روش شبکه بولتزمن از روش های زیر مجموعه دینامیک سیالات محاسباتی است. تحلیل هایی که با این روش انجام می گیرد برای کاربردهایی نظیر شبیه سازی جریان در محیط متخلخل در ابعاد بسیار ریز بسیار موفق بوده و نیز قادر به شبیه سازی جریان های پیچیده نظیر جریان مغشوش، جریان های با ترکیب چند سیال مخلوط شدنی یا مخلوط نشدنی ویا جریان های با سطح آزاد است. در این روش سیال به شکل بسته هایی مدل می شود که در یک شبکه ی گسسته و تحت گام های زمانی گسسته انتشار می یابند و با یکدیگر در نقاط شبکه برخورد می کنند. از آنجایی که برخوردها تنها به گره های محلی محدود می شود بنابراین محاسبات مربوط به برخوردها فقط به اطلاعات از گره های مجاور بستگی دارد. این ویژگیِ محلی بودن اطلاعات ورودی، روش شبکه بولتزمن را به یک کاندید منحصر به فرد جهت محاسبات موازی تبدیل می کند. اخیرا استفاده از روش پردازش گرافیکی برای محاسبات موازی در روش شبکه بولتزمن رواج زیادی یافته و کارهای انجام شده افزایش خیره کننده در سرعت محاسبات نسبت به استفاده از پردازشگرهای مرکزی پیشرفته را نشان می دهد. این میزان افزایش سرعت، مستقیما بستگی به مهارت برنامه نویس در موازی سازی محاسبات و بهره گیری از حداکثر توانایی سخت افزار دارد. یکی از حوزه های مورد توجه در کاربردهای روش شبکه ی بولتزمن، استفاده از آن برای شبیه سازی جریان مخلوط چند گاز در بستری ذرات فشرده است. بسترهای فشرده، که استوانه های محتوی دانه های جامد (عمدتا کروی) هستند، جایگاه مهمی در صنایع مختلف دارند. از این استوانه ها در عملیات کارماتوگرافی، در میله های سوختی، در فیلترها و نیز به عنوان جایگاهی برای مواد شیمیایی، کاتالیزورها و یا ذرات سوخت در سیستم های با پیشرانش جامد استفاده می شود. در تحقیقی که اخیرا توسط رستگاری و اشرفی زاده (2009) انجام گرفته است ، از روش شبکه ی بولتزمن جهت شبیه سازی جریان در بستر ذرات فشرده استفاده شده است. گرچه شبیه سازی های انجام شده در تحقیق یاد شده موید توانایی بالای روش شبکه بولتزمن برای این گونه مسایل است، اما هزینه ی محاسباتی نسبتا بالای روش همچنان مانع مهمی در توسعه ی شبیه سازی ها به ابعاد و بسترهای واقعی و افزایش دقت شرایط مرزی می باشد. در این تحقیق به منظور افزایش سرعت محاسبات، شبیه سازی جریان مخلوط دو گاز اکسیژن و نیتروژن در بستر ذرات فشرده پیاده سازی گردیده است. پیاده سازی های انجام شده روی انواع مختلف پردازشگرهای گرافیکی، از کارت های گرافیکی ارزان قیمت گرفته تا پردازشگرهای گرافیکی پیشرفته، افزایش چند ده تا چند صد برابری کارایی محاسباتی را نشان می دهد. با کاهش چشمگیر هزینه ی کلی محاسبات، اعمال دقیقتر شرایط مرزی و توسعه ی مساله به ابعاد صنعتی مقرون به صرفه گشته که نتایج آن در این تحقیق ارائه شده است.

در این پایان نامه یک روش جدید تصویر سازی (projection ) برای اعمال شرط تراکم ناپذیری در روش sph ارائه می شود. سپس عملکرد این روش با روش تراکم پذیری مصنوعی و دو روش تصویر سازی دیگر با حل مساله استاندارد جریان حفره مقایسه می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهند که الگوریتم ارائه شده در این پایان نامه از لحاظ پایداری، دقت حل و همچنین توانایی حل جریان با گام های زمانی بزرگتر نسبت به الگوریتم های تراکم پذیری مصنوعی و تصویر سازی اول و دوم دارای برتری می باشد. برای بررسی عملکرد کد نوشته شده مبتنی الگوریتم جدید علاوه بر حل جریان در حفره با دیواره متحرک در رینولدزهای مختلف، مساله ی شکست سد و همچنین حل جریان سیال اطراف یک جعبه ی متحرک نیز بررسی شده اند.

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.

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 این رساله مسئله انتقال حرارت جریانهای درهم در خم های سه بعدی به کمک یک کد تجاری عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. در ابتدا اعتبار مدلهای توربولانس دو معادله ای برای تخمین پارامترهای هیدرودینامیکی در جریانهای با انحنای زیاد در خطوط جریان با مقایسه نتایج عددی و تجربی مورد بررسی قرار می گیرد.تاکید این پایان نامه بر روی دو مدل ‏‎k-e‎‏ و ‏‎rng k-e‎‏ است . نشان داده خواهد شد که جزئیات جریان ثانویه ایجاد شده در خم به کمک مدل ‏‎rng k-e‎‏ بخوبی شبیه سازی می شود. سپس تغییرات عدد نوسلت در روی خم با شرط مرزی دما ثابت مورد محاسبه قرار گرفته و با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه می گردد. تطابق نتایج عددی بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی نشانگر کارایی کد عددی مذکور در شبیه سازی پدیده های فیزیکی پیچیده است بطوریکه می توان از آن با اطمینان زیاد در طراحی استفاده نمود.