جریان در مجاری خمیده از جمله مسائل کلاسیک و پایه در مکانیک سیالات محسوب می شود که دارای کاربردهای متنوعی در زمینه های مختلف صنعتی و پزشکی است. تاکنون تحقیقات آزمایشگاهی، تحلیلی و عددی بیشماری در خصوص این جریان صورت گرفته که عمده این تحقیقات در مورد سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آنها متوجه سیالات غیرنیوتنی و بویژه سیالات ویسکوالاستیک است. در این تحقیق، جریان و انتقال حرارت سیال ویسکوالاستیک در کانال خمیده دارای مقطع مستطیلی در حالات ایستا و چرخان مورد بررسی قرار می گیرد. هدف اصلی از پژوهش حاضر، شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک بر این جریان است. برای این منظور از مدل کریمینال-اریکسون-فیلبی (cef) به عنوان معادله متشکله سیال ویسکوالاستیک استفاده شده که قادر به ارائه اثر توابع ویسکومتریک غیرخطی و بویژه هر دو مقدار اختلاف تنش های نرمال اول و دوم است. در این تحقیق، مطالعه جریان و انتقال حرارت در مجاری خمیده با استفاده از روش های تحلیلی و عددی انجام شده است. در اینجا با استفاده از تکنیک مرتبه بزرگی رابطه تحلیلی برای تعادل نیروها در ناحیه هسته جریان در کانال خمیده ارائه می شود که به شناخت نحوه اثر نیروهای موثر بر میدان جریان کمک شایانی می نماید. همچنین برای نخستین بار با استفاده از این تکنیک روابط تحلیلی برای میدان جریان خزشی سیال مرتبه دو در کانال های خمیده دارای مقطع مستطیلی ارائه می شود. در اینجا برای اثبات اثرات متضاد ثابت های زمانی رهایی از تنش و تاخیر سیال ویسکوالاستیک بر دبی جریان در مجاری خمیده از روش حساب اختلالات استفاده شده است. به دلیل وجود دشوارهای محاسباتی در راه استفاده از این روش برای مطالعه جریان در مجاری خمیده غیر مدور، این اثرات در مجاری خمیده مدور مطالعه شده است. با استفاده از این نتایج تحلیلی نشان داده می شود که در سیالات دارای مقادیر ثابت زمانی نسبتاً بزرگ، میزان مقاومت جریان ویسکوالاستیک از جریان نیوتنی بیشتر است حال آنکه در سیالات دارای مقادیر ثابت زمانی تاخیر بزرگ این اثر برعکس بوده و جریان از خود رفتار کاهش پسا نشان می دهد. همچنین نتایج عددی مربوط به جریان در کانال خمیده مستطیلی نیز به این پدیده دلالت دارد. بخش اصلی نتایج این پژوهش مربوط به نتایج حاصل از شبیه سازی عددی است. در اینجا از روش تفاضل محدود برای گسسته سازی معادلات حاکم بر روی شبکه جابجا شده استفاده شده و نحوه اختصاص پارامترهای میدان جریان و انتقال حرارت بر روی این شبکه مطابق روش علامتگذاری و سلول است. همچنین روش تراکم پذیری مصنوعی جهت تخمین فشار در طی گامهای زمانی تحلیل به کار گرفته شده و از برخی تکنیک های عددی برای پایدار نمودن حل عددی در خواص الاستیک بزرگ استفاده شده است. بر اساس شبیه سازی عددی، صحت نتایج حاصل از حل عددی ارزیابی شده و استقلال پاسخ های عددی از شبکه تحقیق شده است. همچنین اثر پارمترهایی نظیر عدد رینولدز، عدد دین، عدد روزبی، عدد الاستیک، عدد وایزنبرگ، نسبت انحنا، نسبت ابعادی، اثر ویسکوزیته و ثابت های اختلاف تنش نرمال اول و دوم وابسته به نرخ برش بر میدان جریان و انتقال حرارت در جریان خزشی و اینرسی (در حالات پایدار و ناپایدار) به روش عددی مورد بررسی قرار می گیرد. در اینجا برای نخستین بار نشان داده می شود که برخلاف جریان خزشی سیال نیوتنی در کانال خمیده، جریان خزشی سیال ویسکوالاستیک در کانال خمیده می تواند ناپایدار شود. از نوآوری های دیگر تحقیق حاضر آن است که برخلاف تحقیقات پیشین، اثر اختلاف تنش های نرمال بطور مجزا بر میدان جریان بررسی شده و نشان داده می شود که ازدیاد اختلاف تنش نرمال اول با افزایش شدت جریانهای ثانویه همراه بوده و می تواند سبب بروز ناپایداری در جریان شود حال آنکه ازدیاد اختلاف تنش نرمال دوم منفی دارای اثر کاملاً متضادی بوده و در جهت پایدار نمودن جریان عمل می نماید.

در مطالعه حاضر یک حل تحلیلی دقیق برای انتقال حرارت پایدار و ناپایدار دو بعدی در لمینیت های استوانه ای کامپوزیتی ارائه گردیده است. لمینیت مورد نظر استوانه ای شکل بوده و رشته ها به دور استوانه پیچیده شده اند، همچنین راستای رشته ها در هر لایه می تواند با لایه های دیگر متفاوت باشد. در این تحقیق بر روی انتقال حرارت متقارن محوری با در نظر گرفتن هدایت در جهت طولی و شعاعی تمرکز کرده ایم. شرایط مرزی حرارتی اعمال شده به صورت کلی و شامل اثرات هدایت، جابجایی و تشعشع در مرزهاست. یافتن کلی ترین حل ممکن بر مبنای شرایط مرزی پیچیده یکی از مهمترین نوآوری های مطالعه حاضر است. به منظور حل مساله در حالت پایدار، ابتدا با استفاده از تئوری اشترم-لیوویل تبدیل فوریه مناسب بدست آمده است سپس با استفاده از این تبدیل، معادله دیفرانسیل جزئی هدایت در استوانه به یک معادله معمولی تبدیل شده است. به دلیل تغییر زاویه الیاف در هر لایه، یک دستگاه معادلات برای ضرایب تبدیل فوریه بر اساس شرایط مرزی داخل و خارج استوانه و همچنین پیوستگی شار و دما در مرز بین لایه ها بدست آمده است، که این دستگاه معادلات با استفاده از الگوریتم توماس حل گردیده است و نهایتا با اعمال تبدیل فوریه معکوس توزیع دمای نهایی بدست آمده است. در حالت ناپایا حل کمی پیچیده تر است زیرا ابتدا بایستی با استفاده از تبدیل لاپلاس مساله را از حوزه زمان به مکان منتقل نمود و سپس مشابه حالت پایدار به ساخت تبدیل فوریه مناسب و حل مساله پرداخت؛ جواب بدست آمده در حوزه مکان با استفاده از تبدیل لاپلاس معکوس به حوزه زمان منتقل می شود که با توجه به پیچیدگی انتگرال حاصل از روشی موسوم به روش توابع مرومرفیک برای محاسبه لاپلاس معکوس استفاده شده است. در پایان با ارائه مثال های کاربردی مثل مخزن انبارش، پین فین و لوله خنک کن راکتور هسته ای با شار حرارتی متغییر سینوسی در جهت طولی ، به بررسی اثر تغییر زاویه الیاف روی توزیع درجه حرارت در لایه های کامپوزیتی پرداخته شده و نشان داده شده است که توزیع درجه حرارت برای هر لایه کامپوزیتی با زاویه الیاف دلخواه بین توزیع درجه حرارت برای زوایای و قرار دارد.

رساله حاضر شامل 4 فصل می باشد. فصل اول، به توصیف ویژگی های منحصر بفرد فیبرهای کریستال فوتونی می پردازد. از بررسی خصوصیات کریستال های فوتونی، که موادی با توزیع متناوب ضریب شکست هستند، و گذری بر فیبرهای نوری معمولی تا فیبرهای کریستال فوتونی آغاز شده، و با توصیف دو سازوکار انتشار نور در فیبرهای کریستال فوتونی که شامل بازتاب کلی داخلی و شکاف باند فوتونی می باشند، ادامه می یابد. در فصل دوم، انواع اتلاف برای هر دو دسته فیبرهای کریستال فوتونی، فیبرهای هسته پر و هسته تهی، معرفی شده اند. همچنین در این فصل به نتایج بررسی های محققین پرداخته شده است. علیرغم روش های عددی مختلفی که در بررسی فیبرهای کریستال فوتونی بکار گرفته شده-اند، روش اجزای محدود به علت دقت بسیار بالای آن همواره مورد توجه بوده است. به همین منظور در رساله حاضر به بررسی فیبرهای کریستال فوتونی با روش اجزای محدود پرداخته شده، که فصل سوم شامل ارائه معرفی مختصری از روش اجزای محدود می باشد. در فصل پایانی نیز به محاسبه و بررسی اتلاف حبسی و پراکندگی سرعت گروه برای دو نوع فیبر کریستال فوتونی hf و فیبر کریستال فوتونی با حفره هوا کمکی(ahaof) با استفاده از روش اجزای محدود پرداخته شده، همچنین اثر کسر پرشدگی هوا و تعداد حلقه های حفره های هوا بر ضریب شکست موثر و پراکندگی سرعت گروه، مورد بررسی قرار گرفته اند. با مطالعه نتایج مربوط به بررسی اتلاف حبسی و پراکندگی سرعت گروه برای فیبر حفره دار و فیبر با حفره هوا کمکی، مشاهده شد که اتلاف حبسی فیبر حفره دار مورد بررسی نه تنها مقدار کمتری دارد بلکه تغییرات کمتری در 1300nm<?<1700nm نیز نسبت به فیبر با حفره هوا کمکی نشان می دهد. همچنین تغیرات پراکندگی سرعت گروه برای هر دو نوع فیبر به خوبی با روش های عددی دیگر سازگار است. با توجه به مطالعات انجام شده در بررسی اثر میزان کسر پرشدگی هوا و تعداد حفره های هوا بر پراکندگی سرعت گروه، مشاهده شد که این پارامتر با تغییر کسر پرشدگی هوا متفاوت رفتارهای مختلفی دارد ولی ضریب شکست موثر فیبر برای فیبرهای با کسر پرشدگی هوا متفاوت رفتاری شبیه به هم دارند.

در این تحقیق، جریان و انتقال حرارت سیال ویسکوالاستیک در تبدیل همگرا و واگرای متقارن محوری به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی در حالت کلی در مختصات استوانه ای ارائه شده اند و سپس روابط کلی معادله ساختاری سیال ویسکوالاستیک (مدل cef) ارائه و توابع ویسکومتریک لزجت، اختلاف تنش عمودی اول و دوم با استفاده از مدل کاریو-یاسودا ارائه شده است. در ادامه، روش عددی مورد استفاده تشریح و معادلات حاکم در این تحقیق، با استفاده از روش تفاضل محدود به صورت صریح گسسته سازی شده اند. جهت پایداری عددی بیشتر، شبکه عددی جابجا شده به کار گرفته شد تا پارامترهای جریان به یکدیگر جفت شده و حل عددی همگرایی بهتری پیدا کند. جهت حل پیمایش زمان مجازی، از روش تراکم پذیری مصنوعی استفاده شده تا فشار نیز مانند پارامتر های دیگر جریان در هر زمان محاسبه شود. نتایج عددی برای سیال نیوتنی و ویسکوالاستیک شامل خطوط جریان، توزیع سرعت، توزیع فشار، تنش برشی، لزجت، دما، ناسلت و ... ارائه و در ذیل به گزیده ای از نتایج حاصله از از این حل عددی اشاره شده است. - خاصیت الاستیک سیال، باعث کاهش بیشینه سرعت محور در مرکز می شود. - افت فشار سیال نیوتنی در مقایسه با سیال نیوتنی تعمیم یافته (رقیق شونده) و ویسکو-الاستیک بیشتر می باشد. - کاهش اندیس توانی n، باعث افت فشار کمتر و افزایش خاصیت الاستیک باعث افزایش افت فشار می شود. - طول جریان در حال توسعه سیال رقیق شونده و ویسکوالاستیک از سیال نیوتنی بیشتر می-باشد. در حالت کلی، کاهش اندیس توانی، باعث افزایش طول در حال توسعه جریان و افزایش خاصیت الاستیک باعث کاهش این طول می شود. - گردابه های ایجاد شده در جریان سیال در تبدیل واگرا، برای سیال ویسکوالاستیک و رقیق-شونده بزرگتر از سیال نیوتنی می باشد. در حالت کلی، کاهش اندیس توانی n باعث افزایش طول گردابه و افزایش اختلاف تنش اول باعث کاهش این طول می شود و اختلاف تنش دوم تاثیری بر گردابه ها ندارد. - نرخ برش تعمیم یافته سیال در کنار دیواره ها و در منطقه ای که تغییر سطح مقطع وجود دارد به شدت بالاست و همین امر باعث کاهش لزجت سیال در این مناطق می شود. - نرخ برش تعمیم یافته سیال در خط مرکزی در قسمت توسعه یافته جریان و مناطق مرکزی گردابه ها مقادیر کوچکی دارد و همین امر باعث می شود لزجت بی بعد سیال تقریبا به مقدار یک برسد. - توزیع ناسلت در تبدیل همگرا و واگرا به دلیل وجود دیواره عمودی در محل تغییر سطح مقطع، در این منطقه دارای بیشینه محلی می باشد و پس از آن به مقدار ثابتی میل می کند. - ناسلت سیال ویسکوالاستیک بیشتر از سیال نیوتنی می باشد.

مطالعه جریان بر روی سیلندر، از جمله مسائل کلاسیک و پایه در دینامیک سیالات محسوب ‏می‏‏‏‏شود که دارای کاربردهای متنوعی در صنایع گوناگون است. تاکنون تحقیقات آزمایشگاهی و عددی بیشماری در خصوص این جریان صورت گرفته که عمده این تحقیقات در خصوص سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آن‏ها متوجه سیالات غیرنیوتنی و بویژه سیالات ویسکوالاستیک است. هدف اصلی از پژوهش حاضر، شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک بر ساختار و الگوی این جریان می‏باشد. در این تحقیق، به مطالعه عددی جریان اینرسی سیال ویسکوالاستیک در عبور از روی یک سیلندر دایروی پرداخته شده است. به منظور مدل‏سازی این جریان، از نرم‏افزار منبع‏باز openfoam که یک جعبه ابزار دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) ‏می‏‏‏‏باشد، استفاده شده است. این نرم افزار از شیوه عددی حجم محدود (fvm) برای حل معادلات با مشتقات جزئی استفاده ‏می‏‏‏‏کند. در این‏جا برای نخستین بار جهت بررسی جریان سیال ویسکوالاستیک حول سیلندر، از مدل گزیکس به عنوان معادله ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. این مدل غیرخطی از توانایی برجسته‏ای در توصیف ویسکوزیته در ناحیه توانی و همچنین اثر اختلاف تنش‏های نرمال برخوردار است. بر اساس شبیه‏سازی عددی، صحت نتایج حاصل از حل عددی ارزیابی و استقلال پاسخ‏‏ها‏‏ی عددی از شبکه بررسی شده است. در این تحقیق اثر اعداد رینولدز و وایزنبرگ و همچنین ضریب تحرک در مدل گزیکس، بر الگوی گردابه‏‏ها‏‏ی فون‏کارمن مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده می‏شود که ازدیاد خاصیت الاستیک سیال در قالب عدد وایزنبرگ، منجر به کاهش محسوس فرکانس و دامنه نوسانات‏‏ و افزایش طول ناحیه جریان برگشتی، پیش از رسیدن به عدد رینولدز بحرانی و شروع نوسانات در جریان ‏می‏‏‏‏گردد. شایان ذکر است که این خاصیت از سیال، ناپایداری در جریان را تشدید نموده و رینولدز بحرانی را کاهش ‏می‏‏‏‏دهد. از دیگر نوآوری‏‏ها‏‏ی تحقیق حاضر، بررسی اثر ضریب تحرک سیال ویسکوالاستیک بر فرکانس گردابه‏‏ها‏‏ی فون‏کارمن ‏می‏‏‏‏باشد. بررسی‏ها نشان می دهد که افزایش این ضریب، فرکانس نوسانات در در جریان را تقویت نموده و سبب ازدیاد ناپایداری در جریان می‏شود.

برای انجام مدلسازی از نرم افزار منبع باز و رایگان openfoam استفاده شده است. دلایل این انتخاب قدرتمند بودن نرم افزار و امکان تغییر کدهای آن بوده است. برای مدلسازی آشفتگی از روش مدلسازی ادی های بزرگ اسماگورینسکی استفاده شده که قوی ترین مدل توربولانسی قابل کاربرد موجود می باشد (dns برای این کار از لحاظ هزینه غیر ممکن می باشد). برای انجام محاسبات openfoam نیاز به سیستم عامل linux و یادگیری کار در این محیط و برنامه نویسی فایل های مربوطه می باشد. همچنین حسب مورد نیاز، کد های لازم برای انجام محاسبات به این نرم افزار به زبانc++ اضافه گردید. برای امکان انجام محاسبات از کامپیوتر core i7 استفاده گردید تا این حجم از محاسبات امکان پذیر باشد. در openfoam از حل کننده pisofoam استفاده گردید که از الگوریتم piso استفاده می نماید. در ابتدا نتایج کانال مربع شکل با کارهای قبلی مقایسه گردید و پس از اطمینان از صحت عملکرد، برای سایر اشکال کانال ها کار مدل سازی صورت گرفت. در نهایت دو مقاله از این تحقیق در دو کنفرانس ارائه گردید و یک مقاله در یک مجله علمی پژوهشی و یک مقاله نیز در کنفرانس انجمن هیدرولیک ایران در حال بررسی می باشد.

در تحقیق حاضر، مدل سازی سه بعدی جریان و انتقال حرارت سیال ویسکوالاستیک در حال توسعه در کانال های مستطیلی با استفاده از معادلات متشکله غیر خطی مدنظر قرارگرفته است. به علت وجود خواص فیزیکی متفاوت سیالات ویسکوالاستیک با سیالات نیوتنی، برخی پدیده های خاص در جریان این گونه سیالات اتفاق می افتد که معادلات حاکم بر سیالات نیوتنی قادر به مدل سازی صحیح جریان این سیالات و پدیده های واقع در آنها نمی باشد. از این رو جهت تحلیل و مدل سازی این سیالات، معادلات متشکله گوناگونی پیشنهاد شده است که در تحقیق پیش رو از برخی از آنها استفاده شده است. یکی از پدیده های متفاوت در جریان سیالات ویسکوالاستیک، تشکیل جریان های ثانویه در مقاطع عمود بر جریان اصلی کانال های غیر دایروی می باشد که انتظار می رود این جریان-های ثانویه با بالا بردن شدت جریان های عرضی در کانال، باعث افزایش انتقال حرارت و جرم در جریان سیال شوند. تا کنون تحقیقات بی شماری در زمینه جریان سیال ویسکوالاستیک در هندسه ها و شرایط متفاوت با استفاده از روش های عددی، تحلیلی و یا تجربی انجام شده است ولی اکثر تحقیقات انجام شده معطوف به ناحیه توسعه یافته جریان می باشد و از ناحیه در حال توسعه جریان تحقیق جامعی منتشر نشده است. از این رو علاوه بر حل سه بعدی جریان، تحلیل و بررسی ناحیه در حال توسعه نیز به صورت خاص مدنظر قرار گرفته است. لازم بذکر است که با توجه به اینکه گروه کثیری از سیالات ویسکوالاستیک، مذاب های پلیمری می باشند و در این حالت تفاوت دمایی زیادی در جریان سیال مشاهده می شود و همچنین با توجه به حساسیت برخی خواص مواد ویسکوالاستیک به دما، حل معادله انرژی به همراه معادلات جریان لازم به نظر می رسد. از طرف دیگر برخی از خواص سیال همچون لزجت، ضریب رسانش حرارتی، ظرفیت حرارتی ویژه و همچنین ضریب آسودگی از تنش، تابعی از دما در نظر گرفته شده و با تغییرات دما در نقاط مختلف کانال تغییر می کنند. از این رو در تحقیق حاضر علاوه بر حل همزمان معادله انتقال حرارت به همراه معادلات جریان، برخی از خواص سیال نیز به صورت تابعی از دما در نظر گرفته شده اند. البته در نهایت سعی شده است با تعریف دمایی میانگین به عنوان دمای مرجع و محاسبه کمیت های فوق در این دما، خطای موجود از فرض ثابت بودن کمیت ها را به حداقل رسانده و از تعریف تابع دمایی برای کمیت های مذکور صرف نظر شود. همچنین در قسمتی از این تحقیق با در نظر گرفتن وابستگی دانسیته سیال به دما، اثر جابجایی آزاد نیز در مکانیزم انتقال حرارت بررسی شده است. جهت مدل سازی عبارت تنش از معادله متشکله فن تین تنر که یک معادله غیر خطی بوده و شامل اثرات الاستیک و نازک شوندگی ویسکوزیته می باشد، استفاده شده است. لازم به ذکر است که در تحقیق حاضر، عدم تطابق شرایط حاکم با شرایط اولدروید احراز شده که در این صورت جریان های ثانویه قادر به مدل سازی می باشند. همچنین در این تحقیق از معادلات متشکله دیگری نیز جهت مدل سازی عبارت تنش استفاده شده است که در ادامه توضیحات در مورد این معادلات متشکله و نتایج بدست آمده از آنها بحث خواهد شد. معادلات حاکم بر مسئله مورد نظر، معادلات بقا به همراه معادله متشکله بوده که گسسته سازی این معادلات با استفاده از روش تفاضل محدود و بر روی یک شبکه جابجاشده صورت پذیرفته است. در این حالت برای رهایی از تعریف شرط مرزی فشار، مقادیر فشار را برروی شبکه داخلی تعریف نموده که در این صورت نیازی به تعریف شرط مرزی برای فشار در مسئله به وجود نمی آید. بقیه مقادیر و پارامترهای مسئله نیز به صورت مشترک برروی شبکه داخلی و خارجی تعریف می شوند. پس از گسسته سازی، جهت حل معادلات حاکمه از روش تراکم پذیری مصنوعی که در نهایت منجر به حل صریح معادلات می گردد و یک ارتباط دوطرفه بین معادلات پیوستگی و مومنتوم برقرار می نماید، استفاده شده است. این روش که مخصوص حل معادلات در حالت دائم می باشد، با اضافه نمودن یک ترم متغیر با زمان به معادلات، آنها را در ظاهر به صورت گذرا تبدیل نموده ولی در نهایت با رسیدن به حل دائم مسئله، ترم های اضافه شده به سمت صفر میل کرده و جواب دائم مسئله که مورد نظر این تحقیق می باشد به دست می آید. شرایط مرزی هیدرودینامیکی و حرارتی مسئله برروی مرزهای ورودی وخروجی، دیواره ها و همچنین مرزهای تقارن طبق اصول مکانیک سیالات و انتقال حرارت در نظر گرفته شده است و همچنین مسئله با دو شرط مرزی حرارتی دمای دیواره ثابت و شار حرارتی ثابت به دیواره ها، مورد بررسی قرار گرفته است. همانطور که گفته شد، حل جریان ویسکوالاستیک در حال توسعه جزو نوآوری های انجام شده در این تحقیق می باشد و علاوه بر آن حل همزمان معادله انرژی به همراه معادلات جریان و فرض خواص تابع دما و همچنین بررسی اثر مکانیزم جابجایی آزاد در انتقال حرارت جریان سیال نیز از دیگر نوآوری های انجام شده در این تحقیق به حساب می آید. لازم به ذکر است که علاوه بر نتایج مربوط به محدوده در حال توسعه، اثر برخی از پارامترهای بی بعد بر جریان و انتقال حرارت نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج از تطابق خوبی با نتایج تحقیقات دیگر در این زمینه برخوردار می باشد.

جریان های فروصوتی در کانالهای انبساطی از جمله مسائل مهم و اساسی در مکانیک سیالات به شمار می آیند که دارای کاربردهای فراوانی در شیپوره ها، تبدیلات لوله کشی، مبدل های حرارتی، پر شدن قالب های ریخته گری، شکل دهی فلزات، و ... می باشد. از اینرو در طی چند دهه اخیر بسیاری از محققان به بررسی تحلیلی، تجربی و عددی این جریان ها پرداخته اند. بر خلاف تحقیقات مشابه پیشین که همگی به مطالعه جریان در کانال های دارای انبساط ناگهانی (زاویه 90 درجه) پرداخته اند، در پژوهش حاضر جریان در کانال دارای انبساط تدریجی در زوایای مختلف بررسی شده که این امر از مهمترین نوآوری آن به شمار می آید. در مطالعه حاضر نسبت انبساط 1:3 و زوایای انبساط 30، 45، 60 و 90 درجه در نظر گرفته شده است. هدف اصلی از این پژوهش شناخت بهتر اثرات مقدار زوایا، عدد رینولدز و عدد وایزنبرگ بر ساختار و الگوی جریان در زوایای مختلف می باشد. به منظور مدل‏سازی این جریان، از نرم‏افزار منبع‏باز openfoam که یک جعبه ابزار دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) ‏می‏‏‏‏باشد، استفاده شده است. ابتدا معادلات پیوستگی و مومنتوم به فرم کلی در مختصات کارتزین بیان شده و سپس روابط کلی معادله ساختاری سیال ویسکوالاستیک (مدل mptt) و توابع ویسکومتریک لزجت ارائه شده است. معادلات حاکم در این تحقیق، با استفاده از روش حجم محدود به-صورت صریح گسسته سازی شده اند. جهت حل پیمایش زمانی مجازی، از الگوریتم پیزو در حالت گذرا استفاده شده است تا پارامترهای جریان در هر گام زمانی پایدار و ثابت شوند و بعد گام زمانی افزایش یابد تا همگرایی پارامترها به جواب های صحیح و منطقی حاصل شود. بررسی دقت و صحت نتایج حل عددی بر اساس نتایج انبساط ناگهانی (با زاویه 90 درجه) صورت گرفته است. در انتها برای جریان سیال نیوتنی، تمام مشخصه های طولی و عرضی گردابه ها در مجاورت دیوار بالا و پایین کانال به صورت منظم و دسته بندی شده در جداول فصل نتایج آورده شده است. همچنین نتایج حاصل از بررسی عددی برای جریان سیال نیوتنی و سیال ویسکوالاستیک به صورت خطوط جریان، کانتور سرعت و سرعت روی خط مرکزی کانال ترسیم شده و نتایج حاصل از بررسی آن به طور مفصل در فصل آخر آورده شده است.

چکیده حرکت و شکل قطره در حال سقوط در فاز سیالی دیگر از اهمیت ویژه ای در دینامیک سیالات برخوردار است. اهمیت این موضوع را می توان در جداسازی سیالات به خصوص در زمینه های صنعت نفت و پترشیمی، تولید دارو (بویژه پنی سیلین)، ته نشینی مواد موجود در فاضلاب ها، نیروگاه ها (برج های خنک کننده)، مبدل های حرارتی و ... مشاهده نمود. از بین کاربردهای گفته شده برای سقوط قطره در صنعت، بخشی از آنها در دسته سیالات ویسکوالاستیک قرار دارند. به عبارت دیگر، در بسیاری از موارد حرکت قطره ویسکوالاستیک در سیال نیوتنی، قطره نیوتنی در سیال ویسکوالاستیک و قطره ویسکوالاستیک در سیال ویسکوالاستیک مورد نظر است. این تحقیق برآن است که حرکت و شکل سقوط قطره ویسکوالاستیک در سیال نیوتنی را مورد بررسی قرار دهد. جریان مورد نظر خزشی بوده و روش های آزمایشگاهی و تحلیلی مد نظر می باشد. برای قطره نیوتنی در حال سقوط در فاز نیوتنی که دارای جریان خزشی باشد، شکل قطره کاملاً کروی می-باشد. این در حالی است که، شکل قطره ویسکوالاستیک در حال سقوط در فاز نیوتنی با افزایش حجم قطره برای سیال ویسکوالاستیک مشخص و افزایش خاصیت الاستیک برای قطره ای با حجم مشخص از حالت کروی خارج می گردد. با افزایش حجم قطره شکل آن به قطره ای پهن شده تبدیل می شود تا اینکه در حجم معینی (حجم بحرانی) یک حفره در قسمت انتهایی قطره (در بالاترین نقطه قطره) پدیدار شده و باعث فرورفتن قطره به داخل خود در این قسمت می گردد. تغییر شکل قطره، ناشی از نیروهایی است که در فصل مشترک دو سیال وارد می شود. نیروهای وارده بر قطره ویسکوالاستیک در حال سقوط در سیال نیوتنی ساکن شامل نیروی وزن، کشش سطحی، فشار و تنش های ویسکوالاستیک است. در بین این نیروها کشش سطحی و تنش های ویسکوالاستیک نسبت به بقیه موارد دارای بیشترین تأثیر روی شکل قطره در حال سقوط می باشند. برای یک سیال ویسکوالاستیک مشخص به عنوان فاز قطره با خواص رئولوژی ثابت، افزایش حجم سبب تولید حفره در قسمت انتهایی قطره می شود. برای قطرات به اندازه کافی کوچک شکل قطره کروی باقی می ماند چرا که در این حالت، نیروی کشش سطحی به عنوان نیروی غالب عمل کرده و این نیرو همواره سعی دارد تا قطره کرویت خود را حفظ کرده و کمترین مساحت ممکن را اشغال نماید. با افزایش حجم قطره ویسکوالاستیک در حال سقوط، مولفه نرمال تنش ویسکوالاستیک به نیروی کشش سطحی غلبه کرده و باعث ایجاد حفره ای در قسمت انتهایی قطره می شود. این روند بر حرکت قطره نیز تأثیر دارد بطوریکه سرعت نهایی سقوط قطره ویسکوالاستیک در مقابل قطره نیوتنی با شرایط یکسان کاهش می یابد. در قسمت آزمایشگاهی تحقیق حاضر از روغن سیلیکون به عنوان سیال نیوتنی محیط و از محلول آب/گلیسیرین و پلیمر گزانتام به عنوان فاز قطره استفاده شده است. برای تولید قطرات با حجم های مختلف از نازل هایی با قطر متفاوت استفاده شده است. آنالیز تصاویر بدست آمده از مشاهدات آزمایشگاهی به وسیله برنامه های پردازش تصویر صورت گرفته است. روش حل تحلیلی استفاده از حساب اغتشاشات می باشد. اعداد بی بعد دبورا و مویینگی به عنوان پارامترهای اغتشاشی در نظر گرفته شده اند. مدل شبه خطی اولروید-بی و غیرخطی گزیکس برای شبیه سازی حرکت و شکل قطره ویسکوالاستیک در حال سقوط به کار گرفته شده است. با مقایسه نتایج حاصل از مشاهدات آزمایشگاهی و حل تحلیلی مشخص شده است که نتایج بدست آمده از هر دو مدل اولروید-بی و گزیکس نسبت به مطالعات پیشین بهتر بوده است. همچنین مشخص شده است که مدل غیر خطی گزیکس دارای تطابق بیشتری با نتایج آزمایشگاهی نسبت به مدل اولروید-بی می باشد که در مورد شکل پایای قطره ویسکوالاستیک نسبت به حرکت آن مشهودتر است. همچنین در تحقیق حاضر مشخص شده است: - حفره ایجادی با افزایش اعداد بی بعد دبورا و مویینگی رشد می کند که سرعت رشد آن برای عدد مویینگی نسبت به عدد دبورا بیشتر است. - تغییرات نسبت ویسکوزیته تأثیر زیادی روی شکل قطرات ندارد. - افزایش نسبت ویسکوزیته قطره ویسکوالاستیک باعث رشد حفره تولیدی در قطره می گردد. - سرعت نهایی قطره ویسکوالاستیک در مقابل قطره نیوتنی کاهش می یابد و با افزایش خاصیت الاستیک قطره روند کاهش آن تسریع می گردد. - با افزایش ضریب تحرک برای مدل گزیکس سرعت سقوط قطره کاهش پیدا می کند. - با افزایش خاصیت الاستیک قطره ویسکوالاستیک میدان های سرعت داخل قطره توسعه یافته و رشد می کنند.

آلکواکسیدهای فلزی با فرمول عمومی m(or)n، به طور گسترده ای به عنوان کاتالیست و پیش ماده برای تهیه ی سرامیک ها به شکل لایه ها و الیاف نازک، به روش های cvd یا سل-ژل بکار می روند. دیده شده است که بیشتر آلکواکسیدهای فلزی در برابر گروه هیدروکسیل بسیار واکنش پذیر هستند و به سادگی با رطوبت هیدرولیز می شوند. بنابراین پایدارسازی آن ها با لیگاندهای کی لیت کننده یا گروه های حجیم، در فرآیند سل-ژل مورد توجه است. در این پروژه، 8-هیدروکسی کوئینولین، متیل 2-پیریدیل کتون اکسیم (mpko) و 1-(هیدروکسی ایمین)-1-نفتیل اتان به عنوان لیگاندهای کی لیت کننده و تری فنیل متانول به عنوان یک لیگاند حجیم برای پایدار سازی ti(oipr)4 ، hf(oipr)4 و nb(oet)5 بکار گرفته شد. این آلکواکسیدهای پایدار شده، با طیف سنجی های ft-ir و 1h nmr شناسایی شدند. همچنین ساختار بلوری کمپلکس های(2) [ti(oipr)(ocph3)3]، (3) [hf2(oipr)6(oc9h6n)2] و (4) [nb4o4(oc2h5)8(c7h7n2o)4].3ch2cl2 به وسیله ی پراش پرتو x از تک بلور تعیین گردید. کمپلکس(2) در شبکه ی بلوری مکعبی با گروه فضایی pa3 ? و 8 واحد فرمولی با بعد a=21.187(3) ? متبلور می شود. ساختار این کمپلکس از یک کاتیون تیتانیوم چهار وجهی انحراف یافته که یک گروه ایزوپروپواکسی و سه لیگاند تری فنیل متانول به آن کوئوردینه شده اند، ساخته شده است. کمپلکس(3) در شبکه ی بلوری مونوکلینیک با گروه فضایی c2/c و 4 واحد فرمولی با ابعاد a=19.6922(10) ?، b=12.8395(8) ?، c=16.2160(7) ? و زاویه ی ?=105.697(4)? متبلور می شود. ساختار این کمپلکس از دو کاتیون هافنیم هشت وجهی انحراف یافته ساخته شده است که دو گروه ایزوپروپواکسی، میان آن ها پل شده و در یک یال مشترک اند. همچنین دو گروه ایزوپروپواکسی و یک لیگاند 8-هیدروکسی کوئینولات بر روی هر اتم hf دیده می شود. کمپلکس(4) در شبکه بلوری مونوکلینیک با با گروه فضایی c2/c و 4 واحد فرمولی با ابعاد a=12.111(2) ?، b=18.849(4) ?، c=27.992(4) ? و زاویه ی ?=96.29(3)? متبلور می شود. ساختار این کمپلکس از چهار کاتیون نایوبیوم دو هرمی پنج ضلعی انحراف یافته ساخته شده است که در سه یال مشترک اند و لیگاندهای اکسو میان آن ها پل شده اند. دو گروه اتواکسی نیز بر روی هر اتم nb در موقعیت های محوری قرار گرفته اند. همچنین چهار لیگاند mpko در این ساختار وجود دارد که دو تا از آن ها با اتم های نیتروژن پیریدیل و اکسیمات به یک اتم nb و با اتم اکسیژن اکسیمات به اتم nb دیگر، کوئوردینه کرده اند. درحالیکه دو لیگاند mpko دیگر، با اتم های اکسیژن و نیتروژن اکسیمات به شکل مثلثی به یک اتم nb کوئوردینه شده اند.

در این تحقیق، به بررسی عددی جریان های غیردائم سیال ویسکوالاستیک پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا به مطالعه ی روش های عددی و الگوریتم های مورد استفاده در جریان های غیردائم پرداخته می شود. سپس با استفاده از روش تفاضل محدود و الگوریتم پروجکشن به حل جریان کوئت پرداخته می شود. با بررسی این الگوریتم مشاهده می-گردد که در مسائلی که عامل حرکتِ سیّال اختلاف فشار می-باشد، الگوریتم با مشکل مواجه می شود. از این رو برای بررسی این دسته از مسائل از الگوریتم piso استفاده می-شود. جریان های ثانویه ی سیال ویسکوالاستیک در کانال های غیرمدور مستقیم، مسأله ی غیردائم دیگری است که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. این مسأله از مسائل کلاسیک مکانیک سیالات غیرنیوتنی می باشد. تحقیقات بسیار زیادی بر روی این موضوع در جریان های دائم صورت گرفته است. اما بررسی این جریان در حالت غیردائم برای اولین بار در این تحقیق صورت می گیرد. سطح مقطع استفاده شده مربع می باشد. به دلیل داشتن دو تقارن محوری، جریان در یک چهارم کانال حل می شود. در این تحقیق مشاهده می شود که گردابه های حاصل از جریان ثانویه از گوشه ها شروع به شکل گیری می کنند و سپس به مرکز ناحیه محاسباتی که یک چهارم کانال می باشد، منتقل می شود. شدّت گردابه ها هم چون سرعت محوری، دارای نوسان می باشد. در نهایت جریان پایا شده و در یک چهارم ناحیه ی محاسباتی دو گردابه باقی می-مانند. در این تحقیق اثر ضریب تحرک (?) و عدد الاستیک (e) بررسی می شود. افزایش این دو عدد باعث افزایش دامنه ی نوسانات می شود. افزایش عدد الاستیک زمان رسیدن به حالت پایا را کاهش می دهد. در انتها یکی از کاربردهای جریان های غیردائم سیال ویسکوالاستیک یعنی جریان خون در رگ مدل سازی می شود. در این تحقیق برای اولین بار از یک مدل غیرخطی ویسکوالاستیک یعنی مدل گزیکس برای مدل سازی استفاده می-گردد. برای سرعت ورودی از داده های تجربی مربوط به اندازه گیری سرعت خون در رگ موش استفاده می گردد. در این تحقیق نشان داده می شود که برای رگ های با قطر کم مانند مویرگ ها که دارای نرخ برش کم می باشند، تنها مدل-های غیرخطی ویسکوالاستیک قادر به تفسیر صحیح ویسکوزیته-ی خون می باشند. در این تحقیق با استفاده از داده های تجربی مربوط به تغییرات ویسکوزیته با نرخ برش، بهترین مقدار برای ثابت های مدل گزیکس در مدل سازی خون استخراج می شود. با استفاده از این ضرائب جریان خون در یک رگ ساده که یک استوانه است مدل سازی می گردد. به دلیل وجود تقارن محوری جریان به صورت دو بعدی مدل می شود. از نتایج بدست آمده مشخص می گردد که تنش دیواره که از فاکتورهای مهم در بررسی بیماری های قلب و عروقی می-باشد، در سیال گزیکس کمتر از سیال نیوتنی می باشد. نتیجه ی حاصل منطبق بر این خاصیتِ حرکت گلبول های قرمز می باشد که در رگ هایی با قطر کم، در مجاورت دیواره ی رگ یک لایه از پلاسما (بخش نیوتنی سیال) وجود دارد و حضور گلبول های قرمز(بخش ویسکوالاستیک سیال) در این لایه کم می-باشد. با توجه به این موضوع و قابلیت مدل گزیکس در توصیف رفتار ویسکوزیته ی خون، این نتیجه حاصل می شود که مدل مذکور مدلی مناسب برای مدل سازی جریان خون می باشد.

مطالعه جریان لایه مرزی یکی از مسائل بنیادی در مکانیک سیالات بشمار می رود، که از دیرباز مورد توجه پژوهشگران این رشته قرار داشته است. تا کنون تحقیقات بسیار زیادی روی جریان لایه مرزی صورت گرفته است که اکثر آنها در خصوص سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آنها به سیالات غیر نیوتنی و به ویژه سیالات ویسکوالاستیک پرداخته اند. هدف اصلی این پژوهش شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک، بر مشخصه های لایه مرزی می باشد. در این تحقیق با دو رویکرد عددی و تحلیلی به لایه مرزی ایجاد شده توسط جریان ویسکوالاستیک روی یک صفحه تخت پرداخته شده است. در رویکرد عددی، برای شبیه سازی این جریان، از نرم افزار منبع باز openfoam، که یک جعبه ابزار دینامیک سیالات محاسباتی(cfd) می باشد، استفاده شده است. این نرم افزار از شیوه عددی حجم محدود (fvm) برای حل معادلات با مشتقات جزئی استفاده می کند. در حل عددی از مدل گزیکس، به عنوان مدل ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. جهت اطمینان از پاسخ های روش عددی، استقلال نتایج از شبکه محاسباتی بررسی شده و همچنین پاسخ ها در حالت نیوتنی با حل بلاسیوس مقایسه شده اند. در رویکرد تحلیلی از اصول روش انتگرالی فون کارمن، که یک روش تقریبی در بررسی لایه مرزی سیالات نیوتنی می باشد، استفاده شده است و سعی گردیده روش فوق به سیالات ویسکوالاستیک نیز تعمیم داده شود. برای این کار از مدل cef برای شبیه سازی میدان تنش استفاده شده است. نتایج بدست آمده در هر دو روش مبنی بر ایجاد یک ضخامت محدود در نقطه ابتدایی صفحه بر اثر خاصیت الاستیک، در سیال ویسکوالاستیک می باشد. همچنین ضخامت لایه مرزی و میزان تنش برشی روی صفحه در سیال ویسکوالاستیک کمتر از سیال نیونی می باشد. در حل عددی نشان داده شد که با افزایش عدد الاستیک میزان تنش برشی و اختلاف تنش های نرمال اول و دوم روی دیواره کاهش می یابد و ضرایب درگ در اعداد الاستیک مختلف گزارش شده است. تاثیر ضریب تحرک پذیری در مدل گزیکس روی مشخصه های لایه مرزی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

در این پژوهش، مدل سازی دوبعدی جریان و انتقال حرارت سیال ویسکوالاستیک در کانال با یک حفره با استفاده از مدل cef به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل نتایج، ابتدا استقلال حل عددی از شبکه مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن، برای صحه گذاری نتایج حل میدان جریان با روابط تحلیلی و مطالعات قبلی مقایسه شد. در این فصل، نتایج عددی برای سیال نیوتنی، نیوتنی تعمیم یافته و ویسکوالاستیک شامل خطوط جریان، توزیع سرعت های طولی وعرضی، توزیع فشار، لزجت، تنش برشی، ضرایب اختلاف تنش نرمال اول و دوم، دما و ... ارائه و در ذیل به نتایج حاصله از این حل عددی اشاره شده است.

سیستم ریلی-بنارد یکی از سیستم های معروف در ریاضیات و فیزیک می باشد. از آنجا که معادلات دینامیکی حاکم بر این سیستم غیر خطی می باشند، امکان بروز رفتارهای پیچیده ای در آن وجود دارد. آنچه ما در این پروژه انجام دادیم، بررسی وضعیتی خاص در سیستم ریلی-بنارد است که اصطلاحاً به آن رفتار آشوبی می گویند. وضعیتی که متغیرهای حالت در آن به صورت نامنظم تغییر می کنند. این بی نظمی ها به ازای مقادیر خاصی از پارامترها رخ می دهد. در این پروژه سعی داریم ناحیه ای در فضای پارامترهای این سیستم که در آن ها امکان بروز آشوب وجود دارد را بیابیم (پیش بینی آشوب). ‎روش هایی که برای پیش بینی آشوب به کار گرفته شده است، برگرفته از روش هایی تحت عنوان روش هارمونیک بالانس و همچنین روش مدهای رقابتی تعمیم یافته می باشد. در این روش ها، با بررسی کردن چند شرط برای وجود آشوب، می توان پارامترهایی را که به ازای آن ها سیستم ریلی-بنارد آشوب ناک می شود، را بدست آورد. ناحیه ی پارامتری بدست آمده را، مختصراً ناحیه ی آشوب می نامیم.پس از اجرای روش هارمونیک بالانس بر روی سیستم فوق مشاهده گردید که، دامنه ی سیکل حدی پیش بینی شده، مقداری موهومی بدست می آید. این در حالی است که این روش برای مقادیر حقیقی دامنه، مرکز و فرکانس سیکل حدی پیش بینی شده قابل اجرا است. ما در این پایان نامه نشان دادیم که مقادیر موهومی دامنه ی سیکل حدی پیش بینی شده نیز برای این سیستم به خوبی جواب داده است، هر چند تعبیر فیزیکی ندارد، ولی از لحاظ تئوری قابل اجرا است. در ادامه روش دیگری را تحت عنوان مد رقابتی تعمیم یافته بر روی سیستم مورد نظر اجرا نمودیم. که ناحیه ی پارامتری مورد نظر را مشخص نمود، با این تفاوت که این بار بر خلاف روش قبلی نتایج، توجیه فیزیکی داشتند. روش مد رقابتی به همراه دو شرط ناپایداری نقاط تعادل و ‎اتلافی‎ بودن سیستم، شرایطی را فراهم می آورد، که توسط آن ناحیه ی پارامتری آشوبناک سیستم مشخص می گردد. مدهای رقابتی تعمیم یافته روشی است که از رابطه ی نوسان گرهای خطی الهام گرفته و از آن برای پیش بینی آشوب در سیستم های غیرخطی استفاده می گردد. نتایج بدست آمده توسط این روش تا?یید کننده نتایج روش قبلی بود. شایان ذکر است که دو روش فوق برای اولین بار برای به دست آوردن ناحیه ی پارامتری آشوبناک بر روی سیستم ریلی-بنارد به کار رفته است. با پیدا کردن این ناحیه ی پارامتری، می توان پارامتر های دسترس پذیر سیستم را طوری انتخاب کرد، که بنابر کاربرد آن، سیستم آشوب ناک باشد. از جمله کاربردهای آشوب در سیالات می توان به افزایش نرخ انتقال حرارت، جابجایی سیال و کاربردهای دیگر اشاره نمود.

بروز و گسترش بیماری انسداد عروق در شریان های بزگ و حیاطی منجر به بروز اختلالات بسیاری در سیستم گردش خون بدن می شود. در اثر گرفتگی و تنگ شدگی که در رگ بوجود می-آید، جریان طبیعی خون دچار اختلال می شود. این اختلال در جریان طبیعی خون نقش مهمی را در بیماریهای عروقی بازی می کند از جمله عروقی که پیدایش این بیماری در آنها بسیار مهم است عروق آئورت و کرونری می باشد. گسترش این بیماری به ویژه در عروق آئورت به بروز شوک یا سکته قلبی منجر می شود. در این پایان نامه جریان پالسی خون در رگ آئورت با استفاده از مدل سیال نیوتنی و غیرنیوتنی power law با فرض صلب بودن جداره رگ در درصد های گرفتگی 25%، 55% و 75% با استفاده از نرم افزارfluent مورد بررسی قرار گرفت. اثر درصدهای مختلف گرفتگی و همچنین در نظر گرفتن خون به عنوان یک سیال غیرنیوتنی بر روی رژیم جریان از اهداف اصلی در این تحقیق می باشد. از جمله نتایج حاصله مشاهده نشدن جریانهای برگشتی و همچنین تشکیل نشدن گردابه ها در ناحیه بعد از گرفتگی در حالت غیرنیوتنی بودن خون در 25% گرفتگی می توان اشاره کرد.

ناپایداری انگشتی لزج یکی از انواع ناپایداری هاست که در سطح مشترک دو سیال که با یکدیگر اختلاف ویسکوزیته دارند، رخ می دهد. رشد و شکل گیری این انگشتی ها نقشی بسیار مهم در فرآیند جابجایی سیالات، به خصوص انتقال نفت از مخازن کشف شده دارد. عمده تحقیقات پیشین متوجه بررسی ناپایداری انگشتی میان دو سیال نیوتنی و یا ترکیبی از سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی بوده است. هدف اصلی از پژوهش حاضر بررسی این ناپایداری در جریان هایی مخلوط شدنی از سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی در محیط متخلخلی با خواص ناهمسانگرد و بررسی تاثیرات این ناهمسانگردی بر ناپایداری انگشتی لزج می باشد. در این مطالعه، به منظور بررسی رفتار غیرنیوتنی سیال ، از مدل کاریو-یاسودا که مطابقت خوبی با پلیمر های بکار رفته در صنایع و علوم آزمایشگاهی دارد، استفاده می کنیم. در این مدل از دو پارامتر بی بعد d_e و n برای بیان رفتار رئولوژیکی سیال استفاده می شود. سه نوع جریان در این مطالعه مورد بررسی قرار می گیرند که ترکیبی از جریان سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی می باشند. این جابجایی ها درون محیط متخلخلی با نفوذپذیری و پراکندگی ناهمسانگرد مطالعه می شوند و تاثیرات این ناهمسانگردی بر پیدایش و رشد انگشتی ها مورد بررسی قرار می گیرند. در بخش تحلیل پایداری خطی با استفاده از تقریب شبه خطی و روش شوتینگ ، نرخ رشد اغتشاشات را در طول موج های مختلف بر حسب پارامتر های موجود در مسأله مانند نسبت ناهمسانگردی ها و پارامتر های موجود در مدل غیرنیوتنی بررسی می کنیم. در بخش شبیه سازی غیرخطی نیز با استفاده از روش پر دقت طیفی و بکارگیری تبدیل سریع هارتلی، این ناپایداری را در بازه های زمانی متفاوت شبیه سازی کرده و مکانیزم های مختلف رشد انگشتی ها را مورد بررسی قرار می دهیم. مطالعه ای نیز در زمینه منحنی های میانگین غلظت عرضی، طول اختلاط و بازده جاروبی که به فهم بیشتر این ناپایداری کمک می کنند، انجام شده است.

بررسی های اخیر حول ناپایداری تیلور-کوئت سیال ویسکوالاستیک بیشتر به شکل دو بعدی و برپایه سیالاتی با عدد الاستیک ناچیز و با کمک معادله ساختاری اولدروید-بی صورت پذیرفته است. در این پژوهش با استعانت از روش های دینامیک سیالات محاسباتی و در بستر نرم افزار openfoam مدل سازی سه بعدی از ناپایداری مذکور براساس معادله ساختاری گزیکس انجام شده است. مدل سازی سه بعدی این امکان را فراهم آورده است، که الگوهای نامتقارن جریان ثانویه این ناپایداری به خصوص الگوی موج گذار محوری و الگوی موج نوسانی ایستا برای اولین بار با اتکا بر معادله ساختاری گزیکس آشکار گردد. در قیاسی که بین جریان های نیوتنی و ویسکوالاستیک انجام می پذیرد، تنش حلقوی به عنوان عامل موثر در افزایش گرادیان فشار و ایجاد ناپایداری ویسکوالاستیک تیلور-کوئت تبیین می شود. در ادامه تغییرات تنش حلقوی در تولد سایر الگوها مورد کنکاش قرار می گیرد و بدین ترتیب نقش اساسی این عامل در ایجاد ناپایداری و پیدایش سایر الگوها جریان ثانویه آشکار می گردد. همچنین در کنار تعیین اعداد تیلور بحرانی عوامل موثر بر این شاخص پایداری بررسی می شوند. بر طبق نتایج به دست آمده زمان رهایی از تنش به کندی از میزان عدد تیلور بحرانی می کاهد. در صورتی که ضریب تحرک تأثیر بیشتری بر شرایط بحرانی داشته و سبب کاهش های قابل توجهی در عدد تیلور می گردد. همچنین نسبت لزجت چنان موثر است که اغلب با تغییر کوچکی الگوی جریان ثانویه دچار تغییر می گردد. کلمات کلیدی: ناپایداری تیلور-کوئت، معادله گزیکس، الگوهای نامتقارن

با توجه به گستردگی کاربرد سیالات غیرنیوتنی و همچنین کاربرد¬های وسیعی که دارند، اهمیت مطالعه پیرامون این نوع از سیالات را دو چندان می¬کند. یکی از کاربرد¬های این نوع سیالات، استفاده از آنها در مبدل¬های حرارتی می¬باشد. لوله مارپیچ یکی از انواع مبدل¬های حرارتی مورد استفاده در صنایع گوناگون هستند. در کار حاضر ابتدا به خواص سیالات نیوتنی و روابط حاکم بر جریان سیالات غیرنیوتنی و مقایسه بین انواع مختلف آن پرداخته شده است. سپس در مورد جریان های آرام و آشفته و همچنین نحوه حل آنها به روش دینامیک سیالات محاسباتی توضیح داده شده است و در نهایت با استفاده از نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت 14 به مدل سازی و حل جریان پرداخته شده است. در این پایان نامه مدل های توربولانسی k-?و k-? با هم مقایسه شده اند و با توجه به دقیقتر بودن نتایج مدل k-? سایر محاسبات با استفاده از این مدل صورت گرفته و نتایجی از قبیل اثرات پارامتر های جریان و هندسه بر روی افت فشار و ضریب اصطکاک و همچنین انتقال حرارت با استفاده از مدل کراس و پاورلو در سیال غیرنیوتنی استخراج شده اند و نتایج حاصل با سیال نیوتنی مورد مقایسه قرار گرفته¬اند.برای بررسی جریان آشفته، مدل¬های نیوتنی، پاورلو و کراس با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت شبیه¬سازی شده اند. در بررسی انجام شده اثر افزایش عدد رینولدز بر ضریب اصطکاک داخل لوله مارپیچ مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده¬ گردید، با افزایش عدد رینولدز، مقدار ضریب اصطکاک کاهش می¬یابد. در لوله های مارپیچ به علت وجود جریان¬های ثانویه، مقدار ضریب اصطکاک از لوله مستقیم بیشتر است.

در این تحقیق جریان سیال غیرنیوتنی حول کره بررسی می شود. میدان جریان سه بعدی,تراکم ناپذیر و غیر دائمی در نظر گرفته شده است.از مدل سیالات باریک شونده نظیر مدل پاورلو به عنوان معادله ساختاری استفاده می شود. برای حل معادلات حاکم با روش حجم محدود و الگوریتم حل simple استفاده شده است. مدل توربولانسی k­?برای مدل کردن جریان در نظر گرفته شده است.در بررسی حاضر, شبکه محاسباتی با استفاده از نرم افزار گمبیت به صورت 3 بعدی شبیه سازی شده است. از آنجا که هم اکنون بررسی موضوعاتی نظیر جریان حول یک کره , نیازمند به کار گیری گره های محاسباتی زیادی است. در نتیجه هدف در این تحقیق با بهینه سازی مش در هندسه اولیه, بتوانیم در پارامترهای خروجی به جواب های تجربی نزدیک شویم و سپس مدل سازی عددی با استفاده از نرم افزار fluent برای هندسه مورد نظر حل شده اند و نتایج خروجی نرم افزار مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است . در این تحقیق در مرحله اول اثر خواص رئولوژیک در محدوده 0.4 تا 1.4 در رینولدز تعمیم یافته ثابت در منطه آشفته و در مراحل بعدی عدد رینولدز تعمیم یافته در محدود100 تا 600 در شاخص سیال پاورلو ثابت در نظر گرفته شده است و تاثیرات آنها بر میدان جریان ,گردابه کارمن و نیروی لیفت و درگ بررسی شده است. مشخصه اصلی جریان حول کره وجود دنباله آشفته چرخان در پشت جسم است که باعث به وجود آمدن نیرو درگ و لیفت می شود.که تا حدی وابسته به شکل و جهت گیری ,اندازه جسم , سرعت و ویسکوزیته دارد.در نهایت روابط عدد رینولدز تعمیم یافته با ضریب اصطکاک و تعیین نقطه جدایش و تاثیر پارامترهای رئولوژیکی بر ضریب اصطکاک و رژیم جریان بررسی شده است.مشاهده می شود در یک رینولدز ثابت با افزایش شاخص سیال پاورلا باعث دیرتر اتفاق افتادن نقطه جدایش و همچنین باعث افزایش طول دنباله می شود.

مطالعه و بررسی جریان سیال بین دو استوانه غیر هم مرکز چرخان، مشابه جریان روغن در یاتاقانهای ژورنال از اهمیت ویژه ای برخوردار است. امروزه صنعت درجهتی سوق پیدا نموده که دستگاه هایی با ابعاد کوچکتر، سرعت بالاتر و با راندمان کارکرد بالا طراحی گردند. دراین راستا طراحی یاتاقانهای ژورنال در ساختمان داخلی دستگاهای مکانیکی از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. شناسایی رفتار هیدرودینامیکی یاتاقانهای ژورنال یکی از ملزومات طراحی بهینه این نوع دستگاههاست .در بسیاری از موارد در سیستم روانکاری از روغنهای سنگین بعنوان سیال روانساز استفاده می شود که از خود رفتار ویسکوالاستیک نشان می دهند. همچنین با ورود مواد جدید از جمله نانو روغن ها، نانوگریس ها و سیالات هوشمند به این حوزه که غالبا رفتار ویسکوالاستیک دارند. بررسی وآنالیز یاتاقان های ژونال با روانکار ویسکو الاستیک از اهمیت زیاد برخوردار است. علی رغم تحقیقات گسترده آزمایشگاهی و عددی، تاکنون هیچ تحقیقی برای مدل سازی جریان سیال ویسکوالاستیک با معادله غیرخطی متشکله گزیکس در یاتاقان های ژورنال انجام نشده است. در این پایان نامه با استفاده از روش حجم محدود، جریان سیال گزیکس در یاتاقان های ژورنال شبیه سازی شده است. معادله متشکل گزیکس قادر به ارائه رفتار پاور- لو برای ویسکوزیته و ثابت های اختلاف تنش های نرمال می باشد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در سیال گزیکس با افزایش زمان رهایی از تنش و نیز با افزایش ضریب پویایی محلول، ظرفیت تحمل بار یاتاقان کاهش می یابد. همچنین نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که پارامتر خروج از مرکزی یاتاقان، تاثیر بسزایی در ظرفیت بار یاتاقان دارد.

بسیاری از بیماری های قلبی و عروقی که زندگی و سلامتی انسان ها را به خطر می اندازد، مرتبط با شرایط جریان خون در داخل رگ ها می باشد. به طوری که در طی چند دهه اخیر، بررسی جریان خون داخل شریان ها و بروز گرفتگی در آن مورد توجه بسیاری از محققین بوده است. این گرفتگی شریان ها باعث تغییراتی در پارامترهای دینامیکی و مکانیکی جریان خون در داخل شریان ها می گردد و منجر به بروز بیماری های عروقی از جمله بیماری های تصلب شرایین و افزایش غلظت خون می شود. با شبیه سازی جریان خون داخل شریان های دارای گرفتگی و بررسی پارامترهای موثر بر آن، می توان عوارض و اثرات این بیماری ها را مطالعه نمود. همچنین درک بهتر اثرات بیماری های قلبی و عروقی، با یافتن روش های جدید درمانی برای بهبود این بیماری ها همراه می باشد. هدف اصلی این تحقیق، آنالیز و بررسی تأثیر پارامترها و گرفتگی های مختلف (25، 50 و 75 درصد) برای جریان ضربانی خون داخل شریان ویسکوالاستیک می باشد. از نوآوری مطالعه حاضر، مدل سازی شریان ویسکوالاستیک و اندرکنش آن با جریان ضربانی سیال غیرنیوتنی خون به منظور مطالعه بیماری های تصلب شرایین و افزایش غلظت خون می باشد. در این تحقیق، پروفیل سرعت و فشار، جابجایی شعاعی و تنش برشی دیواره شریان و نواحی گردابه ای شکل مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نتایج مربوط به جریان سیال غیرنیوتنی خون داخل شریان های ویسکوالاستیک و الاستیک با یکدیگر مقایسه شده اند. در ادامه، اثرات بیماری های تصلب شرایین (تغییرات مدول الاستیک شریان) و افزایش غلظت خون (تغییرات شاخص توانی n در مدل کاریو یاسودا) روی تغییرات سرعت محوری، توزیع فشار، تنش برشی و جابجایی شعاعی دیواره شریان مورد مطالعه قرار گرفته است. با زیاد شدن درصد گرفتگی برای شریان ویسکوالاستیک در مقایسه با شریان الاستیک، حداکثر مقدار پروفیل سرعت و جابه جایی شعاعی دیواره شریان به ترتیب 2 درصد افزایش و 22 درصد کاهش دارد. پیشروی بیماری تصلب شرایین، سبب افزایش مدول الاستیک می گردد و کاهش 64 درصدی در جابجایی شعاعی دیوار شریان و افزایش 11 و 12 درصدی در اندازه سرعت و مقدار فشار جریان خون را به همراه دارد. افزایش مقدار شاخص توانی باعث زیاد شدن حداکثر مقدار تنش برشی دیواره در محل گرفتگی می شود. همچنین زیاد شدن لزجت خون منجر به افزایش فشار خون جریان (به میزان 74/2 درصد)، جابجایی شعاعی دیواره شریان ویسکوالاستیک (به میزان 65/64 درصد) و کاهش مقدار سرعت جریان (به میزان 50/2 درصد) در قبل از ناحیه گرفتگی می گردد.

مطالعه جریان لایه مرزی یکی از مسائل بنیادی در مکانیک سیالات بشمار می¬رود که از دیرباز موردتوجه پژوهشگران این رشته قرار داشته است. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی روی جریان لایه مرزی صورت گرفته است که اکثر آن ها در خصوص سیالات نیوتنی بوده و تعداد کمی از آن ها به سیالات غیرنیوتنی و به ویژه سیالات ویسکوالاستیک پرداخته¬اند. هدف اصلی این پژوهش شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک، بر مشخصه¬های لایه مرزی با وجود اثرات گرادیان فشار می¬باشد. در این تحقیق با رویکرد عددی به انتقال حرارت و لایه مرزی ایجادشده توسط جریان سیال ویسکوالاستیک باوجود جمله گرادیان فشار پرداخته شده است. در رویکرد عددی، برای شبیه سازی این جریان، از دینامیک سیالات محاسباتی به صورت ضمنی با استفاده از نرم افزار متلب استفاده شده است. جریان در دو حالت وابستگی پارامترهای جریان به دما سیال و عدم وابستگی به دما مورد بررسی قرار گرفته است. در واقع، در این تحقیق معادله انرژی به همراه معادلات بقا، برخی خواص سیال از قبیل لزجت، ضریب رسانش و ظرفیت حرارتی ویژه تابعی از دمای نقطه ای سیال در نظر گرفته شده است؛ زیرا با توجه به اینکه گروه غالبی از سیالات ویسکوالاستیک، مذاب های پلیمری می¬باشند و در این حالت تفاوت دمای زیادی مشاهده می¬شود و از طرفی با توجه به حساسیت برخی خواص مواد ویسکوالاستیک به دما، در حل معادله انرژی استفاده از این فرضیه ضروری به نظر می¬رسد. در حل عددی از مدل مرتبه دو، به عنوان مدل ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. جهت اطمینان از پاسخ¬های روش عددی، استقلال نتایج از شبکه محاسباتی بررسی شده و همچنین پاسخ¬ها در حالت نیوتنی با حل بلازیوس و فالکنراسکن مقایسه شده اند. ضخامت لایه¬مرزی هیدرودینامیکی، ضخامت مومنتوم، ضخامت جابجایی و ضخامت لایه¬مرزی حرارتی فالکنر- اسکن در سیال ویسکوالاستیک بیشتر از سیال نیوتنی می¬باشد. در حل عددی نشان داده شد که با افزایش اختلاف تنش¬های نرمال اول روی دیواره، ضخامت لایه مرزی هیدرودینامیکی، ضخامت مومنتوم، ضخامت جابجایی و لایه مرزی حرارتی افزایش می¬یابد. ضریب درگ در اختلاف تنش های نرمال اول مختلف و گرادیان فشارهای متفاوت گزارش شده است.تاثیر تغییرات عدد پرانتل جریان سیال ویسکوالاستیک بر مشخصه¬های لایه¬مرزی مطالعه شده است. تغییرات ناسلت محلی در اعداد پرانتل مختلف مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. عدد ناسلت متوسط در گرادیان فشارهای متفاوت و ضریب اختلاف تنش نرمال اول مورد بررسی قرار گرفته شده است.

دستیابی به مزایایی همچون قابلیت کنترل بهتر توان انتقالی، افزایش توان و کوچک سازی تجهیزات الکترونیک قدرت، بدون توسعه روش های مدیریت حرارتی شامل طراحی اجزاء داخلی و سیستم خنک ساز مناسب امکان پذیر نمی باشد. در این پایا ن نامه، شبیه سازی سه بعدی انتقال حرارت از یک نمونه تجهیز الکترونیک قدرت و سیستم خنک ساز آن پیاده سازی می شود. تجهیز یک اینورتر سه فاز توان بالا ساخت شرکت سمیکرن می باشد. عامل محدود کننده طراحی سیستم انتقال حرارت، بالا بودن دمای ماکزیمم تراشه های igbt می باشند. تلفات توان تراشه های igbt و دیود موجود در اینورتر با شبیه سازی در نرم افزار متلب و اطلاعات فنی ارائه شده از طرف شرکت سازنده به دقت محاسبه می شود. دمای عملکردی مطلوب igbt ها بایستی زیر ͦc 125 باشد. یکی از اهداف اصلی، کاهش دمای ماکزیمم تجهیز با طراحی دقیق چیدمان منابع حرارتی می باشد. دو نوع سیستم خنک ساز هوا و مایع پیاده سازی می شوند. سیستم خنک ساز هوا یک هیت سینک دارای پره مستقیم مستطیلی با مقطع عرضی یکنواخت است که از طریق همرفت هوا خنک می شود. پارامترهای هندسی مورد بررسی تعداد، ارتفاع و ضخامت پره ها و نیز ضخامت پایه هیت سینک می باشند. در فرایند طراحی صفحات سرد سایز کانال، طراحی مسیر عبوری سیال، دما و سرعت سیال با در نظر گرفتن شرایط دمای عملکردی تجهیز و ضریب انتقال حرارت همرفت بررسی می شوند. مدل حرارتی اینورتر و سیستم خنک ساز آن در نرم افزار کامسول بر اساس روش اجزاء محدود پیاده سازی می شود. صحت مدل سازی حرارتی و توان اتلافی محاسبه شده، توسط نرم افزار تجاری شرکت سازنده، سمیسل، تأیید می گردند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که طراحی دقیق چیدمان باعث کاهش چشمگیر دمای ماکزیمم تراشه ها می شود. همچنین با طراحی مناسب ابعاد هندسی هیت سینک می توان بدون تغییر حجم مواد مصرفی نسبت به هیت سینک اولیه در ضریب انتقال حرارت یکسان، بازده را به طور محسوسی افزایش داد.

بررسی جریان های دو فازی به خصوص بررسی های مربوط به حرکت قطرات یک سیال در سیالی دیگر از اهمیت ویژه ای در صنایع پزشکی و داروسازی (تولید پنسیلین و...)، حوضچه های ته نشینی مراکز تصفیه آب (در عملیات های لخته سازی جامدهای شناور در آب)، مبردها و ... دارد. در این تحقیق با استفاده از روش های تحلیلی، سرعت و شکل نهایی قطره خزشی در شرایطی که دو سیال غیر قابل انحلال باشند مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است.

هدف از این پژوهش طراحی وساخت دمپر هوشمند با روغن هیدرولیکی مگنتورئولوژیکال می-باشد. در این پژوهش نخست سیال مگنتورئولوژیکال مورد نیاز برای دمپر مگنتورئولوژیکال ساخته شده و تست ته نشینی و تست رئومتری در دو مد برشی و نوسانی روی آن انجام می گیرد. از مدل کاریو-یاسودا برای مدل سازی نتایج بدست آمده از تست رئومتری استفاده شده است؛ همچنین نتایج تست رئومتری جهت بدست آوردن ضرایب مدل تغییریافته ی ماکسول بکار گرفته شده اند.

ناپایداری انگشتی لزج یکی از شناخته شده ترین ناپایداری های هیدرودینامیکی در محیط متخلخل می باشد. این ناپایداری زمانی اتفاق می افتد که سیالی با ویسکوزیته کمتر، درون محیط متخلخلی که از سیال با ویسکوزیته بیش تر پر شده است، تزریق می شود. رشد و شکل گیری این انگشتی ها نقشی بسیار مهم در فرآیند جابجایی سیالات، به خصوص انتقال نفت از مخازن دارد. مطالعه این ناپایداری از جهتی، به دو دسته جابجایی های مخلوط شدنی و مخلوط نشدنی تقسیم بندی می شود. عمده تحقیقات انجام شده در جابجایی های مخلوط شدنی، مربوط به سیالات نیوتنی بوده است. مطالعات روی سیالات غیرنیوتنی بیش تر با رویکردی عددی و استفاده از مدل های ساده غیرنیوتنی بوده که توانایی مدل کردن محلول های پلیمری و سیالات ویسکوالاستیک را به طور کامل ندارند.

چکیده ندارد.