی مختلف(مادون صوت و مافوق صوت) معطوف می شود. اولین نمونه در نظر گرفته شده در این مطالعه جریان غیر لزج یک بعدی در نازل همگرا- واگرا به همراه شوک عمودی می باشد. مقایسه نتایج حاصل از آن با روش های تفاضل مرکزی کاسپ و اسکالر نشان می دهد روش +ausm ضمن ارائه نتایج نزدیکتر به نتایج تئوری و سرعت همگرایی بیشتر، دارای نوسانات کمتری در نزدیکی شوک می باشد. دومین نمونه جریان غیر لزج دو بعدی بین پره های ثابت توربین بخار می باشد که پس از مقایسه نتایج حاصل با روش های تفاضل مرکزی جیمسون و روش تلفیقی جیمسون و کاسپ با نتایج تجربی، مشاهده می شود این روش ضمن ارائه نتایج منطبق بر نتایج آزمایشگاهی دارای خطای عددی کمتری نیز می باشد.

انرژی جنبشی آشفتگی از سه ترم تولید، پخش و اتلاف تشکیل شده است که این سه ترم دائما در حال بر هم کنش با یکدیگر می باشند. در این پایان نامه اثر جریان شتابدار بر سهم ترم های مختلف انرژی جنبشی آشفتگی درون لوله و کانال بررسی شده است. بدین منظور از یک برنامه رایانه ای مخصوص استفاده شده است. اساس حل عددی را بر مبنای مدل آشفتگی k-?-v2 قرار داده ایم. هندسه مورد بررسی لوله و کانالی به قطر و ارتفاع 2 اینچ می باشد. در این بررسی مشخص گردید که سهم ترم تولید در نواحی نزدیک به دیواره بیشتر از سهم سایر ترم هاست و جریان شتابدار داخل کانال دارای قدرت بیشتری برای به تعویق انداختن رشد سهم ترم های مختلف انرژی جنبشی آشفتگی نسبت به لوله است ولی از طرف دیگر پس از شکسته شدن مقاومت جریان در برابر تمایل به رشد سهم ترم های مختلف، این ترم ها با شیب های نسبتا شدیدی شروع به رشد کرده و به مقادیر بالاتری نسبت به آنچه برای لوله بدست می آید، می رسند. در آخرین بخش از پایان نامه به بررسی کاربردهایی عملی از این نوع از جریان ها در دستگاه های هواساز و یا دیگهای بخار پرداخته شده است.

شناورهای زیر سطحی به عنوان یکی از مهم ترین سیستم های دریایی، در چند دهه اخیر کاربرد رو به گسترشی یافته است.این پایان نامه به تحلیل جریان های زیر سطحی با استفاده از روش المان مرزی چشمه و دوگان ثابت پرداخته شده است. . برای تحلیل جریان های دارای مرز از یک روش تکرار مبتنی بر تئوری گرین استفاده شده که مطابق آن مساله به دو یا چند مساله تقسیم می شود، و قسمت هیدروفویل و مرزها جداگانه حل شده و پتانسیل اختلالی روی مرزها و هیدروفویل بدست می آید و اثرات هریک بر دیگری اعمال می شوند. نتایج دارای مطابقت خوبی با نتایج سایر مقالات می باشد. پس از اعتبارسنجی، عوامل مختلف موثر بر عملکرد هیدروفویل از قبیل ضخامت ، انحنا، زاویه حمله، عدد فرود و ارتفاع از سطح آزاد و کف در هریک از جریان ها بررسی شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که روش المان مرزی کاویتاسیون جزیی را تا 70 درصد طول وتر به خوبی پیش بینی می کند. همچنین نزدیک شدن هیدروفویل به سطح آزاد در اعداد فرود بالا، باعث کاهش ضریب برا و کاهش حجم کاویتی می شود. و در اعداد فرود پایین باعث افزایش ضریب برا و افزایش حجم کاویتی می‎شود. همچنین در یک عدد کاویتااسیون ثابت، طول کاویتی ایجاد شده روی سطح هیدروفویل، در جریان داخل تونل بزرگتر از جریان بدون وجود تونل می باشد.

در این رساله به معرفی روش های حفظ انرژی جنبشی(kep)و حفظ انتروپی (ep) و نحوه اعمال این روش-ها به مدل های آشفتگیk- ? و rsmپرداخته می شود. هدف از کار حاضر این است که روش های پایداری را معرفی کند که جمله های اتلاف مصنوعی کمی را به معادلات اضافه نمایند، به گونه ای که نوسانات کمی در حل مشاهده شده و حل پایدار باقی بماند. نشان داده می شود که با اعمال روش های فوق وایجاد تغییراتی در نحوه جداسازی معادلات شامل جمله های نوسانی سرعت و تغییر در نحوه محاسبه شار موجود در معادلات مدل -های آشفتگیk- ? و rsm، می توان بدون اضافه کردن جمله اتلاف مصنوعی به معادلات (و یا با کمینه کردن مقدار آن) نتایج را بهبود بخشید.

موضوع اصلی مورد بحث در این پایان نامه، تحلیل جریان همراه با کاویتاسیون حول اجسام متقارن محوری به کمک روش المان مرزی (bem) بر مبنای پتانسیل و با استفاده از مدل جت بازگشتی برای منطقه انتهای کاویتی می باشد. به این منظور، سطح کاویتی، سطح خیس شده جسم و سطح جت بازگشتی توسط المان هایی تقریب زده می شود و به کمک بیان انتگرالی تئوری گرین با این مضمون که «جریان پتانسیل روی هر سطح را می توان با یک توزیع چشمه و دوگان روی سطوح مقید آن شبیه سازی کرد»، جریان همراه با کاویتاسیون شبیه سازی می شود. در راستای این هدف، رینگ چشمه ها روی سطح کاویتی و رینگ دوگان ها روی سطح کاویتی و جسم توزیع می شوند. در اینجا، از شکل همگرا شده جریان کاویتاسیون که به روش المان مرزی بدون جت بازگشتی حل گردیده و در انتهای آن جت بازگشتی اضافه شده، به عنوان شکل اولیه مساله استفاده می شود. لازم به ذکر است که قدرت رینگ چشمه ها و دوگان ها روی هر المان ثابت و از هر المان به المانی دیگر متغیر می باشد. با توجه به عدم توانایی روش المان مرزی در پیش بینی طول، طول کاویتی و جت بازگشتی ثابت و به عنوان ورودی مسئله مقدار مشخصی دارد که البته این روش تا محدوده وسیعی، از مقدار طول اختیار شده برای جت بازگشتی مستقل می باشد. با حل دستگاه معادلات خطی به دست آمده، قدرت چشمه های توزیع شده روی سطح کاویتی و هم چنین عدد کاویتاسیون به دست می آیند. به منظور ارضای شرط مرزی سینماتیکی بر روی سطح کاویتی، المان ها جابه جا می شوند تا اینکه مولفه عمودی سرعت بر روی سطح کاویتی برابر صفر شود و حل تا زمان همگرایی عدد کاویتاسیون، شکل کاویتی را اصلاح می نماید. در این پایان نامه، نتایج روش مذکور حول اجسام متقارن محوری با نتایج تجربی و تحلیلی مقایسه شده است. نتایج بیانگر این است که استفاده از مدل جت بازگشتی در اصلاح خواص جریان کاویتاسیون اثرات مطلوبی دارد. این روش در مقایسه با روش المان مرزی بدون جت بازگشتی، موقعیت و مقدار بیشینه ضریب فشار در منطقه انتهای کاویتی در کاویتاسیون جزئی (خصوصاً در اعداد کاویتاسیون کمتر و طول کاویتی بزرگتر) و هم چنین هندسه کاویتی در کاویتاسیون گسترده را به مقادیر عددی و تجربی آن نزدیک و یا منطبق می کند. سرعت بالا و دقت نسبتاً مطلوب در محاسبه هندسه کاویتی از مزایای قابل توجه این روش می باشد.