کاربردهای گوناگون جریان های دوفازی در سیستم های صنعتی، بیولوژیکی و ... باعث شده است که این نوع جریانها کانون توجه بسیاری از محققین در زمینه های گوناگون قرار بگیرند. هدف از تحقیق حاضر مطالعه و شبیه سازی حرکت ذرات در یک جریان دوفازی ایزوترم با استفاده از روش هیبریدی اویلری-لاگرانژی می باشد. برای بررسی سیستم هایی که جریان در آنها ماهیت چند فازی دارد لازم است هر فاز بطور جداگانه بررسی شود. بدین منظور فاز سیال از دیدگاه اویلری بررسی شده و برای حل عددی معادلات حاکم بر سیال از نرم افزار فلوئنت استفاده شده است. همچنین برای شبیه سازی رفتار فاز ذرات از دیدگاه لاگرانژی بهره گرفته شده است بدین معنی که رفتار حرکتی ذرات با کمک نیروهای وارد بر آنها شبیه سازی شده اند. معادلات حاکم بر ذره، معادلات پیچیده ای بوده و غالبا حل تحلیلی آنها میسر نمی باشد بهمین دلیل از روش انتگرال گیری رانگ-کوتای مرتبه ی 4 برای حل عددی استفاده شده است. پس از انتگرال گیری از این معادلات و مشخص شدن مختصات جدید مکانی ذره، لازم است مشخص شود این مکان در چه المانی از سیال واقع شده است بدین منظور لازم است از الگوریتم هایی که برای این هدف طراحی شده اند استفاده کرد. در این تحقیق ضمن بررسی کامل این دسته از الگوریتم ها، از دو الگوریتم بلاسکو-کوردا و هاسل باچر-نجار بخاطر سادگی و قدرت ردیابی برای کد نویسی استفاده شده است. برای سنجش اعتبار الگوریتم ها، دو دسته مساله که یکی حرکت ذرات در میدان های جریان ساده و دیگری حرکت ذرات در جریان های پیچیده، شبیه سازی شده اند. در دسته ی اول حرکت ذرات در چهار نمونه ی مشخص که عبارتند از: حرکت ذرات تحت تاثیر نیروی جاذبه، حرکت ذرات در میدان جریان های چرخشی آزاد و اجباری، وحرکت ذرات تحت تاثیر نیروی براونی ارزیابی شده اند. در دسته ی دوم حرکت ذرات در میدان های پیچیده بررسی شده و رفتار حرکتی آنها در دو نمونه ی مشخص که عبارتند از: حرکت ذرات در یک پله ی معکوس و حرکت ذرات در یک جداکننده ی سیکلونی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای بررسی صحت مدل سازی مسائل، نتایج حاصل از تحقیق در هر دو بخش با نمونه هایی که حل تحلیلی و عددی برای آنها وجود دارد و همچنین با نمونه های تجربی مقایسه شده اند و در نهایت نشان داده شد که نتایج حاصله با نتایج حاصل از کار دیگران ویا حل های تحلیلی مطابقت خوبی دارد.

وابستگی خواص مواد غشاهای دولایه ای لیپیدی به ساختار مولکول های سازنده ی آنها از نظر بیولوژیکی بسیار مهم است. غشاء پلاسمایی که همه ی سلول های زنده را احاطه کرده به اندازه ی کافی باید قوی باشد زیرا که این غشاء باید از نفوذ یون ها و مولکول های ناخواسته جلوگیری کند. علاوه بر این باید به اندازه ی کافی انعطاف پذیر باشد زیرا سلولی مثل سلول قرمز خون باید بتواند از لوله هایی مویین و بسیار باریک که قطر آنها فقط یک سوم قطر آن سلول است گذر کند. پروسه های دینامیکی که در رابطه با غشاهای بیولوژیکی اتفاق می افتد، وقایعی را پوشش می دهد که از نظر ابعاد طولی نسبت به اندازه مولکولی بزرگتر است. مولکول های لیپید معمولاً شبیه به میله های نیمه انعطاف پذیری به طول nm2-1 هستند در حالی که سایز اتمی حدود nm1/0 است. همین طور مقیاس های زمانی این فرایند ها بسیار بزرگتر از زمان تناوب نوسان های مولکولی می باشد. بنابراین در شبیه سازی دولایه ای لیپیدی با گستره ی وسیعی از مقیاس های طولی و زمانی سروکار خواهیم داشت. با توجه به این مطلب از روش مناسب دینامیک استهلاکی ذره ( ) برای شبیه سازی سیال دولایه ای لیپیدی بهره برده ایم. در این مدلسازی توانسته ایم تجمع خودبه خود روکنشگرهای تشکیل دهنده ی غشاء را به درستی مدل کرده و خواصی مانند تعادل و پروفیل فشار جانبی را در آن بررسی کنیم. همچنین پیوندهای غیر اشباع در ساختار شیمیایی روکنشگرهای تشکیل دهنده ی غشاء را بااعمال یک پتانسیل خمشی مدل کرده و تأثیر این پیوندهای غیر اشباع را روی خواص غشاء مورد بررسی قرار داده ایم. نتایج نشان دادند که تأثیر مکان قرارگیری پیوندهای غیر اشباع روی این خواص بسیار مهم است. در صورت قرارگرفتن این نوع پیوند در انتهای دم پلیمرهای تشکیل دهنده، خواص فیزیکی غشاء بسیار شبیه به غشاهایی است که کاملاً منعطف در نظر گرفته شده باشند لیکن وقتی این پیوند نزدیک به سر پلیمر قرار داشته باشد منجر به ایجاد ساختاری فشرده تر برای غشاء بیولوژیکی می گردد. تأثیر طول زنجیره های هیدروکربنی نیز بر روی ساختار غشاء مورد مطالعه قرار گرفت و همانند نتایج به دست آمده با مطالعات تئوری به رفتاری خطی برای مساحت بر واحد تعداد روکنشگر نسبت به تعداد زنجیره های هیدروکربنی دست یافته ایم. پلیمرهای تشکیل دهنده ی غشاء را در دو نوع تک شاخه ای و دو شاخه ای شبیه سازی کردیم و خواص را برای هر یک مورد مطالعه و بررسی قرار دادیم. در حالت مدلسازی شاخه ای برای اولین بار توانسته ایم جنس پلیمر را از لحاظ ساختار شیمیایی به طور مشخص مدلسازی کنیم که این کار وجه تمایز کار ما با کارهای قبلی بوده است. هدف دیگر ما در این تحقیق محاسبه ی ضریب دیفیوژن آب از غشاهای مدلسازی شده بوده است که این کار به درستی با نتایج تئوری یا شبیه سازی های حاصل از دینامیک مولکولی مورد ارزیابی و اعتبارسنجی قرار گرفت. کلمات کلیدی: دینامیک استهلاکی ذره، غشاء بیولوژیکی، دولایه ی لیپیدی، دیفیوژن.

هندسه پیچیده مجاری ریوی انسان شبیه سازی جریان هوا در کل ساختار ریه را دست نیافتنی ساخته است. به عنوان اولین مشکل، دقت عکسبرداری های ct در حل حاضر محدود است و مجاری کوچکتر در حین تجزیه مدل های سه بعدی قابل تشخیص نیستند. دوم اینکه در هر صورت شبیه سازی تمامی نسل ها از نظر محاسباتی عملی نمی باشد. هدف این مطالعه بدست آوردن مدلی است که بتواند جریان هوا در کل درخت تنفسی را بادقت توصیف کند. در اینجا مدل سازی چند مقیاسی درخت تنفسی با استفاده از روش مونت کارلو برای ایجاد یک ساختار آماری از ریه ارائه می شود. در این مدل سازی ساختار درخت تنفسی به سه منطقه تقسیم می شود و در هر منطقه مدلی متفاوت به کار می رود: قسمت فوقانی (قبل از ورودی لُب ها) که معادلات ناویر استوکس تراکم ناپذیر و گذرا برای بیان جریان هوا در سه بعد معتبرند؛ قسمت انتهایی (درون لُب ها تا قبل از منطقه ی حبابچه ای) که فرض جریان یک بعدی معقول است؛ مجاری بخش حبابچه ای که فرض می شود یک جا به صورت یک مدل ظرفیت فشرده بر اساس آنالیز ومرسلی در انتها گنجانده شده اند. از مدل ظرفیت فشرده منطقه ی حبابچه ای به عنوان شرط مرزی خروجی قسمت انتهایی استفاده می شود که برطبق این مدل امپدانس ها در انتهای ریه محاسبه می شوند. سپس برای هر لوله براساس نسبت اختلاف فشار به دبی سیال در حوزه فرکانس یک امپدانس معرفی می شود. با شروع از حبابچه ها و حرکت به سمت بالا امپدانس در ورودی هر لوله تقریب زده می شود. با محاسبه ی این امپدانس ها می توانیم دبی ورودی و فشار خروجی هر لوله را پیدا کنیم. بعد از حل معادلات یک بعدی ناویر استوکس، امپدانس ها اصلاح می شوند تا اینکه همگرایی حاصل شود. یک مسئله مهم، ایجاد کوپل بین مدل سه بعدی و یک بعدی است. این هدف با استفاده از الگوریتم زیر محقق می شود. با شروع از یک سرعت داده شده و یک تخمین برای فشارهای خروجی، مدل سه بعدی حل می شود. با استفاده از دبی محاسبه شده در خروجی این مدل، در مرحله ی بعد مسئله یک بعدی حل می شود. سپس فشار ورودی محاسبه شده ی مدل یک بعدی با فشار خروجی مدل سه بعدی که در ابتدا فرض شده بود مقایسه شده و در صورت وجود اختلاف اصلاح می شود و متناظراً روند تکرار می شود تا اینکه کوپلینگ کامل حاصل شود. به منظور کاهش هزینه محاسباتی شبیه سازی جریان در هریک از پنج لُب به-طور جداگانه انجام می گیرد. در نهایت با استفاده از روابط نیمه تجربی موجود و الگوریتم آماری، توزیع منطقه ای و کلی جذب ذرات مختلف در دستگاه تنفسی انسان حین دم محاسبه می شود.

برخورد قطره با سطح جامد کاربردهای صنعتی زیادی دارد که از جمله آنها می توان به پوشش دهی سطحی, توربین بخار, خنک کنندگی پاششی, فرسایش خاک, پاشش سوخت در موتور, پاشش خون در پزشکی قانونی, چاپگرهای جوهر افشان و بسیاری کاربردهای دیگر در فرآیندهای شیمیایی اشاره کرد. محدودیت روش های تجربی و تحلیلی در بیان رفتار قطرات مزو مقیاس در زمان برخورد با سطح صلب, مارا به استفاده از روش های عددی سوق می دهد. روش هایی مانند monte carlo و md برای تحلیل رفتار قطره روی سطح بکار گرفته شده است ولی این روش ها به مقیاس های زمانی و مکانی کوچک محدود می شوند. از این رو در این تحقیق از یک روش سه بعدی دانه بندی ومبنا ذر ای که به mdpd معروف است و در مقیاس مزو کاربرد دارد استفاده می شود. این روش یک روش کوتاه برد است که ذرات در آن تا یک شعاع برش با هم اندرکنش دارند. در این تحقیق از الگوریتم link cells برای یافتن سریع ذرات همسایگی هر ذره استفاده می شود. در این روش از یک پتانسیل نرم و سه نیروی استهلاکی, تصادفی و بقایی بین ذرات بر اساس قانون دوم و سوم نیوتن استفاده می شود. از الگوریتم velocity-verlet برای انتگرال گیری از معادلات حرکت استفاده می شود و گام زمانی بر اساس رسیدن به چگالی مورد نظر تنظیم می شود. همانند روش dpd در این روش نیروهای استهلاکی و تصادفی به ترتیب برای بیان اثرات ویسکوزیته و جبران کاهش درجات آزادی سیستم که ناشی از دانه بندی است به سیستم اضافه می شود و تفاوت این روش با روشdpd در تعریف نیروی بقایی است. در روش dpd این نیرو بخاطر غیر ایده آل بودن سیستم به آن اضافه می شود و تنها شامل یک ترم دافعه است. در روش mdpd شامل یک ترم جاذبه ثابت و یک ترم دافعه متناسب با چگالی محلی ذرات است که شعاع اثر آن کوتاه تر از ترم جاذبه است. در این تحقیق, سطح از ذرات منجمدی تشکیل شده است که حرکت ندارند و آبدوستی یا آبگریزی سطح با تغییر ضریب جاذبه نیروی بقایی بین ذرات سطح و سیال ایجاد می شود و از تابع رنگ برای اندازه گیری زاویه تماس استاتیکی استفاده می شود. در این تحقیق اثر طرح دار کردن سطح روی زاویه تماس استاتیکی بررسی و نتایج آن با قانون cassie-baxter مقایسه می شود. تر شندگی دینامیکی قطره روی سطح همگن افقی در این تحقیق بررسی می شود. پخش قطره روی سطح با افزایش قطر و کاهش ارتفاع قطره همراه است. پدیده بازگشت قطره پس از رسیدن قطره به سکون تا زمان تعادل اتفاق می افتد. در این تحقیق تغییر ارتفاع و قطر بدون بعد قطره بر حسب زمان بی بعد با نتایج تجربی در سه زاویه تماس استاتیکی مقایسه می شود. برای تحقیق اثر انرژی سطح بر فرآیند پخش، برخورد قطره در چند عدد we مختلف بررسی و نمودارهای تغییرات ارتفاع و قطر بی بعد آنها با هم مقایسه خواهد شد.

در این پایان نامه یک روش جدید تصویر سازی (projection ) برای اعمال شرط تراکم ناپذیری در روش sph ارائه می شود. سپس عملکرد این روش با روش تراکم پذیری مصنوعی و دو روش تصویر سازی دیگر با حل مساله استاندارد جریان حفره مقایسه می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهند که الگوریتم ارائه شده در این پایان نامه از لحاظ پایداری، دقت حل و همچنین توانایی حل جریان با گام های زمانی بزرگتر نسبت به الگوریتم های تراکم پذیری مصنوعی و تصویر سازی اول و دوم دارای برتری می باشد. برای بررسی عملکرد کد نوشته شده مبتنی الگوریتم جدید علاوه بر حل جریان در حفره با دیواره متحرک در رینولدزهای مختلف، مساله ی شکست سد و همچنین حل جریان سیال اطراف یک جعبه ی متحرک نیز بررسی شده اند.

در کار حاضر جریان نوسانی آرام در ‏‎b=35‎‏ و ‏‎b=196‎‏ بصورت عددی با روش سیمپل سی و به کمک یک شبکه منطبق بر بدنه نوع ‏‎o‎‏ و هم مکان در محدوده ‏‎1<kc<30‎‏ که رژیم های گوناگون جریان را می پوشاند حل شده است. نتایج بدست آمده از این شبیه سازی نشان دهنده قابلیت مدل دو بعدی در معرفی سینماتیک جریان و رژیم های مختلف و ریزش گردابه ها است. معادله موریسون در ‏‎kc‎‏ های کوچک برازش خوبی را از نیروی طولی ارائه می دهد ولی در اعداد کیولگان - کارپنتر بزرگتر این انطباق ضعیف تر است. انطباق خوبی بین نتایج بدست آمده ونتایج موجود مشاهده شده و برخی از پدیده های جریان مانند تغییر مود و سه بعدی شدن جریان یا ناپایداری هونجی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی تغییرات زمانی نیروی طولی وارد بر استوانه اطلاعات دقیقی در ارتباط با ریزش گردابه ها در هر سیکل و فرکانس ریزش آنها و نحوه تغییر مود جریان ارائه می دهد. در عین حال نتایج دست آمده به خوی تغیرات زمانی نیروی طولی و عرضی یک مود خاص رادر مقایسه با نتایج تجربی ارائه می دهد. همینطور نشان داده شده است که ضریب لیفت را می توان به شرط انتخاب مدار مناسب با تئوری کوتاه بدست آورد که این نتیجه با ساختن جریان پتانسیل نظیر ان تایید شده است. ناپایداریهای سه بعدی هونجی نیز با یک تحلیل سه بعدی عددی برای ‏‎b=200‎‏ شبیه سازی شده است. بررسی این جریان نشان می دهد که در ‏‎kc=1‎‏ جریان دو بعدی و در ‏‎kc=2‎‏ سه بعدی است. بطور کلی نتایج بدست آمده با نتایج آزمایش توافق دارد.در بخش دیگر جریان مغشوش دائم عبوری از روی استوانه دایره ای در اعداد رینولدز زیر بحرانی تا فوق بحرانی با بکارگیری مدلسازی غیر خطی بصورت دو بعدی شبیه سازی شده است. شبیه سازی عددی حاضر و مدل اغتشاش غیر خطی کرافت - لاندر - سوگا با تنظیم محدود جمله های مرتبه سوم توانسته است افت درگ را در عدد رینولدز حدود ‏‎2*10**5‎‏ بعلت وقوع اغتشاش در بالادست نقطه جدایی پیش بینی کند.اندکی پس از این نقطه در اعداد رینولدز بحرانی به علت عدم شبیه سازی حباب های چسبیده جدایی درگ بیش از حد پیش بینی می شود ولی در ناحیه فوق بحرانی درگ را دوباره بهتر پیش بینی می کند.

در این پایان نامه بررسی تجربی و تحلیلی رفتار توربین گازی جریان شعاعی دو ورودی در حالت دایم مد نظر می باشد.همچنین روش مدلسازی یک بعدی توربین ها ی جریان شعاعی به منظور پیش بینی عملکرد توربین دو ورودی توسعه یافته است .در این راستا معادلات بکار گرفته شده در مدلسازی یک بعدی و ضرایب تلفات ناشی از اصطکاک ، لقی و بارگذاری پره که در توربین تک ورودی بکار گرفته می شود اصلاح شده اند. همچنین تلفاتی اضافه در روتور توربین به دلیل اختلاف شرایط جریان در ورودی روتور توربین تک ورودی و دو ورودی در نظر گرفته شده است و به عنوان تلفات اختلاط روتور نامگذاری شده است. در واقع یک توبین تک ورودی که شرایط بالادست روتور آن متقارن باشد جریان تمایل دارد که از سمت شرود بگذرد . از آنجا که سیال همواره بهترین راه را برای عبور از یک مسیر انتخاب می کند توزیع سرعت شعاعی جریان ، در ورود به روتور توربین تک ورودی به عنوان حالت بهینه در نظر گرفته شده است. در این جا رابطه ای برای این توزیع سرعت بر حسب ابعاد روتور بدست آمده است. بر اساس اختلاف بین توزیع سرعت شعاعی جریان در ورود به روتور توربین دوورودی و توزیع سرعت بهینه ، تلفات اختلاط توربین تخمین زده شده است.در این پایان نامه هدف از انجام مطالعات تجربی بدست آوردن منحنی های مشخصه توربین می باشد. در واقع به دلیل پیچیدگی های الگو جریان درون توربین روش های تجربی مطمئن ترین را ه برای این کار می باشد.با استفاده از این نتایج می توان روش های تئوری پیش بینی عملکرد توربین را ارزیابی و در صورت نیاز آنها را اصلاح کرد.