در این تحقیق یک نرم افزار دو بعدی برای شبیه سازی جریان لزج آشفته غیر قابل تراکم در اطراف یک بالواره نزدیک زمین توسط یک روش عددی حجم محدود با استفاده از الگوریتم فشار مبنا و با یک تکنیک مرتبه بالا بر مبنای متغیرهای بی بعد شده توسعه داده شده و تاثیر مدل آشفتگی (یک و دو معادله ای) در شبیه سازی, تاثیر فاصله بالواره, زاویه حمله بالواره , اثر ضخامت و خمیدگی بالواره روی ضرایب آیرودینامیکی بررسی شده است. در ابتدا شبیه سازی دو بعدی جریان حول بالواره naca0015 در زوایای حمله مختلف و فواصل مختلف از زمین انجام گرفته و ضرایب آیرودینامیکی آن با داده های تجری منتشر شده مقایسه گردیده و سازگاری خوبی را نشان می دهد. به منظور بررسی اثر خمیدگی، بالواره های naca0015، naca2415 و naca4415 انتخاب شده و نتایج شبیه سازی در زاویه های حمله و فاصله های یکسان با هم مقایسه گردیده اند. همچنین به منظور بررسی تأثیر ضخامت، بالواره های naca0015، naca0012 و naca0009 انتخاب شده و در همان حالتها با هم مقایسه گردیده است. به منظور بررسی مدل آشفتگی (یک و دو معادله ای)، مدلهای و با هم مقایسه گردیده است. نتایج نشان می دهد که بالواره با خمیدگی کمتر و ضخامت کمتر دارای کارایی آیرودینامیکی بهتری در نزدیکی سطح می باشد. در قسمت پیوست نیز مقایسه اثرات دوبعدی و سه بعدی جریان در زوایای حمله مختلف، فواصل مختلف و نسبتهای منظری متفاوت با یکدیگر مقایسه گردیده است.

در این تحقیق روش طیفی زمانی در شبیه سازی مسائل ناپایدار تناوبی مانند ایرفویل های نوسانی معرفی می گردد. این روش از یک ماتریس کالوکیشن فوریه استفاده می کند که این ماتریس تمام متغیر های وابسته در همه ی مراحل زمانی با فاصله ی مساوی را با هم در گیر می کند. فر ایند حل متغیر های وابسته در تمام فواصل زمانی همزمان تکرار می شوند تا به یک حالت تناوبی پایدار برسند. بر خلاف روش های گام زنی زمانی قدم به قدم (نظیر صریح و ضمنی) خاصیت تناوبی یک فرض در شروع حل می باشد. در فصل دوم به معرفی فرمولاسیون ریاضی این روش و الگوریتم حل معادلات حاکم بر جریان با تکنیک طیفی زمانی پرداخته می شود. مقایسه ی بین روش طیفی زمانی به عنوان یک الگوریتم جدید در تحلیل جریان های تناوبی و فرمولاسیون تفاضلی پسرو به عنوان یک روش سنتی، به وسیله ی ارائه ی نتایج حاصل از مشتق گیری عددی از یک تابع تناوبی دلخواه در یک پریود انجام شده است. نتایج حاصله، نشان از دقت و سرعت بالای الگوریتم طیفی زمانی نسبت به روش های تفاضلی پسرو در مشتق گیری عددی از یک تابع پریودیک می باشد. این نتایج یک تصدیق خوب برای مزیت روش طیفی زمانی در شروع کار می باشد. در فصل سوم معادلات حاکم بر جریان بررسی می شود. در ادامه به انفصال معادلات حاکم برای حل عددی، پرداخته می شود. فصل چهارم نتایج حاصل از تحلیل عددی میدان جریان حول ایرفویل های نوسانی مختلف را ارائه می دهد. مقایسه نتایج حاصل از روش طیفی زمانی با نتایج آزمایشگاهی، جهت تأیید دقت این روش برای تحلیل معادلات جریان ناپایا انجام شده است. به دلیل فرض تناوبی و استفاده از تبدیلات فوریه در زمان، کاهش چشمگیری در هزینه ی محاسبات نسبت به روش های زمانی دقیق معمولی مشاهده می شود. نتایج نشان می دهد که برای تسخیر فیزیک مسأله یه تعداد اندکی از فواصل زمانی تیاز می باشد.

در این تحقیق ایده "هذلولوی کردن یک الگوریتم فشار مبنا" به طوری که قادر باشد جریان از ماخ صفر تا 2 را شبیه سازی نماید با استفاده از تکنیک درون یابی مرتبه بالای weno در یک نرم افزار یک بعدی برای جریان های غیر لزج در حجم محدود توسعه داده شده و برای تحلیل جریان در لوله ضربه در نسبت فشارهای مختلف به کار گرفته شده است. یکی از سخت ترین آزمایشهای یک روش عددی ، کاربرد آن در شبیه سازی جریان لوله ضربه می باشد به طوری که اگر روشی بتواند جریان لوله ضربه را به خوبی تسخیر کند در مواجهه با هرگونه ناپیوستگی احتمالی موجود در جریان های هذلولوی نیز موفق عمل خواهد کرد. تاکنون روش های متعددی برای شبیه سازی جریان لوله ضربه ارائه شده است اما تفاوت این تحقیق با کارهای ارائه شده در این است که در این تحقیق از یک الگوریتم فشار مبنا استفاده می شود. الگوریتمهای فشار مبنا در حالت معمولی به طور ذاتی دارای خاصیت بیضوی هستند و برای تحلیل جریان های هذلولوی مناسب نیستند. در این تحقیق با محاسبه شارها از روش مشخصه ها به الگوریتم فشار مبنا خاصیت هذلولوی داده می شود و الگوریتم این قابلیت را پیدا می کند که جریان را از ماخ صفر تا 2 شبیه سازی کند. همچنین از روش درون یابی مرتبه بالای weno استفاده شده است که این موجب درشت تر شدن شبکه و کاهش چشمگیر هزینه محاسبات نسبت به روش های مرتبه پایین می شود. برای استفاده از روش درون یابی weno بایستی مقادیر مراکز سلولها معلوم باشند درحالیکه مقادیر مراکز سلولها در روش های ضمنی معلوم نیست و به طور همزمان در حال محاسبه شدن می باشد و در نتیجه هنگام استفاده از درون یابی مرتبه بالای weno در روش های ضمنی با مشکل مواجه می شویم. برای رفع این مشکل از تکنیک "تصحیح عقب افتاده" استفاده شده است. پس از استفاده از تصحیح عقب افتاده دستگاه های معادلات به صورت "نیمه ضمنی" در می آیند و حل می شوند. الگوریتم های فشار مبنا به طور ذاتی دارای خاصیت بیضوی هستند و پس از هذلولوی شدن فقط تا ماخ حدود 2 می توانند رفتار هذلولوی مطلوبی داشته باشند و با بالاتر رفتن عدد ماخ مجدداً ذات بیضوی آنها غالب می شود و نتایج غیر دقیقی می دهند.

در این تحقیق یک نرم افزار دو بعدی برای شبیه سازی جریان گذر صوتی، ناپایا و تراکم پذیر گذرنده از روی یک بالواره نوسانی با استفاده از یک روش عددی حجم محدود و الگوریتم فشار مبنا توسعه داده شده است. در این نرم افزار برای محاسبه بخش جابه جایی معادله گسسته شده از یک تکنیک مرتبه بالا بر مبنای متغیرهای بی بعد شده که طرح تفاضلی به کار رفته در آن الگوریتم اسبیک می باشد استفاده شده است. برای شبیه سازی حرکت نوسانی از تکنیک نوسان بردار سرعت مرز ورودی استفاده شده است که ساده ترین شکل ممکن برای شبیه سازی این حرکت در مقایسه با روش های پیچیده مانند شبکه دینامیک می باشد. برای عمومیت دادن به روش شبیه سازی ارائه شده، هر دو نوع حرکت نوسانی، پیچش و فراز و فرود مورد بررسی قرار گرفت، که در هر دو حالت توانمندی روش عددی اثبات شد. در ادامه از دو روش تحلیلی و عددی جهت شبیه سازی این دو حرکت اقدام شد. در روش تحلیلی، دو روش تئودورسن و شبه پایای بالواره نازک در تحلیل نیروهای وارده در جریان ناپایا استفاده و نشان داده شد که روش تئودورسن به خوبی می تواند نرخ تغییرات ناپایا را پیش بینی کرده و در تحلیل مسائل ناپایا به عنوان یک تخمین اولیه با دقت بالا مورد استفاده قرار گیرد. روش عددی، به دو نوع مختلف شبیه سازی جریان ناپایا یعنی شبیه سازی شبه پایا و ناپایا تقسیم شد. در روش شبه پایا، از الگوریتم فشار مبنای سیمپل و ضرایب مادون رهایی و در شبیه سازی ناپایا، از الگوریتم پیزو و به کار گرفتن روش تفکیک زمانی استفاده شده است. همچنین برای شبیه سازی معادلات ناویر استوکس از مدل تصحیح شده برای جریان تراکم پذیر استفاده گردیده است. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که داده های استخراج شده نسبت به داده های تجربی دقت مطلوبی داشته و قابل مقایسه با نتایج تولید شده با شبکه دینامیکی می باشد و این در حالی است که شبیه سازی جریان ناپایا با روش اشاره شده بسیار ساده تر و با هزینه کمتر قابل اجرا می باشد.

در این تحقیق یک نرم افزار دو بعدی برای شبیه سازی جریان غیرلزج، قابل تراکم در اطراف یک بالواره نوسانی تحت حرکت فرازوفرود، توسط یک روش عددی حجم محدود با استفاده از الگوریتم فشار مبنا توسعه داده شده است. برای شبیه سازی حرکت فراز و فرود از شبکه های دینامیکی استفاده شده است. برای افزایش قابلیت حرکت شبکه عددی ، جلوگیری از تداخل خطوط شبکه و عدم ایجادحجم منفی، از ترکیب فنر خطی درراستای اضلاع شبکه استفاده شده است. سپس به قابلیت برنامه به منظور تولید انواع شبکه و تغییر شکل آن با زمان افزوده شد . شبکه ی حول بالواره از نوع با سازمان?? می باشدکه در اغلب تحقیقات اخیر از شبکه های بی سازمان برای شبیه سازی استفاده گردیده است. نوآوری دیگر در این پایان نامه، حل معادلات حاکم بر جریان به صورت کاملا ضمنی می باشد. پس از اعتبار سنجی نتایج، برای حالت پایا و ناپایا، تاثیر عوامل مهم در ضرایب آیرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفت. از آنجاییکه معادلات حرکت فرازو فرود توسط یک تابع هارمونیک سینوسی یا کسینوسی بیان می شود، لذا دو عامل فرکانس کاهیده نوسان و دامنه ی نوسان بسیار مهم و تاثیرگذار بر ضرایب آیرودینامیکی می باشند. در این تحقیق، تغییرات ضریب برا بر حسب زمان به ازای فرکانس کاهیده های مختلف بررسی شده است. همچنین دامنه ی نوسان این حرکت نوسانی که با تغییر عدد ماخ ورودی مرتبط می شود در یک فرکانس کاهیده ثابت تغییر داده شد و تغییرات ضریب برا بر حسب زمان، بررسی گردید. برای بررسی کاملتر اثر تغییرات لحاظ شده بروی ضرایب آیرودینامیکی، از پارامتری بنام توان ورودی استفاده گردید. نتایج حاصل از این تغییرات بررسی شده، نشان می دهد که در عدد ماخ ثابت، افزایش فرکانس کاهیده تقریبا تا حد معینی می تواند تاثیر خوبی بر عملکرد آیرودینامیکی بالواره داشته باشد که پس از آن، افزایش این فرکانس موجب کاهش کارایی بالواره می گردد.

با پیدایش هواپیما علم اصلاح و بهبود عملکرد آن نیز به وجود آمد. طی گذشت زمان تا به امروز کارهای زیادی در این زمینه انجام شده است. در این راستا، اخیرا تحقیق و توسعه روی مفهوم جدیدی شروع شده و آن ظهور مفهوم مرفینگ در طراحی هواپیماها می باشد. از دیدگاه موسسه پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا، هواپیمایی که توانایی انجام یکی از تغییرات: 200% تغییر در نسبت منظری، 50% تغییر در مساحت بال، 5 درجه تغییر در پیچش بال و یا 20 درجه تغییر در زاویه ی تاب بال را در حین پرواز داشته باشد به عنوان هواپیمای مرفینگ شناخته می شود. از جمله قابلیت هایی که این تکنولوژی به ارمغان می آورد فرود آمدن در باند کوتاهتر مثلا بر روی ناوبر و یا پرواز در ارتفاع های خیلی پایین می باشد همچنین بال تغییر شکل پذیر موجب بالا رفتن راندمان سوخت و کاهش وزن هواپیما می شود. در این تحقیق ابتدا یک نرم افزار برای جریان غیر قابل تراکم و بدون لزجت و چرخش و در حالت سه بعدی توسعه داده شده و سپس انواع تغییرات امکان پذیر روی بال مانند ایجاد پیچش، تغییر زاویه تاب، تغییر بازه ی بال، تغییر نسبت مخروطی و ... روی بال فرضی و اثر آن روی ضرایب آیرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. به طور کلی نتایج نشان می دهد که افزایش زاویه تاب موجب کاهش نسبت براء به پسا شده و بنابراین سرعت و مانور پذیری پهپاد را افزایش می دهد. همچنین افزایش زاویه تاب موجب افزایش پایداری طولی می گردد. افزایش بازه ی بال موجب افزایش نسبت براء به پسا و در نتیجه موجب پایداری پهپاد در هوا می گردد و با افزایش نسبت مخروطی به اعداد بزرگتر از یک ضمن افزایش ضریب براء زاویه شروع واماندگی نیز افزایش می یابد. وجود بالک جلو و نوع آن موجب افزایش ضریب براء می گردد. جهت بهبود توزیع بار بایستی بالک جلو و بال اصلی هم ارتفاع نباشند. وجود بالک جلو پایداری طولی را کاهش می دهد و به همین علت است که از بالک جلو در جنگنده ها استفاده می شود.

هدف از این تحقیق ارائه روشی برای طراحی ایرفویل پره توربین باد با استفاده از الگوریتم ژنتیک و شبکه های عصبی است که علاوه بر کاربردی بودن، دارای دقت زیاد و سرعت بالایی باشد. جریان حول ایرفویل آیرودینامیکی از پره توربین باد توسط دینامیک سیالات محاسباتی آنالیز گردیده است. پس از بررسی صحت نتایج و تطابق آن با نتایج تجربی و همچنین بررسی استقلال از شبکه و استقلال از دامنه حل، روش عددی مذکور جهت انجام تحلیل های بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. سپس با آموزش شبکه عصبی های با معماری های مختلف ومقایسه آنها، شبکه عصبی مناسب تعیین گردید. در اینجا از الگوریتم ژنتیک و ترکیب کردن آن با شبکه عصبی آموزش دیده، جهت بهینه سازی شکل ایرفویل استفاده شده است. برای مدل سازی جریان لزج غیر قابل تراکم آشفته از مدل کی-اپسیلون و تکنیک متغیرهای بی بعد بهره گرفته شده است. در این روند شبیه سازی، روش حجم محدود، الگوریتم فشارمبنا و حل کننده ضمنی برای حل دستگاه معادلات گسسته شده مورد استفاده قرار گرفته است. ایرفویل مبنا برای تمامی بهینه سازی های این تحقیق e387 می باشد. بهینه سازی با توابع هدف متفاوت و همچنین در زاویه حمله های مختلف انجام شده است تا شکل بهینه ایرفویل در هر زاویه تعیین شود. توابع اصلاح شده هیکز-هن جهت ایجاد شکل هموار برای ایرفویل مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بدست آمده دقت بالای شبکه های عصبی در پیش بینی ضرایب آیرودینامیکی را نشان می دهد. همچنین این روش زمان بهینه سازی را به مقدار قابل ملاحظه 99.5% کاهش می دهد. شکل های مختلف ایرفویل که هرکدام برای شرایط خاصی مناسب می باشند بدست آمده است. علت متفاوت بودن ظاهر ایرفویل ها بحث شده است. ضرایب آیرودینامیکی و ویژگی های استال ایرفویل ها نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین نمودار ضریب فشار، کانتورهای سرعت و خطوط جریان ایرفویل ها نیز آورده شده تا دید دقیق تری در مورد تأثیر ظاهر ایرفویل بر این پارامترها بدست دهد.

در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار منبع باز openfoam بر مبنای روش حجم محدود و الگوریتم فشار مبنا و کاربرد شبکه های دینامیکی به شبیه سازی عددی سه بعدی جریان سیال ناپایای تراکم ناپذیر و آرام در اطراف بال نوسانی با مقطع naca0012، پرداخته شده است. به منظور شبیه سازی حرکت ناپایای نوسانی بال از تکنیک شبکه های دینامیکی با استفاده از روش حرکت جسم صلب بهره گرفته شده است. نتایج این شبیه سازی با نتایج تجربی و عددی منتشر شده مقایسه شد که صحت نتایج شبیه سازی حاضر را تایید نمود. در این پایان نامه، مولفه هایی از حرکت فراز و فرود خالص ریز پرنده های بالزن مانند بررسی اثرات پارامترهای نوسانی حاکم بر جریان (فرکانس کاهیده و دامنه نوسان) و پارامترهای دینامیکی جریان مانند عدد رینولدز و همچنین پارامترهای هندسی بال مانند اثر طول بال، که تا کنون بررسی جامع و همزمان آنها صورت نگرفته است، مورد بررسی قرار گرفته است. ضمن آنکه در این تحقیق به بررسی کارایی و اثر روش های عددی حل جریان، دقت های گسسته سازی زمانی، بررسی و مقایسه کارایی و سرعت روش های مختلف حل ماتریس های فشار، پرداخته خواهد شد. این شبیه سازی ها در اعداد رینولدز 3000 و 30000 و در نسبت منظری های 1، 2، 3، 4، 5 و 8 در فرکانس کاهیده های 1، 2، 4 و دامنه های نوسان بی بعد 1/0، 25/0 و 5/0 انجام شده است. نشان داده شد عامل فیزیکی ایجاد نیروی رانش در حرکت فراز و فرود ایجاد و تغییر زاویه حمله نسبی در بال است که خود عامل ایجاد نواحی با فشار های متفاوت و به حرکت در آمدن جریان در اطراف بال می شود. نتایج حاصله نشان می دهد فرکانس کاهیده اثر بیشتری در افزایش رانش نسبت به دامنه نوسان داشته و در نسبت منظری های پایین جریان های برگشتی از انتهای بال اثر منفی در تولید رانش دارند.

در این پژوهش به بررسی برهم کنش میان امواج دتونیشن و ابر ذرات به عنوان ذرات داخلی در سلول پرداخته شده است. برنامه کامپیوتری نوشته شده به زبان فرترن بر اساس روش اصلاح شده انتقال بوریس [۱]به منظور حل معادلات اویلر برای جریان غیر لزج ارائه و همچنین در شبیه سازی شرایط دتونیشن از واکنش یک مرحله ای آرنیوس استفاده شده است و برای ذرات از روش لاگرانژین استفاده گردیده است. نتایج شبیه سازی این برهم کنش میان ذرات و امواج دتونیشن نشان می دهد که این امواج می توانند بطور کامل و یا نسبی بر اساس پارامترهای گوناگون اعم از شرایط واکنش شیمیایی، شرایط گاز و ویژگی ذرات فروکش کرده و سرکوب شوند.

در سال های اخیر پژوهش های بسیاری در مورد پرواز پرندگان و حشرات برای ساخت ریزپرنده های بالزن صورت گرفته است. یکی از فرآیند های طراحی یک ریزپرنده¬ی بالزن شناخت آیرودینامیکی و به تبع آن درک پارامتر های تاثیر گذار بر نیروهای تولیدی ریزپرنده می باشد. در این پژوهش یک روند شبیه سازی کارآمد و سریع با استفاده از تئوری المان تیغه¬ی بهبود یافته بر مبنای یک کد فرترن برای شبیه سازی آیرودینامیکی در یک بالزن با ترکیب حرکت بالزدن و حرکت پیچش بال معرفی می¬گردد. در این تئوری با اضافه نمودن اثرات ناپایایی حوزه¬ی حل، از جمله نیروی جرم اضافه شده و نیروی چرخشی ناشی از گردابه های تولیدی بال به نیروهای شبه پایا، نیروی کلی محاسبه می شود. بررسی آیرودینامیکی بر اساس تئوری المان تیغه در کار های گذشته طبق روش های مدل سازی مختلفی از جمله وارد کردن مستقیم یا غیر مستقیم اثر سرعت القایی در روند شبیه سازی بوده که ترکیبی از این روش ها در کار جاری ارائه و مقایسه شده است. نتیجه ی یکی از روش¬های مقایسه شده در تحقیق جاری تطبیق خوبی با کار تجربی دارد و نیروی متوسط در یک سیکل بالزدن اختلاف نزدیکی با کار تجربی را نشان می¬دهد. در این شبیه سازی به ازای زوایای ترکیبی بالزدن و پیچش متغیر در طول سیکل بالزدن ، شش پارامتر¬حرکتی مربوط به بالزن فرکانس، تاخیر فاز بین زاویه¬ی بالزدن و پیچش بال، روند تغییرات زوایای بالزدن و پیچش بال با زمان، حداکثر زاویه ی بالزدن و حداکثر دامنه ی تغییرات زاویه¬ی پیچش بال مورد بررسی قرار گرفته است و اثر یکایک این پارامتر ها بر نیروهای لحظه ای و متوسط در طول سیکل بالزدن ارائه شده است. به عنوان نمونه نتایج نشان می دهند که با افزایش فرکانس و دامنه ی زاویه ی بالزدن نیروهای لحظه ای و متوسط افزایش می یابند. در ادامه تعدادی محدود از نتایج نرم افزار با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدل شده و با وارد کردن شبکه¬ی عصبی به درون الگوریتم ژنتیک بهینه سازی بر اساس فرکانس مطلوب و برآی مورد نظر برای پارامتر های ورودی انجام می¬پذیرد.