در این تحقیق، با استفاده از مدل عددی سه بعدی فلوئنت ابتدا الگوی جریان آشفته در کانال مستقیم با شیب تند مدل سازی شد و انطباق پروفیل های سرعت حاصل از آن با فرمول های تحلیلی بررسی شد. در ادامه الگوی سه بعدی جریان فوق بحرانی در قوس 180 درجه و 51 درجه به صورت جریان دو فازی (آب و هوا) مدل سازی گردید و نتایج حاصل از موج اول (مهمترین موج) در جداره های داخلی و خارجی با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شد. با توجه به وجود جریان فوق بحرانی در قوس و تأثیر ناچیز تنش برشی و اهمیت بالای اینرسی، تفاوت چندانی بین مدل های آشفتگی وجود نداشته و لذا جهت مدل سازی آشفتگی از مدل k-? استاندارد استفاده شد. در ادامه، تأثیر برخی ازپارامتر های حاکم بر جریان بر الگوی جریان در خم بررسی گردید. نتایج بررسی نشان داد با افزایش عدد فرود نسبت بی بعد تراز سطح آب افزایش می یابد که با افزایش نسبت تراز سطح آب، عمق ماکزیمم و زاویه ماکزیمم در جداره خارجی افزایش یافته و تقریباً به همین میزان عمق آب در جداره داخلی کاهش می یابد به طوری که از عدد فرود 4 به بعد جریان آب کم کم به جداره خارجی متمایل شده و تراز سطح آب بالاتر می رود و با افزایش عدد فرود جداره داخلی شروع به خشک شدن می کند. همچنین در این مدل از عدد فرود 4 به بعد تقریباً هیچ موج دومی تشکیل نمی شود.

در دینامیک سیالات محاسباتی دو نوع شبکه برای حل معادلات حاکم وجود دارد: شبکه جابه جاشده و شبکه هم مکان ؛ که تفاوت آن ها در مکان ذخیره سازی سرعت است و همچنین پیچیدگی هندسی شبکه جابه جاشده نسبت به شبکه هم مکان زیادتر می باشد. زمانی که معادلات حاکم در شبکه هم مکان حل می شوند، مشکل نوسانات فشار به وجود می آید. برای حل این مشکل روش های مختلفی مطرح است که در این پژوهش روش درون یابی مومنتوم و فرم های تصحیح شده آن، روش درون یابی گرادیان فشار و روش تصحیح فشار هموارساز بررسی شده اند. برای حل معادلات از الگوریتم سیمپل بر پایه روش حجم محدود استفاده شده است. جهت اعتبارسنجی مدل عددی، نتایج با حل های معتبر موجود مقایسه و عدد ناسلت متوسط ارائه شده است. نتایج این روش ها و روش شبکه جابه جاشده برای مسئله جابه جایی طبیعی درون محفظه بسته، مقایسه گردیده است. نتایج به صورت پروفیل های سرعت، فشار، دما و همچنین خطوط جریان و کانتور فشار ارائه شده است. در شبکه هم مکان نوسانات علاوه بر میدان فشار در میدان سرعت نیز مشاهده شده است. این نوسانات بر روی میدان دما تاثیری نداشته و میدان دما کاملا هموار به دست آمده و تطابق خوبی با شبکه جابه جاشده دارد. همچنین عدد ناسلت به دست آمده در روش های مختلف حل در شبکه هم مکان با یکدیگر برابر می باشند. با توجه به نتایج حاصله ملاحظه می شود که روش درون یابی گرادیان فشار توانایی حل مشکل نوسانات فشار را به طور کامل نداشته و فقط آن را کاهش داده است. روش درون یابی مومنتوم و تصحیح فشار هموارساز در نزدیکی دیوار بالایی حفره موفق عمل نکرده اند و هنوز فشار و سرعت دارای نوسان هستند. از طرف دیگر با توجه به نتایج به دست آمده، مدت زمان همگرایی و تعداد تکرار در روش شبکه هم مکان نسبت به شبکه جابه جاشده کمتر است. در مسئله حاضر شبکه جابه جاشده نتایج بهتری را ارائه می دهد. روش شبکه جابه جاشده، سرعت و فشار را به خوبی پیش بینی می نماید و هم چنین عدد ناسلت به دست آمده در این نوع شبکه دقیقا با یکی از حل های معتبر انجام شده برابر است.

دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) حل معادلات حاکم بر حرکت جریان به روش عددی می باشد، این معادلات شامل: بقای جرم (پیوستگی) و مومنتوم (قانون نیوتن) می باشد. این معادلات مجموعه ای از روابط دیفرانسیل غیر خطی می باشند که حل آنها بصورت تحلیلی برای کاربردهای مهندسی تقریباً غیرممکن است و ناگزیر حل عددی این معادلات مورد استفاده قرار می گیرد. معمولاً حل عددی معادلات حاکم بر اساس روش های تکراری بوده و طولانی و زمان بر است. پردازش موازی یکی از روش های مطرح برای کاهش زمان محاسبات و استفاده از توان محاسباتی چند هسته پردازشی بصورت همزمان می باشد. در حال حاضر پردازش موازی به دو صورت پردازش های مبتنی بر cpu و gpu می باشد. در تحقیق حاضر با توجه به امکانات موجود، cpu بکارگرفته شده است. در این زمینه دو مدل پردازشی حافظه اشتراکی و حافظه توزیع شده مطرح است که هر دو روش در این تحقیق پیاده سازی شده است. معادلات مورد استفاده در این تحقیق معادلات متوسط آب های کم عمق می باشد. نتایج حاصل از این پایان نامه نشان می دهد که پردازش موازی در حل عددی معادلات آب های کم عمق تا?ثیر زیادی داشته و می تواند زمان حل برنامه را تاحد زیادی کاهش دهد. همچنین درصورتی که تعداد سلول های محاسباتی زیاد باشد مدل حافظه اشتراکی کارایی بهتری نسبت به مدل حافظه توزیعی دارد درحالی که مدل حافظه توزیعی در شبکه با تعداد سلول کمتر کارایی بهتری از خود نشان داده است. در موازی سازی با این دو روش لازم است تمام حلقه هایی که قابلیت موازی سازی را دارا می باشند، موازی سازی گردند. در بیشتر موارد این تصور وجود دارد که با موازی سازی بخشی از برنامه راندمان افزایش می یابد و بهبود در سرعت اجرا حاصل می گردد، که با توجه به تجربه بدست آمده، نه تنها کمکی به بهبود کارایی برنامه نمی شود بلکه راندمان محاسبات کاهش می یابد. مقایسه دو روش gmres و tdma برای حل ذستگاه محاسبات مورد بررسی قرار گرفت که روش gmres به دلیل حل دقیق تر و همچنین حل ماتریس 5 قطری نیاز به حجم بالایی از حافظه داشته و در نتیجه زمان اجرای آن نسبت به tdma بیشتر است. همچنین از نظر بهبود در همگرایی نیز مدل gmres تاثیری بر روند همگرایی ندارد.