بدلیل ایجاد نویز و فرسایش در اثر برخورد موج ضربه ای ناشی از فروریزش کاویتاسیون ابری، بررسی این پدیده از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پروژه ابتدا با استفاده از نرم افزار cfx و با حل معادلات ناویر- استوکس با رویکرد مخلوط همگن جریان چند فازی برای سیال و استفاده از معادله رایلی – پلاست برای تخمین رفتار حباب، شبیه سازی کاویتاسیون ابری بر روی هیدروفویل دوبعدی با استفاده از مدل های آشفتگی شبیه سازی گردابه جدا ، و صورت گرفته است. در حالت پایا، تغییر مدل آشفتگی تأثیری بر روی نمودار ضریب فشار و شکل حفره کاویتاسیون ندارد. توزیع فشار به دست آمده در این حالت مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد. در حالت ناپایا، به علت نوسانی بودن فیزیک مسأله، انتظار می رود که نمودار ضریب برا برحسب زمان نیز نوسانی باشد که مدل و چنین نتیجه ای را نمی دهد. اما مدل شبیه سازی گردابه جدا، باعث نوسانی شدن ضریب برا می شود که نشان دهنده ی درست بودن این مدل آشفتگی است. برای مدل های و کانتور-های نسبت حجمی سیال آن ها برای دو حالت پایا و ناپایا یکسان است، در حالیکه انتظار می رود حجم های مختلفی داشته باشند و این دلیلی مهم بر ناکارآمد بودن این دو مدل آشفتگی برای بررسی فروریزش حباب های کاویتاسیون است. تغییر زاویه حمله یکی از دلایل اصلی تشکیل کاویتاسیون ابری می باشد. با افزایش زاویه حمله حجم حفره ایجاد شده، افزایش یافته، باعث ناپایا شدن حفره و تشکیل زود هنگام جت برگشتی می شود، که در نتایج بدست آمده به وضوح قابل رئویت است. گسترش کاویتاسیون (کاهش عدد کاویتاسیون) باعث افزایش ضریب پسا و کاهش ضریب برا می شود، که یکی از عوامل اصلی تغییر در کارآیی هیدرودینامیکی است. در نتایج ارائه شده، کاهش عدد کاویتاسیون باعث افزایش ضریب پسا و کاهش ضریب برا می شود و با نتایج تجربی موجود هم خوانی دارد. از دیگر عوامل تأثیر گذار بر روی حفره ی کاویتاسیون سرعت جریان ورودی می باشد، که افزایش آن باعث کاهش حجم حفره می شود و درنتایج به وضوح مشخص است. نحوه تشکیل حفره u شکل برای جریان ناپایای سه بعدی با دیواره جانبی در نتایج نمایش داده شده است، که هم خوانی خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. از آنجاییکه به کمک نرم افزار cfx تنها می توان شکل حفره کاویتاسیون را شبیه سازی کرد و این نرم افزار قادر به شبیه سازی موج فشاری حاصل از فروریزش کاویتاسیون ابری نمی باشد لذا در ادامه با فرض کروی بودن ابر حباب و با استفاده از نتایج بدست آمده از شبیه سازی کاویتاسیون ابری، برنامه کامپیوتری برای شبیه سازی موج ضربه ای ناشی از فروریزش ابر حباب تعمیم داده شده است. شدت موج بدست آمده از طریق شبیه سازی مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد.

ردر سالهای اخیر تکنولوژی احتراق در محیطهای متخلخل به دلیل سازگار بودن با مسایل زیست محیطی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. مشعلهای با محفظه احتراق متخلخل نوع پیشرفته ای از مشعلها هستند که مخلوط سوخت و هوا را در داخل یک جسم متخلخل می سوزانند. عمل احتراق در این مشعلها بر خلاف مشعلهای معمولی پیش مخلوط، با شعله های آزاد انجام نمی شود بلکه به شکل سه بعدی، بدون شعله و درداخل منافذ جسم متخلخل صورت می گیرد. تکنولوژی مشعلهای با محفظه احتراق متخلخل، یکی از روشهای کاهش مصرف انرژی وکاهش تولید آلودگی است. تولیدnox کمتر نسبت به شعله آزاد و بزرگ بودن چگالی توان را می توان از مهمترین مزایای این سامانه ها بر شمرد.کاهش میزان آلودگی، گسترش محدوده شعله وری، گسترش محدوده دینامیکی توان، کاهش حجم مشعل، توزیع یکنواخت حرارت در محفظه احتراق، سرعت گرم شدن بالا و ... از دیگر برتری های این نوع مشعلها نسبت به مشعلهای معمولی به شمار می رود. با توجه به اینکه احتراق در این مشعل ها در محیط متخلخل صورت میگیرد نیاز به داشتن اطلاعات جامع و دقیق پیرامون این مواد لازم است تا بتوان هم در شبیه سازی و هم در ساخت مشعل از اطلاعات مربوطه استفاده نمود. هدف این تحقیق بررسی ویژگی های ترموفیزیکی فوم های مورد استفاده در مشعل های متخلخل و سپس بررسی فوم ها با جنس و ساختار متفاوت در بستر این مشعل هاست. در این تحقیق ابتدا مطالعه بر روی افت فشار در فومهای سرامیکی انجام شد و سپس با ساخت وسایل آزمایشگاهی مورد نیاز افت فشار در فومها با ساختار و جنس های مختلف بررسی شدند. به دلیل اینکه جریان در مشعل های متخلخل دارای دمای بالایی است تاثیر جریان گاز در دماهای متفاوت نیز مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که حرارت بر روی میزان افت فشار تاثیر ندارد و تاثیر ایجاد شده همان تاثیر ناشی از تغییرات چگالی و لزجت جریان است. در این مطالعه یک مدل جدید تجربی برای قطر خلل و فرج ارائه شد و در نهایت بر اساس آنالیز ابعادی روابطی برای افت فشار در فوم های سرامیکی ارائه گردید. در قسمت بعدی مطالعه بر روی تاثیر ساختار فوم های متخلخل بر روی ویژگی های انتقال حرارتی بررسی شد و در قسمت اول هدایت حرارتی فومها هدف قرار گرفت با انجام مطالعات گسترده روش تعیین میزان هدایت حرارتی به دست آمد و پس از آن روش ساخت این دستگاه تبیین شد ولی در نهایت به دلیل نبود زمان کافی این قسمت از بررسی ها ناقص ماند. نتایج تحقیقاتی در مورد روش اندازه گیری و روش ساخت این دستگاه در قسمت پیوست آورده شده است. در آخرین قسمت این مطالعه تجربی به بررسی تاثیر فومهای سرامیکی بر روی کارکرد مشعل پرداخته شده است. در مجموع نشان داده شده است که فوم های آلومینایی باعث بالاتر رفتن دمای محفظه احتراق میشوند. راندمان در آنها نسبت به فوم های سیلیکون کاربایدی بیشتر است. ولی تحمل شوک های حرارتی در آنها بسیار اندک است در عوض فوم های سیلیکون کاربایدی تحمل شوک حرارتی بالاتری از خود نشان میدهند. ولی چون تحمل حرارت بالا را ندارند در قسمت محور مرکزی مشعل که دما بالاست ذوب میشوند. تاثیر میزان تخلخل نشان داد که در فوم های با تخلخل بالاتر میزان تولید آلاینده ها کمتر و میزان راندمان بالاتر است. همچنین پایین بودن میزان تخلخل باعث حرکت جبهه شعله به پایین دست میشود. اندازه خلل و فرج نیز بر روی میزان راندمان و آلاینده ها اثر گذارند ولی این تاثیر در فوم های متفاوت تغییر میکند.

در این پژوهش جریان لجن فعال در حوضچه های ثانویه ی تصفیه فاضلاب با تهیه یک کد عددی خانگی دینامیک سیالات محاسباتی، شبیه‎سازی می‎گردد. جهت شبیه سازی جریان لجن فعال، معادله غلظت به همراه معادلات پیوستگی و اندازه حرکت، حل می شود. سرعت جریان در حوضچه های ثانویه پائین است لذا می‎توان تراز سطح آزاد را ثابت فرض نمود. جریان درون حوضچه های ثانویه حتی با داشتن سرعت پائین، آشفته است لذا مدل آشفتگی مرسوم k-? جهت حل عددی مورد استفاده قرار می‎گیرد. در فصل 4 نتایج حاصل از شبیه سازی دوبعدی سیال نیوتنی به همراه گرادیان غلظت در سیستم مختصات کارتزین مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج حاصله نشان می دهند که حل عددی توافق خوبی با داده های تجربی و نتایج عددی دیگران دارد. در فصل 5، شبیه‎سازی عددی در یک حوضچه دایروی با شیب تند بستر انجام می‎گیرد. شبیه سازی بصورت دوبعدی تقارن محوری و در صفحه قائم و شعاعی صورت می پذیرد. نتایج در حالت استفاده از سیال نیوتنی با استفاده از نتایج عددی لاکهال و همکاران مورد ارزیابی قرار می‎گیرند. مقایسه نتایج نشان می دهد که توافق حل عددی با نتایج عددی لاکهال و همکاران مطلوب است. جهت بررسی اهمیت تابع سرعت سقوط ذرات و مدل سیال غیرنیوتنی، پنج تابع سرعت سقوط مختلف به همراه مدل‎های سیال غیرنیوتنی بینگهام، کیسون، هرشل بالکلی و هرشل بالکلی اصلاح شده مورد استفاده قرار می‎گیرند. مقایسه نتایج نشان می دهد که حل عددی به شدت به تابع سرعت سقوط ذرات و مدل سیال غیرنیوتنی وابسته است و لذا مدل های سرعت سقوط ذرات و سیال غیرنیوتنی باید بر اساس آزمایش های تجربی بر روی یک لجن خاص، مورد استفاده قرار گیرند. در فصل 6، شبیه سازی عددی درون یک حوضچه دایروی دارای شش لوله مکش لجن، صورت می گیرد. لوله ها با سرعت دورانی ثابت در حال چرخش حول محور حوضچه می‎باشند. مدل‎های سیال غیرنیوتنی کیسون اصلاح شده و بینگهام اصلاح شده که توافق خوبی با داده های تجربی ویز و همکاران دارند، تعریف شده و مورد استفاده قرار می گیرند. حل عددی در حالت دوبعدی در صفحه قائم و شعاعی و همچنین در حالت سه بعدی ارائه می گردد. پروفیل های غلظت بدست آمده در فواصل شعاعی مختلف با استفاده از داده های تجربی ویز و همکاران مورد مقایسه قرار می گیرند. جهت حل عددی دوبعدی سه مدل متفاوت خروج لجن مورد بررسی قرار می‎گیرند: 1- خروج لجن بصورت یکنواخت از کف حوضچه، 2- خروج لجن از کف حوضچه از محل لوله ها و 3- خروج لجن با اضافه نمودن عبارت چاه در معادلات حاکم. حساسیت حل عددی نسبت به مدل خروج لجن بررسی می‎شود. نتایج حاصله نشان می دهند که فرض مکش لجن بصورت یکنواخت از کف حوضچه کمترین خطا را در مقایسه با داده های تجربی ارائه می دهد. جهت شبیه‎سازی سه‎بعدی فرض می‎شود که حوضچه دایروی در حال چرخش است و لوله‎های مکنده لجن ثابت می‎باشند. پروفیل های غلظت بدست آمده با داده های تجربی ویز و همکاران مقایسه می شوند و مقایسه نتایج نشان می‎دهد که دقت حل عددی سه بعدی بیشتر از شبیه سازی دوبعدی است. در فصل 7، شبیه سازی عددی سیال لجن فعال تیکسوتروپیک ارائه می‎گردد. در این حالت نمودار تنش برشی برحسب نرخ برشی دارای یک محدوده پسماند است لذا مدل خاصی به منظور اعمال تغییرات نرخ برشی بر روی منحنی های رفت و برگشت نمودار تنش برشی- نرخ برشی معرفی می شود. نتایج حاصله نشان می دهند که هرچند که تفاوت بین پروفیل های غلظت و سرعت مدل های سیال تیکسوتروپیک با سیال غیرتیکسوتروپیک زیاد است، الزامی به لحاظ نمودن منحنی برگشت جهت مدل سازی لجن فعال تیکسوتروپیک نمی باشد.

در مطالعات حاضر، تشکیل دوده در یک شعله غیر پیش آمیخته آشفته گاز متان مورد بررسی قرار گرفته است. آشفتگی به کمک مدل دو معادله ای k-? با اعمال ضریب تصحیح جت استوانه ای مدل شده است. انتقال حرارت تشعشعی توسط مدل p-1 در محاسبات لحاظ و جهت تعیین ضریب جذب فاز گازی از روش مجموع وزنی گازهای خاکستری بهره گرفته شده است. به منظور مدل سازی احتراق آشفته از مفهوم کسر مخلوط و رهیافت فلیملت آرام استفاده شده است. تشکیل دوده در محفظه احتراق به کمک مدل های خان و گریوز، تسنر و لیندستدت شبیه سازی شده و نتایج با مقادیر تجربی مورد مقایسه قرار گرفته اند. مدل خان و گریوز مقدار را کمتر از نتایج تجربی پیش بینی کرده و شکل پروفیل را نیز به درستی پیش بینی نمی کند. مدل تسنر در پیش بینی مقدار دوده بسیار ضعیف عمل کرده و مقدار دوده را چندین مرتبه کمتر از مقادیر تجربی پیش بینی می کند. با این حال، این مدل شکل پروفیل دوده را به خوبی پیش بینی می نماید. مدل لیندستدت نتایج قابل قبولی را به لحاظ شکل پروفیل و مقدار دوده پیش بینی می کند. همچنین در مطالعه ی حاضر اثر دمای هوای ورودی، دمای سوخت و فشار محفظه احتراق بر تشکیل دوده بررسی شده است.

در تحقیق حاضر به بررسی رفتار حباب کاویتاسیون به دو صورت کروی در یک میدان فشار آکوستیک، و غیر کروی در مجاورت یک مرز صلب پرداخته شده است. از معادله گیلمور برای شبیه سازی دینامیک حباب کروی و از معادلات ناویر-استوکی و انرژی برای شبیه سازی دینامیک حباب غیر کروی مجاور دیوار صلب به صورت متقارن محوری استفاده شده است. روش vof (volume of fluid) برای جابجایی فصل مشترک گاز-مایع در حالت غیر کروی مورد استفاده قرار گرفته است. در حالت کروی محتویات داخل حباب به صورت مخلوطی از گاز آرگون و بخار آب فرض شده و اثرات انتقال جرم و انرژی و تراکم پذیری به حساب آورده شده است. اما در حالت غیر کروی از اثرات انتقال جرم و تراکم پذیری صرفنظر شده و از بخار آب به صورت گاز ایده آل برای محتویات داخل حباب استفاده شده است. نتایج هر دو حالت کروی و غیر کروی با نتایج مرجع مقایسه شده و تطابق قابل قبولی هم به صورت کیفی و هم به صورت کمی حاصل شده است. در ابتدا اثر انتقال جرم بر دینامیک حباب کروی بررسی شده است. تاثیر پارامترهایی همچون شعاع اولیه حباب، و فرکانس و دامنه موج فشاری بر موثر بودن انتقال جرم در دینامیک حباب کروی مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه، مروری بر نحوه فروریزش حباب در مجاورت یک مرز صلب انجام شده است. اثر پارامترهای همچون شعاع اولیه حباب و فاصله بی بعد آن از دیواره موضوع بحث بعدی می باشد. و در پایان، به بررسی تاثیر پارامتر کشش سطحی بر هر یک از مراحل رشد و فروریزش حباب پرداخته شده و یک نتیجه گیری کلی در این باره برای هر دو مجموعه حباب های کروی و غیر کروی به دست آمده است.

نیاز به انرژی پاک و کاهش تولید گاز های گلخانه ای، تلاش برای یافتن جای گزینی برای تولید انرژی را افزایش داده است. در بازار تولید انرژی، هیبرید پیل سوختی و توربین گاز، با سیستم هایی از چند ده کیلووات تا چندین مگاوات تولید انرژی الکتریکی را پوشش می دهند یک گزینه جالب می باشد. پیل سوختی یک مولد قدرت الکتریکی است که سوخت و اکسید کننده را به عنوان ورودی می گیرد و الکتریسیته را به عنوان خروجی تحویل می دهد و قابلیت تولید الکتریسیته با بازدهی بالا (35-55% برمبنای مقدار حرارتی پایین تر) و تولید آلاینده پایین را دارند. در میان انواع پیل های سوختی، پیل-های سوختی اکسید جامد دارای دمای عملیاتی بالا می باشند و به همین دلیل می توانند نقش مبدل داخلی را داشته باشند. این امر سبب می شود تا در این نوع پیل از سوخت های فسیلی نظیر گاز طبیعی بتوان بطور مستقیم مورد استفاده کرد. در این پروژه، سیکل ترکیبی پیل سوختی اکسید جامد و توربین گاز همراه با تزریق بخار به لحاظ ترمواکونومیکی مورد بررسی قرار می‎گیرد. . سیکل مفروض شامل کمپرسور هوا و سوخت، پیل سوختی اکسید جامد، محفظه احتراق و توربین گاز و بازیاب حرارتی تولید کننده بخار (hrsg) می باشد. با توجه به دمای بالای عملکرد پیل‎های سوختی اکسید جامد، استفاده از انرژی محصولات خروجی از آن مورد توجه قرار دارد و از آن جهت تولید بخار جهت تزریق به توربین بخار استفاده می شود، زیرا تحقیقات افزایش راندمان سیکل های همراه با تزریق بخار را نشان می دهد. طبق مطالعات انجام شده یکی از روش های تحلیل ترمواکونومیکی، استفاده از تحلیل اگزرژی که بر مبنای قانون دوم ترمودینامیک می باشد، لذا تحلیل اگزرژی، جهت کلیه اجزاء موجود در سیکل استفاده می‎گردد. در این پایان نامه، فصل 1، مقدمه ای است در خصوص نحوه کار پیل سوختی، مزایا و معایب، کاربرد ها و انواع پیل های سوختی. فصل 2 به پیل سوختی اکسید جامد به عنوان پیل سوختی مورد مطالعه در این پایان نامه می پردازد و هم چنین سیکل هیبرید پیل سوختی اکسید جامد و توربین گاز و مروری بر مطالعات انجام شده در این خصوص ارائه شده است. البته به تاریخچه توربین گاز همراه با تزریق بخار نیز که در این سیکل نیز استفاده شده اشاره شده است.. در فصل 3، به مدلسازی ترمودینامیکی کلیه اجزاء سیکل هیبرید پرداخته شده است. در فصل 4 نیز جهت تحلیل ترمواکونومیک ابتدا مفاهیم اگزرژی توضیح داده شده و تحلیل اگزرژی اجزاء سیکل و سپس موازنه اگزرژی کل سیکل مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت نیز تحلیل ترمواکونومیک سیکل با توجه به تحلیل اگزرژی انجام شده است. سپس چند تحلیل ترمواکونومیک ارائه شده در سایر منابع نیز ارائه شده است. در فصل 5 نیز نتایج عددی این پایان نامه، میزان بازگشت ناپذیری های (اتلاف اگزرژی) اجزاء سیکل و تحلیل پارامتری جهت 2 پارامتر تعیین کننده قیمت واحد انرژی و بازدهی اگزرژی ارائه شده است.

امروزه کد‏های تجاری مختلف، مدل های کاویتاسیونی را در اختیار محققان قرار می دهند. در پژوهش حاضر کد تجاریcfx برای مدل سازی سوپرکاویتاسیون در اطراف هندسه های مختلف استفاده می‏گردد. مدل‏سازی سوپرکاویتاسیون با انتخاب مدل مخلوط چند‏فازی و بر اساس معادله انتقال انجام می‏گیرد. در گام اول پارامترهای سوپرکویتی، ضریب پسا و ضریب فشار به دست آمده برای کویتیتورهای ساده، در شرایط عملکردی مختلف با نتایج آزمایشگاهی اعتبار بخشی می‏شود. این بخش از پژوهش شامل نتایج دو‏بعدی، متقارن محوری و سه‏بعدی است. همچنین اثر زاویه حمله روی شکل سوپرکویتی و ضریب پسا با استفاده از شبیه‏سازی سه‏بعدی صورت می‏گیرد. بعد از مدل‏سازی سوپرکاویتاسیون حول کویتیتورهای ساده، سوپرکاویتاسیون در اطراف رونده‏های زیر سطحی مدل می‏شود. در این بخش علاوه بر سوپرکاویتاسیون طبیعی، سوپرکاویتاسیون مصنوعی نیز بررسی می‏گردد. ابتدا یک رونده زیر سطحی با زاویای نصب مختلف کویتیتور مدل می‏شود، و تاثیر زاویه نصب روی شکل سوپرکویتی حاصل از سوپرکاویتاسیون طبیعی به دست می‏آید. در مورد دوم سوپرکاویتاسیون مصنوعی با استفاده تزریق گاز غیر قابل تقطیر روی یک رونده زیر سطحی دیگر مدل می‏گردد. اثرات گاز غیر قابل تقطیر روی سوپرکویتی و عدد کاویتاسیون در این مرحله مطالعه می‏شود.

به منظور بررسی پارامترهای جریان محترق دوفازی گاز- جامد در چرخه بالستیک داخلی، مدل سازی عددی بر اساس یک مدل تئوری ارائه می شود. این مدل شامل معادلات پیوستگی جرم، اندازه حرکت و انرژی برای هر فاز به همراه معادلات تنش بین دانه ای بین ذرات جامد در بستر منخلخل می باشد. از فرآیند شیمیایی احتراق بستر جامد چشم پوشی می شود اما دبی جرمی گاز حاصل از احتراق بستر به کمک روابط تجربی آهنگ سوزش محاسبه می گردد. هنگامی که احتراق بستر جامد آغاز می گردد، فشار، دما و چگالی گاز به سرعت افزایش می یابد و فشار مخلوط دوفاز را افزایش می دهد. این افزایش فشار در نهایت سبب حرکت مرز متحرک می شود. به منظور بررسی و مطالعه این تغییرات یک روش عددی صریح بر مبنای الگوریتم مک کورمک برای حل دستگاه معادلات حاکم بر مسئله ارائه می شود. از آنجایی که مسئله دارای مرز متحرک است، از شبکه بندی خاصی در این روش عددی استفاده می شود. تغییرات فشار در طول زمان، سرعت مرز متحرک و سایر مشخصه های جریان دو فاز بدست می آیند و در نهایت با سایر مراجع موجود مقایسه می شوند.

هدف اصلی این تحقیق، شبیه سازی عددی پخش حباب های گاز در سیال غیرنیوتنی توانی در یک ستون حبابی با جریان مغشوش می باشد. برای حل جریان دو فاز مخلوط حباب و مایع از روش موازنه جمعیت استفاده شده است. این روش علاوه بر مدل سازی پخش حباب، تراکنش بین حباب ها را نیز مدل سازی می-نماید. برای این مدل سازی ابتدا یک کد عددی یک بعدی توسعه داده شده است. این کد برای فاصله دور از تزریق کننده جواب های مناسبی را برای ستون حباب پیش بینی می نماید. برای مدل سازی تزریق کننده حباب و حل دقیقتر کد عددی دو بعدی توسعه داده شد. در این کد معادلات مومنتوم، پیوستگی و جریان مغشوش (k-?) برای فاز مایع حل می گردند سپس با حل معادله موازنه توزیع حباب مشخص میگردد. برای مدل سازی ترکیدن حباب ها از دو روش "لو و اسوندسون " و "مارتینز-بازان " و برای مدل سازی یکی شدن حباب ها نیز از روش "پرینس و بلانچ " در کد دو بعدی و روش "لو" در کد یک بعدی استفاده شده است. در انتها برای کامل تر شدن بحث علاوه بر مدل سازی های انجام شده توسط کدهای عددی، یک مدل کامل سه بعدی و غیردانمی در نرم افزار تجاری cfx ساخته شده و نتایج آن ارائه گردیده شده است. بر اساس نتایج این تحقیق تغییر رئولوژی سیال مایع، توزیع حباب در جریان را می تواند افزایش دهد که باعث بهینه سازی بخش حباب برای واکنش های شیمیایی و انتقال جرم در این جریان می شود.

تشکیل حباب های کاویتاسیونی و رشد و فروریزش آنها از مسائل مهم مهندسی چه از نظر جنبه های مثبت و منفی می باشد. از مواردی که حباب های کاویتاسیونی در جریان سیال ایجاد می شود می توان به حضور این حباب ها در سیستم های خنک کاری ماهواره ها و همچنین جریان روی هیدروفویل ها اشاره نمود. عموماً هنگامی که در یک دمای خـاص در جریـان سیـال فشار سیال تا نزدیکی فـشار بخار آن کاهـش می یابد، حباب های گاز به همراه بخار سیال در جریان ایجاد می شوند. هنگامی که این حباب ها به ناحیه پرفشار وارد می شوند حباب فروریزش می کند و شعاع آن به حداقل ممکن می رسد. در این حالت دما و فشار درون حباب بقدری افزایش می یابد که واکنش های شیمیایی درون حباب فعال شده و در اثر دمای بسیار بالا از حباب نور ساطع می شود. در این پایان نامه معادلات حاکم بر دینامیک حباب، با احتساب اثرات تبدیل فاز و واکنش های شیمیایی استخراج و سپس حل عددی آن انجام گرفت. با حل عددی معادلات حاکم بر رفتار حباب و مشخصات آن در شرایط گوناگون بررسی و عوامل مختلف بر روی رشد و فروریزش حباب تحلیل گردید. در تحقیق حاضر نرخ واکنش های شیمیایی درون حباب کاویتاسیونی تحت شرایط نور دهی تک حباب محاسبه شده است. در محاسبات اثرات تبخیر و چگالش و همچنین انتقال حرارت از دیواره ها مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله با بکارگیری معادله کلر –میکسیسبرایسیالتراکمپذیرواستفادهازمعادلهانرژی،رفتارحباببههمراهتغییراتدمادرطولفرآیندرشدوفروریزش،مدلسازیشدهاست.

در این پژوهش ابتدا با استفاده از معادله گیلمور، اثر تراکم پذیری مایع بر روی رفتار حباب کاویتاسیون مورد بررسی قرار گرفته است. با حل همزمان معادلات ناویراستوکس و معادله انرژی برای گاز درون حباب و مایع اطراف آن، انتقال حرارت هدایتی نیز مدل سازی شده است. نتایج حاصل از این شبیه سازی برای تک حباب، مطابقت خوبی با داده های آزمایشگاهی دارد. علاوه بر این، مشخص گردید که تراکم پذیری مایع و انتقال حرارت هدایتی، اثر قابل ملاحظه ای بر رفتار حباب دارد. سپس با به کارگیری معادلات غیرخطی مخلوط همگن حباب-مایع همراه با معادله گیلمور، دینامیک غیرخطی ابرحباب کروی، استوانه ای و محوری با لحاظ کردن اثر تراکم پذیری و انتقال حرارت هدایتی شبیه سازی شده است. میدان جریان اطراف ابرحباب کروی یک بعدی بوده و به صورت تحلیلی حل شده است. میدان جریان اطراف ابر محوری و استوانه ای نیز با توسعه یک برنامه کامپیوتری به صورت عددی شبیه سازی شده است. برای شبیه سازی فروریزش ابرحباب، معادلات فوق با معادلات حاکم بر ابرحباب به صورت همگیر حل شده است. فشار مایع دوردست ابر حباب به-صورت یک رابطه کسینوسی با دامنه و بسامد معین تغییر می کند. با کاهش فشار تحریک، ابرحباب رشد کرده و با افزایش آن ابرحباب فروریزش می کند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با فروریزش ابرحباب، موج فشاری در سطح ابر تشکیل شده و به طرف مرکز آن انتشار می یابد. با نزدیک شدن به مرکز ابر شدت موج افزایش یافته و در مرکز ابر به مقدار بیشینه خود می رسد. مشاهده شده است که فشار بالای درون ابرحباب فروریزش ابر را محدود می کند. قبل از اینکه ابرحباب به طور کامل فروریزش کند موج فشاری با قـــدرتی در مرتبه bar 10 به درون مایع اطراف ابر انتشار می یابد. قدرت موج فشاری به نوع ابرحباب، اندازه اولیه ابر، عدد کاویتاسیون، بسامد فشار تحریک و کسر حجمی حباب وابسته است. مدل سازی انتقال حرارت و تراکم پذیری موجب افزایش قدرت موج فشاری می شود. همچنین، اثرات تغییر فاز، واکنش شیمیایی و انتقال حرارت تشعشعی نیز بر روی رفتار تک حباب کروی بررسی شده است. انتقال حـــرارت تشعشعی اثر قابل توجه ای بر رفتار حباب ندارد ولی تغییر فاز، تجزیه مولکول های آب و واکنش با گاز درون حباب موجب کاهش قابل ملاحظه ی دمای درون حباب می شود.

لنزهای آیرودینامیکی در ورودی طیف سنج جرمی آیروسول به کار می رود. از این دستگاه برای شناسایی نوع و تعداد ذرات معلق در هوا استفاده می شود. در مطالعه حاضر جریان گاز-ذره داخل لنز و در طول عبور از هر لنز و فاصله بین دو لنز و قبل و بعد از نازل با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی، فلوئنت مدلســازی می شود. ذرات از ورودی لنز تزریق شده و مسیر حرکت ذرات با فرض لاگرانژی به دست می آید. در این راستا تاثیر ذرات بر روی هم و تاثیر حرکت ذرات بر جریان سیال قابل صرفنظر کردن است. فرض می-شود که ذراتی که به دیواره برخورد می کنند جذب دیواره شوند. سیستم لنز آیرودینامیکی شامل یک سری اریفیسهای هم مرکز بوده که ذرات در حین عبور از داخل آن در مرکز لنز متمرکز شده و تشکیل بیم ذرات را می دهند. ذرات بزرگ به دلیل نیروی اینرسی بزرگ به دیواره لنز برخورد کرده لکن به دیواره چسبیــده و از محاسبات خارج می شوند و ذرات کوچک با دنبال کردن خطوط جریان سیال، همگرا نمی شوند. رژیم جریان برای لنزهای آیرودینامیکی در محدوده جریان لغزشی قرار دارد. دیواره لغزشی لنزهای آیرودینامیکی با کد نویسی در فلوئنت مدلسازی می شود. برای مدلسازی دیواره لغزشی از روش تغییر تنش برشی در دیواره استفاده شده است. اثرات لغزشی بر روی ذرات با کدنویسی در فلوئنت و تصحیح نیروی درگ استوکس با استفاده از روش کانینگهام به دست می آید. حرکت براونی بر روی ذرات کوچک، تاثیر گذاشته و باعث پراکندگی ذرات در قبل و بعد از نازل می شود. ذرات با قطر متوسط بین 100 الی 500 نانومتر و همچنین ذراتی که دارای جرم مولکولی بیشتری هستند به دلیل نیروی اینرسـی متوسطی که دارند، بهتر متمرکز می-شوند. ذرات با قطرهای زیاد، به دلیل نیروی اینرسی بالایی که در ورود به اریفیسها دارند قادر به تغییر دادن مسیر نبوده و به دیواره اریفیس برخورد می کنند.

استفاده از بستر سیال محترق در سال های اخیر افزایش قابل توجهی یافته است. این روش در قرن بیستم با احتراق ذغال سنگ یا فرایند تبخیرشوندگی آن آغاز شد. اخیرا احتراق سوخت های نوینی مانند زیست توده و پسماند جایگزین مناسبی برای ذغال سنگ در تولید توان شده است. موفقیت بستر سیال محترق در بازدهی احتراق بالا، امکان استفاده از سوخت های جامد متنوع با ارزش حرارتی متفاوت و همچنین کاهش آلودگی گازهای خروجی قابل توجه بوده است. هدف از این پایان نامه استفاده از مدل دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) به عنوان روشی موثر در تحلیل و بهینه سازی فرایندهای تبدیل انرژی در شبیه سازی احتراق سوخت پسماند در بستر سیال محترق می باشد. افزایش قدرت رایانه ها در سال های اخیر این هدف را قابل دسترس می کند. در این پایان نامه مدل سه بعدی یک بویلر از نوع بستر سیال محترق همراه با لوله های موجود در آن شبیه سازی شده است. ذرات پسماند به عنوان فاز گسسته ای فرض شده اند که در فاز پیوسته موجود می سوزند. در قسمت آخر این پایان نامه نتایج به دست آمده از این شبیه سازی بیان می شوند و تطابق رضایت بخش بین داده های آزمایشگاهی و نتایج عددی مشاهده خواهد شد. علاوه بر این مقایسه سودمندی بین دو مدل متفاوت در انتقال تشعشع نشان داده می شود. اعتبار نتایج عددی ثابت می کند که مدلسازی cfd روشی قدرتمند در درک بیشتر رفتار یک بستر سیال محترق واقعی با سوختی غیر معمول است.

در این تحقیق به بررسی انتقال حرارت میکروکانال در رژیم جریان لغزشی و انتقال حرارت نانوسیال در میکروکانال پرداخته شده است. معادلات حرکت سیال بعنوان فاز پیوسته و ذرات بعنوان فاز گسسته به روش اویلری-لاگرانژی بررسی می گردند. معادلات فاز پیوسته با استفاده از یک کد عددی به روش simple حل شده و میدان های سرعت، فشار و دما بدست می آیند. سپس ذرات در کانال ترزیق شده و در حین عبور از کانال با سیال مبادله انرژی انجام می دهند. این تبادل انرژی منجر به تغییر میدان دمای سیال شده و در نتیجه نرخ انتقال حرارت کانال نیز تغییر خواهد کرد. در رژیم جریان لغزشی، تبادل اندازه حرکت و انرژی بین مولکول های سیال و دیواره بصورت ناقص بوده و در نتیجه سرعت و دمای سیال مجاور دیوار متفاوت از سرعت و دمای دیوار است. این امر باعث می شود که برای یک افت فشار ثابت، دبی جرمی جریان عبوری از میکروکانال در رژیم جریان لغزشی بیش از دبی جرمی جریان غیر لغزشی باشد. انتقال حرارت میکروکانال در جریان لغزشی بدلیل وجود پرش دمایی بین سیال مجاور دیوار و دیوار، در مقایسه با جریان غیرلغزشی کاهش می یابد. پخش ذرات در کانال و انتقال حرارت میکروکانال در چند حالت مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در مورد افزایش انتقال حرارت نانوسیالات برای همه درصدهای حجمی نانوذرات، بین محققین اختلاف نظر وجود دارد. در این رساله نشان داده شده است که این دیدگاه بصورت کلی در هر شرایطی برای نانوسیال صحیح نمی باشد. با توجه به هندسه جریان، سرعت جریان، نوع سیال پایه، جنس و درصد حجمی نانوذرات ممکن است افزایش یا کاهش ضرایب انتقال حرارت نانوسیال نسبت به سیال پایه وجود داشته باشد. وجود نانوذرات جامد در جریان گاز، افزایش انتقال حرارت در میکروکانال را بهمراه دارد. با استفاده از نانوذرات با درصد حجمی بسیار کم در جریان لغزشی، انتقال حرارت به مقداری بیش از جریان غیر لغزشی افزایش می یابد. با توجه به اینکه افت فشار جریان لغزشی بسیار کمتر از جریان غیر لغزشی است لذا کاهش انتقال حرارت ناشی از اثرات رقیق شدگی را می توان با استفاده از نانوذرات جبران نمود.

مسائل مکانیک سیالات دینامیکی و دو فاز را بر روی gpu حل نموده ایم. مسئله نمونهدر مکانیک سیالات محاسباتی جریان حفره با درپوش متحرک بود و مسئه دوفازی ذرات جامد در سیال هوا در رژیمجریان آرام می باشد.

امروزه به دلیل مشکلات انرژی و بحران های زیست محیطی اهمیت استفاده از انرژی های تجدید پذیر، علی الخصوص انرژی بادی از گذشته بیشتر احساس می شود. به همین جهت مزارع بادی در ابعاد مختلف و در نقاط مختلف با شرائط آب و هوایی گوناگون نصب می گردند. برای مشاهده اثر شرائط آب و هوایی محل نصب در فاصله بندی و چیدمان توربین ها به کمک نرم افزار فلوئنت و با استفاده از مدل k-? sst دنباله توربین در شرائط مختلف شبیه سازی شده و پروفیل دنباله در هر حالت به دست می آید. سپس از روش معمول الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی چیدمان در هر حالت استفاده می شود. کد الگوریتم ژنتیک به کار رفته، برای استفاده در این پژوهش نوشته شده و سعی شده تا بهینه سازی برای دو نوع تابع هدف تعیین گردد. نتائج شبیه سازی جریان و الگوریتم ژنتیک در تابع هدف اول که نسبت هزینه به انرژی تولیدی می باشد با چند پژوهش دیگر مقایسه شده است. تابع هدف دوم نیز بر اساس سود خالص نیروگاه در طول عمر 20 ساله آن تعریف شده است. در پایان نکاتی مهم در مورد اعتبار نتائج نیز ارائه می گردد. لازم به ذکر است اثر پارامترهای آب و هوایی برای اولین بار در چیدمان توربین ها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده در هر تابع هدف اهمیت توجه به شرائط آب و هوایی محل نصب توربین های بادی را در چیدمان مزارع بادی نشان داده و در حالت می توان تفاوت این نتایج را با حالات دیگر مشاهده نمود. واژه های کلیدی: انرژی باد، توربین بادی، شرائط آب و هوایی، دینامیک سیالات محاسباتی، الگوریتم ژنتیک، چیدمان توربین های بادی

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. 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 هیدرودینامیک ، 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 مومنتوم جریان 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. همچنین در اختلاف دماهای بالاتر بین سطح و سیال، به دلیل افزایش ویسکوزیته، نتایج ضریب درگ بیشتری را نشان می دهند. لذا فرض خواص ثابت منجر به تخمین پایین تری از ضریب درگ می شود. این تفاوت در ضریب درگ به علت اختلاف دما، در رینولدزهای کم که اهمیت خاصی در جریان های دوفاز گاز-جامد در ابعاد میکرو دارد، مشهودتر می باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز، وابستگی ضریب درگ به عدد نیودسن کاهش می یابد. 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 بر هیدرودینامیک جریان در رژیم انتقالی صورت گرفته است. به عنوان مثال مشاهده شد که با افزایش عدد نیودسن ضریب درگ افزایش می یابد و با افزایش عدد ماخ ضریب درگ کاهش می یابد. در قسمت پایانی این تحقیق به بررسی تاثیر ارتفاع پرواز بر پارامترهای هیدرودینامیکی 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 ضریب درگ کاهش 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.

کاهش قطر هیدرودینامیکی کانال تا حدی که قابل مقایسه با مسافت پویش آزاد میانگین مولکول های گازی که در داخل کانال حرکت می نمایند باشد، منجر به پاره ای از اثرات ناپیوستگی و یا رقت می گردد. با در نظر گرفتن پیچیدگی و هزینه های ناشی از مدل سازی عددی معادلات بولتزمان، معادلات ناویراستوکس با توجه به مفاهیم موجود در زمینه جریان های لغزشی حل می شود. از این رو شرط مرزی سرعت ماکسول و پرش دمایی اسملچوسکی به عنوان شروط مرزی به معادلات مومنتوم و انرژی اعمال می شوند. تحقیق حاضر بیان کننده روشی در راستای بررسی انتقال حرارت با استفاده از تزریق نانو ذرات در مایکرو کانال می باشد، با توجه به ابعاد مایکرو کانال معادلات حاکم بر جریان در محدوده جریان لغزشی قرار می گیرند. در تحقیق انجام گرفته، پخش ذرات نانو در داخل مایکروکانال از طریق روش جریان دو فاز مورد بررسی قرار گرفته و روش اویلر-لاگرانژی به منظور مدل سازی حضور ذرات نانو در مایکروکانال افقی در هندسه های مختلف تحت جریان لامینار استفاده شده است. همچنین بیان این نکته ضروری به نظر می رسد که نیروهای در نظر گرفته شده در طول این مدل سازی شامل نیروهای درگ، جاذبه و برآونی می باشند. علاوه بر آن، به منظور اعمال تأثیرات لغزشی در مایکروکانال ها، فاکتور اصلاح لغزش کانینگهام ، در اصلاح تأثیر نیروی درگ استفاده شده است. مایکروکانال-های مورد مطالعه به دو دسته زبر و سینوسی تقسیم می شوند، دسته اول به منظور بررسی اثرات زبری بر انتقال حرارت جریان دوفاز گاز جامد صورت گرفت و تابع هدف در دسته دوم بر افزایش بازده حرارتی مایکروکانال در جریان دوفاز استوار بود.

در جهان امروز برای غلبه بر معضل کاهش منابع سوخت های فسیلی و نیز مشکلات زیست محیطی ناشی از آن فناوری های جایگزینی معرفی شده اند. در میان این فناوری ها، پیل های سوختی به عنوان گزینه ای جدی برای تامین انرژی در مقیاسی وسیع و طولانی مدت مطرح می باشد. از این میان، پیل سوختی پلیمری که تنها با ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تولید آب، انرژی آزادشده در طی فرایند را به برق تبدیل می کند، به عنوان انرژی پاک بسیار مورد توجه می باشد. مهم ترین موانع در راستای تجاری سازی این فناوری، مشکلات مربوط به کنترل میزان آب تولیدی و مدیریت آن در پیل سوختی، مدیریت گرما و غیره می باشد. برای حل مشکل مدیریت آب در پیل سوختی، روش های مختلفی پیشنهاد شده است که بخش مهمی از آن شامل بهبود طراحی میدان های جریان می باشد؛ که البته در بیشتر موارد با افت فشار زیاد در کانال همراه می باشد. برای کاستن از مشکل افت فشار زیاد نیز تحقیقات محدودی انجام گرفته است. یکی از راه حل های جدید برای کاستن از مشکل افت فشار زیاد در کانال و نیز بهبود انتقال واکنش دهنده ها، شیب دار نمودن کانال می باشد که سبب ایجاد جابجایی اجباری در محیط متخلخل نیز می گردد. ضمن اینکه به علت ابعاد هندسی کوچک، اثرات نیروهای کشش سطحی از اهمیت ویژه ای برخوردار می شوند. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوئنت و استفاده از قابلیت تعریف توابع کاربر، جریان دو فاز گاز-مایع در کانال با اعمال تابع هافمن برای زاویه تماس دینامیک و روش حجم سیال برای مدل دوفاز، برای کانال های مستقیم و شیب دار، و سپس جریان دوفاز قطرات، در میدان جریان کانال های موازی به همراه منیفولدهای ورودی و خروجی متداول و اصلاح شده شبیه سازی شده است. در قسمت اول، اثر سرعت های مختلف جریان هوای ورودی و اندازه ظهور قطرات مایع بر روی سطح به عنوان شرایط مختلف کاری پیل سوختی پلیمری در هندسه های مستقیم وشیب دار، بر مدت زمان خروج، افت فشار کلی و گذرای کانال ها، دینامیک و مکانیزم های غالب در حرکت قطرات بررسی شده اند و سپس به بررسی وضعیت میدان جریان موازی در حضور قطرات مایع و اصلاح طرح متداول و پیشنهاد طرحی جدید برای آن به منظور بهبود مدیریت آب در کانال پرداخته است.

در تحقیق حاضر، به مطالعه عددی پایداری شعله در سرعت های بالا با استفاده از روش ایجاد ناحیه بازچرخشی جریان از طریق شعله نگهدار bluff-body vee-gutter در یک برنر دو بعدی متقارن محوری سوخت گازی متان و اکسنده هوا در نسبت های انسداد انفرادی مختلف و نیز موتور رم جت سوخت مایع 26 اینچی آزمایشگاه پیشرانش لوئیس ناسا پرداخته شده است. نتایج حاکی از آن است که در برنر سوخت گازی در سرعت های بالای هوای ورودی (در این پایان نامه 160 متر بر ثانیه) برای احتراق غیر پیش-مخلوط (شعله دیفیوژن) و پیش-مخلوط وجود شعله نگهدار جهت ایجاد ناحیه کم سرعت و باز چرخشی جریان برای شکل گیری احتراق و پایداری شعله ضروری است. از طرفی در یک نسبت انسداد کلی ثابت اما با نسبت انسداد انفرادی مختلف (تعداد حلقه های متفاوت)، شعله نگهدارهایی که تعداد حلقه های بیشتری دارند یا به عبارتی نسبت انسداد انفرادی کمتری دارند کارایی آنها برای حالت احتراق پیش-مخلوط بهتر از احتراق غیر پیش-مخلوط (شعله دیفیوژن) در مواردی همچون یکنواختی سراسری دمای شعله، میزان وسعت شعله، اتصال شعله به شعله نگهدار، کامل بودن و اندازه دنباله پشت شعله نگهدار می باشد. نتایج موتور رم جت که در آن احتراق توأم با اسپری multi hole سوخت n-heptan مایع مدل سازی شده بیانگر این مطلب است که مشخصات هوای ورودی (همچون سرعت، دمای سکون و فشار سکون)، الگوی پاشش سوخت (در این تحقیق پاشش coss flow یا عمود بر جریان هوا)، مدل های فروپاشی اسپری و نسبت انسداد شعله نگهدار اثر بسزایی بر روی فرآیند فروپاشی و تبخیر قطرات سوخت، اختلاط سوخت و هوا، شکل گیری احتراق و پایداری شعله دارد.

برای بدست آوردن بهترین عملکرد پیل سوختی پلیمری با کانال انتها بسته آند به مدیریت آب و گاز دقیقی نیازمند هستیم. آب انباشته شده در انتهای کانال گاز آند و گذر نیتروژن از کاتد به آند نکات مهمی در این مدلسازی می باشد. برای مطالعه رفتار گذرای پیل سوختی پلیمری با کانال انتها بسته آند، مشاهده انباشته شدن آب و نیتروژن در کانال گاز آند با گذر زمان و تاثیر استراتژی تخلیه در مدیریت آب و گاز، یک مدل گذرای پیل سوختی پلیمری با کانال انتها بسته آند توسعه داده شده است. این مدل جریان را دوفاز فرض می کند و معادلات حاکم بر مدل، معادلات بقای جرم، مومنتم، گونه های شیمیایی، انرژی و بار الکتریکی را همراه با مدل اشباع آب حل می کند. نتایج مدل نشان می دهد که آب و نیتروژن با گذشت زمان در کانال آند انباشته شده و میزان دسترسی به هیدروژن را کاهش می دهد، ازاین رو عملکرد پیل افت می کند. نرخ انباشتگی به جریان الکتریکی بدست آمده از پیل، وابسته می باشد. علاوه بر این، پیداست دوره تناوب انجام تخلیه، نقش مهمی در تسکین اثرات زیان بار انباشتگی آب و نیتروژن در کانال آند، بازی می کند. رفتار گذرا و اثر شرایط عملکردی مربوطه از طریق نتایج شبیه سازی بدست آمده است که می تواند برای افزایش کارایی استراتژی تخلیه استفاده شود.

در این تحقیق دو مدل عددی دو بعدی، دوفازی و پایا، در نرم افزار کامسول توسعه داده شده است. توسعه ی یک مدل دوفازی از کل اجزای پیل سوختی پلیمری در کامسول برای نخستین بار در جهان انجام گردیده است. مدل اول این تحقیق، یک مدل تک کاناله از تمامی اجزای پیل سوختی است، در حالیکه دامنه ی مدل دوم، شامل سمت کاتد پیل سوختی با سه کانال عبور هوا می شود. از آنجا که آب گرفتگی در پیل های سوختی پلیمری از جمله مهمترین موانع تجاری سازی آنها محسوب می شود، به کمک مدل دوم اثر پارامترهای موثر بر جریان عرضیِ بین کانالی بررسی شده است. جریان عرضی و پدیده ی مویینگی، مکانیسم های خروج آب از محیط های متخلخل به شمار می روند، اما مکانیسم جریان عرضی در مقالات کمتر مورد توجه قرار گرفته است. معادلات مکسول استفان و دارسی به ترتیب برای محاسبه ی توزیع گونه ها و توصیف حرکت فاز گاز در محیط متخلخل استفاده شده اند. برای توصیف حرکت فاز مایع، علاوه بر مویینگی، اثر جریان عرضی نیز بر نحوه ی حرکت آب در نظر گرفته شده است. معادله ی اهم نیز بستگی جریان الکترون ها و پروتون ها را به توزیع پتانسیل الکتریکی و یونی نشان می دهد. بر اساس نتایج مدل های مورد تحقیق، افزایش افت فشار بین کانال های مجاور در پیل و نفوذپذیریِ محیط های متخلخل، هر دو سبب افزایش جریان عرضی و تخلیه ی آب از این محیط ها می شوند که در نتیجه، افزایش چگالی جریان را در پی دارد. افزایش رطوبت نسبی در کانال های ورودی هوا و سوخت نیز تا جاییکه باعث آب گرفتگی نشود، سبب افزایش رسانش یونی و بهبود عملکرد پیل خواهد شد. همچنین افزایش خاصیت آب گریزی مواد سازنده ی پیل به خروج بهتر آب از آن کمک می کند.

امروزه فناوری ریز تراشه ها و mems با سرعت فراوانی رو به رشد است. یکی از مسایلی که در جریان میکرو کانال ها مطرح است، نحوه به حرکت در آوردن سیال در مجراها می باشد. با توجه به اندازه کوچک آنها، روش های مرسوم جوابگوی نمی باشد. لذا روش های مختلفی جهت پمپاژ سیال ارائه شده است. یکی از آنها استفاده از جریان الکترواسمز است. در این روش به دو انتهای سیال هادی جریان اختلاف پتانسیل اعمال می شود. با توجه به تغییراتی که در نزدیکی دیواره صورت می-گیرد و به دو لایه ای الکتریکی مرسوم است، سیال حرکتی یکنواخت خواهد داشت. یکی از مشکلات این روش این است که تنها در سیالات هادی الکتریکی قابل استفاده است. یکی از راهکارهایی که جهت حل این مشکل ارائه شده است، استفاده از نیروی حاصل از این جریان برای به حرکت درآوردن سیال غیرهادی است. در این پروژه این مسأله به صورت عددی شبیه سازی شده است. یکی از مهم ترین چالش ها استفاده از شرط مرزی مناسب در مرز مشترک است. بررسی ها نشان داده است که شرط دو لایه ای الکتریکی به همراه بار سطحی با نتایج آزمایشگاهی مطابقت دارد. بر این اساس جریان الکترواسمز در کانالی با دو سیال مدل سازی شده است. سیال اول هادی و سیال دوم غیر هادی. پارامترهای موثر مانند لزجت، پتانسیل سطح، غلظت یون و زبری تغییر داده شده و اثرات آن در معادلات اصلی، شکل جریان در هر دو سیال بررسی شده است. بر این اساس همان طور که انتظار می رود، پتانسیل سطح، میدان الکتریکی و ثابت دی الکتریک اثر مثبتی بر سرعت دو سیال دارد. از سوی دیگر زبری اثری کاهشی بر میزان سرعت دارد. (هر چند در قله های زبری سرعت به طور موضعی افزایش می یابد.)

موضوع این مطالعه مدل سازی جریان دو فاز در بستر سیال محترق می باشد. معادلات حاکم بر جریان دوفاز و همچنین جملات مربوط به احتراق آورده شده است. مدل سازی به صورت دوبعدی و گذرا می-باشد و احتراق در نظر گرفته می شود. برای مدل سازی از روش اولر-اولر استفاده می شود. برای مدل-سازی یک محفظه احتراق زغال سنگ آزمایشی انتخاب شده است. در مدل سازی علاوه بر معادلات هیدرودینامیکی، معادله انرژی، k-? ، اجزا و معادله انرژی دانه ای حل شده است. در اکثر مدل سازی های انجام شده در گذشته، بستر سیال به صورت سیال سرد در نظر گرفته شده است، به این معنی که احتراق در نظر گرفته نشده است.همچنین ترکیب مدل سازی احتراق با جریان دانه ای تاکنون انجام نشده است. مزیت و نوآوری کار حاضر نسبت به کار های گذشته، در نظر گرفتن احتراق همراه با فرض جریان دانه ای می باشد. چالش اصلی پیش روی این مطالعه بالا بودن حجم محاسبات می باشد که تا حد امکان با فرض های ساده سازی معقول کاهش یافته است. نتایج به دست آمده با نتایج ارائه شده در مراجع مقایسه و اعتبارسنجی شده است. همچنین استقلال از شبکه مورد بررسی قرار گرفته است. در قسمت نتایج نیز کانتورهای کسر فضای خالی، کانتور فشار، دما و همچنین کانتور های کسر جرمی واکنش-دهنده ها و فراورده ها آورده شده است. مطالعه حاضر به ما در درک مکانیزم احتراق و طراحی سیستم-های احتراقی جدید کمک می کند. کلیدواژه: بستر سیال، احتراق، جریان دوفاز، اولر-اولر.

به منظور بررسی پارامترهای جریان دوفازی گاز-جامد در چرخه-ی بالستیک داخلی که به صورت خاص برای یک توپ 175 میلی متری است، یک مدل سازی عددی بر اساس یک مدل تئوری ارائه شده است. این مدل شامل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی برای هر فاز به همراه معادله تنش دانه ای بین ذرات جامد در بستر متخلخل می باشد. از مدل سازی احتراق درون بستر صرف نظر شده و فقط با توجه به معادله ی بقای جرم برای فاز جامد گازهای ناشی از احتراق به سیستم وارد می شود. دبی جرمی گاز حاصل از احتراق به کمک روابط تجربی آهنگ سوزش محاسبه می گردد.رفتار گاز درون محفظه با استفاده از معادله ی حالت ابل-نوبل شبیه سازی شده است. هنگامی که احتراق بستر آغاز می شود، فشار گاز در محفظه ی احتراق به سرعت افزایش می یابد و در نهایت سبب حرکت مرز که در واقع همان گلوله است، می شود. به منظور بررسی و مطالعه ی این تغییرات و تحلیل مسئله به صورت دو بعدی، یک حل عددی به صورت صریح و بر مبنای الگوریتم مک کورمک و یک حل دیگر با روش ضمنی و به صورت کوپل داخلی معادلات انجام شده است. با توجه متحرک بودن مرز سیستم گرید بندی دامنه ی حل به صورت دینامیک با تولید گرید جدید و کش آمدن گریدها قبل از تولید گرید، می باشد. در نهایت تغییرات پارامترهای اساسی که همان منحنی های عملکردی سیستم است ارائه شده و اثر پارامترهایی از قبیل هندسه ی سوخت جامد، جرم سوخت موجود در محفظه و هندسه ی سوخت برای یک حالت خاص نیز بررسی می شود.

اخیراً پیل های سوختی غشاپلیمری به دلیل چگالی توان و بازده بالا، عدم وجود قطعات متحرک، عدم تولید صدا و آلودگی و محدوده وسیع دمای کارکرد، به عنوان جایگزین بالقوه موتورهای احتراق داخلی جهت کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و مهار انتشار گاز زیان آور دی اکسید کربن مطرح شده اند. مدیریت آب به عنوان یک موضوع بسیار مهم در جهت پیشرفت فن آوری پیل های سوختی غشاپلیمری شناخته می شود. وجود آب در پیل به دلیل تأمین رطوبت مورد نیاز غشا ضروری می باشد ولی انباشت بیش از اندازه آب در پیل که به عنوان پدیده طغیان شناخته می شود، به دلیل کاهش مکان های واکنش لایه نفوذ گاز و کاتالیست و افت انتقال جرم، باعث کاهش توان و کارایی پیل می گردد. در این پژوهش با استفاده از پردازش تصاویر، جریان دوفاز درون کانال های جریان کاتد یک پیل سوختی غشاپلیمری شفاف مورد بررسی قرار گرفته است. سپس اطلاعات کمّی مورد نیاز با توجه به الگوریتم طراحی شده همچون نسبت آب پوشانی کلّی و موضعی که معیاری از آب مایع موجود در کانال های جریان کاتد در طول زمان می باشد، به دست می آید. سپس با بررسی تصاویر گرفته شده از کانال های جریان کاتد پیل سوختی، به اطلاعات کمّی دیگری همچون سرعت توده های متحرک آب مایع، زمان تشکیل رژیم توده و رژیم قطرات ریز (مه گون) و اطلاعات کیفی همچون الگوی جریان دوفاز درون کانال های کاتد و روند تشکیل و تغییرات رژیم آب مایع درون کانال های کاتد، دست می یابیم. پژوهش حاضر، اطلاعات مفیدی جهت بررسی و بهینه سازی مدیریت آب پیل های سوختی غشاپلیمری و اعتبارسنجی بررسی های عددی را فراهم می سازد.

به منظور دستیابی به حداکثر توان در پیل، مدیریت مناسب آب امری ضروری می باشد. وجود آب زیاد سبب پدیده آب گرفتگی می شود در حالی که کمبود آب خشک شدن غشا را در پی دارد. در کار حاضر هدف بررسی پارامتریک عوامل تاثیرگذار بر عملکرد پیل در دو حالت پایا و گذرا می باشد. نرخ استوکیومتری، رطوبت نسبی و دمای رطوبت زنی برای هر دو سمت آند و کاتد به عنوان پارامترهای مورد مطالعه در نظر گرفته شده اند. در هر مرحله به منظور بررسی رفتار پایای پیل منحنی قطبش ترسیم میگردد. در هنگام انجام تست گذرااز سمت کاتد پیل عکسبرداری انجام می پذیرد و در تحلیل رفتار گذرای پیل از تکنیک پردازش تصاویر برای تشخیص محتوای آب سمت کاتد استفاده می شود. نرخ آب پوشانی به صورت نسبت مساحت آب موجود در کانال به مساحت کانال تعریف می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که توان تولیدی پیل رابطه مستقیم با میزان آب موجود در سمت کاتد دارد. با افزایش نرخ آب پوشانی توان تولیدی پیل افزایش می یابد اما هنگامی که میزان آب زیاد شود به دلیل وقوع پدیده آب گرفتگی توان به شدت کاهش می یابد. همچنین مشاهده می شود که با افزایش نرخ استوکیومتری و دمای کاری محتوای آب در سمت کاتد کاهش می یابد در حالیکه افزایش رطوبت واکنش دهنده ها انباشتگی آب در این سمت را در پی دارد. بررسی عملکرد پایا و گذرای پیل در شرایط کاری مختلف نشان می دهد که نرخ استوکیومتری و رطوبت نسبی دارای مقدار بهینه می باشند در حالی که با افزایش دما عملکرد پیل کاهش می یابد.

تولید توان همواره یکی از چالش برانگیزترین مسائلی است که بشر با آن مواجه بوده است. یکی از ابزارهای تولید توان که امروزه توجه جوامع علمی را به طور جدی به خود معطوف نموده، پیل های سوختی می باشند که بدون ایجاد آلودگی های زیست محیطی و صوتی، توانایی تولید انرژی الکتریکی با بازدهی بالا را دارند و بسته به نوع غشاء بکاررفته در آن ها، به انواع مختلفی تقسیم بندی می شوند. در این میان پیل‎ های سوختی غشاء پلیمری که غالباً در محدوده ی دماهای پایین (کمتر از 100 درجه سانتی گراد) کار می کنند، از جمله پیل هایی می باشند که به خاطر مزایای عمده ای همچون بازده تبدیل انرژی و چگالی توان بالا، در زمینه های مختلف کاربردهای گسترده ای پیدا کرده اند. آب و حرارت از محصولات ناشی از واکنش الکتروشیمیایی انجام شده در این نوع پیل می باشد که مدیریت هر یک از آنها چالش های مربوط به خود را در تولید توان به همراه دارد. به عنوان نمونه مبحث مدیریت آب یکی از مسایل دارای اهمیت در پیل های سوختی غشاء پلیمری برای رسیدن به بیشترین عملکرد و پایداری می باشد. عدم مدیریت صحیح آب می تواند منجر به کاهش قابل ملاحظه توان و یا حتی از کار افتادن پیل سوختی گردد که یکی از موانع مهم در راستای تجاری سازی این فناوری محسوب می شود. یکی از پدیده های ناشی از مدیریت غلط آب، آب گرفتگی یا طغیان در پیل می باشد که به صورت گسترده ای در طول دو دهه گذشته مورد توجه قرار گرفته است. به دلیل اهمیت بالای طغیان پژوهش های بسیاری برای تشخیص، مشاهده و تاثیر آن بر عملکرد پیل انجام گرفته است. در راستای شیوه های آشکارسازی و تشخیص پدیده طغیان می توان به بررسی نوری مستقیم اشاره نمود که از پرکاربردترین روش ها نیز می باشد. این شیوه نیازمند طراحی خاص و جایگزینی دیوارهای شفاف با انواع مرسوم می باشد تا امکان مشاهده بصری درون پیل فراهم آید. تاکنون پژوهش های بسیاری در فرایند طراحی و ساخت پیل های سوختی شفاف انجام شده است. در تمامی این طراحی ها بزرگترین سطح فعال 100 سانتی متر مربع بوده و از ساده ترین هندسه ها بهره گرفته شده است. اما با توجه به ابعاد این نمونه های آزمایشگاهی نسبت به اندازه های پیل های صنعتی این تردید به وجود می آید که ممکن است نتایج حاصل از این سری مطالعات قابل تعمیم به نمونه های رایج در صنعت نباشد. بنابراین ضرورت دانسته می شود به طراحی و ساخت یک پیل سوختی غشاء پلیمری شفاف با مقیاس بزرگ همراه با میدان جریان پیچیده تر مشابه با پیل های سوختی صنعتی پرداخته شود تا بتوان عملکرد آن ها را با هم به درستی مقایسه کرد. در پژوهش حاضر این مساله مورد توجه واقع شده است. یکی از مسایل مهم در مونتاژ پیل های سوختی به ویژه در مقیاس های بزرگ، اعمال نیروی کافی و موثر به صفحات انتهایی می باشد. این نیرو مقدار بهینه ای دارد و می تواند با مصالحه ای بین افت های اهمیک و افت های غلظتی به طور تجربی تعیین شود. در این پژوهش تست های مربوط به بررسی تأثیر نیروی محکم کننده بر عملکرد سلول انجام می شود. هدف از انجام این تست ها دست یابی به این نقطه ی بهینه می باشد. پس از تعیین مقدار نیروی بهینه برای این پیل شفاف، تمامی آزمایش های مربوط به شرایط کاری شامل دمای گازهای ورودی، رطوبت نسبی گازهای تغذیه شونده و نرخ استوکیومتری انجام می شود. سپس تأثیر این شرایط با در نظر گرفتن مبحث مدیریت آب بر روی عملکرد پیل سوختی ساخته شده مورد بررسی قرار می گیرد.

طی این پژوهش، روشی عددی و شیوه ای بهینه سازی برای جریان بخار همراه با جوانه زنی که منجر به تولید قطره می شود، مورد بحث قرار دارد. جریان درحال چگالش در نمونه ای از مراحل پایانی توربین بخار و شیپوره جریان بخار مورد بررسی قرار می گیرد و هندسه شیپوره به عنوان هندسه کلی توربین در جهت کاهش عیب های حضور مایع در جریان بخار، مورد بهینه سازی قرار می گیرد. به کارگیری معادلات ناویر-استوکس، مدل آشفتگی دومعادله ای k-?، گسسته سازی حجم محدود و الگوی اویلر-اویلر برای هر دوفاز، مدل عددی مناسبی را برای این نوع از جریان ها مهیا می کند. لزوم پیش بینی توزیع دقیقی از اندازه قطره ها، استفاده از مدل تقطیر قطره را می طلبد که برای تولید قطره های جدید از تئوری جوانه زنی همگن استفاده می کند و به وسیله انتقال جرم و انتقال حرارت، معادلات دو فاز را به یکدیگر وابسته می کند. خواص بخار و آب مایع با استفاده از معادلات iapws بیان شده است. اعتبار مدل استفاده شده هم در شیپوره و هم در توربین بخار با بهره از اطلاعات آزمایشگاهی سنجیده شده است. نتیجه های مربوط به هندسه توربین بخار و شیپوره ارائه شده و مورد بحث قرار گرفته است. در بهینه سازی هندسه شیپوره از مدل سطح پاسخ برای تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی و از الگوریتم ژنتیک در بهینه سازی استفاده شده است. تابع های هدف متفاوتی برای به دست آوردن هندسه بهینه تعریف شده و مزایا و معایب هرکدام مورد بحث قرار گرفته است.

در سال های اخیر موضوع افزایش انتقال حرارت جهت دست یابی به سیستم هایی با عملکرد حرارتی بالا بسیار مورد توجه قرار گرفته و روش های بسیاری نیز توسط محققین معرفی شده است. در پایان نامه حاضر، دو روش افزودن نانوذرات به سیال پایه و قرار دادن گردابه سازها در مسیر جریان برای ایجاد جریانات چرخشی به طور عددی بررسی و اثر پارامترهای مختلف از جمله عدد رینولدز، شکل و زاویه حمله گردابه ساز، قطر و کسرحجمی نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت و افت فشار مطالعه شد. در مدل سازی نانوسیال از دیدگاه اویلر- لاگرانژ که سیال و ذرات را به ترتیب از دیدگاه اویلری و لاگرانژی بررسی می کند، استفاده شد و معادلات حاکم با فرض جریان آرام، سه بعدی و غیرقابل تراکم در حالت پایا حل شدند. نتایج نشان داد که با قرارگیری گردابه سازها در مسیر جریان، نرخ انتقال حرارت به دلیل ایجاد جریانات چرخشی و ارسال سیال تازه تری به سمت سطوح انتقال حرارت افزایش می یابد. همچنین افزودن نانوذرات موجب تخت تر شدن پروفیل دما و سرعت سیال نسبت به سیال خالص می گردد و نرخ انتقال حرارت و افت فشار با افزایش کسرحجمی نانوذرات افزایش می یابد. بررسی اثر اعمال هر دو روش به طور هم زمان نشان داد که عملکرد حرارتی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد که البته افزایش افت فشار را نیز به همراه دارد. بنابراین، به منظور حصول بیشینه انتقال حرارت و کمینه افت فشار، مقادیر بهینه پارامترهای شکل، زاویه حمله گردابه ساز و کسر حجمی نانوذرات با به کارگیری ترکیبی از شبیه سازی عددی، شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک چندهدفه با مرتب سازی نامغلوب محاسبه شد. بر این اساس، مجموعه ای از مقادیر بهینه این پارامترها به همراه بهترین مورد از لحاظ عملکرد حرارتی و هیدرودینامیکی معرفی گردید.

هدف از این پروژه، بررسی میزان تحویل نانوداروها به بافت سرطانی از طریق منافذ موجود در مویرگ¬های تغذیه¬کننده آن است. جریان خون و نانوذرات به صورت جریان دوفاز و با استفاده از رویکرد اویلر- لاگرانژ فرموله شده است. در این مطالعه، دو روش برای مدل¬سازی جریان خون در مویرگ¬ها مورد استفاده قرار گرفته است. در روش اول، خون به صورت سیال غیرنیوتونی با مدل توانی و در روش دوم، به دلیل تاثیر زیاد وجود گلبول قرمز و تغییر شکل آن بر جریان خون، خون به صورت مخلوطی از پلاسما و گلبول قرمز مدل¬سازی شده است. روش اندرکنش سازه و سیال دوطرفه برای حل توام معادلات حاکم بر پلاسما به عنوان سیال پیوسته و گلبول قرمز به عنوان جامد الاستیک به کار رفته است. اثر پارامترهای قابل کنترل مختلف بر تحویل ذرات دارویی به تومور بررسی شده است. نتایج نشان می¬دهند که تحویل نانوذرات با کاهش فشار مایع میان¬بافتی، سرعت جریان، اندازه مویرگ، ویسکوزیته کمینه خون و با افزایش اندازه منفذ و فشار خون مویرگی افزایش می¬یابد. رابطه¬ای برای تحویل نانوذرات به تومور ارائه شده است. همچنین اثر تغییر شکل گذرای گلبول قرمز تحت شرایط مختلف بر تحویل ذرات مورد بررسی قرار گرفته است.

به دلیل وجود جریان دوفاز در پیل های سوختی غشاء تبادل پروتونی دما پایین، پدیده طغیان و آب گرفتگی نقشی اساسی در عملکرد این پیل ها دارد. در پژوهش آزمایشگاهی حاضر، با ساخت و بکارگیری پیل های شفاف با کانال های موازی و مارپیچ و استفاده از روش پردازش تصاویر برای تحلیل ویدیو های به دست آمده تحت شرایط کاری مختلف استوکیومتری، رطوبت نسبی و دمای ورودی، پارامتر های جدیدی برای مطالعه جریان دوفاز درون کانال ارایه شد. ارایه یک دسته بندی جامع از رژیم های جریان دوفاز موجود در کانال گاز سمت کاتد و تاثیر شرایط کارکردی پیل بر تغییر و تبدیل این رژیم ها به یکدیگر و نوع جریان دوفاز غالب در شرایط کارکردی مختلف از دستاوردهای این پژوهش می باشد. نتایج آزمایش های پیل جریان مارپیچ نشان می دهد که خاستگاه 76% از توده های تشکیل شده در زانویی ها و تنها 24% در میانه کانال ها است. همچنین در مطالعه حاضر با استفاده از روش طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی ، فرکانس مناسب جهت بررسی پدیده طغیان در پیل های موازی و مارپیچ به دست آمد. با استفاده از این فرکانس، زمان داده برداری از پیل در هنگام وقوع آب گرفتگی کاهش یافت و این منجر به پیدا کردن ارتباطی نزدیک بین نمودار امپدانس و پدیده های در حال وقوع در کانال های گاز سمت کاتد شد. نتایج به دست آمده از طیف نگاری امپدانس نشان می دهد که این روش، ابزاری مناسب جهت پیش بینی پدیده طغیان و بررسی عمکلرد در پیل های سوختی غشاء تبادل پروتونی می باشد. با استفاده از روش رویه پاسخ که از قدرتمندترین روش های طراحی آزمایش می باشد، بهینه سازی شرایط کارکردی استوکیومتری، رطوبت نسبی و دمای ورودی گازها برای دست یابی به توان بیشینه پیل در غیاب پدیده طغیان، انجام شد. با استفاده از روش رویه پاسخ، یک مدل درجه دوم که قادر به در نظر گرفتن اندرکنش بین پارامترهای ورودی می باشد، به دست آمد. ارزیابی پیش بینی های مدل به دست آمده در شرایط مختلف کارکردی نشان داد که نتایج این مدل، تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی دارد و این روش ریاضی-آماری ابزاری توانا برای بهینه سازی پیل های سوختی غشاء تبادل پروتونی می باشد.

در بسیاری از فرآیندهای مهندسی، همراه شدن قطرات مایع با جریان گاز مشکلاتی چون خوردگی تجهیزات پایین دستی و از دست رفتن مایعات گران¬قیمت را در پی خواهد داشت. برای حل این مشکلات، فازها به کمک جداکننده ها از یکدیگر جدا می شوند. جداکننده های پره ای به عنوان یکی از جداکننده های دارای راندمان بالا و افت فشار پایین، در جداسازی جریان¬های گاز- مایع بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. در مطالعات انجام شده، به جهت افزایش راندمان جداسازی و سهولت خروج مایع، جداکننده-های پره ای به کانال های خروج مایع تجهیز شدند. به دلیل اهمیت طراحی بهینه این کانال ها، در این مطالعه به بررسی عملکرد جداکننده های پره ای دارای کانال های مایع و شبیه سازی آن ها به روش دینامیک سیالات محاسباتی پرداخته شده است. پس از انتخاب شبکه¬بندی مناسب برای هندسه آن، تأثیر کانال های خروج مایع بر راندمان جداسازی و افت فشار جریان مطالعه گردید. راندمان جداسازی با تجهیز نمودن جداکننده های پره ای به کانال¬های خروج مایع افزایش یافته و افت فشار جریان نیز نسبت به حالت بدون کانال، بیشتر می شود. شبیه سازی جداکننده ی پره ای کانال دار برای قطرات با قطرهای مختلف و چندین سرعت¬ ورودی انجام شد. نهایتاً پارامترهای هندسی کانال های خروج مایع بررسی شده و طراحی بهینه کانال های خروج مایع برای جداکننده های پره ای مورد مطالعه قرار گرفت. در این طراحی، راندمان جداسازی قطرات و افت فشار جریان برای طول و ارتفاع کانال خروج مایع، به طور همزمان بهینه شده اند. در انتها، جریان دو فازی داخل جداکننده ی پره ای برای شرایط حاکم بر درام بویلر که سیال های عامل بخار آب و آب مایع هستند، شبیه سازی شده است

در این پایان نامه به بررسی عملکرد جداکننده ی سیکلونی و تأثیر تغییر پارامترهای هندسی بر آن، به کمک دینامیک سیالات محاسباتی پرداخته شده است. پس از انتخاب شبکه بندی مناسب برای هندسه ی سیکلون، تأثیر تغییر پارامترهای هندسی بر مقدار حمل مایع از بالا و مقدار حمل گاز از پایین مطالعه گردید. در این طراحی، سطح مقطع ورودی، زاویه ی ورودی، ارتفاع ورودی از کف سیکلون، قطر خروجی مایع و قطر اصلی سیکلون به طور همزمان بهینه شدند. مطابق این شبیه سازی ها مقدار حمل گاز از زیر با کاهش قطر خروجی مایع یا افزایش قطر اصلی سیکلون یا افزایش سطح مقطع ورودی و یا کاهش زاویه ی ورودی، کاهش می یابد و یک نقطه ی بهینه برای تغییرات حمل گاز از زیر با تغییر ارتفاع ورودی سیکلون وجود دارد. همچنین یک نقطه ی بهینه برای حمل مایع از بالا با تغییر پارامترهای هندسی نظیر سطح مقطع ورودی، ارتفاع ورودی از کف سیکلون، قطر خروجی مایع و قطر اصلی سیکلون به دست می آید. افزایش زاویه ی ورودی باعث افزایش حمل مایع از بالا می گردد. در نهایت نیز تاثیر استفاده از سیکلون در درام بویلر که حاوی بخار و قطرات آب در دما و فشار بالا است، مورد بررسی قرار گرفت.

در این پروژه به بررسی تأثیر تزریق نانوذرات به جریان دوفاز گاز- مایع به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار cfx پرداخته شده است. به دلیل اهمیتی که جریان جوشش مادون سرد در بسیاری از صنایع دارد، این جریان به عنوان جریان گاز-مایع مورد نظر انتخاب شد. در ابتدا جریان جوشش مادون سرد آب در لوله عمودی با استفاده از دیدگاه اویلر- اویلر مدل سازی شد. سپس نانوذرات به جریان جوشش تزریق شده و جریان جوشش نانوسیال با استفاده از دو دیدگاه متفاوت دوفازی و سه فازی مورد تحلیل عددی قرار گرفت. در مدل سه فازی هر سه فاز از جریان در نظر گرفته شده، و میدان جریان، آب-بخار با استفاده از دیدگاه اویلر-اویلر و حرکت نانوذرات در سیال با استفاده از دیدگاه اویلر-لاگرانژ تحلیل شده، سپس هر دو دیدگاه با همدیگر حل می شوند. از نتایج مشاهده شد که در غلظت های کم نانوذرات (حدوداً %1/0)، اختلاف میان نتایج حاصل از دیدگاه دوفازی و سه فازی برای حل جریان جوشش نانوسیال بسیار اندک می باشد ولی با افزایش کسر حجمی نانوذرات، اختلاف افزایش می یابد. بعد از تحلیل جوشش آب و نانوسیال در لوله ی عمودی، این کار برای مقاطعی با شکل سطح مقطع متفاوت ولی با قطر هیدرولیکی یکسان انجام شد. برای مدل سازی جریان جوشش نانوسیال در مقاطع مختلف، تنها از دیدگاه سه فازی استفاده شد.

در این پژوهش جریان دوفازی گاز-مایع و دینامیک قطره در کانال های گاز سمت کاتد پیل سوختی غشاء پلیمری به صورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. روش عددی بر مبنای روش حجم سیال و روش آزمایشگاهی بر مبنای عکس برداری مستقیم و پردازش تصویر می باشد. دو هندسه بهبودیافته برای میکرو کانال های پیل سوختی به کمک بررسی جریان دو فاز در کانال ها ارائه شده است که یکی برای میدان جریان مارپیچ و دیگری برای میدان جریان موازی می باشد.

در این پژوهش بااستفاده از شکل دقیق معادلات به مدل سازی جریان دوفازی آب و نفت و جریان سه فازی آب و نفت و گاز در یک مخزن مربعی هیدروکربوری پرداخته میشود.توزیع فشار و اشباع آب و نفت در درون مخزن طی مدت زمان معینی شبیه سازی میشود.میزان تولید چاهها به همراه تاثیر پارامترهای تراوایی و تخلخل و مانع نفتی درون مخزن بررسی میشود.