الکتروریسی یکی از فرآیند های بسیار مهم در تولید نانو الیاف است که در چند سال اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این پایان نامه، استفاده از روش dpd برای مدل کردن بخشی از فرآیند الکتروریسی می باشد. روش dpd یک روش نویدبخش در مدل کردن فرآیند های مزوسکوپی است که در مقیاس های بزرگ معادلات این روش منطبق بر معادلات محیط پیوسته بوده و این در حالی است که در مقیاس های کوچک جواب های این روش منطبق بر جواب های به دست آمده از روش های میکروسکوپی می باشد. در این پایان نامه چندین نمونه شبیه سازی در ابعاد نانو و میکرو انجام شده است که همگی موید توانمندی روش dpd در شبیه سازی مسائل پیچیده و دور از دسترس روش های دیگر، می باشند. برای شبیه سازی فرآیند الکتروریسی ابتدا سعی شده است که ابعاد روش dpd به خوبی شناخته شده و جزئیات آن مشخص گردند. در این راستا مدل های دوفاز و سطح آزاد در روش dpd مورد بررسی قرار گرفته اند و برای تصدیق آنها، معادله ی لاپلاس برای قطره ها ی ساکن در ابعاد میکرو و نانو شبیه سازی گردیده است و نشان داده شده است که این روش بخوبی توانسته، وابستگی خطی معادله ی لاپلاس به شعاع انحناء را مدل سازی نماید. علاوه بر این افتادن قطره در ابعاد نانو تحت نیروهای گرانشی و فشاری نیز شبیه سازی شده است. نتایج این شبیه سازی با شبیه سازی های صورت گرفته در مقیاس ماکرو و آزمایشگاهی، تطابق بسیار خوبی از خود نشان می دهد. نتایج نشان می دهند که در مقیاس نانو افتادن قطره در مدت زمان کمتری رخ می دهد. این پدیده به دلیل بزرگ بودن طول حرارتی بی بعد که معیاری از نوسانات مولکولی بر روی سطح مشترک است، در مقیاس نانو می باشد. نوسانات مولکولی بر روی سطح مشترک در تمامی مقیاس ها حضور دارند ولی اثر آنها بستگی معکوس به مقیاس طولی مسأله دارد. در این پایان نامه، برای اعمال نیروهای الکتریکی نیز الگوریتمی جدید براساس معادلات ماکسول ارائه گردیده که به کمک آن بررسی پدیده های دوفازی در حضور میدان الکتریکی در مقیاس نانو و میکرو توسط روش dpd، امکان پذیر شده است. در راستای تصدیق الگوریتم ارائه شده، فرآیند تشکیل مخروط تیلور در ابعاد نانو مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بیانگر آن هستند که این الگوریتم به خوبی می تواند زاویه ی مخروط تیلور را که برابر 6/98 درجه می باشد را شبیه سازی کند. تشکیل جت سیال نانو و همچنین افتادن قطره با ابعاد نانو تحت میدان الکتریکی که بخش مهمی از فرآیند الکتروریسی را تشکیل می دهند، نیز انجام شده است. نتایج نشان می دهتد که افتادن قطره تحت میدان الکتریکی رفتاری متفاوت در صورت عدم حضور این میدان دارد. همچنین قطره تحت نیروهای الکتریکی با سرعت بیشتری به شعاع مینیمم و طول ماکزیمم خود می رسد.

dpdروشی نوپاست که برای شبیه سازی در ابعاد مزوسکوپیک از آن استفاده می شود. در این پایان نامه از این روش به عنوان ابزار شبیه سازی قطره سیال در مقیاس نانو در میدان گریز از مرکز استفاده می شود. بعد از بررسی فیزیک مسئله مورد نظر، روش dpd و چگونگی کاربرد آن توضیح داده می شود. در پی آن روند شبیه سازی جریان دو فازی و سطح آزاد در dpd شرح داده می شود و شرط مرزی جدیدی در جریان سیال سطح آزاد ارایه می شود. برای صحت سنجی این روش مسئله آزمایشی قطره آویزان ساکن در محیط دوفازی مطالعه می شود. سپس افتادن قطره از نازل با دبی کم شبیه سازی شده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می شود و نشان داده می شود که به دلیل در نظر گرفتن نوسانات سطحی سیال، استفاده از این روش در مسایل دوفازی درگیر با سطح مشترک درمقیاس نانو مناسب می باشد. با شبیه سازی نانوجت سیال نیوتنی و مقایسه آن با نتایج اخیر بدست آمده در ابعاد نانو، مسیر انتخاب شده برای شبیه سازی نهایی تایید می شود. سپس نیرو های گریز از مرکز در دستگاه مختصات چرخان به سیستم ذرات dpd اعمال می شود. رفتار سیال نانو در این شرایط با مقیاس ماکروسکوپیک مقایسه می شود و اختلاف رفتار این دو در زمان جدایی سیال از نازل با نوسانات دمایی در ابعاد نانو بررسی می شود.

در این پایان نامه با استفاده از روش بدون شبکه ی ذره مبنای sph به مدل سازی استهلاک انرژی موج به وسیله ی صفحه ی مشبک افقی پرداخته شده است. مسأله ی موج در مخزنی بررسی شده است که در یک انتهای آن موج ساز و در انتهای دیگر صفحه ی مشبک افقی قرار دارد. الگوریتم جدیدی برای جستجوی ذرات مجاور ارایه شده است تا زمان مدل سازی کاهش یابد. علاوه بر الگوریتم جستجوی ذرات، از پردازش موازی با استفاده از smp نیز استفاده شده است تا زمان محاسبات تا حد امکان کاهش یابد. درنتیجه ی این تمهیدات امکان مدل سازی بیش از یکصدهزار ذره در زمان کمی فراهم شده است و ذرات را می توان به حدی کوچک کرد که از حفره های صفحه ی مشبک عبور کنند. با مقایسه ی زمان مدل سازی به صورت موازی با دیگر الگوریتم های موجود، افزایش سرعتی تا 10 برابر مشاهده می شود. در ادامه الگوریتم طراحی شده و کد نوشته شده، برای مدل سازی مسأله ی شکست سد استفاده شده است. داده های موقعیت پیشانی موج به دست آمده از مدل سازی، تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی موجود در تحقیقات قبلی دارد و نشان دهنده ی صحت عملکرد الگوریتم است. سپس مسأله ی انعکاس موج از دیواره ی قایم بررسی شده است. نتایج این مدل سازی نیز تطابق بسیار خوبی با نتایج مورد انتظار دارد. در نهایت نیز مسأله ی مدل سازی صفحه ی مشبک افقی انجام شده است و نتایج با نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی چو وکیم (2008) مقایسه شده است. مقادیر ضریب انعکاس 62/0 و 71/0 برای نسبت طول صفحه به طول موج 13/0 و 11/0، تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی چو و کیم دارد. در این کار برای اولین بار مسأله ی برخورد موج با صفحه ی مشبک، با استفاده از حل کامل معادلات ناویر-استوکس انجام شده است. این در حالی است که مطالعات قبلی در این زمینه از جریان پتانسیل برای مدل سازی استفاده کرده اند.

در این تحقیق سعی شده تا پدیده کاویتاسیون مورد بررسی قرار بگیرد. این پدیده دارای فرایند های مختلف در مقیاس های زمانی و طولی متفاوت می باشد. در تحقیق به مطالعه فرایند های چگونگی تشکیل حباب، رشد و شکست حباب پرداخته شده است. بنابراین در فصل اول به انواع کاویتاسیون، روش های تولید و روش های مدل سازی آن اشاره شد. از آنجا که روش فرایند های مورد نظر را در مقیاسی مناسب با هزینه محاسباتی کم شبیه سازی می کند، در فصل دوم به بررسی و چگونگی عملکرد این روش شبیه سازی اشاره می شود. با توجه به اینکه در پدیده کاویتاسیون فاز بخار در کنار فاز مایع در تعامل است، این پدیده در حوزه مسائل دو فازی قرار می گیرد. در این راستا فصل سوم، عملکرد روش در شبیه سازی تعادل مایع بخار و محدودیت های آن و همچنین مدل های پیشنهاد شده برای رفع معایب موجود را در بر می گیرد. در نهایت یک مدل پیشنهادی برای شبیه سازی تعادل فاز مایع- بخار با بکار گیری معادله حالت یک سیال واقعی مانند سیال لنارد جونز ارائه خواهد شد. نتایج به دست آمده از شبیه سازی فرایند های مورد نظر در پدیده کاویتاسیون، در فصل چهارم ارائه و به بحث گذاشته می شود و برای اطمینان از صحت نتایج شبیه سازی ، آنها را با معادلات تئوری مقایسه خواهیم کرد.

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.

اهمیت بررسی پدیده انفجار زیر آب بر کسی پوشیده نیست. عمده کاربرد این مساله، حفاظت از سازه های دریایی در برابر انفجارهای ناخواسته ویا تخریب آنها توسط انفجارهای عمدی است. در این پایان نامه پدیده انفجار زیرآب به صورت دوبعدی شبیه سازی شده است. از معادلات اویلر برای توصیف رفتار سیال استفاده شده است و معادلات حالت گاز ایده آل و تیت، به ترتیب برای حباب حاوی مخلوط گازی و محیط آب پیرامون آن بکار گرفته شده اند ضمن اینکه از معادله حالت اصلاح شده ی اشمیت برای شبیه سازی پدیده کاویتاسیون استفاده شده است. روش عددی بکارگرفته شده برای حل جریان، روش مرتبه دوم ale است. این روش با استفاده از شبکه ای بدون ساختار و با اجزاء متحرک، ضمن ردیابی مرز بین محیط های مایع و گاز، از پیچیده شدن المان های شبکه جلوگیری می کند. برای تولید شبکه ی بدون ساختار، الگوریتم دلانی مورداستفاده قرارگرفته است و برای بدست آوردن تابع شار عددی بر روی اضلاع شبکه از حل دقیق مساله ریمان استفاده شده است. به منظور افزایش دقت و تسخیر هرچه بهتر فیزیک جریان و نیز تسریع فرایند حل، تکنیک تطبیق شبکه اعمال شده است بدین ترتیب که در نواحی از میدان حل که گرادیان بالاتر از یک آستانه بالای معلوم دارند، شبکه بطور خودکار ریز شده و بالعکس، در نواحی با گرادیان پایین تر از یک آستانه پایین معلوم، شبکه درشت می شود. برای تشخیص مناطقی از شبکه که به ریز یا درشت شدن نیاز دارند از معیارهای و استفاده شده که فشار مرکز المان است. همچنین برای تعدیل آثار نامطلوب ناپایداری های عددی برروی شبیه سازی، از یک هموارساز مربعات کمینه استفاده شده است. روش مربعات کمینه در تامین این مهم که طی عمل هموارسازی کمترین میزان ممکن از بقای جرم و ممنتوم را از دست داده باشیم، بسیار توانمند است.

در این پایان نامه مساله اندرکنش سیال جامد به روش sph بررسی می شود الگوریتم ارایه شده امکان حل همزمان معادلات حاکم بر سیال و جامد، در تغییر شکل های نسبتا بزرگ و با تفاوت چگالی بالا را فراهم می کند. معادلات حاکم، معادلات حاکم بر محیط پیوسته معادله حرکت گوشی و معادله بقای جرم به همراه معادلات ساختاری مناسب می باشند. برای اتصال میدان سرعت و فشار از فرض تراکم پذیری مصنوعی استفاده شده است.برای بررسی عملکرد کد نوشته شده ابتدا دو مساله جریان سیال سطح آزاد و سپس یک مساله نوسان تبر در خلا بررسی شده اند. سپس با استفاده از الگوریتم فوق دو مساله جریان درون حفره با مرز متحرک بالایی و کف الاستیک و نوسان تیر یک سر گیردار درون آب بررسی شده است.

پدیده ی تغییر شکل و تجزیه قطره در جریان برشی ساده به دلیل تاثیر فراوان آن بر تعیین اندازه ی قطرات امولسیون ها، بسیار حائز اهمیت است. برای بررسی این پدیده می توان از روش های تجربی و عددی گوناگونی بهره گرفت. در میان روش های عددی، روش دینامیک ذره-ی استهلاکی به دلیل عدم نیاز به یافتن مکان سطح مشترک و هم چنین اعمال ناپیوستگی های خواص سیال بر روی سطح مشترک و نیز به دلیل ماهیت مزوسکوپیک روش که امکان دخالت دادن نوسانات گرمایی در حل مسایل را به وجود می آورد، به عنوان روشی مناسب که دارای دقت قابل قبول و هزینه ی محاسبات معقول است، برای حل این مساله انتخاب شده است.

چکیده در رساله حاضر روش عددی نوینی برای حل جریان های تراکم پذیر چند ماده ای ارائه شده است. روش ارایه شده بر مبنای ایده روش سیال مجازی و کاملا مستقل از معادله حالت و ساختار مشخصه ای معادله حاکم است و بنابراین مشکلات مربوط به روش های متداول برپایه روش سیال مجازی را مرتفع می سازد. برای حلگر پایه جریان از روش سی ونوی مرتبه چهار استفاده شده است. این حلگر یک حلگر مرکزی و براساس شبکه جابجا شده است که این خصوصیات آن موجب استقلال روش سی و نوی مرتبه چهار از معادله حالت می شود. و دقت مرتبه چهار آن امکان مدلسازی جریان های با اندرکنش بسیار قوی و بسیار ضعیف امواج را فراهم می کند. برای پی جویی مرز مشترک از روش سطح بنا استفاده شده است که برای توسعه زمانی محل سطح بنا، روش ونوی مرتبه پنج بکار گرفته شده است. در مقدار دهی نقاط مجازی فرمولبندی جدیدی برای اولین بار در این رساله ارائه شده است که کاملا مستقل از معادله حالت می باشد. در این روش با فرض ساختار سه موجی بر روی سطح مشترک و اعمال شرایط رانکین- هوگونیو حالت های میانی حل مساله ریمان برای متغیرهای بقایی تخمین زده می شود و برای مقدار دهی نقاط مجازی مورد استفاده قرار می گیرند. برای تخمین سرعت موج در ساختار سه موجی مفروض نیز دو مدل ارائه شده است که باز هم مستقل از معادله حالت هستند و بنابراین در کل فرآیند استقلال از معادله حالت حفظ می شود. همچنین در رساله حاضر و بر مبنای روش ارایه شده، روش عددی برای حل مسایل اندرکنش جریان تراکم پذیر سیال-جامد الاستیک-پلاستیک ارایه شده است. روش مذکور قابلیت بررسی اندرکنش سیال-جامد در بارگذاری های بسیار قوی و باتغییر شکل بسیار زیاد را داراست. به اضافه اینکه در حل معادلات حاکم هیچ گونه ساده سازی انجام نشده و معادلات مربوط به سیال و جامد به صورت کاملا غیرخطی درنظرگرفته شده است. الگوریتم حل نیز به صورت متصل از معادلات حاکم در هر گام زمانی انتگرال می گیرد. در پژوهش حاضر عملکرد روش ارائه شده برای مسائل مختلف و معادله های حالت گوناگون به طور گسترده طی مسائل یک بعدی، دو بعدی و دو بعدی متقارن محوری بررسی شده است. مسایل بررسی شده شامل اندرکنش امواج باسطح مشترک گاز-گاز، مایع-گاز، گاز-جامد و مایع-جامد است. نتایج به دست آمده تطابق بسیار خوبی با حل های دقیق و عددی و آزمایشگاهی موجود دارد و حاکی از عملکرد مناسب و خوب روش می باشد. کلمات کلیدی: جریان های چند ماده ای، روش سیال مجازی، سطح مشترک، معادله حالت، موج ضربه ای، اندرکنش سیال-جامد

هدف این تحقیق،بهینه سازی پروفیل نازل فراصوت برای رسیدن به حداکثر یکنواختی سرعت در خروجی نازل است. برای این کار از روش بهینه سازی معادلات الحاقی استفاده شده است. ابتدا با حل یک مسئله طراحی معکوس، درستی روش و نحوه رفتار مسئله به ازای تعریف تابع هزینه روی مرزهای مختلف مشاهده شده است ودرنهایت نشان داده شده که برای بهینه سازی این مسئله نمی توان تابع هزینه را روی مرز خروجی تعریف کرد؛ سپس با بررسی توابع هزینه مختلف روی مرز دیواره جامد و مرز تقارن، تابع هزینه مناسب که قادر به بهینه سازی این مسئله است، به دست آمده است.

در این پایان نامه سعی شده است که یک روش جدید و ساده برای بررسی و حل مسائل عددی در قلمروهای با هندسه پیچیده ارائه شود. بدین صورت که با تقسیم بندی قلمرو حل به نواحی کوچک تر(بلوکها) اقدام به ساده سازی هندسه حل می گردد و سپس روشهای عددی برای این نواحی ساده بکار برده می شود( در این پروژه روش عددی بکار رفته tvd می باشد) و نهایتا" نتایج و داده ها در هر گام زمانی حل بین بلوک های مختلف مجاور(بعنوان شرط مرزی بین بلوکی) مبادله می گردد تا جواب نهایی کل قلمرو حل بدست آید. این روش را اصطلاحا" روش چند بلوکی می نامند. مزیت اصلی در روش چند بلوکی، امکان بررسی و حل آسان هندسه های پیچیده در قلمرو مورد بررسی می باشد. همچنین با استفاده از این روش می توان به ازاء نوع و تعداد بلوکهای بدست آمده از تقسیم بندی قلمرو، کنترل خوب و مناسب بر روی قلمرو حل داشت . نهایتا" در این کار اقدام به حل روش برای نواحی با شکل های هندسی متفاوت شده است که نتایج بدست آمده دارای دقت قابل قبولی می باشد و با مقایسه با نتایج تئوری و آزمایشگاهی که توسط دیگران انجام گرفته است دقت روش تایید شده است .

در این پروژه یک الگوریتم tvd حجم محدود مرکز سلولی بر روی شبکه بندی بدون سازمان مثلثی برای حل معادلات اویلر تراکم پذیر ارائه می شود. این روش از مرتبه دوم در مکان و صریح در زمان است . بالا بردن دقت جواب از یک به دو توام با ظاهر شدن نوسانات غیرفیزیکی بر روی جواب است که گاهی نیز این نوسانات سبب واگراشدن روش حل می شوند. به همین منظور یک شرط tvd بر روی معادلات گسسته شده اعمال می شود که باعث حذف نوسانات غیرفیزیکی در نزدیکی ناپیوستگی ها نظیر امواج ضربه ای می شود. به دلیل پیچیدگی مسئله، آزمون مرتبه دقت روش توسط آزمایش عددی بر روی یک مثال ساده که حل تحلیلی آن در دسترس باشد انجام می پذیرد. سپس مزیت استفاده از شبکه های بدون سازمان در مدل کردن جریان بر روی هندسه های بسیار پیچیده تر نشان داده می شود. در ابتدا برای نشان دادن صحت کد نوشته شده جریان گذر صوتی از روی باله naca0012 مدل شده است و نتایج بدست آمده با دیگر نتایج تجربی و محاسباتی مقایسه می شود. مثال دوم به مسئله جریان از روی یک جفت باله موازی می پردازد که در مسائل توربوماشینها از اهمیت ویژه ای برخوردار است . نهایتا"این روش برای مدل کردن جریان ابرصوتی از روی اجسام که در آنها امواج ضربه ای و انبساطی بسیار قوی و اندرکنش بین آنها وجود دارد استفاده شده و کارایی الگوریتم مرتبه دوم بر روی شبکه های بدون سازمان نشان داده می شود.

هدف از پژوهش حاضر شبیه سازی جریان فلز مذاب هنگام بارریزی در محفظه قالب های ریخته گری می باشد. اهمیت بررسی پروسه پرشدن قالبهای ریخته گری بر کسی پوشیده نیست . در این پژوهش از روش حجم محدود برای حل معادلات پیوستگی و ناویراستوکس جهت محاسبه میدان سرعت و فشار، و از تکنیک فلیر که یک روش مرتبه دو برای محاسبه سطح آزاد می باشد، برای تعیین سطح آزاد و نحوه پیشروی جبهه مذاب استفاده گردیده است. همچنین برای جداسازی جملات جابجایی معادلات مومنتوم از طرح پیوندی استفاده شده است و وابستگی فشار و سرعت با استفاده از الگوریتم سیمپلر برقرار می گردد. کدکامپیوتری تهیه شده قادر است معادلات حاکم را برای دو سیال با چگالی و ویسکوزیته متفاوت حل نماید.بعلت اینکه روند حرکت و پیشروی جبهه مذاب در مرحله بارریزی از یک فرایند واقعی ریخته گری ، قابل مشاهده نیست لذا اطلاعات بدست آمده از شبیه سازی این فرایند می تواند معایب احتمالی ایجاد شده در قطعات ریخته گری را کاهش دهد. در رساله حاضر این فرایند برای مسائل دوبعدی شبیه سازی شده است.