در این پایان نامه، جریان دوفازی حباب هوا در یک سیال لزج با استفاده از روش level set به صورت دوبعدی مدل سازی شده است. مدل فیزیکی مساله شامل کانالی مستطیل شکل می باشد که اضلاع آن در جهت های افقی و عمودی به ترتیب سه و ده برابر قطر حباب مورد مطالعه است. جریان های دو فاز آرام فرض شده و در هر چهار جداره کانال مستطیلی، شرط مرزی دیواره درنظر گرفته شده است. شکل اولیه حباب در تمامی حالات به صورت دایره فرض شده و تغییرشکل حباب بر اثر نیروی غوطه-وری برای پارامترهای هندسی و فیزیکی و قطرهای مختلف حباب مورد بررسی قرار گرفته است. در روش عددی به کارگرفته شده در این پایان نامه، شبیه سازی عددی میدان جریان دوفازی و حل میدان سرعت از طریق روش حجم محدود و با استفاده از الگوریتم simple صورت گرفته است. استفاده از این الگوریتم امکان محاسبه پارامتر مهم فشار را میسر می سازد. در اکثر تحقیقات قبلی به علت طبیعت دوفازی بودن مساله و پیچیدگی های آن از روش هایی استفاده شده است که متغیر فشار به نحوی حذف گردد. از طرف دیگر، تعقیب سطح مشترک بین دو فاز در هر لحظه با استفاده از الگوریتم level set صورت می گیرد. با توجه به نتایج به دست آمده از تحقیق حاضر برای تغییرشکل حباب، مشاهده می شود که نتایج تحقیق توافق خوبی با داده های تجربی موجود داشته و نتایج عددی محققین قبلی را نیز تایید می کند. در این تحقیق علاوه بر تغییرشکل حباب، اثر لزجت حباب بر روند صعود و میدان سرعت چرخشی داخل آن مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین، مساله بقای جرم در روش level set به-صورت کامل تری نسبت به تحقیقات قبلی - به خصوص برای حباب هایی با تغییرشکل زیاد - مطالعه شده است.

مشعل متخلخل به دلیل مزایای انتقال حرارت تشعشعی و کنترل‏پذیری احتراق کاربردهای متنوعی در صنعت یافته‏است. در اکثر مدل‏سازی‏های عددی پیشین رژیم جریان درون محیط متخلخل آرام فرض شده و با این فرض احتراق درون محیط متخلخل بررسی شده‏است. در حالیکه مشاهدات تجربی نشان می‏دهد که تغییر رژیم از آرام به مغشوش درون محیط متخلخل برای اعداد رینولدز پایین مشاهده می‏گردد. در تحقیق حاضر به مطالعه اثرات اغتشاش در جریان احتراقی درون مشعل متخلخل پرداخته و اثرات آن بر روی توزیع دما، سرعت سوزش و انتشار آلاینده‏ها درون مشعل متخلخل استوانه‏ای بررسی شده‏است. از سینتیک کامل gri 3. برای احتراق متان/هوا استفاده می‏شود. با توجه به وجود واکنش شیمیایی در مخلوط گازی و تشعشع در فاز جامد، برای هر یک از فازها معادله انرژی جداگانه‏ای نوشته شده و ارتباط بین دو معادله انرژی با استفاده از روابط تجربی برای ضریب انتقال حرارت حجمی برقرار می‏شود. انتقال حرارت تشعشعی در معادله انرژی فاز جامد با استفاده از تقریب جهت‏های مجزا تعیین گردیده‏است. اثرات اغتشاش نیز در مدل‏سازی با استفاده از معادلات که برای محیط متخلخل اصلاح شده‏است اعمال می‏گردد. از روش حجم محدود برای حل معادلات جریان و شار تشعشعی و از حل گذرای مبتنی بر تفکیک عملگرها برای حل معادلات سخت انرژی گاز و بقای گونه‏ها استفاده شده‏است. از آنجا که چندین مدل برای جریان مغشوش درون محیط متخلخل در تحقیقات پیشین ارائه گردیده‏است، مقایسه‏ای بین دو مدل پرکاربردتر صورت گرفته و مشخص گردید مدلی که مبتنی بر نفوذپذیری سیال درون محیط متخلخل است نسبت به مدلی که تنها به نسبت تخلخل وابسته است دقت بیشتری دارد. افزایش سرعت در ناحیه شعله به دلیل انبساط حرارتی در فرایند احتراق سبب می‏شود تا مقادیر انرژی جنبشی اغتشاشی و لزجت اغتشاشی ماکروسکوپیک در ناحیه شعله با جهش ناگهانی روبرو گردند. افزایش ضرایب نفوذ به واسطه اثرات اغتشاش علاوه بر افزایش ضخامت جبهه شعله سبب می‏گردد تا حرارت آزاد شده در اثر واکنش شیمیایی با سرعت بیشتری به دو ناحیه پیش‏گرمایش و احتراق انتقال یافته و از اینرو با افزایش پیش‏گرمایش مخلوط ورودی سبب افزایش مقادیر سرعت سوزش شده و نتایج مدل‏سازی را به داده‏های تجربی نزدیکتر می‏گرداند. دمای گاز نیز در مدل مغشوش کمتر از مدل آرام پیش‏بینی شده و همخوانی بهتری را با داده‏های تجربی نشان می‏دهد. اگر چه مقادیر co مستقل از اثرات اغتشاش بوده و برای هر دو مدل آرام و مغشوش همخوانی خوبی با داده‏های تجربی دارد اما نتایج نشان می‏دهد که با در نظر گرفتن اثرات اغتشاش میزان no که در مدل آرام انحراف قابل توجهی از مقادیر تجربی در ناحیه نزدیک به نسبت هم‏ارزی یک دارد در مدل مغشوش به نتایج تجربی نزدیک می‏گردد. به طور کلی می‏توان بیان نمود که اثرات اغتشاش برای مشعل متخلخل، به ویژه برای نسبت هم‏ارزی‏های نزدیک به یک (بزرگتر از 65/0) و برای محیط متخلخلی با قطر حفره بزرگ، مهم بوده و در نظر گرفتن آن سبب نزدیک‏شدن مقادیر سرعت سوزش، توزیع دما، co و no به داده‏های تجربی می‏گردد