در این مطالعه عددی جریان تراکم ناپذیر، دو بعدی و مغشوش حول پیکربندی ایرفویل و یک ایرفویل کوچکتر که در انتهای ایرفویل اصلی قرار می گیرد و فلپ نام دارد، با استفاده از روش شبکه بندی بر هم نهادن شبکه ها شبیه سازی می شود. پروفیل هر دو المان naca0012 است که با استفاده از شبکه منطبق بر بدنه از نوع c مورد تحلیل قرار می گیرند. روش حل برای گسسته سازی میدان جریان، بر مبنای روش حجم محدود بوده و برای مدل کردن اغتشاشات از مدل غیرخطی کرافت- لاندر- سوگا استفاده می شود. در بخش اول، با تحلیل جریان حول یک ایرفویل و در ادامه مجموعه ایرفویل و فلپ، صحت کد برای شبکه های حل، مدل های اغتشاش و روش برهم نهادن شبکه ها مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه به بررسی نقش فاصله افقی و عمودی فلپ تا ایرفویل بر ضریب نیروی برآی ایرفویل پرداخته می شود. نتایج ضریب نیروی برآی به دست آمده نشان می دهد که در حالت افقی، هرچه فلپ به انتهای ایرفویل نزدیکتر باشد ضریب نیروی برآی ایرفویل افزایش بیشتری می یابد. همچنین در حالت عمودی، نزدیک شدن فلپ به ایرفویل باعث ازدیاد ضریب نیروی برآی ایرفویل می گردد. در قسمت بعد به بررسی نقش نسبت فاصله بال به وتر، عقب و جلو بودن ایرفویل ها و تغییر زاویه ایرفویل ها بر نسبت نیروی برآ به نیروی پسای یک هواپیمای دوباله پرداخته می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد نسبت فاصله بال به وتر یک برای هواپیمای دو باله مناسب می باشد. زیرا نسبت های کمتر از یک باعث برهمکنش زیاد میدان های فشار دو ایرفویل و درنتیجه کاهش ضریب نیروی برآ می گردد و نسبت های بزگتر از یک هم، افزایش اتصالات و قطعات متصل کننده دو بال را درپی دارد و باعث افزایش وزن هواپیما می گردد.

تاکنون مدل های ریاضی فراوانی به منظور شبیه سازی ساختار هندسی مجاری ریوی انسان ارائه شده است. این مدل ها از ساختارهایی ساده و متقارن تا ساختارهایی نامتقارن و متغیر متنوع اند. بسیاری از محققین به شبیه سازی جریان سیال و جذب ذرات در یک یا چند انشعاب نمونه پرداخته اند. دسته ای دیگر از مدل های ساده ی متقارن و یا غیر متقارن اما از پیش تعیین شده و ثابت در شبیه سازی های خود استفاده کرده اند. تنها تعداد محدودی از مطالعات انجام شده در زمینه ی شبیه سازی ساختار و بررسی جذب ذرات در مجاری ریوی از مدل های نامتقارن و غیر ثابت استفاده کرده اند. در اغلب این مطالعات از روش تولید یک تک مسیر ریوی و متوسط گیری روی نتایج به دست آمده در تک مسیر های تولیدی در شبیه سازی ها استفاده شده است. از آنجایی که با انجام چنین شبیه سازی هایی نمی توان اطلاع دقیقی از دیگر مجاری ریوی به دست آورد، شرط مرزی خروجی در انتهای مجاری به درستی قابل تعیین نیست. لذا در اغلب این مطالعات از فرض فشار یکسان در مجاری مجاور یکدیگر و یا تقسیم دبی به نسبت سطح مقطع مجاری به منظور تخمین چگونگی تقسیم شار در هر انشعاب استفاده شده است. در این پژوهش در نظر داریم تا با تولید تمامی مجاری ریوی به صورت یکجا، ساختار کامل یک ریه ی نمونه ی غیرمتقارن و غیر یکتا را تولید نماییم. بدین منظور از الگوریتم آماری-تصادفی monte carlo و توزیع های آماری کوبلینگر و هافمن استفاده خواهیم نمود. از آنجایی که چنین ریه ای از حدود چهارده میلیون مجرا تشکیل می شود، تهیه و اجرای الگوریتم و برنامه ای که بتواند حجم بالای چنین محاسباتی را در زمان مناسب و با دقت کافی به انجام رساند بسیار حائز اهمیت است. این ساختار در قالب لُب های پنج گانه ی ریوی تولید خواهد شد. در ادامه شار متناسب با هر مجرا را با در نظر گرفتن انبساط حبابچه ای و از انتهای مجاری ریوی به سمت نای محاسبه خواهیم نمود. در محاسبه ی این پارامتر از ضرایب منطقه ای انبساط حبابچه ای که بر اثر تفاوت در فشار جنب ریوی حاصل می شود بهره خواهیم برد. سپس با استفاده از روابط نیمه تجربی موجود و اصلاح آن ها، توزیع منطقه ای و کلی جذب ذرات مختلف در لُب های پنج گانه ی ریه ی انسان در یک سیکل کامل تنفسی محاسبه خواهد شد. در انتها با در نظر گرفتن حجم های تنفسی دهان و بینی به عنوان تحویل دهندگان هوای استنشاقی به ریه، میزان جذب ذرات در این نواحی تخمین زده خواهد شد.

مسئله تغییر شکل قطره ی شناور در میدان الکتریکی، پدیده ایست که تاکنون به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته و کاربرد های تکنولوژیکی متعددی دارد. در این مطالعه رفتار دینامیکی قطره ی شناور در سیال مخلوط نشدنی دیگر، تحت اثر میدان الکتریکی توسط رویکرد عددی مورد بررسی قرار می گیرد و مدل عددی استفاده شده با نتایج تحلیلی، عددی و آزمایشگاهی مقالات اعتبار سنجی می شود. همچنین در این پژوهش برای دنبال کردن سطح مشترک بین دو سیال، از روش لول ست همراه با روش سیال مجازی استفاده می شود. پاسخ سیستم به تغییرات پیوسته میدان الکتریکی با تغییرات پارامتر های مختلف مسئله شبیه سازی می شود. در اینجا دو فیزیک اساسی مورد مطالعه قرار می گیرد: یکی از آن ها سیستم سیالات کاملا عایق و دیگری سیستم سیالاتی است که اجزاء آن دارای رسانایی ناچیز هستند؛ که در مورد دوم، رسانایی اندک سیالات باعث تشکیل لایه نازکی از بارهای الکتریکی در نزدیکی سطح مشترک می شود. در این پایان نامه مدل استاتیکی این بارها در نظر گرفته می شود و رفتار دینامیکی این بارهای آزاد که شامل جابه جایی این بارها در اثر به وجود آمدن جریان های چرخشی هیدرودینامیکی است، بررسی نمی شود. در انتها برای تغییر شکل های بزرگ و شکست قطره شبیه سازی های متعددی در محدوده ی گسترده ای از پارامتر های فیزیکی انجام می شود.

بررسی جریان های تراکم پذیر از پرکاربردترین مسائل در مهندسی مکانیک می باشد. در شبیه سازی جریان های با عدد ماخ بالا به علت کاهش اثر لزجت، می توان از آن صرف نظر کرد. با حذف ترم لزجت از معادله ناویراستوکس، معادله اویلر حاصل می شود. برای تحلیل جریان های مافوق صوت و ماوراء صوت از معادله اویلر استفاده می شود. شبیه سازی جریان های تراکم پذیر به علت طولانی بودن زمان اجرا، بسیار پرهزینه است. اخیرا استفاده از پردازشگر گرافیکی برای محاسبات موازی جریان های تراکم پذیر غیرلزج رواج زیادی یافته است. کارهای انجام شده، نتایج خیره کننده ای از میزان افزایش سرعت روی پردازشگر گرافیکی نسبت به پردازشگر مرکزی نشان می دهد. در این تحقیق حل عددی معادلات حاکم برای جریان های تراکم پذیر غیرلزج با روش های hll، hllc و weno به صورت مبسوط شرح داده می شود و دقت این روش ها در حالت یک بعدی توسط حل دقیق مسأله ریمان، اعتبار سنجی و مقایسه می شوند.برای اعتبارسنجی در حالت دوبعدی از حل مسأله انفجار استفاده می شود. این حل با روش godunov مقایسه می گردد. حلگر مسأله ریمان در این مسأله همان حلگر دقیق می باشد با این تفاوت که یک ترم چشمه به آن اضافه شده است. برای شرایط مرزی در شبیه سازی جریان های دوبعدی از روش مرز شناور استفاده شده است. این روش مبتنی بر بکارگیری سیال مجازی به منظور توسعه شرایط مرزی با دقت حل بالا می باشد. با اعمال این روش می توان به جای استفاده از شبکه منطبق بر مرز ، از شبکه دکارتی مربعی استفاده نمود که باعث سادگی کار و کاهش هزینه های محاسباتی می شود. برای اعتبارسنجی روش مرز شناور، نقاط سه گانه ناشی از برخورد امواج در جریان پشت استوانه، مکانیابی می شود و با نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی های عددی مقایسه می گردد. برنامه های تراکم پذیر نوشته شده با استفاده از محیط کودا، قابل اجرا به صورت موازی روی پردازشگر گرافیکی می گردند. پردازنده گرافیکی مورد استفاده در این پژوهش، geforcegtx580 می باشد. این پردازنده دارای 512 هسته محاسباتی و حافظه جانبی 1536مگابایت است. سرعت انتقال اطلاعات در این پردازنده برابر 192 گیگابایت بر ثانیه می باشد. میزان افزایش سرعت با تعداد گره محاسباتی رابطه مستقیم دارد و با افزایش تعداد گره، مقدار آن افزایش می یابد. با استفاده از این پردازنده، میزان افزایش سرعت در برنامه یک بعدی hllc، 35 برابر محاسبه گردید. سرعت اجرای برنامه hll در حالت یک بعدی 30 برابر و در حالت دوبعدی بیش از 80 برابر افزایش یافته است. برای برنامه weno نیز افزایش سرعت معادل 36 برابر و 176 برابر حاصل شده است. این میزان افزایش سرعت بسیار خیره کننده است و برای اولین بار است که این میزان افزایش سرعت برای برنامه تراکم پذیر با استفاده از یک پردازنده گرافیکی به دست می آید. در این تحقیق به بررسی اثر اندازه بلوک روی میزان افزایش سرعت پرداخته شده است. نشان داده شد که بهترین اندازه بلوک در این کارت گرافیک، 1×512 می باشد. با استفاده از مرز شناور میزان افزایش سرعت کاهش می یابد اما با افزایش اندازه شبکه، این مقدار به مقدار افزایش سرعت بدون مرز شناور نزدیک تر می شود.

با توجه به کاربردهای فراوان سورفکتان ها در زمینه های مختلف نظیر شویندگی، نساجی، صنایع بهداشتی و داروسازی، صنایع نفتی و همچنین کاهش درگ، و از آنجاییکه جریان برشی اعمال شده به محلول سورفکتان بر ساختار تجمعی مولکول ها ی سورفکتان اثر می گذارد، فهم اثر برش بر روی خود جمعی مولکول ها ی سورفکتان از اهمیت زیادی برخوردار است و منجر به آزمایشات تجربی و مطالعات نظری بسیاری در این زمینه شده است. از آنجاییکه در این سیستم ها با گستره ی وسیعی از مقیاس ها ی زمانی و طولی سروکار خواهیم داشت، نیاز به یک روش چند مقیاسی داریم که بتواند مقیاس ها ی زمانی و طولی مورد نیاز را پوشش دهد. به این منظور در این پایان نامه برای بررسی رفتار سورفکتان ها تحت جریان برشی، از روش dpd به دلیل توانایی های آن در مدل کردن سیالات پلیمری استفاده شده است. بعد از آشنایی با روش dpd و چگونگی کاربرد آن، سورفکتان ها با استفاده از مدل ذره-فنر شبیه سازی شده و خود جمعی مولکول های سورفکتان در تشکیل مایسل های کروی، استوانه ای و دو لایه ای بررسی می شود. سپس محلول سورفکتان تحت جریان برشی که توسط شرط مرزی لیز-ادوارد اعمال می گردد، قرار گرفته و رفتار رئولوژیکی سورفکتان شامل تغییر شکل مایسل ها و تغییرات ضریب لزجت محلول مورد بحث واقع می شود. نتایج حاصل نشان داد که ضریب لزجت محلول ابتدا در اثر افزایش اندازه مایسل ها افزایش یافته و سپس به علت کشیدگی آن ها و هم سو شدن با جهت جریان، ضریب لزجت کاهش می یابد. اختلاف تنش نرمال اول و دوم نیز برای محلول سورفکتان محاسبه شد. نتایج نشان داد که اختلاف تنش نرمال اول با افزایش نرخ برش زیاد می شود و اختلاف تنش نرمال دوم تقریباً مقداری برابر صفر خواهد داشت که از ویسکوالاستیک بودن محلول نتیجه شده است. در نهایت رفتار سورفکتان ها تحت جریان پویزویل مورد بحث قرار گرفته و نشان داده شده است که مایسل های تشکیل شده تمایل به مهاجرت به سمت مناطق پرسرعت در عرض کانال را دارند و این رفتار هم در جریان پویزویل برگشتی و هم در جریان پویزویل با دیواره جامد مشاهده شده است. نتایج حاصل از ترسیم پروفیل های سرعت نیز نشان دادکه با افزایش نیروی محرکه، سرعت افزایش یافته و با افزایش غلظت سورفکتان، سرعت جریان کم می شود. همچنین وقتی غلظت سورفکتان افزایش می یابد، پروفیل سرعت تخت تر می شود که از ویسکوالاستیک بودن محلول سورفکتان نتیجه شده است و درمقادیر بالای نیروی محرکه زمانی که مایسل های میله ای شکل در محلول ایجاد می شوند به وضوح دیده می شود.

پیشرفت ها در صنعت نساجی مرزهای اجرایی برای تولید البسه و پارچه های صنعتی را گسترش می دهد. درک بهتر پدیده های انتقال در منسوجات می تواند به بهینه ساختن جوانب زیادی از فرایند ساخت منسوجات کمک کند و توسعه ی منسوجات جدید با کاربردهای خاص را ممکن سازد. قبلاً مطالعه پدیده انتقال با صرف زمان و نیروی زیادی همراه بود اما امروزه با پیشرفت روش های عددی و وجود ابزاری همچون دینامیک سیالات محاسباتی (cfd)، امکان شبیه سازی منسوجات و الیاف و همچنین جذب سطحی الیاف به منظور پیش بینی های دقیق و مناسب بوجود آمده است. در پروژه حاضر، با استفاده از این ابزار، تحلیل پدیده های انتقال (انتقال جرم و انرژی) در محیط الیاف متخلخل ارائه می شود. حضور رطوبت در منسوجات به شدت بر کارایی و عملکرد آن ها تاثیرگذار است. در این پروژه قابلیت منسوجات در انتقال حرارت و رطوبت اضافی از بدن بررسی می شود. به این منظور شرایط تعریق بدن انسان در مجاورت پارچه شبیه سازی می شود. پارچه با گرفتن رطوبت از پوست توسط لایه زیری که در تماس با پوست بدن است رطوبت گرفته شده را از طریق دیفیوژن به سطح رویی پارچه منتقل می کند و در آنجا این رطوبت وارد محیط اطراف می شود. بنابراین در این پژوهش معادلات انتقال جرم و حرارت برای شبیه سازی این محصولات و روابط ساختاری و معادلات کمکی استخراج شده و با استفاده از نرم افزار تجاری fluent 6.3.26این معادلات با مدل کردن پارچه به صورت یک محیط متخلخل برای منسوجات متشکل از الیاف pan و پشم حل شده و نهایتاً بررسی پارامتریک روی متغیرهای موثر بر ساختار پارچه و متغیرهای موثر محیطی صورت می-گیرد. برای صحت سنجی نتایج، از داده های آزمایشگاهی برای الیاف pan استفاده می شود. همچنین روش جدیدی برای شبیه سازی پارچه بصورت شبکه ای از الیاف برای منسوج متشکل از الیاف pan ارائه خواهد شد. دراین حالت معادلات انتقال بر روی الیاف و همچنین جذب بخار آب موجود در هوا درون الیاف توسط شرایط مرزی مناسب بر روی الیاف شبیه سازی می شود. به این منظور از یک udf برای تعیین شرایط مرزی بر روی دیواره ی الیاف استفاده می شود. به این ترتیب در سطح مشترک سیال- جامد غلظت جزء جذب شونده از شار ورودی به جامد محاسبه شده و همچنین دیفیوژن بخارآب در داخل لیف نیز مدل می شود. به کمک این مدل می توان از فرضیات بکار گرفته شده در مدل محیط متخلخل اجتناب کرد.

در این پروژه فعل و انفعالات وابسته به زمان بین دو قطره ی تغییر شکل پذیر لزج غیر هم اندازه که در اثر نیروی شناوری در یک سیال بدون مرز و در اعداد رینولدز محدود، حرکت می کنند، در حالت سه بعدی به صورت عددی شبیه سازی می گردد. در حل معادلات حاکم، از روش جبهه ی پیش رونده اختلاف محدود استفاده می شود. عدد باند به اندازه ی کافی بزرگ در نظر گرفته می شود تا قطرات به طور قابل ملاحظه ای تغییر شکل دهند.اعداد بدون بعد مهم در این پروژه عبارتند از اعداد باند (bo)، مورتن (mo)، رینولدز(re) و نسبت های چسبندگی (??) و چگالی (?). نتایج بدست آمده توسط منگا و استون (1993) در عدد رینولدز صفر نشان می دهد، فیلم نازک بین قطرات به سه طریق متفاوت تخلیه می شود: 1- تخلیه ی سریع 2- تخلیه ی یکنواخت 3- شکل مقعر اینکه تخلیه ی سیال بین دو قطره کدام یک از سه نوع بالا باشد به عدد بدون بعد باند و نسبت چسبندگی (تنها در اعداد باند متوسط)، بستگی دارد. در این تحقیق، بر روی فاصله ی بین دو قطره در هر حالت تخلیه و ویژگی آن ها و همچنین وابستگی آن ها به عدد باند و نسبت چسبندگی مطالعه می شود. به ازای تمامی اعداد باند (1?bo??)، تخلیه با روش اول (تخلیه ی سریع) آغاز می شود. در این حالت نازک ترین ناحیه ی لایه، روی محور تقارن است و سریع ترین تخلیه در این حالت رخ می دهد. با کم شدن فاصله ی جدایی بین دو قطره (با گذشت زمان)، بسته به محدوده ی عدد باند، تخلیه ی سیال بین دو قطره می تواند به حالت دوم و سپس حالت سوم تبدیل شود. در اعداد باند کوچک ((1)o)، هیچ گاه حالت دوم و سوم رخ نمی دهد و از ابتدای حرکت دو قطره، تا لحظه ی ادغام، کمترین فاصله ی بین دو قطره بر روی محور تقارن قرار دارد که همان خصوصیت تخلیه ی سریع است.تنها برای اعداد باند متوسط هر سه حالت تخلیه به وجود می آید. عدد رینولدز برخورد قطرات را در اعداد باند کوچک تحت تأثیر بیشتری قرار می دهد و به طور مشخص فاصله ی بین دو قطره که از شبیه سازی در عدد رینولدز صفر برای اعداد باند کوچک بدست می آید، صحیح نیست و همچنین برخورد دو قطره در شروع حرکت متأثر از عدد رینولدز جریان است. در پایان، با مطالعه ی حرکت چهار قطره، تأثیر افزایش تعداد قطرات، بر روند حرکتشان بررسی می گردد. کلمات کلیدی: برخورد، قطره، نیروی ثقل(شناوری)، سه بعدی

سقوط قطرات تغییر شکل پذیر، در داخل یک کانال عمودی تحت شتاب ثقل به صورت عددی در محدوده اعدادرینولدز محدود شبیه سازی شده است. کانال مورد نظر سه بعدی بوده و در یک راستا توسط دو دیواره عمودی محدود شده است و در دو راستای دیگر به صورت پریودیک در نظر گرفته می شود. در این تحقیق، معادلات ناویراستوکس به روش جبهه پیش رونده و به صورت اختلاف محدود حل شده است و اعداد بدون بعد اصلی عدد رینولدز، عدد باند و نسبت طول کانال در راستای محور x به قطر قطره می باشد که تأثیر این اعداد بر مهاجرت عرضی قطره مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. در حالت تک قطره، نیروی رانش دیواره مکانیزم اصلی مهاجرت عرضی تک قطره بوده و مرکز کانال، موقعیت تعادل عرضی پایای قطره می باشد. با افزایش عدد رینولدز تا حدود 0/60، دو رژیم مهاجرت عرضی مختلف مشاهده می شود: تعادل پایا همراه با مهاجرت یکنواخت و تعادل پایا همراه با نوسانات میرا شونده که پارامترهای بدون بعد بر این رژیم ها تأثیر می گذارند. با افزایش عدد باند، نوسانات مسیر حرکت عرضی قطره حول مرکز کانال تقویت شده و بنابراین مدت زمانی که لازم است نوسانات میرا شوند، افزایش می یابد. هم چنین با افزایش نسبت طول کانال در راستای محور x به اندازه قطر قطره، قطره تأثیر کمتری از دیواره ها می گیرد و مسیر عرضی قطره حول مرکز کانال، نوسان نخواهد داشت. نتایج مربوط به مهاجرت عرضی تک قطره با نتایح تئوری اختلالی مربوط به کاکس و همکاران و شبیه سازی عددی دو بعدی مربوط به فنگ و همکاران که برای استوانه صلب دو بعدی انجام گرفته است، تطابق دارد. ضریب درگ وارد بر قطره و تأثیر پارامترهای مختلف بر آن نیز مطالعه شده است. درگ وارد بر قطره لزج به علت دو اثر تغییر شکل و چرخش داخلی قطره با درگ وارد بر کره صلب متفاوت است. چرخش داخلی قطره با نسبت چسبندگی سیال قطره به سیال محیط رابطه داشته و هرچه این نسبت بیشتر شود، اثر چرخش داخلی کمتر می شود. به طور کلی چرخش داخلی قطره موجب کاهش ضریب درگ می شود. هم چنین بسته به نوع شکلی که قطره در حالت پایا به خود می گیرد، تغییر شکل قطره می تواند موجب افزایش یا کاهش در ضریب درگ شود. پارامتر دیگری که بر ضریب درگ وارد بر قطره تأثیر می گذارد، نسبت طول کانال در راستای محور x به اندازه قطر قطره می باشد که با کاهش این نسبت، ضریب درگ بیشتر می شود. در حالت دو قطره و چهار قطره، در ابتدا قطرات پشت سر هم و با فاصله ثابتی از یکدیگر رها می شوند. شبیه سازی دو قطره در این جا مشابه با شبیه سازی فنگ و همکاران برای دو استوانه صلب دو بعدی می باشد. در تمامی حالات، دو قطره در حالت پایا در فاصله عرضی ثابتی از یکدیگر و کاملاً به صورت متقارن نسبت به مرکز و دیواره های کانال قرار می گیرند. با افزایش عدد رینولدز و نسبت طول کانال در راستای محور x به اندازه قطر قطره، قطرات به آرامی به سمت دیواره ها نزدیک می شوند که این نتیجه با نتایج تجربی وو و مناسه که برای دو ذره صلب انجام گرفته است، تطابق دارد. در حالت چهار قطره نیز در حالت پایا، بسته به اندازه کانال، قطرات در دو یا چهار ستون، با فاصله عرضی ثابت نسبت به یکدیگر و با سرعت سقوط یکسان سقوط خواهند کرد.

حرکت قطرات شناور در سیال دارای دامنه ای وسیع از کاربردها است که شامل جریان آب و نفت در خط لوله، بازیابی نفت از سنگ های متخلخل و تهیه پلیمرها می باشد. پیش بینی رئولوژی جریان و حرکت ریزساختارها برای این کاربردها ضروری است. مهاجرت جانبی ذرات شکل پذیردر جریان برشی موضوع بسیاری ازتحقیقات بوده است. مهاجرت جانبی اجسام شناور در سیال دیگر در فرآیندهای انتقالی بسیار مهم است، که جرم، مومنتوم و انرژی تغییر می کند. در این رساله، مطالعه عددی سوسپانسیون قطرات در جریان برشی ساده و در اعداد رینولدز محدود در یک دامنه پریودیک صورت گرفته است. این روش بر مبنای نوشتن یک دسته معادله بقا برای کل دامنه حل است، به گونه ای که هر فاز به صورت یک سیال با خواص مادی متغیر رفتار می کند. روش توصیف شده و به کار رفته در این رساله، ترکیبی از تکنیک های تسخیر و ردیابی قطره است. یک شبکه ساکن منظم برای جریان سیال استفاده می شود اما سطح مشترک با استفاده از یک شبکه مجزا با بعد پایین تر ردیابی می شود. مهاجرت جانبی تک قطره شناور در جریان برشی به صورت عددی در حالت دوبعدی بررسی شده است. در حرکت تک قطره، تاثیر اعداد بدون بعد رینولدزکانال، رینولدز گرانش، نسبت چگالی، نسبت چسبندگی، اندازه قطره و کپیلاری بر پارامترهای جریان نظیر مسیر حرکت قطره، سرعت قطره، سیرکولاسیون و تغییر شکل قطره بررسی شده است. با افزایش عدد رینولدز نیروی لیفت اعمالی به قطرات افزایش یافته و قطرات به مکان های تعادلی بالاتری در جریان منتقل می شوند و همچنین قطرات سنگین تر به علت وزن بیشتر نسبت به قطرات سبک تر به مکان های پایین تر در جریان انتقال می یابند. در یک عدد رینولدز قطره ثابت با افزایش نسبت چسبندگی، قطرات به مکان های تعادلی بالاتری در جریان منتقل می شوند و همچنین در یک نسبت چسبندگی ثابت با افزایش عدد رینولدز قطره، ارتفاع مکان تعادل قطرات نیز افزایش می یابد. در یک عدد رینولدز قطره ثابت با افزایش عدد کپیلاری یا اندازه قطره، قطرات به مکان های تعادلی بالاتری در جریان منتقل می شوند و نسبت به دیواره فاصله می گیرند. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با تحقیقات قبل، تطابق بسیار خوبی بین نتایج را نشان می دهد. در قسمت دوم اثر اعداد بدون بعد مختلف روی سوسپانسیون قطرات شناور در جریان برشی بررسی شده است و متوسط مکان قطرات در کانال، انرژی اغتشاشی جریان و توزیع قطرات در کانال در اعداد رینولدز کانال، رینولدز گرانش ونسبت چگالی های مختلف آورده شده است. در این بررسی سعی شده است تا مشخص شود چه موقع جریان رفتار سیال گونه و چه موقع رفتار جامدگونه از خود نشان می دهد. با افزایش عدد رینولدز کانال نرخ برش افزایش یافته و اثر جریان روی مناطق سکون افزایش می-یابد. قسمت هایی از جریان که قبلا شرایط شبه سکون را تجربه می کردند به تدریج سرعت گرفته و وارد ناحیه سیال گونه جریان می-شوند و به این ترتیب از انباشتگی قطرات در کف کانال کاسته شده و متوسط مکان تعادل قطرات در کانال افزایش می یابد. با افزایش عدد رینولدز گرانش، ارتفاعی از کانال که گذار بین حالت جامدگونه و سیال گونه اتفاق می افتد کم شده و سبب کاهش مقدار انرژی اغتشاشی در ناحیه سیال گونه جریان می شود. با افزایش نسبت چگالی، تاثیر نیروی وزن روی قطرات بیشتر شده و متوسط مکان قطرات در کانال کاهش می یابد.

در دهه ی اخیر، شبیه سازی سه بعدی اجزای توربین های گازی به شدت مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از مسائلی که در طراحی و آنالیز اجزای توربین های گاز مهم می باشد، شناسائی میدان جریان و پیش بینی افتها وناپایداری های آیرودینامیکی است.از جمله ی این افتها و ناپایداری ها، جریان های برگشتی، واماندگی چرخشی، شوک های موضعی، سرج و ناپایداری های موضعی و کلی می باشد که عمر و عملکرد اجزاء سیستم را به شدت کاهش می دهد. از طرفی، پیش بینی مشخصات عملکردی توربین و کمپرسوربدون تستهای تجربی پرهزینه یک مزیت قابل توجه برای طراحی توربین های گاز به حساب می آید. از این رو، در دهه ی اخیر بررسی عددی پارامترهای موثر روی عملکرد توربین وکمپرسور نظیر فاصله ی محوری بین طبقات، روشهای کانتورینگ دیوارهای انتهایی مجرای توربین، تأثیر زبری و شکل ایرفویل روی تلفات، تأثیر فاصله لقی بین پره های روتور و پوسته و ... همزمان با ارتقاء رایانه ها بسیار مورد توجه و مطالعه قرار گرفته است. لذا در پژوهش حاضر، تحلیل عددی سه بعدی اجزاء دوار یک موتور توربوشفت شامل 3 طبقه کمپرسور محوری، یک طبقه کمپرسور گریز از مرکز و یک طبقه توربین جریان محوری فشار بالا، بمنظور شناسایی و امکان سنجی تبدیل آن به توربوجت با اضافه کردن یک نازل انتهائی صورت می پذیرد. تحلیل عددی جریان سه بعدی طبقات کمپرسور و توربین بصورت مجزا از هم توسط نرم افزار cfx انجام می شود. حل معادلات جریان تراکم پذیر از روش فشار مبنا و با دقت مرتبه دوم و براساس مدل آشفتگیsstصورت می گیرد. با تغییر شرایط مرزی ورود و خروج طبقات کمپرسور و توربین، منحنی عملکرد 4 طبقه کمپرسور و تک طبقه توربین بطور مجزا بدست می آید. همچنین، میدان جریان داخلی و افتهای موضعی ایجاد شده در اجزاء مختلف در نقاط طراحی و خارج طراحیمورد مطالعه قرار می گیرد. در نهایت، با طراحی نازل انتهای موتور و شبیه سازی عددی آن به همراه توربین فشار بالا، امکان تبدیل این موتور به موتور توربوجت مورد بررسی قرار می گیرد. نتایجشبیه سازی هایانجام شده نشان می دهد که در طبقه اول کمپرسور محوری به دلیل زیاد بودن کورد محوری پره ی روتور، جریان ثانویه ای از پایه تا نوک پره بوجود آمده که این نوع جریان ثانویه تنها در این پره پدید آمده و همچنین جریان در روتور طبقه ی اول جریان ترانسونیک است.در توربین جریان در نازل زودتر از روتور خفه شده که نشان می دهد جریان بالادستدر توربین، متأثر از جریان پایان دست نمی باشد و تغییر دور روتور نمی تواند تأثیری در شکل جریان در نازل داشته باشد، همچنین خفگی جریان در پایه پره زودتر اتفاق می افتد. در امکان سنجی انجام شده برای تبدیل موتور مذکور به موتور توربوجت این نتیجه حاصل شد که بدلیل کم بودن دبی ورودی این موتور،موتور فعلی برای تبدیل به موتور توربوفن مناسب تر است.

با توجه به کاربردهای مختلف قطرات ریز، مانند چاپگرهای جوهر افشان، پوشش دهی سطوح، اتمیزه کردن سوخت و کاربردهای کشاورزی، تولید این قطرات مورد توجه قرار گرفته است. الکترواسپری یکی از روش های تولید قطرات ریز و یکنواخت به کمک نیروی الکتریکی است. در این مطالعه تاثیر برخی از پارامترهای موثر بر این فرآیند مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، بر اساس معادلات حاکم بر مسئله، یک مدل عددی به کار گرفته می شود و نتایج حاصل از آن با نتایج تجربی موجود اعتبارسنجی می شود. در این مدل عددی، برای دنبال کردن سطح مشترک، از روش لول ست همراه با روش سیال مجازی استفاده می شود. از آن جا که در الکترواسپری، نیروی الکتریکی نقش بسزایی دارد، ویژگی های الکتریکی سیال نیز دارای اهمیت می شود. از این رو در این جا دو مدل سیال کاملا رسانا و سیال با رسانایی ناچیز مطالعه می شود. در مدل سیال کاملا رسانا فرض می شود بارها به صورت آنی از حجم سیال به سطح آن منتقل می شوند. در مورد سیالات با رسانایی ناچیز ، رسانایی اندک باعث تشکیل لایه نازکی از بارهای الکتریکی در نزدیکی سطح مشترک می شود. در این پایان نامه مدل استاتیکی این بارها در نظر گرفته می شود و از رفتار دینامیکی بارهای آزاد که شامل جابجایی آن ها در اثر به وجود آمدن جریان های چرخشی هیدرودینامیکی است، صرف نظر می شود.

پدیده برخورد قطره به سطوح جامد به دلیل کاربردهای گسترده ای که در صنعت، کشاورزی، پزشکی و غیره دارد، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در همین راستا، کنترل رفتار قطره پس از برخورد به سطح برای جلوگیری از حوادث احتمالی و آسیب ناشی از پاشش یا رسوب قطرات با دمای بالا در صنعت، کاهش آلودگی و افزایش کارایی سموم و آفت کش ها در بخش کشاورزی، ارتقای کیفیت تصویر در چاپگرهای جوهرافشان و بهبود کیفیت و پوشش دهی در اسپری های رنگ و پوششی، از دیگر مباحث مهم در بررسی این پدیده می باشد. تغییر خواص فیزیکی سیال با افزودن مواد افزودنی و تغییر خواص سطح برخورد از روش های عمده در کنترل رفتار قطره پس از برخورد به شمار می آیند. در این میان افزودن مقادیر اندک از مواد پلیمری و یا مواد فعال سطحی(سورفکتانت) نقش به سزایی در کنترل این پدیده دارد. با توجه به محدودیت هایی که در روش های تجربی و تحلیلی در بررسی پدیده برخورد قطره حاوی مواد افزودنی وجود دارد، روش های عددی به عنوان ابزاری قدرتمند برای تحلیل این پدیده ها به کار گرفته می شود. یکی از روش های عددی سه بعدی، روش مبنا ذره ای دینامیک استهلاکی ذره (dpd) می باشد که یک روش مزوسکوپیک محسوب می شود و با تعریف متفاوتی از نیروی بقایی و استفاده از چگالی محلی، این روش به روش mdpd تعمیم داده می شود که برای تشکیل و بررسی سیال سطح آزاد به کار می رود. در این پژوهش، بررسی رفتار قطره سیال نیوتنی و غیر نیوتنی(حاوی مواد افزودنی مانند پلیمر) در تماس با سطح جامد با استفاده از روش mdpd در حالت های استاتیکی و دینامیکی دنبال می شود. در این راستا، نخست شیوه محاسبه خواص فیزیکی سیال نظیر چگالی، کشش سطحی و لزجت با استفاده از این روش ارائه شده است. پس از آن روش mdpd به عنوان روشی مناسب در شبیه سازی جریان های دوفازی و سطح آزاد معرفی می گردد و مفهوم پارامتر فلوری- هاگینز در روش mdpd برای سیال های غیرهمگن (غیر نیوتنی) بیان شده و بر اساس آن ضرائب نیروها در این روش تعیین می شود. با شبیه سازی قطره سیال نیوتنی و غیرنیوتنی (حاوی مواد پلیمری) به روش mdpd و ارائه مدل مناسب برای جسم جامد، پدیده برخورد قطره سیال نیوتنی و حاوی پلیمر به روش mdpd شبیه سازی و الگوی رفتار قطره پس از برخورد با سطح جامد با مقایسه نمودارهای بدون بعد تغییرات ارتفاع و قطر قطره بر حسب زمان بدون بعد تعیین می گردد. در نهایت، تاثیر عوامل دیگر بر رفتار قطره پس از برخورد نظیرعدد وبر، اثر سطح و افزودن پلیمر peo مورد بررسی قرار خواهند گرفت و به منظور اعتبار سنجی شبیه سازی نتایج به دست آمده با داده ها و نمودارهای تجربی و روابط تئوری موجود مقایسه خواهند شد. به واسطه افزایش عدد وبر، سرعت پخش قطره بر روی سطح افزایش و در نتیجه زمان پخش کاهش می یابد. در صورتی که عدد وبر از محدوده مشخصی بیشتر شود، پدیده پاشش بر روی سطوح خنثی و یا آبگریز و بازگشت قطره بر روی سطوح آبگریز مشاهده می-شود. در اثر افزودن پلیمر به قطره سیال نیوتنی، در اثر افزایش زمان استراحت محلول پلیمری، سرعت بازگشت خط تماس قطره پس از برخورد کاهش می یابد که در اعداد وبر بالا از بازگشت قطره از روی سطح جامد جلوگیری می کند. با افزایش خاصیت رطوبت-پذیری سطح جامد، اثرات سطح بر قطره سیال افزایش می یابد و از سرعت حرکت قطره و خط تماس در مرحله جمع شدن قطره می-کاهد.

درک صحیح ضرائب هیدرودینامیکی یکی از ضروریات اساسی برای پیش بینی رفتار دینامیکی و کنترل موفقیت آمیز هر وسیله هوشمند زیرآبی است . چراکه بدون شناخت دقیق ضرائب هیدرودینامیکی یک auv ، انجام تحلیل های هیدرودینامیکی و مطالعه دینامیک حرکت چند درجه آزادی آن میسر نمی باشد . هدف پژوهش حاضر استخراج ضرائب هیدرودینامیکی auv پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیر دریا دانشگاه صنعتی اصفهان به روش های دینامیک سیالات تجربی و دینامیک سیالات محاسباتی میباشد . مطالعات تجربی پژوهش حاضر شامل ساخت مدل یک به یک auv و کشش آن در شرایط مختلف درون حوضچه کشش پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیر دریا می باشد . مجموعه آزمون های مورد نظر در دو گروه کلی کشش بدون زاویه حمله و کشش با زاویه حمله در محدوده رینولدز ?10?^5?re?5.8×?10?^5 انجام شده است . در این آزمون ها اتصال مدل به ارابه کشش از طریق دواستروت صورت گرفته است . به منظور انجام تحلیل های هیدرودینامیکی برروی سطوح کنترلی ، تمامی آزمون های مذکور یکبار برای بدنه auv با حضور سطوح کنترلی و یکبار برای auv بدون سطوح کنترلی انجام شده است . به منظور بررسی اثر تغییر عمق آزمایش یا فاصله از سطح آزاد ، آزمون های کشش بدون زاویه حمله در دو عمق 40 و 60 سانتی متری و به منظور بررسی اثر نوع استروت ، از دو نوع استروت استوانه ای و naca0012 استفاده شده است. افزایش عمق آزمایش با کاهش اثرات ناشی از سطح آزاد و مقاومت موج باعث کاهش نیروی درگ و با افزایش زمان رشد وگسترش گردابه ها باعث افزایش نیروی درگ می شود. حضور یا عدم حضور سطوح کنترلی در نتیجه نهایی بسیار موثر است . دو نوع استروت مورد استفاده در عمق 40 سانتی متری نتایج مشابهی به همراه دارند ، حال آنکه در عمق 60 سانتی متری در سرعت 75/1 متر بر ثانیه ، فرکانس نیروهای وارده به فرکانس طبیعی استروت های استوانه ای نزدیک شده و پدیده رزونانس اتفاق می افتد که باعث افزایش دامنه نیروهای وارد بر استروت های استوانه ای می شود . تمامی آزمون های صورت گرفته در فاز تجربی ، توسط نرم افزار ansys cfx شبیه سازی شده و نتایج حاصل از دو روش با یکدیگر مقایسه شده اند . بخش دیگری از فعالیت های صورت گرفته در فاز عددی پژوهش ، شبیه سازی آزمون های حرکت صفحه ای شامل حرکات سرج نوسانی ، سووی خالص و یاو خالص است. در شبیه سازی آزمون های حرکت صفحه ای از خاصیت تغییر شکل شبکه استفاده شده است و ازجمله مهمترین نتایج این شبیه سازی ، استخراج تمامی ضرائب هیدرودینامیکی شتاب (جرم افزوده) جز ضریب جرم افزوده مربوط به حرکت رول می باشد .

در پایان نامه حاضر، رفتار اختلاط جریان آشوبناک درون یک مجرای پیچدار به سه روش مختلف (تحلیل ساختارجریان ثانویه، توان لیاپونوف و بردار گردابه) مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار، جریان آرام درون مجرای پیچدار با دو سطح مقطع مربع و مستطیل تحت جریان های ورودی پایا، سینوسی و پالسی(ترکیبی از جریان پایا و سینوسی) در نرم افزار فلوئنت در نظر گرفته شده است. مجرای پیچدار شامل سه خم می باشد که هر خم آن یک مجرای خمیده 90 است و زاویه بین صفحات انحنای دو خم متوالی نیز 90 می-باشد. برای نشان دادن رفتار آشوبناک جریان مجرای پیچدار، تغییرات ساختار جریان ثانویه و توان لیاپونوف در جریان بررسی شده اند. بر اساس دو معیار مزبور، پدیدار شدن ساختارهای هتروکلینیک و هموکلینیک در الگوهای جریان ثانویه و یا مثبت بودن مقدار توان لیاپونوف حکایت از وجود آشوب در جریان دارند. آشوب بیشتر در جریان بیان کننده بهبود اختلاط می باشد. در مطالعه ساختارهای جریان ثانویه جهت ارزیابی اختلاط، کشیدگی یا بزرگتر شدن سیکل های بیضوی، تغییرات بیشتر الگو ها در یک سیکل و ظاهر شدن ساختارهای هتروکلینیک یا هموکلینیک نشان دهنده بهبود اختلاط می باشد، اما از این معیار مقدار عددی اختلاط فراهم نمی شود. بنابراین، دو روش دیگر، توان لیاپونوف و بردار گردابه، جهت محاسبه مقدار عددی اختلاط بررسی شده است. در معیار بررسی توان لیاپونوف که نشان دهنده کشیدگی و خمیدگی در جریان است، مقدار مثبت و بالاتر پارامتر مذکور بیان کننده افزایش اختلاط در جریان می باشد. در روش بردار گردابه که مشخص کننده بلعیدگی و کشیدگی در جریان است، افزایش هم زمان سه مولفه بردار بیان کننده بهبود اختلاط در جریان می-باشد.نتایج بدست آمده از هر سه روش یکسان بودند و نشان دادند که در جریان ورودی پایا با افزایش عدد رینولدز، ساختارهای هموکلینیک در الگوهای جریان ثانویه پدیدار و بزرگتر می شوند که نشان دهنده وجود آشوب و نتیجتاً بهبود اختلاط در جریان می باشد. همچنین، مشخص شد که اختلاط بدست آمده در جریان سینوسی کمتر از جریان پایا می باشد. اما با ترکیب جریان های سینوسی و پایا، اختلاط بهبود می یابد. در جریان پالسی اختلاط با نسبت مولفه سرعت (?) افزایش می یابد و جریان هایی با عدد ومرسلی کمتر اختلاط بهتری را فراهم می کنند. بر خلاف جریان پایا که اختلاط با عدد رینولدز افزایش می یابد، در جریان پالسی اختلاط با عدد رینولدز رفتار قابل پیش بینی ندارد. همچنین، زمانی که 2?? است اختلاط بدست آمده در جریان پالسی بیشتر از جریان پایا می باشد. علاوه براین در جریان آشوبناک اختلاط یک رفتار نوسانی در طول مجرا دارد که علت آن وجود هم زمان ناحیه های آشوبناک و منظم در جریان می باشد. علاوه بر مجرای پیچدار، یک میکرومخلوط کننده آشوبناک نیز طراحی و بازه کارکرد آن با جریان های ورودی پایا و پالسی بررسی شده است. این میکرومخلوط کننده شامل یک کانال پیچدار است که قسمت های آن بصورت منحنی های c شکل به یکدیگر متصل شده اند. رفتار اختلاط جریان درون میکرومخلوط کننده بر اساس سه روش مختلف(توزیع غلظت، توان لیاپونوف و بردار گردابه) بررسی شده است و نتایج نشان دادند که جریان آشوبناک بدونافزایشافتفشارچشمگیریدرمیکرومخلوط کنندهباعثافزایشهمگن سازیمی شود و اختلاط کامل در مخلوط کننده تحت جریان پایا در 50=re بدست می آید. همچنین، زمانی که 2?? است اختلاط بدست آمده در میکرومخلوط کننده با جریان پالسی بیشتر از جریان پایا می باشد و با افزایش عدد استروهال اختلاط کاهش می یابد و این روند کاهش نیز با افزایش عدد استروهال کمتر می شود.

پدیده ی شکست دینامیکی مهم ترین چالشی است که صنعت خطوط لوله با آن مواجه است. با توجه به پرهزینه بودن و نیز خطرناک بودن انجام آزمایش های تجربی، شبیه سازی تحلیلی و عددی در این زمینه ضروری می باشد. جهت دستیابی به نتایج دقیق، باید تاثیر متقابل خروج سیال از ترک و تغییرشکل لوله، بر همدیگر، در شبیه سازی لحاظ شود. در پژوهش حاضر با به کارگیری اندرکنش دوسویه ی سیال و سازه، خروج گاز پرفشار از دهانه ی یک چاک بیضوی که در راستای محور لوله قرار گرفته، شبیه سازی شده است. همچنین با استفاده از اندرکنش یک سویه ی سیال و سازه، یک رهیافت نوین برای ترک های ایستا ارائه، و برای یک ترک محوری ایستا پارامترهای ترک نظیر فاکتور شدت تنش دینامیکی و بازشگی ترک، شبیه سازی و محاسبه شده است. جهت اعتبارسنجی نتایج، از نتایج دو آزمایش تجربی استفاده شده است. یکی از این دو آزمایش بر روی لوله ی آلومینیومی و دیگری با استفاده از لوله ی لاستیکی انجام شده است. در هر دو مورد، تطابق خوبی بین نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی مشاهده شد

روش الحاقی یکی از روش های موثر در بهینه سازی آیرودینامیکی می باشد. مزیت این روش در این است که گرادیان تابع هدف (که تابعی از متغیرهای جریان و شکل بالواره می باشد) را به متغیرهای هندسی و متغیرهای الحاقی مرتبط می سازد و در محاسبه گرادیان تابع هدف دیگر تغییرات متغیرهای جریان دیده نمی شود. روش الحاقی را می توان به دو شکل پیوسته و گسسته بکار برد. روش گسسته هیچ مزیتی بر روش پیوسته ندارد و به کارگیری و استخراج معادلات آن پیچیده می باشد، بنابراین در این تحقیق، معادلات الحاقی پیوسته برای جریان تراکم پذیر و لزج دوبعدی استخراج شده اند. در برنامه کامپیوتری، ترم های لزجت به معادلات جریان اضافه گردید (کد حل جریان اولیه که برای سیال غیر لزج بود) و برای مدل سازی اغتشاش از یک مدل جبری استفاده شده است. در ادامه روش الحاقی پیوسته برای بهینه سازی بالواره ها در جریان های صوتی و زیرصوتی استفاده شده است. با استفاده از روش الحاقی در هر سیکل طراحی تنها نیاز به یک بار حل معادلات جریان و یک بار حل معادلات الحاقی می باشد. هزینه محاسباتی حل معادلات الحاقی تقریباً برابر با هزینه محاسباتی حل معادلات جریان است. در کار حاضر، از دو روش برای پارامتری کردن هندسه بالواره استفاده شده است. یکی از روش ها استفاده از پارامترهای موجود در تعریف بالواره های چهاررقمی و روش دیگر استفاده از نقاط سطحی بالواره می باشد. دو مساله طراحی فشار معکوس و مینیمم کردن ضریب پسا در ضریب برآ ثابت که غالباً در بهینه سازی آیرودینامیکی مطرح می شوند، در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفتند. در مساله طراحی معکوس مقدار بهینه متغیرهای طراحی با دقت خوبی بدست آمد. در مساله مینیمم کردن ضریب پسا از زاویه حمله برای ثابت نگهداشتن ضریب برآ استفاده شده است. در مسایل نمونه حل شده تغییرات جزیی در سطح بالواره باعث کاهش قابل توجه ضریب پسا شده است. برای یک مساله نمونه گرادیانهای حاصل از روش الحاقی با گرادیانهای تفاضل محدود مقایسه شده اند تا صحت برنامه بهینه سازی در محاسبه گرادیانها تأیید شود.

نیاز روز افزون صنایع به تولید ورق های با کیفیت بالاتر زمینه های تحقیقات گسترده ای را در کارخانه های نورد پدید آورده است. میزان تختی ورق یکی از جنبه های مهم کیفیت برای مصرف کنندگان است. عیوب ابعادی ورق مانند محدب یا مقعر بودن پروفیل و یا موج کناری و مرکزی باعث کاهش کیفیت محصولات می شود. پروفیل نهایی ورق، حاصل تاج اولیه غلتک، تاج خمشی و تخت شدگی غلتک، تاج سایشی غلتک و تاج حرارتی غلتک می باشد. در فرآیند نورد ورق، تاج حرارتی غلتک های کاری به عنوان یک عامل موثر برای دستیابی به تختی مطلوب محصولات مطرح است. با دانستن تاج حرارتی غلتک و عوامل دیگری که باعث ایجاد تاج در غلتک می شوند می توان به کمک عملگرهای مختلف که اغلب صنایع نورد به برخی از آن ها مجهز می باشند، پروفیل و تختی ورق را کنترل نمود. این پایان نامه فرمول بندی ریاضی ایجاد تاج حرارتی را ارائه می کند. با توجه به حرارت انتقال یافته به غلتک در سطح تماس با ورق و همچنین حرارت ناشی از تابش انرژی حرارتی به غلتک و حرارت دفع شده ناشی از پاشش آب توسط نازل ها و انتقال حرارت به محیط در هر لحظه به صورت دینامیکی، وضعیت دمای غلتک کار قابل محاسبه است. بر اساس فرمول بندی ریاضی یک برنامه کامپیوتری نوشته شده است که دمای غلتک کار و در نتیجه تاج حرارتی آن را محاسبه می کند. مقایسه نتایج حاصل از این برنامه با سایر منابع در دسترس انطباق خوبی را نشان می دهد؛ به این ترتیب امکان بکارگیری این برنامه در خط نورد فراهم می گردد

نامیزانی در سیستم پره و دیسک، پدیده ای بسیار خطرناک و غیر قابل اجتناب است که در اثر از بین رفتن تقارن دایره ای در سیستم در اثر پارامترهایی همچون تولرانس های ساخت و استهلاک ایجاد می شود. در اثر این نامیزانی ها در سیستم تقارن دایره ای پدیده هایی همچون جداسازی مود ها، محلی سازی مود ها، و تفاوت های بسیار آشکار بین پاسخ سیستم میزان و نامیزان پدیدار می شود. در این پایان نامه ابتدا مفاهیم کلی مسیله برای درک تاثیرات نامیزانی بر ارتعاشات سیستم پره و دیسک برای مدل های ساده تر و متمرکز بیان شده است. برای این هدف، مفهوم بدترین الگوی نامیزانی به عنوان یک مسیله بهینه سازی فرموله شده و نتایج آن در مدل های پیچیده بکار رفته است. همچنین مفاهیم نامیزانی عمدی برای کاهش حساسیت سیستم به نامیزانی به عنوان روش کاهش بدترین پاسخ مطرح شده است. تغییر آرایش چیدمان پره ها در سیستم، به شکل یک مسیله بهینه سازی به عنوان روش دیگر برای کاهش بدترین پاسخ ارایه شده است. در ادامه توانایی این روش ها برای حل یک مدل متمرکز نشان داده شده است و کلیه مسایل بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک و روش بهینه سازی دو مرحله ای حل شده است. در ادامه نحوه فرمولاسیون مدل دینامیکی پره و دیسک واقعی و سه بعدی با استفاده از روش اجزاء محدود و برای المان 8گره ای، شش وجهی و ایزوپارامتریک بیان شده است. سپس برای یک مدل سه بعدی پاسخ اجباری و آزاد سیستم بررسی شده است و خواص سیستم های دارای تقارن دایره ای بیان شده است. در ادامه برای تحلیل دینامیکی سیستم پره و دیسک تحت تاثیر نامیزانی روش های کاهش مرتبه سیستم های بزرگ دینامیکی بکارگرفته شده و برای کاهش سیستم پره و دیسک از طریق ترکیب مود های تشکیل دهنده با نامیزانی های بزرگ و کوچک روش جدیدی ارایه شده است. سپس روش نامیزانی های بزرگ برای تحلیل دینامیکی سیستم پره و دیسک با پره معیوب بکار رفته و روش نامیزانی کوچک برای تحلیل دینامیکی سیستم پره و دیسک باوجود اختلالات کوچک مدول الاستیسیته هر پره در مقابل دیگر پره ها بکارگرفته شده است. سپس نتایج آن برای یافتن پاسخ اجباری تحت تحریک هارمونیک با روش های ارایه شده در مطالعات قبلی (کریگ بامپتون) مقایسه شده است. در ادامه تاثیرات نامیزانی در سیستم های ساده شده غیرخطی بررسی شده و از روش مقیاس چندگانه و اختلالات کوچک برای تحلیل ارتعاشات اجباری و پاسخ حالت دایم سیستم غیرخطی استفاده شده است. در پایان تاثیرات بد نامیزانی بر پاسخ آیروالاستیسیته سیستم پره و دیسک بررسی شده است. به این ترتیب سرعت واگرایی و فلاتر برای سیستم میزان و نامیزان و همچنین پاسخ این سیستم ها باهم مقایسه شده است. برای این هدف از یک مدل متمرکز دینامیکی و روش اجزای مرزی برای مدل آیرودینامیکی استفاده شده است.

در این تحقیق، سعی داریم اثرات بر هم کنش پروانه را بر بال بررسی کنیم. این کار را در محیط پتانسیل انجام می دهیم تا بتوانیم از خواص و معادلات آن استفاده کنیم و از هزینه های حل بکاهیم. بدین صورت که بال را با استفاده از توزیع چشمه و دابلت به صورت سه بعدی مدل می کنیم. اثرات پروانه و گردش آن را به صورت یک پروفیل سرعت ورودی برای بال در نظر می گیریم. این توزیع را می توان از تیوری های مختلفی پیدا کرد. ولی برای اینکه جواب های پایا داشته باشیم و نیز سرعت گردشی سیال پشت پروانه را مدل کنیم، از تیوری ممنتوم که یکی از انواع مدل های دیسک محرک است، استفاده می کنیم. در ابتدا بال را با پروانه ی خاموش تست می کنیم که نشان می دهد، نتایج کد خیلی خوب با تجربه منطبق است. نظیر چنین نتایجی را در نمودار های ضریب کلی لیفت و ضریب کلی درگ القایی بر حسب زاویه ی حمله و ضرایب محلی لیفت می توان یافت. پس از روشن کردن پروانه، سرعت گردشی و محوری ناشی از آن به صورت سرعت ورودی به بال، با سرعت سیال در بینهایت جمع می شود و درنهایت، به صورت شرایط مرزی سرعت عمودی به مرز جامد برابر صفر، در معادلات ظاهر می شود. ضریب کلی بر حسب زاویه حمله بدست آمده در این حالت، سازگاری بسیار خوبی با تجربه دارد. نتایج ضرایب محلی لیفت نیز نمودار های تجربی را دنبال می کند.

دمش گاز آرگون به داخل پاتیل های فولادسازی، یکی از مهمترین مراحل تولید فولاد است، که منجر به ایجاد یک جریان دوفازی مغشوش میان دو سیال با ویژگی های بسیار متفاوت می شود. گاز آرگون از طریق نازل از کف پاتیل به داخل فولاد مذاب تزریق می شود و باعث حرکت چرخشی مذاب می گردد. این فرایند یکی از پرکاربردترین روش ها برای مخلوط کردن مذاب و ایجاد شرایط یکنواخت در توزیع دما و نیز تنظیم ترکیبات و آنالیز شیمیایی ذوب است. به طور کلی دو رویکرد اویلری-اویلری و اویلری-لاگرانژی، برای تحلیل جریان های چند فازی وجود دارد. در این پایان نامه روش جامع و کامل اویلری برای مدل کردن کل جریان دوفازی میان گاز آرگون و مذاب به کار رفته است. این روش توانایی بالایی برای مدل کردن پدیده های پیچیده در جریان های چندفازی دارد و رفتار هر دو سیال آرگون و مذاب را به خوبی پیشبینی می کند. حذف ذرات ناخالصی از یک سو و پخش کامل ذراتی که برای تنظیم ترکیب شیمیایی ذوب به آن اضافه می شود از سوی دیگر، دو هدف مهمی است که در کوره های پاتیلی مورد توجه می باشد. برای شبیه سازی عددی این پدیده پس از بدست آمدن میدان سرعت و فشار کل، ذراتی در نقاط مختلف داخل پاتیل رها شده و مسیر حرکت آن ها به روش لاگرانژی دنبال شده است. در واقع نحوه حرکت ذرات نشان دهنده توانمندی جریان چرخشی ناشی از دمش گاز در همگن سازی مذاب است. هدف اصلی از این تحقیق، مطالعه ماهیت جریان پیچیده دوفازی موجود در کوره های پاتیلی تحت شرایط واقعی صنعت است، تا بتوان با شناخت فیزیک مسیله و بررسی پارامترهای موثر بر فرایند دمش گاز، در کوتاهترین زمان ممکن به یک ذوب همگن رسید. به همین منظور، مسیله به صورت سه بعدی مدل سازی شده و با در نظر گرفتن فرضیات ساده کننده منطقی، معادلات مربوطه به صورت گذرا برای تمام شبکه، حل شده است. برای تحلیل دقیق تر، دو نوع کوره پاتیلی مختلف را بر اساس نقشه های صنعتی موجود مدل سازی نمودیم، که در تعداد و محل قرار گرفتن نازل تزریق گاز با یکدیگر متفاوت هستند. این دو مدل از لحاظ الگوی جریان، قدرت چرخش، نواحی مرده و نیز توانایی در پخش ذرات افزودنی با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که افزایش تعداد نازل های تزریق گاز آرگون چندان سبب بهبود شرایط همگنی مذاب نمی شود، بلکه الگوی جریان در پاتیلی که فقط یک نازل تزریق برای گاز دارد تا حدودی قوی تر از جریان ناشی از دو نازل عمل می کند. در این تحقیق، مطالعاتی نیز بر روی نیروهای موثر بر جریان چندفازی انجام گرفته است که نشان می دهد با اعمال شرایط واقعی فیزیکی، می توان از نیروهای غیر درگ در شبیه سازی صرف نظر کرد و تنها با احتساب نیروی درگ بین فازی مسیله را با دقت خوبی مدل نمود. اما برای مطالعه حرکت ذرات افزودنی به روش لاگرانژ‍ی در یک جریان توربولانس به هیچ وجه نمی توان نیروهای غیر درگ را نادیده گرفت.

جریان های با سطح مشترک بخش عمده ای از مسایل مکانیک سیالات را به خود اختصاص داده است. از نمونه کاربرد مسایل با سطح مشترک می توان به کاربرد در بویلرها، راکتورها و همچنین عملیات جداسازی فرآورده های نفتی اشاره نمود. در این پایان نامه با توجه به اهمیت مطالعه این نوع جریانات، دو روش مهم و متداول در حل مسایل با سطح مشترک به روش اویلری، به نام روش لول ست و کسر حجمی سیال به طور کامل مقایسه شده است. برای مقایسه ابتدا قطره ساکن و سپس حرکت حباب با استفاده از هر دو روش تحلیل شده و نتایج حل عددی هر دو روش با نتایج تجربی مقایسه شده است. با استفاده از مقایسه نحوه گسسته سازی و همچنین مطالعه بقای جرم و همچنین انحنا درتحلیل بوسیله روش کسر حجمی سیال و لول ست به این نتیجه دست یافته شد که روش لول ست به علت استفاده از تابع پیوسته برای دنبال کردن سطح مشترک انحناهای ایجاد شده در سطح مشترک را به خوبی مدل می نماید ولی به علت استفاده از تابع پیوسته برای دنبال کردن سطح مشترک انحناهای ایجاد شده در سطح مشترک را به خوبی مدل می نماید ولی به علت عدم برپایی روش بربقای کمیت فیزیکی ، با گذشت زمان می تواند دچار خطا در رعایت بقای جرم در هر کدام از سیالات مورد بررسی گردد. روش کسر حجمی سیال به علت برپایی بر اساس بقای حجم، بقای جرم را به خوبی در طول زمان حل رعایت می نماید ولی به علت استفاده از یک تابع گسسته برای دنبال کردن مرز مشترک، نمی تواند انحنا سطح مشترک را به خوبی مدل نماید. در ادامه به علت قدرت روش لول ست در محاسبه انحنا سطح مشترک و دقت نسبتا مناسب روش لول ست در رعایت بقای جرم در تعداد گام های زمانی مدنظر، مسایل دیگری به کمک این روش حل گردیده است . ابتدا تاثیر عدد وبر بر روی حرکت قطره بررسی شده است و با بررسی حرکت قطره تحت اعداد وبر مختلف، مقادیری که در آنها شکست در قطره رخ می دهد، به دست آمده است. در ادامه با تغییر دستگاه مختصات کارتزین دوبعدی به دستگاه مختصات استوانه ای حرکت حباب متقارن با نسبت چگالی طبیعی آب به هوا حل شده و همچننی بر روی علت تغییر شکل حباب در حین حرکت تحت اثر نیروی شناوری به طریق نظری بحث گردیده است و نتایج حل عددی با نتایج تجربی مقایسه شده است. مقایسه حل عددی با نتایج تجربی حاکی از دقت کامل تحلیل عددی دارد. در ادامه مسیله ترکیب حباب که از مسایل پیچیده جریانات با سطح مشترک می باشد، به کمک روش لول ست حل شده و نتایج حل عددی با نتایج تجربی مقایسه شده است. در انتها با اضافه کردن تاثیرات آب دوستی و آب گریزی به روش لول ست و همچنین افزایش فرکانس اعمال تابع دوباره مقدار ده بر معادله لول ست و افزایش زمان مجازی حل معادله دوباره مقدارده برای به دست آوردن پایداری بیشتر و استفاده از تابع هموارساز مناسب، مسیله برخورد قطره بر روی سطح جامد با در نظر گرفتن فاز هوا تحلیل شده است و تمام مراحل برخورد اعم از گستردگی و جمع شدن مجدد قطره تحت اثر نیروی کشش سطحی مشاهده گردیده است. حسن روش حاضر نسبت به روش های مشابه عدم تغییر موضعی تابع لول ست در محل تقاطع سطوح جامد، مایع و گاز می باشد. سرعت برگشت قطره روی سطح جامد در اثر کشش سطحی تحت اثر سرعت های اولیه برخورد متفاوت به دست آمده و بر روی علت این تغییر سرعت بحث نظری صورت گرفته است.

هدف از پژوهش حاضر شبیه سازی جریان مذاب هنگام بار ریزی در محفظه قالبهای ریخته گری می باشد. در این بررسی از روش عددی sphاستفاده شده است. معادلات حاکم بر حرکت سیال به صورتی در آمده است که در این روش قابل استفاده باشند. برای جداسازی این معادلات از روش صریح استفاده شده است. روش sph به دلیل اینکه نیاز به شبکه بندی میدان حل ندارد، قابلیت بسیار خوبی برای حل جریانهایی با شکل های متفاوت وپیچیده میدان حل دارد. یکی از پارامترهای مهم در حرکت جریان مذاب، داخل قالب انجماد مذاب است. بنابراین پیش بینی میدان دما داخل قالب های ریخته گری بسیار مهم می باشد. لذا در این پژوهش معادلات انتقال حرارت با معادلات جریان حل شده است تا میدان دما و نحوه سرد شدن مذاب پیش بینی شود. چون روند حرکت و پیشروی جبهه مذاب در مرحله بارریزی از یک فرایند ریخته گری قابل مشاهده نیست، اطلاعات بدست آمده از این پژوهش می تواند برای پیدا کردن معایب احتمالی و همچنین طراحی بهینه قالب ها مورد استفاده قرارگیرد.

آلایندگی و افزایش قیمت سوخت های فسیلی، امروزه پیل های سوختی را بیش از گذشته در کانون توجهات قرار داده است. پیل های سوختی اکسید جامد که به احتمال زیاد در آینده نزدیک سهم بزرگی در تأمین انرژی مورد نیاز بشر را خواهند داشت، به دلیل مشکلات ساخت، قیمت بالا و راه اندازی زمان بر هنوز جایگاه واقعی خود را پیدا نکرده اند. پر هزینه بودن آزمایشات روی پیل سوختی اکسید جامد و همچنین مشکلات آزمایشگاهی، تمرکز بر روی مدل سازی این پیل ها برای برطرف کردن نقایص و افزایش کارایی آن ها را ضروری ساخته است. در این پایان نامه با مدل سازی دو نوع پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای پشتیبان الکترولیت و پشتیبان آند به وسیله نرم افزار فلوینت، اثر تغییر شرایط عملکرد مثل دما و فشار کاری, همچنین تغییر دبی گازهای ورودی و چگونگی ترکیب آن ها در ورودی, تغییر ضخامت و مقاومت الکترولیت بر منحنی های مشخصه این پیل ها بررسی شده است. به علاوه برای پیل سوختی اکسید جامد صفحه ای پشتیبان آند، تغییر در ابعاد هندسه مدل، نظیر تغییر ضخامت آند و یا تغییر پهنای کانال و همچنین میزان تخلخل آند و کاتد بررسی شده است. نمونه ای از نتایج این پایان نامه که در فصل پایانی به تفصیل آمده است آن که, نسبت به مدل با ضخامت الکترولیت 180 میکرون، با کاهش 44% ضخامت الکترولیت، ماکزیمم چگالی توان سل 26% افزایش و با افزایش آن به میزان 56% و 122%، ماکزیمم چگالی توان سل به ترتیب 4/14% و 39% کاهش می یابد و با کاهش مقاومت الکترولیت به میزان 60% ماکزیمم چگالی توان سل 36% افزایش و با افزایش 100% مقاومت آن ، ماکزیمم چگالی توان سل 33% کاهش می یابد. مشابه این نتایج برای دیگر تغییرات به دست آمده است. از دیگر نتایج آن که، تغییرات فشار چندان اثری بر پیل نداشته، در عوض تغییرات دما خصوصاً در دماهای زیر 1000 درجه کلوین به شدت تأثیر گذار است. همچنین الگوی جریان گازها و ضخامت آند و کاتد بیش از هر چیز، بر نحوه توزیع دما روی الکترولیت موثر است (اگر خارج از محدوده نرمال نباشند). همچنین تغییر پهنای کانال ها در پیل پشتیبان آند مدل شده تاثیر زیادی بر رفتار پیل می گذارد و تعیین مناسب آن را پر اهمیت تر از آن چه پیش بینی می شد نشان می دهد. به هر حال، نتایج هر مدل سازی کاملا منطبق بر واقعیت نیست (به دلیل ساده سازی ها و درنظر نگرفتن برخی پدیده ها), و استفاده از آن ها همیشه ممکن نمی باشد (به علت برخی محدودیت ها مثل محدودیت های ساختی), اما مدل سازی ها علاوه بر کاهش هزینه های مطالعه روی پیل ها، به طور چشم گیری موجب درک بهتر پدیده های پیل های سوختی شده است.

بررسی فیلم سیال به دلیل کاربردهای فراوان آن در علوم بیوفیزیک، فیزیک و مهندسی و همچنین پدیده های طبیعی جالب توجه از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. این مبحث می تواند سیالات رایج مانند آب و روغن و مواد پیچیده تر نظیر پلیمر ها و مواد مذاب و همچنین مخلوط فازهای متفاوت را در بر گیرد. وقتی فیلم سیال تحت تاثیر شرایط مختلف مکانیکی و حرارتی واقع می شود پدیده های جالب توجهی را به نمایش می گذارد که از آن جمله می توان به انتشار امواج ، رشد امواج ، انگشتی شکل شدن و پراکنده شدن امواج اشاره نمود. از کاربردهای صنعتی این مبحث نیز می توان صنایع شیشه و آینه سازی و صنایع اپتیک و لیزر را نام برد. دیگر کاربردهای این بحث در مباحث روانکاری و چسب می باشد. در این پایان نامه با در نظر گرفتن سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی به بحث و بررسی برروی فیلم نازک سیال پرداخته شده است. در ابتدا با ساده سازی معادلات مومنتم و پیوستگی و استفاده از شرایط مرزی مناسب، رابطه ای برای تکامل سطح مشترک سیال در طول زمان ارائه شده است. این رابطه که با فرض نازک بودن فیلم سیال بدست آمده است، قابلیت پیش بینی رفتار لایه ی نازک سیال را تحت تاثیر نیروهای مختلف دارد. در بدست آوردن این رابطه، از مدل پاورلا برای مدلسازی رفتار سیال غیرنیوتنی استفاده شده است. بعد از آن از این رابطه استفاده شده و تغییرات سطح مشترک برای حالتی که یک اغتشاش پریودیک بر روی سطح سیال اعمال شود، در حضور نیروی وزن و کشش سطحی ثابت مورد بررسی قرار گرفته و رفتار سیال نیوتنی و غیرنیوتنی با هم مقایسه شده است. سپس به بررسی پدیده ی جالب توجه ناپایداری ریلی- تیلور پرداخته شده است. در این قسمت نیز رفتار سیال نیوتنی و غیرنیوتنی در شرایط مختلف و به ازای اعداد باند متفاوت با هم مقایسه شده است و نتایج نشان داده است که تکامل سطح آزاد سیالات شبه پلاستیک با سیالات نیوتنی و دیلاتنت متفاوت است. همچنین اثر طول موج اغتشاش بر تکامل سطح آزاد مورد بررسی قرار گرفته است.

در این پایان نامه، شبیه سازی عددی جریان مغشوش و انتقال حرارت درون یک کانال بعنوان بخشی از یک مبدل حرارتی صفحه ای با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت انجام شده است. برای افزایش عملکرد حرارتی و بهبود انتقال حرارت آن، تاثیر استفاده از نانوسیال و تولیدکننده های گردابه بلوکی بررسی شده است. مطالعات عددی در محدوده اعداد رینولدز 400-2000 برای سیال عامل آب و نانوسیال صورت گرفته است. با بررسی مدل های توربولانسی مختلف، مدل بعنوان مدل مناسب در شبیه سازی عددی مسئله تحت بررسی استفاده شده است. از ضریب عملکرد حرارتی، که مقایسه ای بین میزان افزایش انتقال حرارت و افزایش توان مصرفی (یا افت فشار) است، بعنوان یک شاخص برای ارزیابی عملکرد حرارتی هندسه انتخابی استفاده شده است. بررسی اثر پارامترهای هندسی تولیدکننده گردابه شامل زاویه، طول، ارتفاع، موقعیت طولی، موقعیت عرضی و همچنین تعداد آن در یک المان کانال مطالعه شده و مقادیر مناسب معرفی شده است. در این مرحله روند کار بدین صورت است که در هر مرحله، با تعیین حالت مناسب برای پارامتری از تولیدکننده گردابه، در مراحل بعدی که اثر پارامتر دیگری بررسی می گردد، حالت مناسب پارامتر قبلی استفاده شود. همچنین مقادیر مناسب برای پارامترهای هندسی مولد گردابه حاصله، در یک کانال شامل شش المان که معرف یک ردیف مبدل حرارتی صفحه ای است نیز استفاده و نتایج آن بررسی شده است. در فصل اول این پایان نامه به روشها و مکانیزمهای افزایش انتقال حرارت پرداخته شده و دو روش استفاده از نانوسیالات و تولیدکننده های گردابه مرتبط با این تحقیق تشریح شده است. در فصل دوم به برخی کارهای مشابه صورت گرفته در رابطه با افزایش انتقال حرارت توسط نانوسیالات و تولیدکننده های گردابه پرداخته شده و وجوه تمایز کار حاضر با مطالعات صورت گرفته قبلی توسط دیگر محققان بیان شده است. در فصل سوم، به معرفی هندسه مورد بررسی و روابط به کار رفته برای تخمین خواص انتقال حرارتی نانوسیالات مناسب برای کاربرد در هندسه معرفی شده، پرداخته شده است. در فصل چهار، با تطابق نتایج حاصل از حل عددی جریان در هندسه تولیدی و نتایج عددی وتجربی موجود، از صحت نتایج استخراج شده از حل جریان سیال درون کانال اطمینان حاصل گشته و سپس از بین نانوسیالات شامل نانوذرات al2o3، tio2، cuo و سیالات پایه آب و اتیلن گلیکول، با بررسیهای انجام گرفته نهایتاً نانوسیال آب-tio2 به عنوان نانوسیال مناسب برای کاربرد در مسئله تحت بررسی انتخاب شده است. در فصل پنجم، به بررسی اثر پارامترهای هندسی تولیدکننده گردابه شامل زاویه حمله، ارتفاع، طول، موقعیتهای طولی و عرضی تولیدکننده گردابه، تعداد ردیف و فاصله طولی بین دو ردیف تولیدکننده های گردابه پرداخته شده و این بررسیها نهایتاً به هندسه ای ختم شد که به عنوان المانی مناسب از مبدل حرارتی نهایی درنظر گرفته شد. در فصل پایانی، یک ردیف مبدل حرارتی که دارای 6 المان مناسب متوالی که هرکدام شامل دو ردیف مولد گردابه بلوکی هستند، تولید شده و جریان سیالات آب و نانو در محدوده اعداد رینولدز این تحقیق، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مطالعه نشان داد که افزایش انتقال حرارت در هندسه شامل یک ردیف از مبدل حرارتی(با تولیدکننده گردابه و نانوسیال با غلظت 4%) در مقایسه با کانال ساده (بدون تولیدکننده گردابه و سیال عامل آب) 341 درصد است که بیانگر کارایی بالای تولیدکننده گردابه و نانوسیال در بهبود انتقال حرارت در هندسه تحت بررسی می باشد.

در این تحقیق یک روش ارتقاء یافته برای تولید نانوالیاف پلیمری بسیار ظریف ارائه شده است که به طور همزمان نیروی الکتریکی و نیروی گریز از مرکز را بکار می¬گیرد. سیستم ریسندگی ارتقاء یافته متشکل از یک واحد ریسندگی است که شامل یک نازل و جمع-کننده¬ی چرخان است که با یک سرعت دورانی در حال چرخش می¬باشند. واحد ریسندگی بطور هوشمندانه¬ای از هوای محیط ایزوله شده است. با استفاده از این سیستم به ریسندگی نانوالیاف پلی اکریلونیتریل و پلی ال لاکتیک اسید در سرعت¬های چرخشی مختلف پرداخته شد. در ضمن سیستم ارتقاء یافته با روش ریسندگی الکتروسانتریفیوژ و الکتروریسی تک نازله مقایسه شد. تصاویر fesem حاصل از آزمایشات نشان داد که سیستم ارتقاء یافته توانایی تولید الیاف ظریفتر و یکنواخت¬تر نسبت به دو سیستم دیگر را دارد. به منظور بررسی تأثیر برخی پارامترها بر قطر نانوالیاف در فرایند ارتقاء یافته، طرح آزمایش تاگوچی مورد استفاده قرار گرفت. پارامترهای انتخابی عبارتند از: غلظت محلول، سرعت چرخشی واحد ریسندگی، ارتفاع محلول درون مخزن و ولتاژ. تصاویر fesem حاصل از آزمون¬ها نشان دادند که مهمترین پارامتر تأثیر گذار بر قطر نانوالیاف ارتفاع محلول درون مخزن است و بعد از آن سرعت چرخشی واحد ریسندگی در مرتبه دوم قرار می¬گیرد. غلظت محلول و ولتاژ در مرتبه¬های سوم و چهارم قرار می¬گیرند. کمترین ارتفاع محلول درون مخزن و بیشترین سرعت چرخشی منجر به تولید ظریفترین نانوالیاف می¬گردد. کمترین غلظت نیز برای دستیابی به نانوالیاف با کمترین قطر ضروری می¬باشد. ولتاژ اثر معنی داری بر قطر نانوالیاف نداشته است. یک جریان شدید هوا در ریسندگی گریز از مرکز مبنا ایجاد می¬گردد که منجر به انحراف بیشتر جت و تبخیر سریع حلال می¬شود که نهایتاً منجر به تولید نانوالیاف ضخیم¬تر می¬گردد. در این تحقیق یک مقایسه بین جت سیال نیوتنی تولید شده در دو سیستم ریسندگی گریز از مرکز مبنا و ریسندگی گریز از مرکز ایزوله شده از هوای محیط انجام شد. تصاویر تهیه شده از مسیر جت توسط دوربین با سرعت بالا نشان داد که جت ایزوله نشده نسبت به جت ایزوله شده منحرف می¬شود. دلیل این رویداد وجود مقاومت هوا در سیستم ایزوله نشده است. یک آنالیز غیر خطی از معادلات ناویر ـ استوکس انجام شد و معادلات یک بعدی با استفاده از روش¬های تقریبی استخراج گردیدند. معادلات به روش عددی حل گردیدند. نتایج نشان داد که توافق خوبی بین جت ایزوله شده و پیش¬بینی جت توسط مدلسازی وجود دارد، در حالی که تفاوت¬هایی بین جت ایزوله نشده و نتایج شبیه¬سازی وجود دارد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می¬دهد کاهش عدد rb که می¬تواند به مفهوم افزایش سرعت زاویه¬ای واحد ریسندگی باشد، منجر به کاهش قطر لیف، انحراف بیشتر جت و افزایش سرعت محوری جت می¬شود که افزایش میزان تولید را به دنبال دارد. افزایش سرعت زاویه¬ای (کاهش rb) منجر به افزایش نیروی گریز از مرکز بعنوان نیروی کششی جت می¬شود. بنابراین هرچه نیروی گریز از مرکز بیشتر باشد، کشیدگی جت افزایش یافته و در نتیجه لیف ظریف¬تری تشکیل می¬گردد. شبیه¬سازی نشان می¬هد که کاهش عدد re که به مفهوم افزایش ویسکوزیته است منجر به افزایش قطر لیف، انحراف بیشتر جت و کاهش سرعت محوری جت و در نتیجه کاهش میزان تولید می¬گردد. در واقع ویسکوزیته¬های بیشتر موجب می¬گردد که کشیده شدن جت به سختی صورت پذیرد و در نتیجه الیاف ضخیم¬تری ایجاد می¬گردد. همچنین نتایج نشان داد که تغییر عدد we (کشش سطحی) تأثیری بر دینامیک جت ندارد. نتایج شبیه سازی نشان داد که تغییر ولتاژ اعمالی تأثیری بر قطر، مسیر و سرعت محوری جت ندارد. کلمات کلیدی: نانوالیاف، مورفولوژی، سیستم ریسندگی الکتروسانتریفیوژ ایزوله شده از هوای محیط، ، روش تاگوچی، جت مایع خمیده، معادلات ناویر ـ استوکس، آنالیز غیر خطی، بسط تقریبی.

شبیه سازی جریان های چند فازی، با توجه به کاربرد زیاد آنها در صنعت، از جمله مهمترین مسایل روز مهندسی مکانیک هستند. به منظور شبیه سازی رفتار سیتم های چند جزیی از مدل چند جزیی شبکه بولتزمن شان-چن استفاده شده است. با انجام شبیه سازی قطره وارد شده در محیط پریودیک از سیال فاز دوم مشخص شد، این مدل قادر به شبیه سازی رفتار سیستم های چند فازی با نسبت دانسیته بیش از یک بین دو سیال نیست. با بررسی دقیق معادلات حاکم بر مدل فوق و شناسایی جملات معادله بولتزمن، و همچنین با مطالعه نیروهای بین مولکولی در سیال های غیر ایده آل، نقاط ضعف مدل چند فازی چند جزیی شان- چن شناسایی شده و تغییرات مناسبی برای بهبود نتایج آن در نیروهای بین مولکولی استفاده شده در این مدل انجام شده است. مدل اصلی شان – چن تنها از یک نیروی بین مولکولی دافعه بین ذرات دو جزء استفاده می کند که فقط در سطح مشترک دو سیال عمل می کند. در مدل جدید، علاوه بر نیروی فوق، نیروهای اندرکنش بین ذره ای جداگانه ای بین ذرات هر یک از سیال ها نیز وارد شده است. افزودن این نیروها معادله حالت هر فاز را تغییر می دهد و موجب خواهد شد مدل عددی سازگاری بیشتری با فیزیک سیالات غیر ایده آل داشته باشد. نتایج حاصل از استفاده مدل جدید برای شبیه سازی قطره وارد شده در سیال دوم نشان می دهد، مدل جدید قادر است بر خلاف مدل شان- چن اصلی، سیتم های چند فازی چند جزیی با نسبت دانسیته بیش از دو را نیز شبیه سازی کند. علاوه بر این، بااستفاده از نیروی بین ذره ای برابر با مدل اصلی شان- چن در مدل جدید، می توان به کشش سطحی بزرگتر نسبت به کشش سطحی مدل شان- چن دست یافت. این در حالی است، که در مدل شان- چن بمنظور دستیابی به کشش سطحی بزرگتر و تنظیم دلخواه آن باید قدرت نیروی اندرکنش بین ذره-ای بین ذرات دو سیال را افزایش داد که خود باعث افزایش سرعت های پارازیتی و ناپایداری مدل عددی می شود. به منظور بررسی توانایی مدل شان- چن در شبیه سازی سیالات چند فازی در مجاورت سطح جامد و خط تماس سیال- جامد- سیال، شبیه سازی قطره قرار گرفته بر روی سطح جامد نیز به کمک این روش انجام شده است. نتایج نشان می دهد، این مدل قادر است زاویه تماس استاتیکی قطره با سطح جامد و رفتار قطره بر روی سطوح با خصوصیات سطح متفاوت از آب دوست تا آب گریز را بخوبی مدل کند.

روشهای چندشبکه ای، از جمله روش چندشبکه ای جبری، از کاراترین روشهای افزایش سرعت همگرایی در الگوریتم های حل عددی معادلات دیفرانسیل پاره ای هستند. در این پایان نامه، انواع تکنیک های کلاسیک چندشبکه ای جبری در قالب یک کد نرم افزاری پیاده سازی شده است. سپس اثر این تکنیک ها بر افزایش نرخ همگرایی در چندین مسئله پخش و جابجایی-پخش مدل مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته و معایب و مزایای هر یک مورد توجه قرار گرفته است. نتایج افزایش چشمگیر نرخ همگرایی را در انواع مسائل همراه با شبکه های سازمان یافته و نیز در شبکه های بدون سازمان نشان می دهد. در مطالعات صورت گرفته ترکیب های مختلف اجزای چندشبکه ای شامل درشت سازی و میانیابی نیز پوشش داده شده است. مقایسه بین درشت سازی استاندارد و درشت سازی خشن نشان می دهد که روش درشت سازی استاندارد به همراه میانیابی استاندارد از نظر کاهش ضریب همگرایی انتخاب مناسبی است در حالی که از نظر حافظه مورد نیاز روش درشت سازی خشن به همراه میانیابی مستقیم کمترین حجم را به خود اختصاص می دهد. به علاوه زمان لازم برای مرحله نصب در این روش کمترین مقدار است. علیرغم این مزیت، بزرگ بودن ضریب همگرایی در این روش موجب افزایش شدید تعداد تکرار و متعاقباً افزایش زمان اجرا در مرحله حل می شود. نتایج نشان می دهد که روش چندشبکه ای به خوبی می تواند با انواع روش های حل مثل روش شتاب دهنده گرادیان مزدوج و یا روش تصحیح تأخیری ترکیب شود و نتایج مطلوبی ارائه دهد.

در این پایان نامه جریان دو سیال در میکرومخلوط کنند ه های فعال مدلسازی شده است. در این مدلسازی از روش لاگرانژی و مبنا ذره ای sph برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم و دیفیوژن جرمی استفاده شده است. برای اتصال میدان سرعت و فشار از فرض تراکم پذیری مصنوعی استفاده شده است. انواع شرایط مرزی بر روی دیواره، همچنین در ورودی و خروجی از کانال مورد بررسی قرار گرفته است و به منظور حصول اطمینان از کد نوشته شده، جریان پوازی با شرط مرزی پریودیک و غیر پریودیک و جریان کوئت با شرط مرزی پریودیک مدلسازی شده است. سپس جریان دو سیال در محفظه ی بسته با نه عدد میکروهم زن شبیه سازی شده و نحوه ی اختلاط دو سیال مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها میکرومخلوط کننده هایی با آرایش y شکل و کانال مستقیم مدلسازی شده و پارامترهای موثر بر اختلاط مورد بررسی قرار گرفته اند و حالت بهینهی طراحی ارائه شده است.

بتن از متداول ترین مصالح ساختمانی است. بسیاری از مشکلاتی که دوام ساختمان های بتنی را تهدید می کند، از ناحیه بتن ریزی بد است. از عواقب بتن ریزی بد می توان به خالی ماندن قسمتی از فضای کار، ایجاد تخلخل بیش از حد، جداشدگی دانه های بتن از مخلوط، آب انداختن بتن در اثر مویینگی، تجمع یا ته نشینی سنگ‎دانه ها و یا انسداد جریان بتن توسط میلگردها اشاره کرد. به عنوان یک راه حل برای پیش بینی مشکلات مذکور، شبیه سازی های کامپیوتری جریان بتن تازه با استفاده از روش های عددی می توانند مکمل خوبی برای نتایج تجربی و آزمایشگاهی باشند تا با استفاده از آن ها در کنار هم، بتوان از بروز مشکلات محتمل تا حد امکان کاست. هدف این تحقیق بر این است که باتوجه به مکانیزم حرکت بتن به صورت دو فاز مجزا (ملات و سنگدانه)، حرکت بتن در حین بتن ریزی پیش بینی شده تا بتوان یک گام دیگر به سمت اطمینان بیشتر برداشت. در این تحقیق، جریان بتن با استفاده از روش عددی sph به صورت دو فاز مایع و جامد شبیه سازی شده است. برای برآورد نیروهای اندرکنش بین اجسام صلب و سیال از دو دیدگاه کلی استفاده شده که دیدگاه اول، اجسام با مرز دقیق شبیه سازی شده است. در دیدگاه دوم، هر جسم به صورت یک ذره شبیه سازی شده است. در آغاز، مثال هایی از سیال همگن نیوتنی و غیرنیوتنی در مسائل جریان بین دو صفحه ی موازی، جریان درون لوله، شکست سد و سقوط جسم معلق در سیال با استفاده برنامه ی نوشته شده بر اساس روش sph حل شده تا صحت روش ارائه شده در شبیه سازی سیال همگن نشان داده شود. پس از آن نمونه مسائلی از برخورد اجسام صلب با جداره ها صورت گرفته تا صحت روش ارائه شده بررسی شود. سپس نمونه مسائلی از حرکت مخلوط بتن تازه به صورت دوفازی برای بررسی نحوه ی حرکت بتن در حین بتن ریزی تیر i-شکل، به دست آوردن نیروی وارد بر گلوله در ویسکومتر کششی و به دست آوردن قطر پهن شدگی آزمایش اسلامپ نسبت به زمان بررسی شده است. با استفاده از نتایج تحقیق می توان گفت که دیدگاه اول اندرکنش اجسام معلق (اجسام با مرز دقیق) به خوبی قادر به حل میدان جریان حول اجسام بوده و نیروی وارد بر اجسام را به درستی محاسبه می کند. این دیدگاه به خوبی قادر به حل مسأله برخورد اجسام صلب با یکدیگر بوده و اصطکاک را نیز به درستی مدل می کند. بر اساس نتایج می توان گفت که روش های مذکور مشکلات مربوط به بتن ریزی را پیش بینی کرده و می توان در مسائل دارای قالب ها و آرایش میلگردهای پیچیده بر نتایج آن تکیه کرد. هرچه شکستگی سنگدانه ها بیشتر شود، تمایل به جداشدگی سنگدانه ها از ملات کمتر شده، پراکندگی سنگدانه ها در بتن یکنواخت تر شده و خطر ته نشینی سنگدانه ها کمتر می شود. با درشت تر شدن اندازه ی سنگدانه ها، خطر بلوکه شدن و انسداد جریان توسط میلگردها تشدید می شود. هرچه سنگدانه دارای شکستگی بیشتری بوده و تیزگوشه تر باشد، مقاومت بیشتری در برابر جریان از خود نشان داده و ویسکوزیته و تنش تسلیم بتن را افزایش می دهد. با استفاده از نتایج می توان گفت که نتایج خوبی از انجام شبیه سازی با دیدگاه دوم اندرکنش اجسام معلق (اجسام به صورت یک ذره) به دست نیامده است.

چکیده پیش¬بینی دقیق برهمکنش روتور و بدنه در طراحی و تحلیل بالگردهای مدرن، ضروری است. هنگامی که بخواهیم آزمایشهای بسیار پرهزینه تونل باد را کاهش دهیم، شیبه¬سازی محاسباتی اهمیت فوق ¬العاده -ای پیدا می¬کند. در این تحقیق، جریان حول بالگرد در حضور روتور با فرض حالت پایا شبیه¬سازی شده-است. در این کار، به جای مدل کردن روتور به عنوان جسم جامد در حال دوران، اثر دینامیکی متوسط زمانی آن توسط اضافه کردن عبارتهای چشمه به معادلات مومنتم در یک حجم حلقوی در شبکه حل که متناظر با روتور است، به وجود آمده¬است. عبارتهای چشمه به صورت یکنواخت، خطی و همچنین با کمک تئوری المان پره بر روی سلولهای متناظر با روتور در شبکه حل، توزیع شده¬است. نتایج تونل باد بر روی یک بالگرد مدل به¬صورت تجربی به¬دست آمده¬است. در این تحقیق، جریان حول این بالگرد، در شش وضعیت مختلف از نسبت پیشروش و ضریب تراست روتور حل شده است. ضرایب فشار به¬دست¬آمده از روشهای مختلف بارگذاری روتور با نتایج تجربی مقایسه شده¬است. دقت نتایج حاصل از توزیعهای یکنواخت و خطی جملات چشمه مومنتم، مناسب نبوده¬است. با استفاده از توزیع جملات چشمه مومنتم توسط تئوری المان پره به همراه تصحیحاتی بر روی زوایای گام روتور، ضرایب فشار بر روی بدنه بالگرد به نحو قابل قبولی پیش¬بینی شده¬است. همچنین نتایج حاصل از شبیه¬سازی برای تغییرات نیروی تراست روتور با قدرت آن با روتور آزمایشگاهی همخوانی مناسبی دارد. بالگرد مدل بر روی یک پایه نصب شده-است. بررسیها نشان می¬دهد که هرچند در نظر گرفتن پایه در سرعتهای پایین جریان آزاد تاثیر چندانی بر نتایج نداشته¬است اما با افزایش سرعت جریان آزاد هوا به مقدار40 متر بر ثانیه، حضور پایه در شبیه¬سازی موجب شده¬است ضرایب فشار به¬دست آمده بر روی بدنه، در نواحی پایین¬دست آن به¬شدت کاهش ¬یابد که همین وضعیت درنتایج تجربی نیز مشاهده می¬شود. ضمنا، در نظر گرفتن پایه در شبکه حل موجب بهبود پیش¬بینی نیروهای وارد بر بدنه بالگرد شده¬است

در این رساله فرم محلی روش بدون شبکه توابع پایه نمایی برای شبیه سازی سیال تراکم ناپذیر دارای سطح آزاد توسعه داده شده است. روش مذکور پیش تر برای معادلات هلمهولتز، پواسون، الاستیسیته و موج الاستیک بسط داده شده است و توانایی حل مسائل با دامنه های نامنظم و توزیع درجات آزادی نامنظم را دارا می باشد. لذا استفاده از این روش برای مسائل غیرخطی سیال دارای سطح آزاد که هندسه حل و توزیع ذرات سیال دائماً در حال تغییر است، می تواند قابل توجه باشد. بر این اساس معادلات حاکم بر سیال تراکم ناپذیر دارای سطح آزاد در دو حالت فشار و پتانسیل سرعت در نظر گرفته شده و الگوریتم لاگرانژی حل برای هر دو حالت توسعه داده شده است. به این ترتیب روش بدون شبکه کارآمدی حاصل شده که امکان حل مسائل مختلف با تغییرات زیاد هندسه را فراهم می سازد. در حل بر مبنای فشار درجات آزادی به مانند ذرات سیال حرکت کرده و مشخصه های آن ها بر مبنای مفاهیم لاگرانژی حرکت بهنگام می گردد. استفاده از درجات آزادی کمتر، گام های زمانی بزرگتر و عدم نیاز به تولید شبکه محاسباتی و جابجایی آن همراه با سیال از جمله نکاتی است که در روش ارائه شده وجود دارد. الگوریتم زمانی پیشنهادی نیز با روش توابع پایه نمایی به خوبی سازگار بوده و در کنترل تغییرات حجم سیال بسیار موثر است. در روش حل ارائه شده بر مبنای پتانسیل سرعت، از آنجا که فقط اطلاعات سطح آزاد به صورت لاگرانژی دنبال می شود، امکان حل بر روی یک شبکه منظم از نقاط وجود خواهد داشت. به این ترتیب فقط مرزهای سیال بر روی شبکه منظم نقاط جابجا می شوند و لذا تغییرات بسیار زیاد هندسه حل قابل شبیه سازی است. الگوریتم زمانی ارائه شده در هر دو حالت ضمنی بوده و از پایداری خوبی برخوردار است. مسائل متعددی با استفاده از هر دو روش تحلیل شده و نتایج با چندین آزمایش و نیز حل عددی دیگران مقایسه شده است. همچنین در این رساله با استفاده از فرم مرزی روش توابع پایه نمایی شیوه ای نو در حل مواد تراکم ناپذیر ارائه شده است. در این روش امکان تحلیل مواد با تراکم ناپذیری کامل با استفاده از معادلات استاندارد الاستیسیته بر مبنای جابجایی بدون هرگونه روند تکراری فراهم شده است. البته معادلات مذکور در فرم مخلوط فشار- جابجایی نیز بررسی شده است. در این بخش نیز مسائل مختلفی بررسی و مقایسه شده است. چنین رویکردی در حل مسائل محیط های تراکم ناپذیر می تواند مبنای توسعه دیگر روش های عددی قرار گیرد

در این پایان نامه به آنالیز حرارتی یک عملیات حرارتی القایی ثابت (غیر متحرک) پرداخته شده است.این مسئله به صورت جفت شده الکترومغناطیسی – حرارتی غیر خطی و گذرا با یک کویل القایی ثابت که به عنوان منبع حرارتی ثابت عمل میکند، به کمک روش اجزا محدود بررسی شده است. یک استوانه توخالی عمودی با یک کویل ثابت بر روی آن، در مدت زمان مشخصی (7 ثانیه) گرم می شود. تاثیرات جابجایی آزاد با هوای اطراف استوانه بر روی هر دو سطوح داخلی و خارجی استوانه در نظر گرفته شده است. همچنین تاثییرات تشعشع سطح خارجی با محیط پیرامون نیز در نظر گرفته شده است.سپس این فرایند برای جسم جامدی با هندسه استوانه توپر و مخروط بررسی شده است.

ناپایداری کلوین هلمهولتز در سطح مشترک دو سیال جدا که در دو جهت مخالف بر روی هم حرکت می کنند، یکی از مسائل کلاسیک مکانیک سیالات است. در ساده ترین حالت آن، دو سیال مشابه غیر لزج و با جریان غیرچرخشی در دو طرف سطح مشترک دو جریان در نظر گرفته می شوند. در این پژوهش، ناپایداری کلوین هلمولتز برای سطح مشترک دو سیال غیرقابل اختلاط با چگالی های یکسان و متفاوت، و با درنظرگرفتن اثرات کشش سطح و لزجت دو سیال بررسی و رفتار سطح مشترک در شرایط مختلف مطالعه شده است. شرایط مختلف در این مساله، بستگی به عدد وبر (جهت بررسی اثر کشش سطح)، عدد رینولدز (جهت بررسی اثر لزجت) و طول موج اغتشاشی وارد بر سطح مشترک جریان دو سیال دارد. جهت انجام این مطالعه، از کد کامپیوتری فرانت ترکینگ که برای مدل سازی جریانات چند فازی به کار می رود استفاده کرده و با تغییر آن جهت تعریف سطح مشترک بین دو سیال و اعمال شرایط مسال? مورد نظر، کد مطلوب ایجاد شده است. پس از ایجاد کد مطلوب، در مراحل گوناگون، شرایط مساله را تغییر داده و رفتار سطح مشترک تحت آن شرایط بررسی شده است. جهت اعتبارسنجی کد مورد نظر، نتایج با تئوری غیرلزج ناپایداری کلوین هلمهولتز مقایسه شده و نشان داده شده است که در زمانهای ابتدایی که اثرات لزجت بر جریانات کم هستند، نتایج این مطالعه به نتایج حاصل از تئوری غیرلزج میل کرده و در ادامه به علت اثرات غیرخطی در نظر گرفته در این مطالعه، از یکدیگر فاصله می گیرند. در این پژوهش نحو? رشد موج اغتشاشی اعمالی بر سطح مشترک دو جریان یکسان و غیر یکسان (با اختلاف چگالی) در زمان های گوناگون نشان داده شده است و در مورد اثرگذاری هر یک از خواص کشش سطح بین دو جریان و لزجت بر توسع? سطح مشترک دو سیال بحث شده و نهایتا امکان تشکیل قطره از یکی از سیالات به علت گره خوردن سطح مشترک دو سیال و آزادسازی آن در جریان سیال دیگر بررسی شده است.

حرکت قطرات شناور در بازه وسیعی از کاربردهای عملی استفاده می شود. این کاربردها شامل جریان نفت و آب داخل لوله ها، بازیابی نفت درون محیط متخلخل، املاح مخلوط در آب و فرآیندهای پلیمری می شود. مهاجرت عرضی ذرات شکل پذیر در جریان پواسل موضوع بسیاری از تحقیقات بوده است. مهاجرت عرضی ذرات شناور در سیال در فرآیندهای انتقالی بسیار مهم است، که در آن ها جرم، مومنتوم و انرژی تغییر می کند. در این تحقیق حرکت عرضی قطرات با اندازه های مختلف در جریان پواسل دوبعدی و در غیاب شتاب جاذبه در اعداد رینولدز محدود، در داخل کانال مورد بررسی قرار گرفته است. این کار به وسیله حل عددی معادلات ناویر- استوکس بدون هیچ فرض ساده شونده-ای و با در نظر گفتن نیروی کشش سطحی برای سیال دوفازی انجام شده است. روش عددی استفاده شده در این تحقیق روش جبهه پیش-رونده (front-tracking) بوده و همچنین برای معادله بیضوی فشار از کد fishpack که یک حلگر سریع معادله پواسون می باشد، استفاده شده است. در تحقیق حاضر تاثیر اعداد بدون بعد مختلف بر جداسازی قطرات، چسبندگی موثر جریان و انرژی اغتشاشی مورد بررسی قرار گرفته است. اعداد بدون بعد جریان شامل عدد رینولدز، کپیلاری، نسبت چسبندگی، نسبت چگالی، کسر سطحی و اندازه بدون بعد قطرات می باشند. پارامترهای بدو بعد نسبت چسبندگی، نسبت چگالی و کسر سطحی در همه شبیه سازی ها ثابت در نظر گرفته شده اند. شبیه سازی ها برای سه حالت مختلف که در آن ها تعداد قطرات موجود در کانال متفاوت می باشند انجام شده است. در هر یک از حالت ها قطرات با دو اندازه مختلف در درون کانال قرار گرفته اند و در آن ها تاثیر پارامترهای مختلف جریان بر جداسازی قطرات با اندازه-های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در همه شبیه سازی های انجام شده برای دیواره های بالا و پایین شرط عدم لغزش، دیواره های چپ و راست شرط پریودیک در نظر گرفته شده است . از نتایج مهم بدست آمده در تحقیق حاضر این است که با کاهش عدد رینولدز یا اینرسی جریان پدیده جداسازی بیشتر اتفاق می افتد. در واقع با کاهش عدد رینولدز قطرات کوچک به سمت دیواره و قطرات بزرگ به سمت مرکز کانال حرکت می کنند. در حالی که با افزایش عدد رینولدز قطرات با اندازه های مختلف در ناحیه ای نزدیک به دیواره به تعادل می رسند. از دیگر نتایج بدست آمده این است که هر چه اختلاف اندازه قطرات موجود در کانال بیشتر باشد پدیده جداسازی بهتر اتفاق می افتد. نتایج حاصل از این شبیه سازی ها با تحقیقات گذشته هم خوانی خوبی دارد.

در این پژوهش، برخورد قطره به سطح افقی و شیب دار بررسی شده است. در برخورد به سطح افقی اثر تغییر اعداد رینولدز و وبر و در برخورد به سطح شیب دار، اثر تغییر شیب بررسی شده است. در این پژوهش اعداد رینولدز و وبر در محدوده زیر 100 انتخاب شده است.

هدف از انجام این رساله، مدل سازی تلاطم و شبیه سازی جریان های با سطح مشترک با استفاده از روش ادی های بزرگ است. برای این منظور مدلهای کشش سطحی که نقش مهمی در شکل سطح مشترک دو سیال دارد بررسی شده و یک مدل کشش سطحی با عنوان sgip برای حالت سه بعدی تعمیم یافته و به کار گرفته شده است. نتایج حاصل از استفاده از این مدل در جریان آرام با سطح مشترک نشان می دهد که این مدل نسبت به سایر مدلهای موجود و مطرح مورد استفاده توسط دیگران رفتار مناسب تری از خود نشان می دهد. تست های انجام شده برای نمایش قابلیت مدل شامل قطره ساکن، حباب ساکن، حباب متحرک و جریان همراه با ناپایداری کلوین-هلم هولتز است. سپس برای بررسی تلاطم در فصل مشترک دو سیال، معادلات حاکم بر جریان متلاطم به روش ادی های بزرگ توسعه داده شده و پارامترهای مجهول مربوط به عبارت های تلاطم که احتیاج به مدل سازی دارند، در روشهای مختلف بررسی معادلات حاکم ارائه گردیده اند. عبارت تلاطم در معادله کسر حجمی برای ردیابی سطح مشترک و عبارت تلاطم کشش سطحی مدل سازی شده است. برای مدل کردن تلاطم جریان از روش ادیهای بزرگ و مدل اسماگورینسکی استفاده شده است. به منظور تعیین ضریب بهینه مدل عبارت تلاطم در معادله فیلتر شده ردیابی سطح و ضریب بهینه مدل عبارت تلاطم کشش سطحی، مسئله متلاطم وارونگی فازآب-روغن در دو حالت شبیه سازی شده و ضرایب مدل های ارائه شده از مقایسه نتایج این شبیه سازی با حل dns دیگران استخراج گردیده است. با استفاده از ضرایب مدل بدست آمده جهت عبارت تلاطم در معادله فیلتر شده ردیابی سطح و عبارت تلاطم کشش سطحی، مسئله جت سه بعدی متلاطم شبیه سازی شده که نتایج مدل مذکور پیش بینی خوبی از مشخصه های جریان دارد.