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.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی از متداول‎ترین انواع فولادهای زنگ نزن است که مقاومت به خوردگی و قابلیت جوش پذیری خوبی از خود نشان می‎دهند. هنگامی که این فولادها در محدوده دمایی 600 تا850 درجه سانتیگراد قرار می‎گیرند، کاربیدکروم در مرزدانه رسوب کرده و منطقه حساس شده ای را در ناحیه متاثر از گرما بوجود می آورد که مستعد به خوردگی بین دانه ای می باشد. این پدیده در فولادهای زنگ نزن آستنیتی با درصد وزنی کربن بالاتر از 0.02% همچون فولاد 304aisi به وضوح دیده می‎شود. فولاد 304aisi به دلیل قیمت ارزان و خواص مکانیکی خوب از پرکاربردترین فولادهای زنگ نزن آستنیتی به شمار می‎رود. مرسوم‎ترین روش جوشکاری این فولادها، جوشکاری قوس الکترود تنگستنی است. در این روش می‎توان کنترل دقیقی بر روی میزان گرمای تولیدی و ورودی داشت. با توجه به این که یکی از خواص مواد به خصوص آلیاژهای فلزی هدایت حرارتی است، در نتیجه بخشی از حرارت جوشکاری به مناطق اطراف منتقل می‎شود و می‎تواند موجب تأثیراتی چون تلفات انرژی، ایجاد تنش، پیچیدگی، تغییرات متالورژیکی ناشی از سیکل سرد و گرم شدن و ... بشود. یکی از زمینه های تحقیقاتی به روز دنیا، شبیه سازی تأثیرات حرارتی و پیش بینی تنش ها و تغییرات دمایی و ساختاری در جوش و مناطق اطراف آن است. شبیه سازی یک ابزار کارامد و مفید در ساخت و تولید است که می‎تواند در زمینه صنعت به آزمایش و شناخته شدن عمکرد سیستم کمک کند. شبیه سازی در واقع یک راه حل ارزان، مطمئن و سریع در آنالیز به حساب می‎آید. با توجه به پیشرفت کامپیوترها در دهه اخیر، استفاده از شبیه سازی نیز گسترش روزافزونی پیدا کرده است. شبیه سازی جوشکاری، می‎تواند بعنوان یک ابزار طراحی یا ساخت مورد استفاده قرار گیرد. بعنوان یک ابزار طراحی، مدل سازی برای ارزیابی عملی بودن یک طرح استفاده می‎شود و بعنوان یک ابزار آنالیز ساخت، برای طرح های تعیین شده و روش‎های جوشکاری مختلف، قادر به کاهش تلفات تا مقدار زیادی خواهد بود. با وجود موفقیت هایی که محققین در دهه های اخیر در مدل سازی جوشکاری کسب کرده اند، بکارگیری آن بعنوان ابزار آنالیز ساخت جهت کاهش تلفات، کمتر مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به اهمیت بحث حساس شدن در فولادهای زنگ نزن و لزوم پیش‎بینی این پدیده پس از جوشکاری، در این مقاله با بررسی پارامترهای موثر بر گرمای ناشی از جوشکاری قوس الکترود تنگستنی یعنی جریان، سرعت، ضخامت نمونه، دمای پیشگرم و دمای محیط، پهنا و موقعیت منطقه حساس شده به صورت شبیه سازی سه‎بعدی تعیین شده است. شبیه سازی با استفاده از روش اختلاف محدود و مدل حرارتی گلداک در زبان برنامه نویسیc++ نوشته شده است. همچنین برای صحت مدل ارائه شده، آزمایش به صورت عملی در آزمایشگاه انجام و نتایج آن با شبیه سازی صورت گرفته، مقایسه گردید. هدف از این تحقیق، شبیه سازی پهنا و موقعیت ناحیه حساس شده و مستعد به خوردگی بین دانه‎ای در فولاد زنگ نزن 304 بعد از جوشکاری الکترودتنگستنی است. در این راستا در فصل دوم به بررسی بیشتر فولادهای زنگ نزن آستنیتی، روش جوشکاری قوس الکترود تنگستنی و چگونگی حساس شدن و خوردگی این فولاد پس از جوشکاری می‎پردازیم. در فصل سوم به نحوه شبیه سازی و کار عملی صورت گرفته پرداخته می‎شود. در فصل چهارم نتایج حاصل از شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی آورده می‎شود و در آخر به مقایسه، تحلیل و بررسی نتایج بدست آمده اشاره می شود.

یکی از ناپایداری های مهم در عملکرد کمپرسور رخداد سرج است که وقوع آن سبب کاهش راندمان و ایجاد خسارت در سیستم تراکم می شود. پیش بینی رفتار کمپرسور در شرایط خارج از نقطه طراحی مانند سرج نیازمند مدل سازی و شبیه سازی رفتار سیستم تراکم و ارتباط بین عوامل موثر بر آن است. در این پایان نامه، مدل‏سازی سیستم تراکم انجام شده و معادله های حاکم و پارامترهای اساسی موثر در سرج مشخص شده است. جهت انجام شبیه‏سازی، معادله‏های غیرخطی استخراج شده به طور همزمان حل شده و عملکرد سیستم تراکم در نقاط خارج از طرح پیش‏بینی و تحلیل شده است. نتایج حاصل از شبیه‏سازی با نتایج به دست آمده از بررسی تجربی یک سیستم تراکم مقایسه شده و مشخص شد که مدل ارائه شده، به شکل مناسبی عملکرد سیستم را پیش‏بینی می-نماید. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که پارامتر پایداری استخراج شده در مدل که تابع هندسه و دور سیستم تراکم می‏باشد، عامل تعیین کننده در ورود سیستم به سرج است. بنابراین این پارامتر باید در طراحی سیستم تراکم مورد توجه قرار گیرد به‏طوری‏که در هر سیستم با رسیدن به مقدار مشخصی از آن، سرج آغاز گشته و با افزایش آن، شدیدتر خواهد شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با کاهش هرچه بیشتر دبی جریان، تمایل سیستم به رخداد سرج افزایش یافته و به سمت سرج عمیق‏ پیش خواهد رفت. همچنین مدل سازی و شبیه سازی رخداد سرج در حالت دور متغیر کمپرسور بررسی شد که نشان دهنده تغییر رفتار سیستم تراکم نسبت به حالت دور ثابت بوده به‏نحوی که یک فاصله زمانی بین نوسان های متوالی سرج ایجاد شده که در آن دامنه ناپایداری در سیستم کاهش می یابد. همچنین روش جدیدی که در این تحقیق استفاده شده است، مدل سازی مرحله به مرحله برای کمپرسورهای چندمرحله‏ای و شبیه‏سازی رفتار هریک از مراحل طی رخداد سرج می باشد که نتایج آن نشان می‏دهد هرچه جریان در مراحل کمپرسور رو به جلو می‏رود، تاثیر سرج بر آن بیشتر شده و ناپایداری شدیدتر خواهد شد.

در این پژوهش، تاثیر فاصله عمودی رینگ تراکم نخست از تاج پیستون در انتقال حرارت محفظه احتراق بررسی شده است. این موضوع از آن جهت اهمیت دارد که مساله انتقال حرارت در موتور خودرو تاثیر بسیار زیادی بر کارایی آن دارد. افزایش انتقال حرارت به محیط موجب بهبود عملکرد خودرو، افزایش راندمان و جلوگیری از احتراق خودبه خودی ناشی از کاهش دمای سطح پیستون، می شود. بدین منظور، ابتدا مدل هندسی در نرم افزار solid works طراحی شد. ایجاد شبکه و انجام شبیه سازی در نرم افزار avlfire صورت گرفت.فرایند شبیه سازی در سیکل بسته، از زمان بسته شدن سوپاپ ورود تا قبل از باز شدن سوپاپ خروج، برای موتور با سوخت بنزین، صورت گرفت. مدل آشفتگی به کار برده شده k-?و مدل احتراقی مورد استفاده coherent flame است. با کاهش فاصله بین رینگ نخست تراکم و تاج پیستون، دما و فشار در محفظه افزایش و مقدار اتلاف حرارتی کاهش می یابد. بیشترین اتلاف حرارتی برای سرسیلندر و کمترین اتلاف برای دیواره سیلندر به دست آمد. کمترین درصد کاهش مربوط به پیستون است. با نزدیک کردن رینگ نخست تراکم به تاج پیستون، میزان شارحرارتی در رینگ افزایش می یابد و دمای سطح پیستون حدود پنج درجه کاهش می یابد و به دلیل افزایش نسبت تراکم، بازده حرارتی افزایش می یابد. مقدار به دست آمده برای ضریب انتقال حرارت جابه جایی همخوانی مناسبی با ضریب به دست آمده از رابطه وشنی دارد.

در صنعت استفاده از جت برخوردی در فرایند‎های انتقال حرارت به علت وجود آشفتگی‎، تمرکز و سرعت بالا، رو به افزایش است.در این پژوهش به بررسی تأثیر زاویه پخش‎شدگی جریان پس از خروج از دهانه نازل بر انتقال حرارت دسته جت، با چینش جابجا شده پرداخته شده است. بررسی‎ها به کمک روش عددی v2-f در فواصل مختلف بی‎بعد نازل‎ها از یکدیگر و از سطح برخورد، به ازای عدد رینولدز 30000 انجام شده است. فضای محاسباتی به دو قسمت کانال توزیع کننده جریان و محفظه اصلی تقسیم می‏شود. ابتدا با استفاده از مدل آشفتگی k-?، کانال توزیع کننده، جریان حل شده و سپس با در نظر گرفتن الگوی جریان بدست آمده در خروجی نازل‎ها، به عنوان ورودی در حل محفظه اصلی، با استفاده از مدل آشفتگی v2-f الگوی جریان و انتقال حرارت محفظه اصلی شبیه‎سازی شده است. نتایج بدست آمده از حل کانال توزیع کننده جریان، بیانگر توزیع غیر‎یکنواخت سرعت جریان بین نازل‎ها و افزایش سرعت، پخش‎شدن و انحراف جریان پس از خروج از دهانه نازل‎ها است. علاوه بر این، نتایج حاصل از حل محفظه اصلی نشان می‏دهد که به علت افزایش سرعت جریان در خروجی نازل‎ها، عدد ناسلت بیشینه و میانگین بدست آمده روی سطح هدف افزایش یافته است.

تحلیل جریان گل‏ آلود در حوضچه‏ های ته‏ نشینی تصفیه آب از اهمیت خاصی برخوردار است. در پایان‏ نامه حاضر چگونگی انتشار، تغییرات سرعت و تغییرات غلظت جریان گل آلود در یک هندسه نمونه بررسی شده است. جریان گل آلود با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت شبیه سازی شده است. شبیه سازی ها به صورت دوفازی و ناپایا انجام گرفته است. شبیه سازی جریان گل آلود با استفاده از سه مدل چندفازی شامل مدل های مخلوط، اویلری و حجم سیال، به صورت دانه ای و غیردانه ای انجام شده است. در این شبیه سازی ها تأثیر عوامل مختلف همچون سرعت جریان ورودی به حوضچه، چگالی جریان ورودی به حوضچه و اندازه ذرات موجود در جریان گل آلود، بر نحوه انتشار جریان و تغییرات سرعت و غلظت بررسی شد. نتایج حاصل از شبیه سازی ها با نتایج تجربی مقایسه شده است. انطباق نیم رخ های سرعت و غلظت حاصل از شبیه سازی ها با نتایج تجربی، قابلیت مدل های چندفازی مذکور را برای شبیه سازی جریان گل آلود تأیید می کند.

در این مطالعه بهینه‏سازی توان مصرفی سیکل تراکم چند مرحله‏ای هوای فشرده مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور این کار یک سیکل تراکم دو مرحله‏ای همراه با خنک‏کن میانی شرکت پتروشیمی فجر در نظر گرفته شد. این سیکل شامل دو عدد کمپرسور گریز از مرکز و یک خنک‏کن میانی از نوع پوسته - لوله می‏باشد. برای مدل‏سازی توان مصرفی سیکل روابط دقیقی برای بیان بازده آیزنتروپیک کمپرسورها و کارایی حرارتی خنک‏کن میانی بر اساس شرایط کارکردی آن‏ها محاسبه شده که مدل‏سازی را به حالت واقعی نزدیک‏تر کرده است. در این روابط بازده آیزنتروپیک کمپرسورها به صورت تابعی از دمای هوای ورودی بوده، و کارایی حرارتی خنک‏کن تابعی از دمای هوای ورودی به خنک‏کن، دمای آب ورودی و دبی حجمی هوای ورودی به آن است. به منظور مدل‏سازی دمای هوای خروجی از خنک‏کن و محاسبه‏ی کارایی حرارتی آن، الگوریتم شبکه‏ی عصبی استفاده شد. برای بهینه‏سازی توان مصرفی سیکل روش لاگرانژ مورد استفاده قرار گرفت. توان مصرفی هر کدام از کمپرسورها تابع هدف بوده، و بازده آیزنتروپیک کمپرسور اول و دوم، کارایی حرارتی خنک‏کن میانی و تولید آنتروپی سیکل قیدهای حاکم بر مساله هستند. برای بهینه‏سازی توان مصرفی سیکل نسبت فشار در کمپرسورهای اول و دوم تغیر داده شده است. مدل‏سازی انجام شده در مقایسه با نتایج تجربی دارای دقت مناسبی بوده و همچنین نتایج نشان دادند که برای خنک‏کن میانی امکان دست‏یابی به کارایی حرارتی بالاتر از یک وجود دارد. بهینه‏سازی انجام شده، باعث کاهش توان مصرفی سیکل به ویژه در فصل تابستان شد، به طوری‏که در کمترین حالت باعث کاهش توان مصرفی سیکل به مقدار 80/2% و در بیشترین حالت این مقدار 72/8% بوده ‏است.

تحلیل جریان گل‏آلود در حوضچه‏های ته‏نشینی تصفیه آب از اهمیت خاصی برخوردار است. در پایان‏نامه حاضر چگونگی انتشار، تغییرات سرعت و تغییرات غلظت جریان گل آلود با غلظت بالا در هندسه نمونه بررسی شده است. جریان گل آلود با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شده است. شبیه سازی ها به صورت دوفازی و ناپایا و با استفاده از مدل چندفازی مخلوط انجام شده است. جریان گل آلود با غلظت بالا به صورت غیرنیوتنی در نظر گرفته شده است که در آن لزجت سیال با غلظت رابطه دارد. در نرم افزار فلوئنت برای لزجت سیال از توابع تعریف شده توسط کاربر استفاده شده است. در این شبیه سازی تأثیر عوامل مختلف همچون سرعت جریان ورودی به حوضچه، نیوتنی و غیرنیوتنی بودن جریان بر نحوه انتشار جریان و تغییرات سرعت و غلظت بررسی شد. نتایج حاصل از شبیه سازی ها با نتایج تجربی مقایسه شده است. انطباق نیم رخ های سرعت و غلظت حاصل از شبیه سازی ها با نتایج تجربی، قابلیت مدل چندفازی مخلوط را برای شبیه سازی جریان گل آلود تأیید می کند. پروفیل های سرعت جریان گل آلود نیوتنی و غیر نیوتنی برای سرعت یکسان ولی غلظت های متفاوت در مقطعی از ورودی مقایسه گردید. زیاد بودن غلظت سیال غیرنیوتنی نسبت به سیال نیوتنی باعث افزایش سرعت ماکزیمم در سیال غیرنیوتنی نسبت به سرعت ماکزیمم در سیال نیوتنی شده است. پروفیل های غلظت و سرعت جریان گل آلود با غلظت پایین و یکسان در دو حالت نیوتنی و غیرنیوتنی مقایسه شده است و نشان داده شد که دلیل خطای پروفیل های غلظت و سرعت در کارهای پیشین نیوتنی مدل کرن جریان گل آلود است.

در فصول سیلابی، جریان ورودی به مخزن دارای غلظت بالایی از مواد رسوبی بوده و چون در کف دریاچه پخش می‎شود، سرعت آن کم شده و در طول حرکت، ذرات معلق به تدریج ته‎نشین شده و به شکل یک جریان گل آلود به سمت بدنه سد، جریان می‎یابد.در این تحقیق مخزن سد توسط یک مدل فیزیکی، شبیه سازی می‎شود به این صورت که کانال اصلی به طول 6 و عرض 1/44 متر به کمک یک دیواره ساخته شده از جنس شیشه، به دو بخش مجزا می‎گردد، که قسمت کوچکتر برای ذخیره سیال غلیظ و قسمت بزرگتر به عنوان مخزن سد که حاوی آب زلال است، مورد استفاده قرار می‎گیرد. همچنین این دو بخش توسط یک دریچه کشویی برای ورود جریان غلیظ مرتبط می‎شوند. با تغییر در هندسه کف مخزن و ایجاد کانال با مقاطع ثابت و همگرا در بخش ورودی جریان غلیظ به مخزن آب صاف، سعی می شود تا ضمن کاهش پخش شدگی جریان غلیظ، باعث افزایش سرعت جریان و در نتیجه کاهش ته نشینی ذرات رسوبی شود. برای این تحقیق 12 سری آزمایش در نظر گرفته شد. پارامترهای متغیر در انجام آزمایش‎ها دو غلظت 3 و 6 گرم بر لیتر، دو دبی 2 و 3/5 مترمکعب بر ساعت و سه حالت برای تغییر هندسه کف کانال شامل بدون کانال ورودی، کانال ورودی با مقطع ثابت و کانال ورودی با مقطع همگرا در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که سرعت و ارتفاع پیشانی در طول حرکت و حین پخش شدگی کاهش می یابد و با افزایش غلظت و دبی اولیه سرعت زیاد می شود. همچنین مشاهده شد هرچه دبی کمتر باشد ایجاد کانال هدایت کننده در ورودی جریان غلیظ باعث افزایش سرعت و غلظت پیشانی شده و تأثیر کانال با مقطع ثابت نسبت به مقطع همگرا، روی افزایش سرعت و غلظت بهتر است.

در این پژوهش عملکرد نشت بند گازی خشک به وسیله دینامیک سیالات محاسباتی تحت ضخامت های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا مدل هندسی مسئله مورد نظر که شامل یک رینگ گردان و یک رینگ ثابت می باشد، تهیه گردید. روی رینگ گردان شیارهایی به منظور فشرده سازی جریان قرار دارد بنابراین ناحیه محاسباتی عبارت است از فیلم گاز بین دو رینگ و فیلم گازی که درون شیارها قرار دارد. سپس ناحیه محاسباتی ایجاد شده به نرم افزار تولید شبکه انتقال یافته است. برای ایجاد شبکه از سلول های با سازمان شش وجهی استفاده شده است. حل جریان شامل دو نوع جریان آرام و آشفته می باشد که برای حالت آشفته از مدل آشفتگی k- ? rng استفاده شده است. نتایج حل به صورت توزیع فشار، نمودار نیروی بازکننده، نمودار میزان نشتی نشت بند و نمودار سفتی فیلم گاز می باشند. برای هرسه مدل هندسی با توجه به نتایج مشخص شد که نشت بند گازی خشک در محدوده جریان آرام کار می کند. در مدل هندسی رینگ گردان با شیار یک جهته تاثیر پارامترهای زاویه انتهای شیار، نرخ عرض شیار به عرض منطقه خشک در جهت محیطی و نرخ طولی منطقه خشک به طول شیار در جهت شعاعی هندسی بررسی گردید. همچنین برای شیار دو جهته دو مدل هندسی بررسی گردید.