در کار حاضر یک روش تقریبی برای محاسبه گرمایش ایرودینامیکی حول اجسام سه بعدی در زاویه حمله ارایه شده است. اصل تحقیق بر مبنای استفاده از روشی موسوم به روش اولر/لایه مرزی می باشد. در این روش نواحی غیر لزج خارج لایه مرزی و ناحیه داخل لایه مرزی به صورت جداگانه مورد تحلیل قرار می گیرند. برای این کار در ابتدا با تولید شبکه بی سازمان حول جسم و حل معادلات غیر لزج توزیع فشار دما و سرعت روی سطح جسم بدست می آید. سپس با استفاده از مقادیر توزیع سرعت و با یک تکنیک پسرو خطوط جریان حول جسم محاسبه می گردند. پس از آن با استفاده از فرض تشابه متقارن محوری وانتگرال گریری از روابط تقربی انتقال حرارت جابجایی نرخ انتقال حرارت وارد شده به سطح جسم بدست می آید. بدین منظور یک تکینیک ساده برای محاسبه پارامتر ضریب مقیاس که پارامتر مورد نیاز در روش تشابه متقارن محوری می باشد ارایه شده است. در روش های اولر /لایه مرزی ه تاکنون ارایه شده اند خواص لبه لایه مرزی برابر نتایج حل جریان غیر لزج روی دیواره در نظر گرفته میشود . با این کار اثرات ضخامت لایه مرزی روی جریان غیر لزج در نظر گرفته نمی شود. درکار حاضر یک رابطه ساده ارایه شده است که با اصلاح توزیع فشار جریان غیر لزج اثرات ضخامت لایه مرزی را روی نرخ انتقال حرارت محاسبه می کند. با روش حاضر می توان به محاسبه نرخ انتقال حرارت سطح تمامی اجسام سه بعدی دلخواهی کهامکان اجرای حل اولر روی آنها وجوددارد پراخت. مقایسات انجام شده بیانگر تطابق قابل قبول روش حاضر در ماسبه نرخ انتقال حرارت در جریانهای آرام و مغشوش و در حضور واکنشهای شیمیایی تعادلی هوا می باشد.

یک روش تقریبی برای حل جریانهای سه بعدی لزج ماوراء صوت با استفاده از تشابه متقارن محوری ارایه شده است. اعمال تشابه متقارن محوری بر روی خطوط جریان به معنای صفر فرض نمودن مولفه جانبی سرعت می باشد، بنابراین معادلات سه بعدی لایه شوک لزج به فرم متقارن محوری کاهش می یابند. در این روش جهت محاسبه فشار در لایه شوک از رابطه اصلاح شده فشار مزلن بجای معادله مومنتوم عمودی استفاده می شود. از آنجاییکه معادلات حاکم بر جریان در سیستم مختصات منحنی الخط خطوط جریان نوشته می شوند، مشکل محاسبه نرخ انتقال حرارت به سطح در ناحیه پشت به باد اجسام ماوراء صوت که در روشهای قبلی وجود داشت ، حل می گردد. بعلاوه این روش قادر به حل میدانهای جریان تعادلی نیز می باشد. به این منظور از مدل هانسن جهت محاسبه خواص ترمودینامیکی و انتقالی هوا در حالت تعادل شیمیایی استفاده شده است. روش مذکور به دلیل استفاده از ایده تشابه متقارن محوری زمان محاسبات را در مقایسه با روشهای قبلی حل معادلات سه بعدی لایه شوک لزج کاهش می دهد که در مرحله طراحی اولیه اجسام ماوراء صوت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. نتایج بدست آمده از این روش با داده های تجربی و سایر نتایج عددی مقایسه شده است. مقایسه ها نشان می دهد که روش حاضر از دقت بسیار خوبی در محاسبه نرخ انتقال حرارت به سطح برای جریان هوا با فرض گاز کامل و جریان تعادلی برخوردار است

با توجه به آنکه مدل سازی عددی پروسه های مختلف در جریان سیال مانند دیفیوژن، جابجایی و ... کاملا وابسته به فیزیک این پروسه ها می باشد ، لازم است تا پس از تدریس مدلسازی عددی معادلات و یا ترم های این معادلات، نتایج این مدلسازی و نحوه عملکرد آنها به صورت عینی در سر کلاس نشان داده شود. این نیاز امروزه در اکثر دانشگاه های دنیا احساس شده و نرم افزارهای آموزشی خاص بدین منظور تدوین شده است. این نرم افزار های آموزشی، نرم افزارهای حرفه ای یا نیمه حرفه ای حل جریان سیال نمی باشند، بلکه نرم افزارهای آموزشی خاصی هستند که توانایی آنها در تفهیم مفاهیم عددی در دینامیک سیالات عددی به دانشجویان می باشد. در کار حاضر نیز نرم افزاری بدین منظور تدوین شده است که با توجه به ویژگی های آن، مفاهیم عددی را می توان به دانشجویان منتقل کرد. این کار در نوع خود جزو اولین کارها در ایران بوده و امید است در آینده گسترش یابد.

در این تحقیق، با استفاده از مفهوم شبکه های هیبریدی و کایمرا به طور هم زمان، روشی در زمینه شبکه های متحرک، برای حرکت نسبی دو جسم ارایه شده است. مزیت مهم این روش، عدم نیاز به حذف و اضافه کردن نقطه می باشد. همچنین در طی حرکت نیازی به تولید مجدد شبکه حتی از نوع محلی آن نمی باشد. با تعریف معیار "فاصله از دیواره جسم"، مرزهای داخلی به خوبی و به طور کاملاً خودکار مشخص می شوند. در این روش اتصالات شبکه ها اصلاح نمی شوند، بلکه معیاری را مشخص کرده و با توجه به آن نقاط را به دو دسته فعال (نقاطی که در میدان محاسباتی وارد می شوند) و غیر فعال تقسیم بندی می کنیم. برای تقسیم بندی نقاط، فاصله هر نقطه تا سطح جسم و سلول بخشنده آن، از شبکه دیگر تعیین می شود. سپس سلول ها را به سه گروه فعال، غیر فعال و مرزی دسته بندی می کنیم. که از طریق سلول های مرزی، اطلاعات بین دو شبکه با استفاده از میانیابی منتقل می شوند. هر شبکه مستقل از شبکه دیگر حرکت می کند و پس از حرکت در صورت لزوم مرزهای داخلی اصلاح می-شوند. با توجه به آن که شبکه جسم اول، یک شبکه هیبریدی و شبکه جسم دوم یک شبکه بی سازمان می باشد، تنها در صورتی که دو جسم به هم نزدیک باشند، مرزهای داخلی نیاز به تصحیح خواهند داشت. در نتیجه جستجو برای تعیین سلول های بخشنده که فرآیندی زمان بر است، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. برای گسسته سازی معادلات حاکم بر جریان تراکم پذیر، از روش حجم محدود مبتنی بر مرکز المان استفاده شده است. روش مورد استفاده، یک روش مبتنی بر اختلاف مرکزی بوده که در آن برای جلوگیری از نوسانات ناخواسته از ترم های اتلاف مصنوعی بهره گرفته شده است. به منظور انتگرال گیری زمانی معادلات و محاسبه پاسخ حالت غیردایم، از یک روش ضمنی دوزمانه با دقت مرتبه دو استفاده شده است. با حل چند مثال و مقایسه با داده های عددی و نتایج تجربی موجود، قابلیت روش معرفی شده نشان داده شده است

یک ماهواره در مدار تحت بارهای حرارتی متغیر با زمان قرار می گیرد. این بارهای حرارتی همگی به نحوی ناشی از تابش نور خورشید بوده که با حرکت ماهواره در مدار نسبت به آن تغییر می کنند. اجزاء داخلی ماهواره تحت این بارهای گذرا دایما در حال تغییر دما می باشند. ماهواره ها در ارتفاع های بالاتر از جو زمین پرواز می نمایند. بنابراین به دلیل عدم وجود سیال در آن نواحی انتقال حرارت از طریق جابجایی وجود ندارد. مکانیزم انتقال حرارت تنها از طریق تشعشع و هدایت انجام می گیرد. یک ماهواره دارای اجزاء متعدد و اتصالات بسیار زیادی می باشد. بنابراین مدلسازی گذرای حرارتی کل ماهواره دارای اجزاء متعدد و اتصالات بسیار زیادی می باشد. بنابراین مدلسازی گذرای حرارتی کل ماهواره شامل جزییات بسیاری خواهد بود. برای انجام این مدلسازی حرارتی وجود نرم افزاری مناسب ضروری است. المان های اصلی تشکیل دهنده این نرم افزار می بایست شامل محاسبه کوپلینگ های هدایتی و تشعشعی، محاسبه ضرایب دید، محاسبه زوایای سطوح مختلف با زمین و خورشید، محاسبه زمان سایه، تشخیص محل اتصالات، قابلیت اعمال سناریو تلفات حرارتی و حل معادله انرژی باشد. با توجه به نیاز به چنین نرم افزارهایی، در این پروژه نرم افزاری با مشخصات زیر تولید شده است. نرم افزار حاضر به منظور تحلیل حرارتی ماهواره های کوچک در ارتفاع کم تدوین شده است. روش عددی مورد استفاده در این نرم افزار روش حجم محدود می باشد. کوپلینگ های هدایتی بین اجزای ماهواره دقیقا بر اساس نوع اتصالات و جنس مواد یک به یک حساب می شود. ضرایب دید به صورت اتوماتیک در این نرم افزار محاسبه می گردند. همچنین با دریافت پارامترهای مدار خورشید آهنگ، زوایای سطوح با خورشید و زمین در هر موقعیت بر روی مدار قابل محاسبه است. خروجی این نرم افزار شامل منحنی های تغییرات دما بر حسب زمان می باشد.

امروزه روشهای عددی به صورت گسترده ای برای حل میدان جریان سیال حول ایرفویل که یکی از مهمترین قسمتهای یک جسم پرنده می باشد مورد استفاده قرار می گیرند. دراین پروژه برای حل میدان جریان گذر صوتی (transonic) حول ایرفویل از معادله پتانسیل کامل (full potential-fp) استفاده شده است . الگوریتم بکار گرفته شده برای حل معادله fp از نوع af2 بوده که اولین بار بوسیله آقای هلست holst ارائه شده است . بدین منظور دوبرنامه کامپیوتری براساس روش هلست تهیه شده که هریک ازشبکه عددی مخصوص خوداستفاده می کنند. برنامه کامپیوتری shfoil1 تنها برای موارد بدون ((برآ)) (nonlifting) قابل استفاده است ، درصورتیکه برنامه کامپیوتری shfoilz برای کلیه موارد "برآ" و بدون "برآ" استفاده می شود. شبکه های عددی مورد نیاز هریک از این دو برنامه بوسیله دو برنامه جداگانه دیگر که به ترتیب shgrid1 و shgrid2 نام دارند تولید می شوند. دراین پروژه مبانی تئوری و جزئیات جریان پتانسیل، تولید شبکه عددی، روشهای عددی برای جریان گذر صوتی و الگوریتم عددی استفاده شده، تشریح شده اند. برای آنکه بتوان نتایج برنامه ها را با کار دیگران مقایسه کرد، نتایج تنها روی ایرفویل naca 12 بدست آمده است . قابل ذکر است که جریان اطراف هرنوع ایرفویل چهاروپنج شماره ای naca قابل حل می باشد. توزیع فشار برروی این نوع ایرفویل برای جریانهای زیربحرانی (subcritical) و فوق بحرانی (supercritical) و درزوایای حمله (angle of attack) مختلف بدست آمده است . اثر شرایط مرزی روی خط در تلکس (vortex sheet) غیر عمود بودن شبکه برروی سطح ایرفویل (nonorthogonality)، شرایط اولیه و پارامترهای مهم دیگر مانند ضریب آسودگی (relaxation factor)، پارامتر موج ضربه ای (shock parame) و استهلاک مصنوعی (artifical viscosity) بررسی و درفصل چهارم ارائه شده است . توزیع فشارهای بدست آمده، تطابق خوبی بانتایج دیگران دارد. امااختلاف جزئی درمحل موج ضربه ای نشان می دهد که با کار بیشتر می توان نتایج دقیقتری بدست آورد.