نام پژوهشگر: سید علی سعادتی

شبیه سازی جریان گاز رقیق شده در میکرو/نانو نازل بوسیله روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (dsmc)
پایان نامه وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه فردوسی مشهد - دانشکده مهندسی 1393
  سید علی سعادتی   احسان روحی گل خطمی

میکرو/نانونازل ها ابزاری برای تولید نیروی پیشران در ریزماهواره محسوب می شوند. باتوجه به ابعاد این قبیل دستگاه ها، جریان درون آنها از رفتار پیوستگی فاصله گرفته و در ناحیه ی رقیق شده قرار می گیرد. از آنجا که به دلیل هندسه ی منحصر به فرد میکرو/نانونازل ها رژیم های مختلفی از رقیق شدگی در آن وجود دارد حل جریان درون آنها همواره پرهزینه بوده است. لذا هدف اصلی این پایان نامه جایگزینی طرح برخورد برنولی ساده شده (sbt) به جای طرح ntc در روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (dsmc) می باشد به منظور کاهش هزینه ی محاسباتی می باشد. طرح sbt درسال 2011 توسط استفانوف به منظور کاهش هزینه ی محاسباتی ارائه گردید. در حقیقت طرح برخورد برنولی ساده شده این امکان را فراهم می کند تا با استفاده از تعداد ذرات شبیه سازی کمتر در مقایسه با طرح ntc علاوه بر حذف برخوردهای تکراری ممکن، دقت نتایج را حفظ نمود. از طرف دیگر حلگری که قابلیت حل جریان های رانده شده در اثر گرادیان فشار نظیر جریان میکرو/نانونازل ها را داشته باشد حلگری به نام dsmcfoamstrath است که تعمیم یافته ی حلگر معروف dsmcfoam بوده و متعلق به دانشگاه استرتکلاید می باشد. درنتیجه، در گام نخست طرح برخوردی مذکور (sbt) در حلگر مورد استفاده یعنی حلگر dsmcfoamstrath جایگزین گردید. در ابتدا، نشان می دهیم که حل عددی صحیح جریان در نازل با استفاده از شبکه نسبتاً درشت (در حدود طول پویش آزاد مولکولی) قابل انجام می باشد. پس از انجام این مهم، به منظور اعتبارسنجی طرح برخورد اِعمال شده دو هندسه ی میکروکانال و میکرونازل مورد آزمایش عددی قرار گرفت که نتایج بدست آمده حاکی دقت یکسان طرح برخوردی برنولی ساده شده در مقایسه با سایر روش های موجود می باشد. با اطمینان از دقت قابل قبول طرح برخوردی اِعمال شده، بررسی متغیرهای مهم موثر در جریان گاز رقیق شده درون میکرو/نانونازل ها هدف قرار گرفت. از این رو تأثیر پارامترهایی نظیر فشارخروجی، اندازه ی گلوگاه، گاز مورد استفاده و نظیر آن ها مطالعه گردید. از جمله نتایج کلیدی و مهم که در این تحقیق بدست آمد می توان به کاهش 47 درصدی هزینه ی محاسباتی، وقوع رفتار افزایشی-کاهشی (بایمودال) دما و عدم وقوع عدد ماخ برابر 1 در گلوگاه اشاره نمود.