مسائل معکوس حرارتی امروزه مورد توجه بسیاری از دانشمندان در زمینه های مختلف علوم و فناوری قرار گرفته است. یکی از کاربردهای این روش در حل مسائل انجماد فلزات می باشد. با توجه به اینکه کیفیت ماده در حال انجماد به شدتِ میزان سرعت سطح مشترک جامد- مایع وابسته است، از این رو با کنترل سرعت سطح مشترک در حین فرآیند انجماد می توان به ماده ای با کیفیت دلخواه و مناسب برای یک کاربرد مشخص دست یافت. هدف از حل مسائل معکوس حرارتی در فرآیندهای انجماد، تخمین شار حرارتی در مرزهاست بگونه ای که بتوان به ماده ای با کیفیت دلخواه دست پیدا کرد. روشهای عددی مختلفی برای حل مسائل معکوس شامل انجماد پیشنهاد شده که روش گرادیان مزدوج، بهترین روشی است که تاکنون استفاده گردیده است. بدلیل نرخ همگرایی و دقت بالاتری که روش متریک متغیر نسبت به سایر روشهای معکوس حرارتی داراست، در این پایان نامه از این روش برای کنترل انجماد مواد خالص استفاده شده است. همچنین برای کاهش هزینه حل مساله مستقیم، روش آنتالپی بکار برده شده است. بمنظور ارزیابی کارایی روش متریک متغیر، نتایج بدست آمده به ازای پارامترهای مختلف موثر بر حل معکوس با نتایج حاصل از روش گرادیان مزدوج همراه با مساله الحاقی مقایسه شده است. نتایج بدست آمده، نشان از کارایی بالای روش متریک متغیر در حل مسئله معکوس حرارتی انجماد نسبت روش گرادیان مزدوج دارد.

هدف این رساله بررسی جریان پیچیده کاویتاسیونی روی دیسک است که بعنوان کاویتاتور در پرتابه های زیر دریایی بکار می رود. با توجه به اینکه پدیده کاویتاسیون دارای پیچیدگی های زیادی می باشد، برای شبیه سازی آن باید از یک روش کارآمد استفاده نمودکه توانایی شبیه سازی مکانیزم های پیچیده ی موجود در این نوع جریان را دارا باشد. بسته ی نرم افزاری openfoam دارای انواع مدل های توانمند مورد نیاز در این زمینه از جمله روش های آشفتگی les (شبیه سازی ادی های بزرگ)، روش نسبت حجمی سیال (vof)، روش های انتقال جرم استاندارد و همچنین قابلیت اجرای موازی بسیار بالایی برای تحلیل پدیده کاویتاسیون می باشد. مدل آشفتگی les به دلیل داشتن توانایی فوق العاده برای منظور نمودن مقیاس های کوچک مکانی و زمانی توانایی بالاتری در شبیه سازی دینامیک کاویتاسیون و مکانیزم های آن دارد. بنابراین پروژه حاضر بر مبنای استفاده از نرم افزار openfoam در تحلیل جریان سوپرکاویتاسیون روی دیسک انجام شده است. مدل انتقال جرم زوارت (zwart) به قابلیت های این نرم افزار اضافه گردید و نتایج آن با نتایج حاصل از مدل های موجود مقایسه شد. در این مطالعه نتایج نشان می دهد که مدل انتقال جرم کانز دارای نتایج بهتری نسبت به سایر مدل های انتقال جرم می باشد

دراین رساله انتقال حرارت اجباری نانوسیالات درون محیط متخلخل با شرط تعادل و عدم تعادل حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. سیال درون کانال متخلخل توسعه یافته فرض شده است و از معادله دارسی برینکمن فورچهیمر برای مدلسازی جریان و از مدل بونگیورنو برای مدلسازی انتقال حرارت استفاده شده است. اثرات مهاجرت نانوذرات بر روی انتقال حرارت اجباری در حالت تعادل و عدم تعادل حرارتی بین فازها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از روش تکفازی و دوفازی (مدل بونگیورنو) در مدلسازی انتقال حرارت نانوسیالات مقایسه می شود. نتایج نشان می دهند: مهاجرت نانوذرات نقش بسیار مهمی را در افزایش انتقال حرارت نانوسیالات ایفا می کند. همچنین توزیع غیر یکنواخت کسر حجمی نیز با تغییر اعداد بی بعد حاصل از بی بعد سازی معادلات مورد بررسی قرار گرفته است. در حالت عدم تعادل حرارتی بین فازها، 4 مدل برای محاسبه شار کلی در حالت دمای ثابت بر روی دیواره ارائه شده است. همچنین برای حالت شار ثابت روی دیواره 3 مدل برای محاسبه شار جذب شده توسط هر کدام از فازها ارائه شده و با هم مقایسه می شوند. بررسی اثرات پارامتر انتقال حرارت سیال/نانوذره و سیال/جسم جامد نشان می دهند: این پارامتر تأثیر زیادی بر روی انتقال حرارت و شار حرارتی کل و شار جذب شده توسط فازها دارد. در روش آزمایشگاهی اثرات کسر حجمی بر روی انتقال حرارت و افت فشار مورد بررسی قرار می گیرد. در این آزمایش از نانوسیال آلومینا/آب استفاده شده است و کسر حجمی از 0-5/0% تغییر می کند. نتایج نشان می دهد افزایش کسر حجمی باعث افزایش انتقال حرارت و افت فشار می شود. نتایج عددی برای لوله حاوی ماده متخلخل نیز بررسی شده است و مدل های پیشنهادی برای محاسبه شار حرارتی در حالت دمای ثابت دیواره با نتایج تجربی مقایسه و بهترین مدل معرفی شده است.

در این پایان¬نامه جریان و انتقال حرارت سیال غیرنیوتنی در کانال دوبعدی با تخلخل جزئی به روش شبکه¬ی بولتزمن مورد مطالعه قرار داده شده است. سیال غیرنیوتنی از قانون توانی پیروی می¬کند و محیط متخلخل در مقیاس حفره مدلسازی شده است. اثرات حضور محیط متخلخل و استفاده از سیال غیرنیوتنی در الگوی جریان و میزان انتقال حرارت از کانال مورد بررسی قرار گرفته است، در همین راستا تغییرات و اثربخشی متغیرهای مختلفی همچون عدد رینولدز، ضریب تخلخل محیط متخلخل، اندیس¬های مختلف سیال توانی، آرایش¬های مختلف محیط متخلخل و تعداد بلوک¬های متخلخل در میزان بهبود انتقال حرارت از کانال مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این تحلیل از دو مدل روش شبکه¬ی بولتزمن با زمان آسودگی یگانه و چندگانه استفاده شده است و به بررسی نتایج حاصل از این دو مدل پرداخته شده است. جهت اعتبارسنجی روش عددی به کار رفته، نتایج حاصل از برنامه رایانه¬ای در چند حالت خاص با نتایج تحلیلی و عددی موجود در مطالعات گذشته مقایسه شده است که انطباق قابل قبولی را نشان می¬دهد. با توجه به نتایج حاصل شده، برخلاف افزایش افت اصطکاکی در اثر حضور محیط متخلخل، ضریب انتقال حرارت از کانال افزایش می¬یابد و استفاده از سیالات غیرنیوتنی نازک شونده (n<1) اثرات مطلوب¬تری نسبت به سیالات سخت شونده (n>1) در بهبود انتقال حرارت از کانال دارا می¬باشد. همچنین با بررسی همگرایی و پایداری مدل¬های مختلف روش شبکه¬ی بولتزمن، استفاده از مدل با زمان آسودگی چندگانه دارای ارجحیت می¬باشد.

در این رساله سعی بر آن شده است که شرایط مرزی خروجی مناسبی برای جریان اختلاطی ارائه گردد. برای این منظور دامنه محاسباتی به طول محدود و عرض نامحدود در نظر گرفته شد. نامحدود در نظر گرفتن عرض دامنه محاسباتی به این جهت است که مرز مادی بر روی جریان تاثیری نگذارد. معادلات حاکم بر دامنه محاسباتی به صورت معادلات ناویر استوکس در نظر گرفته شد. و فرم چرخشی این معادلات به صورت مستقیم حل گردید. برای بررسی شرایط مرزی دو شرط مرزی در خروجی جریان قرار داده شد. نتایج حاصله از این رساله تاثیر مستقیم در افزایش سرعت و دقت تحلیلهای عددی از این قبیل دارد.