تداخل جریان دنباله سیال میان دو یا چند جسم را می‏توان در کاربردهای صنعتی زیادی از قبیل صنایع هوافضا و فن‏های خنک‏کننده مشاهده نمود. اجزایی از دستگاه‏ها که در جریان پشت قطعاتی از قبیل ایرفویل‏ها، پره‏ها و صفحات وجود دارد، تأثیر عمده‏ای در رفتار جریان عبوری از آنها دارد. در این پایان‏نامه اندرکنش میدان سرعت و آشفتگی جریان دنباله نزدیک ایرفویل به همراه یک استوانه در پشت آن به وسیله جریان‏سنج سیم‏داغ بررسی شده ‏است. پارامترهای اساسی این تحقیق فاصله استوانه از ایرفویل در راستای افقی و عمودی و عدد رینولدز است. مدلسازی براساس نسبت قطر استوانه به طول وتر ایرفویل (d/c)، محل قرارگیری آن، اعداد رینولدز 8500، 14300 و 20600 براساس قطر استوانه، انجام گرفته است. با توجه به فرکانس گردابه‏ها فرکانس داده‏برداری khz1 و khz2 منظور شده‏ است. نتایج تجربی چگونگی و محدوده گردابه‏های دنباله نزدیک استوانه واقع شده در پشت ایرفویل را نسبت به محل قرارگیری آن نشان می‏دهد. همچنین شدت توربولنسی و فرکانس گردابه‏های تولید شده در محدوده دنباله نزدیک استوانه با توجه به شکل گردابه‏ها بررسی شده ‏است. نتایج در نهایت به شکل نمودارهای سرعت متوسط، شدت نوسانات سرعت، مولفه‏های تنش رینولدز و فرکانس گردابه‏ها در ناحیه دنباله نزدیک ارائه و تحلیل شده‏اند.

تحلیل جریان برای بسیاری از کاربردهای مهندسی با مسأله ی دو و یا چند جسم نزدیک بهم در معرض جریان توأم است. تداخل جریان برای چند جسم در معرض جریان شامل تداخل لایه های برشی، دنباله ها و مسیرهای گردابه ای می باشد. به همین دلیل رفتار تداخلی با جریان اطراف جسم منفرد بسیار متفاوت و پیش بینی موفق عملکرد چند جسم در معرض جریان در کاربردهای صنعتی نیاز به شناسایی دقیق تداخل جریان در ناحیه دنباله دارد. نیروهای آیرودینامیکی، رفتار فرکانسی و آشفتگی های جریان در ترکیب پایه– پره از کاربردی ترین نمونه های تداخل دنباله و از اصلی ترین پارامترها در طراحی مهندسی می باشند. مکانیزم تداخل و دینامیک جریان برای این پروفیل به چیدمان اجزا شامل؛ زاویه حمله ایروفیل و موقعیت سیلندر نسبت به ایرفویل وابسته است. به منظور شناسایی اثر زاویه حمله بر جریان تداخلی اطراف این نوع پروفیل، در این تحقیق دنباله آشفته مدل ساده سیلندر پشت ایرفویل برای زوایای حمله مختلف ایرفویل و چندین موقعیت عمودی و افقی سیلندر به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تجربی به صورت نمودارهای طیف توانی مولفه نوسانی سرعت و مقادیر فرکانسی، میانگین افت اندازه حرکت خطی، ضریب پسا و پارامتر شدت آشفتگی ارائه و بر این اساس سه الگوی کلی برای تداخل دنباله سیلندر پشت ایرفویل شناسایی شده است. اندازه گیری های تجربی با روش دقیق جریان سنجی سیم داغ و در رینولدز کاربردی 8400 بر اساس قطر سیلندر و 60000 بر اساس وتر ایرفویل صورت گرفته است.

با جریان های گازی رقیق شده معمولاً در جریان داخل هندسه های کوچک نظیر mems و در کاربرد های فشار پائین نظیر وسایل در حال پرواز در ارتفاعات بالا و یا در حال کار کردن در خلأ های زیاد مواجه می شویم. این جریان ها با توجه به میزان رقیق شدگیشان به رژیم های جریان متفاوتی تقسیم می شوند. در جریان گازهای رقیق دو رژیم لغزشی و انتقالی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند. در رژیم لغزشی برهمکنش مولکولی در نزدیکی سطح اثرات خود را نشان می دهد که با اعمال شرایط مرزی لغزشی در معادلات ناویر-استوکس قابل حل می باشند؛ اما در رژیم جریان انتقالی اثرات زیاد برهمکنش مولکولی در کل جریان موجب از اعتبار انداختن معادلات ناویر-استوکس می شود. لذا برای حل جریان در این رژیم باید از روش های مولکولی استفاده شود. با توجه به اینکه برای بررسی دقیق جریان های دو فاز گاز-جامد نیاز به داده های هیدرودینامیکی و انتقال حرارتی ذره می باشد در پایان نامه حاضر به تحلیل جریان بر روی کره سه بعدی در رژیم های لغزشی و انتقالی پرداخته ایم. در بخش اول به جهت درک هر چه بهتر تاثیرات وابستگی دمایی خواص سیال و طول مشخصه جریان بر روی نرخ انتقال حرارت، جریان حول یک میکرو کره سه بعدی و غیر مقید در رژیم لغزشی شبیه سازی شده است. شروط مرزی لغزشی اعم از سرعت لغزشی و پرش دمایی به صورت عددی در معادلات ناویر-استوکس اعمال شده و خواص سیال از قبیل چگالی، ویسکوزیته، ضریب هدایت رسانایی و طول پویش آزاد مولکولی با دما متغیر در نظر گرفته شده است. اثرات خواص متغیر و تغییرات عدد نیودسن بر روی انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که در جریانات میکرو با نرخ انتقال حرارت بالا فرض خواص ثابت، فرضی خام و ابتدایی می باشد. علاوه بر این، سرعت لغزشی و پرش دمایی اثر معکوسی بر انتقال حرارت دارند: سرعت لغزشی بزرگ بر روی سطح، انتقال حرارت جابجایی را افزایش می دهد؛ از سوی دیگر پرش دمایی بزرگ با کاهش گرادیان دما روی سطح موجب کاهش انتقال حرارت می شود. در نتیجه نادیده گرفتن پرش دمایی که در خیلی از پژوهش های گذشته مرسوم بوده است موجب تخمین بیشتری از انتقال حرارت روی سطح می شود. در بخش دوم رژیم جریان سه بعدی انتقالی ماورای صوت روی یک کره با استفاده از روش dsmc مورد مطالعه قرار گرفته است. از کد dsmcfoam به عنوان حلگر مسئله استفاده شده، مدل کره سخت متغیر برای برخورد بین مولکولی و مدل دیواره پخشی برای برخورد مولکول با سطح در نظر گرفته شده اند. بررسی گسترده و جامعی روی پارامترهای موثر برانتقال حرارت جریان در رژیم انتقالی صورت گرفته است. به عنوان مثال مشاهده شد که با افزایش عدد نیودسن نرخ انتقال حرارت کاهش یافته اما افزایش عدد ماخ انتقال حرارت بیشتری را موجب می گردد. در قسمت پایانی این تحقیق به بررسی تاثیر ارتفاع پرواز بر پارامترهای انتقال حرارتی پرداخته ایم تا تاثیر همزمان تغییرات عدد ماخ و نیودسن را در نظر بگیریم. نتایج نشان می دهد که در طی مسیر فرود وسایل پروازی ماورای صوت میزان انتقال حرارت افزایش می یابد.

امروزه نازل‎های تزریق با تعداد سوراخ‎های مختلف و فشار کاری بالا به دلیل مزایایی همچون کاهش آلاینده‎ها و بهینه‎سازی مصرف سوخت به طور گسترده در سیستم سوخت‎رسانی موتورهای دیزل مورد استفاده قرار می‎گیرند. به دلیل فشار تزریق بالا، وقوع کاویتاسیون در این نازل‎ها اجتناب ناپذیر است. حضور کاویتاسیون و اغتشاش در نازل‏های چند سوراخه دیزل تاثیر زیادی بر توسعه و فروپاشی افشانه دارد. با این حال، تاکنون مکانیزم جریان کاویتاسیونی داخل نازل و تاثیر آن بر مشخصه های افشانه به طور کامل شناخته نشده است. در این تحقیق، شبیه سازی عددی جامعی به منظور مطالعه جریان داخل نازل‎های چند سوراخه و بررسی تاثیر آن بر مشخصه های افشانه انجام شده است. جریان کاویتاسیونی داخل نازل با استفاده از روش دوسیاله اویلری- اویلری شبیه سازی شده است. در این روش، سوخت مایع و بخار آن به صورت دو فاز پیوسته در نظر گرفته شده و معادلات حاکم برای هر فاز به صورت جداگانه حل شده است. توسعه و فروپاشی افشانه با استفاده از روش اویلری- لاگرانژی شبیه سازی شده است. از آنجائیکه تاثیر جریان داخلی بیشتر در ناحیه نزدیک نازل است، لذا برای ایجاد ارتباط بین جریان داخلی و خارجی از مدل فروپاشی اولیه کاملی استفاده گردیده که توانایی مشاهده همزمان اثرات کاویتاسیون، توربولانس و نیروهای آئرودینامیکی را بر فروپاشی افشانه دارد. اعتبار روش شبیه‎سازی با مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی بررسی شده است. بعد از اطمینان یافتن از صحت مدل محاسباتی، مطالعه پارامتری بر جریان کاویتاسیونی درون نازل‎های چند سوراخه و فروپاشی افشانه حاصل از آن‎ها صورت گرفته است. پارامترهای بررسی شده عبارتند از، تعداد سوراخ‎های نازل، زاویه انحراف سوراخ‎های نازل، حرکت سوزن نازل و نوع سوخت. نتایج بدست آمده به وضوح تاثیر این پارامترها را بر جریان داخل نازل و فروپاشی افشانه نشان می‎دهد.

به دلیل فشار تزریق بالا، وقوع کاویتاسیون در یک نازل تزریق دیزل اجتناب ناپذیر است. حضور کاویتاسیون و اغتشاش در یک نازل تزریق دیزل تاثیر زیادی بر توسعه و فروپاشی افشانه دارد. با این حال، مکانیزم جریان کاویتاسیونی نازل و تاثیر آن بر مشخصه های افشانه هنوز کاملا شناخته شده نیست. در این تحقیق، شبیه سازی عددی جامعی به منظور مطالعه جریان کاویتاسیونی داخل نازل و بررسی تاثیر آن بر مشخصه های افشانه انجام شده است. جریان کاویتاسیونی داخل نازل با استفاده از روش دوسیاله اویلری-اویلری شبیه سازی شده است. در این روش، سوخت مایع و بخار آن به صورت دو فاز پیوسته در نظر گرفته شده و معادلات حاکم برای هر فاز به صورت جداگانه حل شده است. توسعه و فروپاشی افشانه با استفاده از روش اویلری-لاگرانژی شبیه سازی شده است. از آنجائیکه تاثیر جریان داخلی بیشتر در ناحیه نزدیک نازل است، لذا برای ایجاد ارتباط بین جریان داخلی و خارجی از مدل فروپاشی اولیه کاملی استفاده گردیده که توانایی مشاهده همزمان اثرات کاویتاسیون، توربولانس و نیروهای آئرودینامیکی را بر فروپاشی افشانه دارد. اعتبار روش شبیه سازی با مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی بررسی شده است. بعد از اطمینان یافتن از صحت مدل محاسباتی، پارامترهای موثر بر جریان کاویتاسیونی نازل و فروپاشی افشانه بررسی شده است. این پارامترها عبارتند از فشار تزریق، فشار پایین دست، شعاع ورودی روزنه، همگرایی روزنه، طول آن و نوع سوخت. نتایج بدست آمده به وضوح تاثیر بالای مشخصه های هندسی نازل و پارامترهای دینامیکی را بر جریان داخل نازل و فروپاشی افشانه نشان می دهد.

یکی از این پدیده های محلی که باعث افزایش قابل ملاحظه ای در تنشهای حرارتی و مکانیکی موضعی می گردد، اندرکنش موج ضربه ای با لایه مرزی است . در این تحقیق جهت شناخت و بررسی دقیق کمی و کیفی پدیده مذکور، یک مدل عددی ارائه می گردد. در این مدل از الگوریتم ترکیبی روش ساده شکافت بردار شار و روش دقیق شکافت تفاضل شار و اعمال آن بر معادلات کامل ناویراستوکس تراکم پذیر بطریقه صریح استفاده شده است . چون روشهای شکافت بردار شار ذاتا" با پخش عددی نسبتا" زیادی همراه هستند و این مسئله باعث اغراق آمیز جلوه نمودن پخش فیزیکی در جریان های لزج می گردد، لذا با ارائه یک الگوریتم ترکیبی جدید، تحت نام اختصاری ldausm، از پخش عددی کاسته شده است .