تخمین نیروی ضربه هیدرودینامیکی در طراحی سازه ها و شناورهای دریایی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برخورد شدید شناورهای تندرو با سطح آب از قبیل قایق پرنده ها و همچنین برخورد امواج دریا با سازه های دریایی نظیر سکوهای نفتی از نمونه های متداول این پدیده هستند. بررسی بارهای ضربه ای ایجاد شده در اثر برخورد اجسام به سطح آب، تنها با در نظر گرفتن همه عوامل موثر بر این پدیده به ویژه تغییر سرعت جسم در حین برخورد امکان پذیر است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت، شبیه سازی عددی پدید? برخورد با آب بر اساس روش حجم محدود با در نظر گرفتن معادلات دینامیکی حرکت به همراه یک شبکه متحرک در جریان دو فازی انجام گرفته است و جهت مدل کردن سطح آزاد از مدل حجم سیال استفاده شده است. جهت اعتبارسنجی نتایج ابتدا پدیده ضربه آب حول یک گوشه در حالت دو بعدی به صورت متقارن و نامتقارن و همچنین برخورد متقارن یک گوشه در حالت سه بعدی شبیه سازی شده است. پس از مقایسه نتایج عددی به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی و مشاهده تطبیق مناسب آنها با یکدیگر، پدیده فوق در برخورد متقارن حول کف یک مدل قایق پرنده در حالت سه بعدی شبیه سازی گردیده است. مقایسه نتایج این روش با نتایج آزمایشگاهی انجام گرفته، دقت و مفید بودن این روش را در حل این گونه مسائل مورد تائید قرار می دهد.

با توجه به انتقال تعداد زیادی از مسافران توسط سیستم های حمل و نقل درون شهری مترو، آتش سوزی در ایستگاه های مترو به دلیل بسته بودن فضا و احتمال وجود صدمات قابل توجه انسانی و مالی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همچنین مطالعات انجام شده بر روی آتش سوزی های واقعی رخ داده در انواع تونل ها، شامل تونل های مترو، راه آهن و جاده نشان می دهد که بیش از نیمی از آتش سوزی ها در تونل های مترو اتفاق افتاده است. شبیه سازی گسترش آتش و انتشار دود در ایستگاه های مترو از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و به وسیله آن می توان نقایص و مشکلات سیستم مکش دود را مشخص نموده و حتی پیشنهاداتی برای تغییر وضعیت معماری ایستگاه ارائه نمود. شبیه سازی عددی آتش سوزی محدوده وسیعی از علوم همانند، کامپیوتر، روش های عددی، دینامیک آتش و علم شیمی را شامل می شود. شبیه سازی عددی نقش بسیار مهمی را در تحقیقات بر روی آتش ایفا می کند و در واقع ارائه دهنده یک مسیر کارآمد، قابل اطمینان و اقتصادی برای تحقیقات بر روی آتش و یک ابزار ضروری در این زمینه می باشد. بنابراین یک شبیه سازی عددی معتبر، یک ابزار مناسب برای تهیه اطلاعات بیشتر می باشد. هم چنین در بسیاری از حالات، شبیه سازی های عددی می توانند به صورت یک پیش بررسی، قبل از انجام آزمایشات تجربی استفاده شوند و ارائه دهنده اطلاعات مناسبی به صورت راهنما برای آزمایشات باشند. به طور کلی مدل های مورد استفاده برای شبیه سازی آتش و انتشار دود را می توان به دو دسته مدل های ناحیه ای و مدل های میدانی تقسیم نمود. مدل های ناحیه ای یک بعدی بوده و ساده ترین نوع مدل های کامپیوتری می باشند، در مقابل مدل های میدانی برای فضاهای سه بعدی مورد استفاده قرار می گیرند و در واقع همان روش های شبیه سازی عددی هستند که برای حل نیازمند کامپیوتر های قدرتمند می باشند. در این تحقیق در ابتدا ویژگی های آتش و دود، خطرات ناشی از آن در ایستگاه های مترو و برخی پارامترهای مهم برای شبیه سازی ازجمله نرخ تولید دود، نرخ حرارت آزاد شده و سرعت بحرانی مورد بررسی قرار گرفته شده است. بدین منظور بررسی کامل و جامعی برای تعیین این پارامترها و نحوه اعملال آن هنگام شبیه سازی انجام گرفته است که قابل استفاده برای شبیه سازی آتش سوزی و توزیع دود در پروژه های مشابه می باشد. بدین ترتیب با در نظر گرفتن پارامترهای فوق هدف اصلی در این تحقیق شبیه سازی آتش در فضاهای بسته و به طور ویژه تونل ها و ایستگاه های مترو می باشد. به همین منظور از نرم افزار فلوئنت برای شبیه سازی عددی جریان سیال همراه با آتش سوزی و انتشار دود استفاده شده است. این تحقیق شامل سه مرحله متفاوت می باشد. در مرحله اول، با استفاده از شبیه سازی آتش در یک فضای بسته ، مدل های مختلف توربولانسی شامل k-? و les مورد بررسی قرار گرفته شده و در نهایت مدل مناسب توربولانس که les می باشد انتخاب شده است. علت این انتخاب دقت بالای این مدل برای در نظر گرفتن ادی های موجود در نزدیکی آتش و امکان محاسبه دقیق تر کمیت های مختلف از جمله دما و سرعت می باشد. در مرحله دوم به منظور تایید نتایج شبیه سازی، نتایج حاصله با نتایج موجود تجربی و عددی به دست آمده از fds برای یک تونل جاده ای خاص مقایسه شده است. در مرحله نهایی نیز شبیه سازی آتش با نرخ حرارت آزاد شده mw 6 برای سوخت هپتان در یک مدل سه بعدی ایستگاه مترو انجام شده است. با بررسی توزیع دما، سرعت و غلظت دود موجود در ایستگاه، سیستم های تهویه آن شامل مکش از طریق دریچه هاو ورودی های تونل مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان این نکته حائز اهمیت می باشد که روش شبیه سازی نتایج حاصله و اطلاعات موجود در این تحقیق می تواند به عنوان یک مرجع مناسب در زمینه شبیه سازی آتش در محیط های بسته نظیر تونل ها و ایستگاه های مترو مورد استفاده قرار گیرد.

در دهه های اخیر شاهد پیشرفت روز افزون علوم در زمینه های مختلف می باشیم که پیامد مستقیم آن رشد تکنولوژی و راحتی و آسایش هر چه بیشتر برای انسان ها می باشد. علوم مربوط به انتقال حرارت نیز از این قضیه مستثنی نیست و در سالهای اخیر دستخوش تغییرات فراوانی شده است که نتیجه ی تلاش ها و مطالعات انجام شده توسط دانشمندان علم انتقال حرارت در این زمینه می باشد. افزایش انتقال حرارت اصلی ترین و مهم ترین زمینه فعالیت ها را در این خصوص به خود اختصاص داده است لذا در اکثر مقالات و مطالعات ارائه شده سعی دارند که به نحوی راندمان حرارتی را افزایش دهند و ازآن جمله افزودن ذرات جامد فلزی به سیال پایه می باشد. افزایش میزان انتقال حرارت و کارایی مبدل های حرارتی به معنی صرفه جویی در هزینه های صنایع می باشد. با رفتاری که نانوسیال از خود در زمینه انتقال حرارت نشان داده است موجب امیدواری به چنین صرفه جویی در صنایع بویژه صنایع بزرگ شده است. بهبود انتقال حرارت و کاهش اندازه سیستم های انتقال حرارت ازمزایا و قابلیت های بالقوه نانوسیالات می باشند. در تحقیق حاضر جریان آرام و مغشوش جابجایی اجباری نانوسیال در لوله های مستقیم تحت شار حرارتی (که در تاسیسات صنعتی بسیار شاهد آن هستیم) مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه اثرات حرارتی و هیدرودینامیکی نانوسیالات حاوی نانوذرات اکسید آلومینیوم و سیالات مختلف آب، مخلوط همگن آب-اتیلن گلیکول و اتیلن گلیکول در لوله های با قطر و طول متفاوت مورد تجزیه و تحلیل واقع شده است. همچنین تاثیر پارامتر بی بعد رینولدز به همراه تاثیر نسبت حجمی ذرات، تحت شارهای حرارتی مختلف بررسی گردیده است. بعلاوه، یک مبدل حرارتی جریان مخالف که حاوی جریان آب خالص برای هر دو مسیر اصلی (سیال خنک شونده) و تبرید (سیال گرم شونده) می باشد توسط نانوسیال آب- اکسید آلومینوم به عنوان سیال خنک کننده مورد مطالعه واقع گشته است. در ادامه نیز تاثیر نانوسیال بر میدان جریان و انتقال حرارت یک سیستم کلکتور خورشیدی غیر مستقیم بررسی و مشخص شده است.

در این تحقیق اثر فن در یک نوع بال جدید که برای هواپیماهای کم سرعت پیشنهاد شده، مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل جدید از هواپیما، که در راستای دهانه بال آن یک فن طولی تعبیه شده، به fan-wing معروف است. از مزیت های عمده این بال جدید می توان به مصرف سوخت پایین، به تعویق افتادن استال و قابلیت پرواز در طول باند کوتاه اشاره نمود. در این پژوهش، در راستای برآورد نیروهای آیرودینامیکی وارده بر مدل، حل عددی جریان اطراف جسم با استفاده از نرم افزارهای fluent و cfx، در ابتدا به صورت دو بعدی و سپس سه بعدی انجام گرفته است و از هر دو نرم افزار نتایج نسبتاً مشابهی به دست آمده است. در مقایسه نتایج دو بعدی با نتایج سه بعدی (در وسط عرض بال) مشخص شده اگر عرض بال به میزان قابل توجهی افزایش نیابد جواب های دو بعدی با سه بعدی مطابقت نخواهند داشت. بنابراین جواب های دو بعدی چندان قابل اطمینان نیستند. از حل عددی جریان روی مدل، برای سرعت های دورانی متفاوت و سرعت های جریان آزاد مختلف مشاهده شد تنها در سرعت های دورانی پایین می توان از تحلیل دو بعدی استفاده کرد. همچنین در این تحقیق اثر نزدیکی سطح بر روی fan-wing برای زاویه های حمله مختلف در ارتفاع های بدون بعد مختلف از سطح و در سرعت های متفاوتی از چرخش فن در ارتفاع بدون بعد 0/1، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و از نتایج مشخص شد که در نزدیکی سطح نیروی برآ به طور قابل توجهی افزایش می یابد البته به خاطر نزدیک شدن به سطح نیروی پسا نیز تا حدودی افزایش می یابد.

در سال های اخیر همانند حمل و نقل زمینی و هوایی، در زمینه حمل و نقل دریایی نیز دستیابی به سرعت های بالا مورد توجه قرار گرفته است. از این رو تحقیقات زیادی در دنیا برای بهینه کردن طراحی شناورها به منظور برآورده ساختن این نیاز صورت گرفته است. یکی از طرح های منطقی استفاده از شناورهای چند بدنه ای به منظور کاهش مقاومت هیدرودینامیکی می باشد. از آنجایی که کارهای انجام شده بر روی شناورهای چند بدنه ای خیلی محدود می باشد، تکنیک های مدل کردن تجربی یا عددی برای طراحان بسیار مهم می باشد. محاسبه نیروی هیدرودینامیک وارد بر بدنه شناورها در طراحی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پایان نامه محاسبه سه بعدی در حالت دو فازی و جریان مغشوش حول شناورهای چند بدنه ای مورد بررسی قرار گرفته است. جهت حل معادلات حاکم از روش حجم محدود و برای پیش بینی موقعیت سطح آزاد از روش حجم سیال (vof) استفاده شده است. به همین منظور، ابتدا جریان اطراف بدنه ی محاسباتی ویگلی شبیه سازی شده است. در این مرحله مدل های آشفتگی مختلف و همچنین اندازه شبکه مناسب برای شبیه سازی سطح آزاد مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، جریان اطراف بدنه شناور تریماران با هندسه پیچیده شبیه سازی شده است. در این مرحله در فاز اول جریان اطراف بدنه ی مرکزی تنها شبیه سازی شده و تاثیر تغییر هندسه بدلیل اضافه کردن قسمت نگهدارنده ی محور پروانه بر روی مقاومت هیدرودینامیک و الگوی موج بررسی شده است. سپس در فاز دوم جریان اطراف شناور تریماران شبیه سازی شده است و تاثیر تغییر موقعیت طولی و عرضی بدنه های جانبی و همچنین عمق آب مورد بررسی قرار گرفته است.

خطوط لوله یکی از بهترین و ایمن ترین روش‏ها برای انتقال مقادیر زیاد فرآورده‏های نفتی و گازی می‏باشد. مواد رسوبی، ذرات آلودگی و آب موجود در فرآورده‏های نفتی و گازی عمر خطوط لوله را به هنگام بهره‏برداری کاهش می‏دهند. بنابراین لازم است که خطوط لوله در مدت زمان‏های مشخص و برنامه‏ ریزی شده بصورت متناوب توسط عملیات پیگرانی تمیز کاری شوند. در این پایان‏نامه نحوه حرکت پیگ در خطوط لوله واقعی با در نظر گرفتن پستی و بلندی های طبیعی در مسیر خطوط لوله مورد تحلیل قرار گرفته است. جهت این منظور ابتدا معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر جریان، شامل معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی با استفاده از روش مشخصه‏ها به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. سپس با استفاده از یک برنامه نوشته شده، دینامیک حرکت پیگ همزمان با معادلات حاکم بر جریان حل می شود تا اینکه تغییرات سرعت پیگ و تغییرات فشار رانش پیگ در طول خط لوله محاسبه شوند. از نتایج تجربی خط لوله نار برای اطمینان از صحت نتایج مدلسازی حرکت پیگ معمولی استفاده شده است و مطابقت مناسبی بین آنها مشاهده می‏شود. برای بدست آوردن سرعت مناسب پیگرانی در خطوط لوله گاز که باید بین 2 تا 7 متر بر ثانیه باشد، حرکت پیگ در خط لوله 29 اینچ با دبی‏های حجمی مختلف شبیه‏سازی شده است. همچنین سرعت حرکت پیگ با جریان میان‏گذر در خط لوله 40 اینچ تبریز- مرند شبیه سازی شده است که با نتایج تجربی مطابقت خوبی دارد. در نهایت از یک سیستم کنترلی ساده برای ثابت نگه داشتن سرعت پیگ استفاده شده است و نوسانات موجود در سرعت پیگ با استفاده از این سیستم کنترلی تا حد قابل قبولی از بین رفته‏ است.

امروزه دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر روش های فاقد شبکه، به دلایل مختلفی مورد توجه قرار گرفته است. به طور کلی می توان گفت که عدم نیاز به شبکه بندی، قابلیت وفق یافتن آسان، پویایی در حل مسائلی که همراه با تغییر شکل شدید مرز ها می باشند، از جمله مزایای روش های فاقد شبکه می باشد. روش sph از دسته روش های کاملا لاگرانژی است که علاوه بر برنامه نویسی آسان، قابلیت فراوانی در حل مسائلی مانند برخورد هیدرودینامیکی، سطح آزاد و جریان های دوفازی تراکم پذیر و تراکم نا پذیر دارد. در این روش جریان ها ی تراکم ناپذیر به دو صورت نسبتا تراکم ناپذیر و کاملا تراکم ناپذیر حل می شوند. با وجود پیشرفت های مناسبی که این روش در سه دهه ی گذشته داشته است، اما هم چنان چگونگی اعمال شرایط مرزی، مورد بحث و بررسی است. در این پایان نامه در ابتدا به بررسی شرایط مرزی رایج در دو مساله ی انتقال حرارت و جریان سیال پرداخته می شود. سپس با معرفی روش هایی نوین جهت اعمال شرط مرزی نوع دوم، شرط مرزی دیواره در روش isph مدل می گردد. هدف از شرط مرزی های پیشنهاد شده، دقت، سادگی و سرعت در اعمال شرط مرزی های نوع اول و دوم همگن و ناهمگن می باشد. روش های پیشنهاد شده جهت اعمال شرط مرزی، منجر به تحول در حل سیال های تراکم ناپذیر به روش isph شده است. در قسمت دوم این پایان نامه با توجه به مشکلات روش های لاگرانژی و به تبع آن روش isph جهت استفاده از نقاط زیاد، برنامه ای نوشته شده است که بتوان روش isph را بر روی پردازنده ی گرافیگی به اجرا گذاشت. بدین منظور مثال هایی بر روی هر دو پردازنده ی گرافیکی و مرکزی حل شده است و صحت نتایج بر روی پردازنده ی گرافیکی و مرکزی مشخص گردیده است هم چنین افزایش سرعت مناسبی در پردازنده ی گرافیکی نسبت به پردازنده ی مرکزی مشاهده شده است.

در این پایان¬نامه از روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم¬ناپذیری ضعیف و هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم¬ناپذیر جهت بررسی جریان سیال از زیر یک دریچه¬ استفاده شده است، در این راستا جهت اعمال شرط مرزی دیوار از دو روش استفاده شده است و نتایج به دست آمده با نتایج به دست آمده از روش vof مقایسه شده¬اند. جهت اعتبار سنجی برنامه نوشته شده در قسمت جامد چند مسئله در رابطه با ارتعاش یک صفحه¬ی الاستیک به کمک روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم¬ناپذیری ضعیف شبیه¬سازی شده¬اند و مقایسه¬ی نتایج به دست آمده با نتایج سایر محققین صحت برنامه نوشته شده در قسمت جامد را به خوبی نشان می¬دهد. جهت کوپل کردن سیال با جامد مسئله¬ی عبور جریان سیال از زیر دریچه¬ی الاستیک یک سد، به کمک هر دو روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم¬ناپذیری ضعیف و هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم¬ناپذیر شبیه¬سازی شده است، در روش هیدرودینامیک ذرات هموار فشار از یک معادله¬ی حالت به¬دست می¬آید که در آن فشار با تغییرات چگالی رابطه¬ی مستقیم دارد، و این باعث می¬شود خطای ناشی از یافتن چگالی در یافتن فشار نیز وارد شود، لذا جهت یافتن جواب¬های با دقت مناسب لازم است از یک نیروی مانع بین سیال و جامد استفاده شود؛ اما در روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم¬ناپذیر، فشار از حل معادله¬ی پواسون به دست می¬آید، این معادله تراکم¬ناپذیری را برآورده می¬کند، لذا خطا در یافتن فشار کمتر می¬باشد و در حل مسئله¬ی عبور جریان از زیر دریچه¬ی الاستیک سد لزومی به استفاده از استفاده از نیروی مانع نمی¬باشد. نتایج با تحقیقات سایر محققین مقایسه شده و دقت مناسبی مشاهده شده است. در این پایان¬نامه ترکیب این دو روش نیز انجام شده است، به این معنا که سیال با روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم¬ناپذیر و جامد با هیدرودینامیک ذرات هموار شبیه¬سازی شده¬اند و نتایج خوبی از این ترکیب به دست آمده¬اند.