دانلود کتب، جزوات و مقالات فیزیک

در اين مقاله به حل عددي جريان جابه جايي طبيعي متلاطم براي برج خنك كننده خشك طبيعي (هلر) پرداخته شده است. معادلات گسسته شده حاكم بر جريان جابجايي طبيعي متلاطم به روش عددي سيمپل حل شده است. در حل عددي از شبكه هم مكان و منطبق بر مرز استفاده شده است. تاثيرات مبدل حرارتي بر جريان با بكارگيري روابط تجربي حاكم بر مبدل حرارتي هلر و اعمال آن در معادلات حاكم بر جريان درنظر گرفته شده است. براي اثر اغتشاش مدل تلاطم k-e مورد استفاده قرار گرفته است. با استفاده از برنامه كامپيوتري تدوين شده جهت شبيه سازي عددي مي توان كليه خصوصيات ترموديناميكي برج خنك كننده از قبيل دماي آب خروجي برج خنك كننده، توزيع دما، سرعت و فشار داخل برج را بدست آورد. براي معتبرسازي نتايج شبيه سازي عددي، اين نتايج با مقادير اندازه گيري شده در نيروگاه شهيد محمد منتظري اصفهان مقايسه شده كه دقت خوبي داشته است.

در اين مقاله يك فرايند عددي براي شبيه سازي جريان تراكم ناپذير حول ايرفويل چندتكه MDA 30N-30N توسعه داده شده است. روش بكار رفته يك روش ضمني است كه فشار به عنوان متغير اصلي مي باشد و شار جابجايي به وسيله نمودار متغير بي بعد شده (NVD) محدود شده است. در روال فوق معادلات ناويه استوكس رينولدز متوسط، همراه با مدل توربولانس k-e با استفاده از المان حجمي محدود براي شبكه نوع C كه متغيرها در مركز حجم و به طور هم مكان(co-located)  ذخيره ميشوند، حل شده است. هدف از اين تحقيق، توسعه روش فوق در جريان تراكم ناپذير حول ايرفويل چند تكه كه از لحاظ هندسي ناپيوسته است مي باشد. نتايج اين شبيه سازي با نتايج حاصل از نرم افزار فلوئنت مقايسه شده است. همچنين به دليل رژيم خاص حاكم بر جريان كه ناشي از پيچيدگي هندسي ايرفويل است، كارايي مدل هاي توربولانس k-e استاندارد،SST ،  Spalart-Allmarsو  RSMبراي جريان اطراف ايرفويل فوق با هم مقايسه شده است.

در اين تحقيق جريان ناپاي متلاطم گذرنده از روي سيلندر مربعي واقع شده در يك كانال، صورت عددي با روش حجم محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. در روند عددي فوق براي مدل سازي ترم توربولانس از شبيه سازي گردابه بزرگ (LES) مدل تنش رينولدز (RSM) و مدل k-e استاندارد استفاده و تاثير اين سه مدل بررسي و نتايج اين شبيه سازي بانتايج تجربي مرجع مقايسه شده است. نتايج اين تحقيق نشان ميدهد كه مدل k-e داراي كمترين تطابق از لحاظ كمي با نتايج تجربي بوده در حاليكه نتايج مدل LES نسبت به مدل RSM داراي تطابق بهتري از لحاظ كمي و كيفي با نتايج تجربي مي باشد. انتشار گردابه هاي مشهور كارمن نيز توسط دو روش RSM، LES مشاهده شده است.

در اين مقاله روش ناهمگن تطبيق شبكه بي سازمان براي معادلات غير لزج اويلر دو بعدي ارايه گرديده است. براي ايجاد شبكه تطبيقي از گراديان ميدان فشار استفاده مي شود. شبكه اوليه بروش جبهه پيشرو و پراير توليد مي شود. سپس شبكه مثلثي بصورت خودركار در نواحي با تغييرات شديد گراديان ريز مي شود. عمل تطبيق با اضافه كردن گره، پاك كردن لبه، جابجايي اضلاع و جابجايي گره انجام مي گيرد. با تغيير دادن پارامتر «تعداد مثلث در ناحيه» نيز مي توان، شبكه را در نواحي با گراديان كم درشت كرد. معادلات اويلر دوبعدي با استفاده زا روش تجزيه بردار شارسينتيك حل مي شوند. در اين روش با توجه به تئوري توزيع ذرات در مكانيك آماري و ارتباط معادله بولتزمن با معادلات اويلر، شارهاي غير لزج محاسبه ميشوند. در نهايت براي نشان دادن دقت الگوريتم، جريان مافوق صوت روي لبه تراكمي - انبساطي و جريان مافوق صوت روي برآمدگي دايره اي تحليل شده و نتايج بدست آمده با نتايج ساير مراجع مقايسه شده است.

مساله رسوبگذاري در مخازن سدها از موضوعات مهم هيدروليك رسوب است كه اخيرا توجه بسياري از محققين را به خود جلب كرده است. استراتژيهاي مختلفي براي كنترل رسوب در مخازن وجود دارد. در اين مقاله جريان چگالي محلول آب نمك در زير آب شيرين بصورت عددي بررسي مي شود. معادلات پيوستگي، مومنتوم و معادله غلظت در حالت مغشوش و با روش حجم محدود حل مي شوند. براي تصحيح مولفه هاي سرعت از روابط همبستگي فشار-سرعت الگوريتم (Simple-c) استفاده مي گردد. در اين روش بجاي استفاده از دو معادله e و k براي مدلسازي تنشهاي رينولدز و بستن معادلات، از دو معادله  V²و  fاستفاده مي گردد. حسن اين مدل نسبت به مدل k-e اينست كه مولفه عمودي سرعت در نزديك جدار كاهش يافته و لذا باعث كاهش انتقال مومنتوم و جرم از جدار مي گردد. محلول آب نمك بصورت دايمي و با سرعت و غلظت مشخص وارد محيط آب ساكن مي گردد، سپس به كمك مدل، اثر تغييرات پارامتر هاي جريان در قالب توزيع سرعت متوسط، غلظت متوسط و عدد بي بعد ريچاردسون در طول جريان و نيز در مقاطع مشخص بررسي مي گردد. مقايسه ارتفاع جريان چگالي محاسبه شده با نتايج تجربي از دقت خوبي برخوردار است. در پايان اثر تغيير تعداد شبكه هاي منطقه حل مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان ميدهد كه مدل اغتشاشي V²-F در تخمين و محاسبه مشخصات جريانهاي چگالي از دقت و اطمينان خوبي برخوردار است.

در اين پژوهش اثر منحني پره بر ضريب توان روتور ساونيوس، با استفاده از شبيه سازي عددي و آزمايش در تونل باد مورد مطالعه قرار گرفته است. 6 روتور با منحني پره مختلف و ابعاد يكسان ساخته شده وبا قرار گرفتن در تونل، اثر منحني پره وعدد رينولدز جريان (سرعت باد) برضريب توان روتورها مطالعه شده است. همچنين با شبيه سازي عددي جريان اطراف روتورهاي ساكن (با 5 منحني نيم دايره يكسان با فاصله گپ مختلف) و محاسبه گشتاور اعمالي از طرف هوا (با استفاده از توزيع فشار روي سطح پره)، اثر سرعت باد و منحني پره بر گشتاور مطالعه شده است. نتايج بدست آمده نشان مي دهد با توجه به اختلاف ضريب پساب پره هاي مخلتف در برابر جريان باد، منحني پره بر ضريب توان و گشتاور روتورها موثر مي باشند. همچنين نتايج نشان ميدهد روتورVI ، II در يك دوران كامل روتور از ضريب توان و گشتاور بالاتري نسبت به ساير روتورها برخوردارند.

ميدان هاي باد و دماي تهران با استفاده از يك مدل منطقه محدود براي پيش بيني عددي وضع هوا، موسوم به سيستم مدل سازي MM5 شبيه سازي شد. براي اين منظور سه دامنه با تكيك افقي 27، 9 و 3 كيلومتر درنظر گرفته شد. مدل MM5 براي دو روز مختلف، يكي در زمان استقرار سامانه هاي پر فشار و ديگري در زمان استقرار سامانه هاي كم فشار جوي، اجرا و خروجي هاي دامنه با درجه تفكيك بالا يعني 3 كيلومتر، طي يك دوره پيش بيني 24 ساعته، مطالعه و بررسي شدند. پيش بيني هاي مدل با مقادير ديدباني شده در ارتفاع دو متري و باد در ارتفاع ده متري سطح زمين در ايستگاه هاي مهر اباد، اقدسيه، چيتگر، ورامين و پيام كرج مقايسه شدند. نتايج نشان مي دهند كه الگوي ميدان هاي باد و دماي پيش بيني شده با مقادير متناظر ديدباني شده در ايستگاه ها از سازگاري قابل قبولي برخوردار مي باشد. همچنين نتايج حاصله از شبيه سازي نشان مي دهند كه در زمان استقرار سامانه هاي پر فشار، جزيره گرمايي بخوبي در نيمه شمالي شهر تشكيل شده و از شدت بيشتري نيز برخوردار ميباشد، در حالي كه در زمان استقرار سامانه هاي كم فشار گرمايي كه با پر ارتفاع سطوح مياني جو نيز همراهي مي شود، امكان تشكيل و توسعه جزيره گرمايي در ساعات شب بخوبي فراهم نشده و در نتيجه جزيره گرمايي از شدت ضعيفتري برخوردار است. بررسي الگوهاي ميدان هاي باد و دماي پيش بيني شده نشان مي دهد كه مدل بخوبي قادر به شبيه سازي پديده هاي خرد تا ميان مقياسي مانند جزيره گرمايي شهري، بادهاي كوه به دشت و دشت به كوه در ساعت هاي مختلف مي باشد.

موج ضربه اي ميرا شونده اي كه در اثر انبساط سريع يك توده گازي پر فشار در هوا، توليد و منتشر مي شود، بعنوان موج بلاست شناخته مي شود. اين توده گازي پر فشار مي تواند در اثر احتراق يك مخلوط قابل انفجار و يا انفجار يك كپسول گاز خانگي و يا هر منبع مشابه ديگري توليد شده باشد. نحوه توزيع خواص در توده گازي حاصل از احتراق، تاثير قابل توجهي در بلاست حاصل از انفجار دارد. در اين تحقيق، رفتار موج بلاست ناشي از انفجار ابر هوا - سوخت، با استفاده از سه مدل متفاوت و درحالت يك بعدي مورد بررسي قرا رگرفته است. مدلهاي استفاده شده تنها براي تعيين شرايط اوليه بلاست مورد استفاده قرار گرفته آن. در مدلسازي هاي ارايه شده، براي حل معادلات حاكم از روش عددي PPM استفاده شده است كه در زمره روشهاي گودونفي قرار دارد. كليه مدل سازي ها در مختصات لاگرانژي انجام گرفته و معادلات حالت گاز ايده ال براي بررسي رفتار محصولات احتراق و هوا مورد استفاده قرار گرفته است. نحوه توليد موج بلاست و محاسبات مربوط به توزيع فشار و ايمپالس با استفاده از مدلهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته اند.

براي حل جريان هاي تراكم پذير در سرعتهاي حدود صوت حول اجسام از معادلات ناوير - استوكس و اويلر استفاده ميشود. براي داشتن چنين حلي ابتدا معادلات بفرم انتگرالي نوشته شده سپس به كمك طرح تفاضل مركزي به صورت انفصالي در مي آيند. مشكل اساي در حل اين معادلات كه به علت پديده شوك اتفاق مي افتد ناپايداري و ناپيوستگي حل است كه ناشي از تقريب زدن در هنگام انفصال است. براي رفع اين مشكل از طرح هاي اتلاف مصنوعي استفاده مي شود. در اين مقاله طرح كاسپ معرفي مي گردد. سپس نتايج آن با طرح هاي اسكالر و ماتريسي مقايسه شده است.

معمولا در حل هاي عددي توربولانس آزاد جريان ناچيز فرض مي شود و يا از مدل هايي براي اعمال اثرات توربولانس آزاد جريان استفاده م يشود. در اين تحقيق براي بدست آوردن مدل توربولانس آزاد جريان، معادله انتقال ورتيسيتي به روش گردابه هاي تصادفي(RVM)  حل شده است. به اين منظور جريان به صورت شبكه گسست هاي از ذرات داراي ورتيسيتي (حباب هاي ورتكس) گسسته م يشود كه هر يك از المان ها داراي سيركولاسيون محدود و مي باشند. در اين روش كه بر مبناي توزيع گسسته ورتيسيتي استوار است، حركت هاي تصادفي تعدادي  G مستقل گردابه با ديدگاه لاگرانژي در قالب يك الگوريتم عددي تعقيب مي شود. مدل بدست آمده ويژگيهاي آماري جريان توربولانس را به خوبي ارضا م يكند كه شامل ثابت ماندن شدت توربولانس جريان در طول زمان ونيز صفر شدن متوسط نوسانات سرعت در هر نقطه از جريان با گذشت زمان مي باشد. ضمن اينكه مدل مورد نظر قانون بقاي جرم و شرط سيركولاسيون صفر براي يك سطح بسته دلخواه در داخل جريان را نيز به خوبي ارضا مي كند. نتيجه نهايي مدل به صورت رابط هاي بين شدت توربولانس آزاد جريان و خصوصيات فيزيكي جريان ارايه شده است. از مدل بدست آمده براي بررسي توربولانس آزاد جريان حول استوانه در يك جريان تراكم ناپذير استفاده شده است و نتايج بدست آمده با نتايج تجربي مقايسه شدند.

در اين مقاله مدل سازي رتبه كاسته معادلات ناوير - استوكس تراكم ناپذير بر پايه روش تجزيه متعامد سره (POD) ارايه مي شود. مي توان توابع پايه متعامد را با استفاده از داده هاي تحليلي، تجربي يا عددي به دست آورد. به همين منظور در اينجا از داده هاي عددي استفاده ميشود. داده هاي عددي با استفاده از حل عددي معادلات ناويراستوكس تراكم پذير به روش Marker and Cell( MAC) حاصل ميشوند. در روش MAC از يك شبكه جابجا شده استفاده ميشود. اين روش به دو نوع هندسه يكي جريان داخل يك حفره مربعي شكل و ديگري كانال پله دار اعمال شده است. با حل عددي معادلات حاكم در اين دو هندسه متفاوت اطلاعات لازم براي تشكيل توابع پايه متعامد فراهم مي گرد. مدل رتبه كاسته با تصوير گالركين معادلات حاكم بر روي توابع متعامد پايه حاصل مي شود. در تصوير گالركين، معادلات با مشتقات جزيي (PDEs) به معادلات ديفرانسيل معمولي (ODEs) تبديل ميشوند. تعداد توابع پايه كه درتصوير گالركين مورد استفاده قرار مي گيرند بسيار كمتر از تعداد كل آنها مي باشند در نتيجه مدل به دست آمده يك مدل رتبه كاسته مي باشد. تعداد اين توابع پايه با توجه به اين كه چه ميزان از انرژي سيستم توسط اين توابع پايه پاسته نگه داشته ميشود، تعيين ميشود. مدل سازي رتبه كاسته زمان محاسبات كامپيوتري را بشدت كاهش مي دهد و اين مساله در مسايل كنترلي بسيار مورد استفاده قرار مي گيرد.

در اين مقاله، انتقال حرارت جابجائي اجباري از سطح استوانه افقي با سطح مقطع بيضوي در زواياي حمله 0 تا 90 درجه با در نظر گرفتن شرط مرزي شار و دما ثابت و براي هوا با پرانتل 0.7 در محدوده اعداد رينولدز 5 تا 100 و نسبتهاي قطر كوچكتر به قطر بزرگتر بيضي 0.2 و 0.6 بررسي شده است. ابتدا معادلات حاكم در مختصات كارتزين عمود بر هم نوشته شده و سپس براي ساده كردن اعمال شرايط مرزي به سطح و حل ميدان جريان فضاي فيزيكي مساله به يك فضاي محاسباتي به شبكه مستطيلي تبديل شده است. با بدست آوردن معادلات جديد در اين فضا و تجزيه آنها به روش عددي تفاضل محدود نتايج با حل صريح به دست آمده اند. اعداد نوسلت موضعي و متوسط بدست آمده با نتايج ساير محققين مقايسه شده است. و همچنين كانتورهاي دما و تابع جريان بي بعد در محدوده اعداد رينولدز 5 تا 100 ترسيم شده اند. نتايج نشان مي دهند، كه استوانه با شرط مرزي شار ثابت اعداد نوسلت بزرگتري را نسبت به شرط مرزي دما ثابت دارند. همچنين با افزايش زاويه حمله در شرايط يكسان عدد نوسلت كاهش مي يابد. تشكيل گردابه ها باعث بوجود آمدن نوسان در اعداد نوسلت متوسط و تغييرات لحظه اي در اعداد نوسلت موضعي مي شود. بزرگترين دامنه نوسانات در اعداد نوسلت در زاويه حمله 60 درجه مشاهده مي شود.

در اين مقاله يك الگوي رتبه كاسته جديد براي محاسبه جريانهاي غير دايم سه بعدي ارايه شده است. ساختار اين الگو بر اساس مقادير و بردارهاي ويژه غير صفر سيال شكل مي گيرد و براي دستيابي به سيستم ويژه مربوطه روش المان هاي مرزي براي جريان هاي غير دايم سه بعدي مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور بررسي دقت و كارايي روش حاضر، يك ايرفويل NACA 0012 براي جريانهاي غير دايم دو بعدي و و يك بال با مقطع NACA 0012 براي جريانهاي غير دايم سه بعدي در نظر گرفته شده است. مقايسه نتايج الگوي رتبه كاسته حاضر با الگوي رتبه كاسته متداول نشان مي دهد كه روش حاضر مي تواند حتي بدون نياز به تصحيح استاتيكي نتايج رضايت بخش را نتيجه دهد. از طرف ديگر، اعمال تصحيح استاتيكي به روش حاضر بدليل پايين بودن بعد سيستم ويژه اين روش نسبت به الگوي رتبه كاسته متداول، مستلزم تلاش محاسباتي بسيار كمتري است.

جريان هاي دو فازي گاز - ذرات جامد بعلت كاربردهاي وسيع آنها از اهميت بالايي برخوردار مي باشند. نظر به پيچيدگي فيزيك مساله مقالات زيادي در اين زمينه به چاپ رسيده است و هنوز هم پژوهشگران زيادي بر روي اين موضوع كار تحقيقاتي انجام مي دهند ذرات جامد كه معمولا بصورت پراكنده و معلق در جريان گاز مورد توجه قرا رمي گيرند، وقتي با سطح صلبي مواجه مي شوند لازم است كه ته نشيني احتمالي آنها بر روي سطح مورد توجه قرار گيرد. در كار حاضر جريان هوا همراه با ذرات جامد با متغيرهاي، نسبت بارگيري، جنس ذرات، قطر متوسط ذرات و سرعت جريان آزاد كه از روس سطح تخت و موازي آن عبور ميكند مورد مطالعه قرار مي گيرد. با رشد لايه مرزي و تغييرات تمركز جرمي ذرات پراكنده در داخل اين لايه، رفتارهاي هيدروديناميكي دو فاز (ضريب اصطكاك، ته نشيني ذرات و ...) به شدت تحت تاثير قرار مي گيرند. به منظور بررسي اين رفتارها، معادلات اساسي حاكم بر هر دو فاز در لايه مرزي ورقه اي، با استفاده از ديدگاه اولر - اولري نوشته شده و به روش حجم محدود حل عددي مي شوند مقايسه نتايج محاسباتي با نتايج تجربي همخواني خوبي را بخصوص در قسمت پايين دست صفحه نشان مي دهد.

يك برنامه حل معادلات چگالي - پايه حجم محدود براي يك جريان سه بعدي، لزج و آشفته بر روي يك پره روتور فن موتور يک هواپيما استفاده مي شود. مدل استاندارد k-e جهت مدل کردن اغتشاش آزموده مي شود. يک شبکه چهار وجهي بي ساختار، با توزيع مناسب مش در نزديكي ديوار هاي صلب، براي محاسبات عملكرد ديوار به كار گرفته شد. ميدان جريان تحت شرايط كاركرد طراحي فن محاسبه گرديده است. هدف اصلي تشخيص خصوصيات جريان و مقايسه آنها با نگرشهاي قبلي به انواعي از جريان بود كه مي تواند مهمترين نكته براي مسايل طراحي و خارج از طراحي باشد. مقايسه نتايج محاسبه شده و نتايج قبلي نشان مي دهد كه تحليل هاي دو بعدي و تحليل هاي سه بعدي غيرلزج ممكن است منجر به بروز خطاهاي قابل ملاحظه اي بويژه در نزديك نواحي ريشه و نوك پره شوند.

جريانهاي گل آلود (Turbidity Currents) جزء دسته جريان هايي مي باشند كه در اثر اختلاف چگالي بين دو سيال مجاور بوجود مي آيند. اين جريانها در گروه جريانهاي ثقلي يا جريانهاي چگال قرار دارند. جريانهاي گل آلود عامل عمده و مهم انتقال رسوبات بداخل مخازن سدها، درياها و اقيانوسها مي باشند. شناخت ديناميك اين جريانها به منظور پروسه هاي رسوبگذاري و فرسايش بسيار مهم و اساسي مي باشد. اندازه گيري ميداني اين جريانها بسيار مشكل بوده، لذا مطالعه آزمايشگاهي بهترين روش شناخت اين جريانها مي باشد. در سالهاي اخير استفاده از تكنولوژيها و ابزارهاي جديد اندازه گيري امكان رفتار نگاري دقيق جريانهاي گل آلود را مهيا ساخته است. يكي از اين ابزارها و وسايل اندازه گيري كه با موفقيت در جريانهاي حاوي رسوبات مورداستفاده واقع شده است، دستگاه سرعت سنج صوتي(Acoustic Doppler Velocimeter)  مي باشد. در اين تحقيق با استفاد ه ازدستگاه ADV توزيع سرعت در بدنه جريانهاي گل آلود آزمايشگاهي اندازه گيري شد و پروفيل سرعت بدست آمد. نتايج نشان مي دهند پروفيل سرعت در قسمت پاييني جريان از يك رابطه لگاريتمي (يك رابطه تواني) و در قسمت بالايي جريان از يك توزيعGussian  پيروي مي كند.

در اين مقاله از روش TVD (كه قابليت خوبي براي تسخير شوك دارد) براي حل عددي جريان سه بعدي و مافوق صوت لزج استفاده شده است. معادلات مورد استفاده معادلات ناوير - استوكس لايه - نازك هستند، اين معادلات داراي دقت بسيار خوبي هستند و در اعداد رينولدز بالا اعتبار دارند. از انجا كه حل عددي ميدان جريان سه بعدي مستلزم استفاده از تعداد نقاط زيادي است، با استفاده از كامپيوتر شخصي نمي توان اين كار را انجام داد. در اين تحقيق ميدان جريان به چند ناحيه تقسيم شده است تا بتوان حل عددي هندسه هاي سه بعدي را توسط كامپيوتر شخصي ميسر نمود.

در اين تحقيق، شبيه سازي عددي ميدان جريان تقارن محوري، لزج و ماورا صوت توسط معادلات ناوير - استوكس لايه نازك (TLNS) با اثرات گاز تعادلي روي دماغه اجسام سرپخ انجام شده است. جهت حل عددي، الگوريتم ضمني و غير تكراري بيم - وارمينگ انتخاب شده و براي افزايش دقت ميدان در مجاورت ناحيه شوك، از روش برازش شوك استفاده گرديده است. خواص ترموديناميكي و خواص انتقالي هوا در شرايط تعادل شيميايي با استفاده از منحني هاي برازش شده تانهيل - ماگ بدست آمده است. براي نشان داد صحت و دقت الگوريتم حل، شبيه سازي عددي جريان ماورا صوت با در نظر گرفتن اثرات گاز تعادلي روي يك نيم كره در اعداد ماخ مختلف (11.26 و 16.89) انجام شده و نتايج مشخصات ميدان جريان و شكل شوك، همچنين مشخصات جريان روي سطح با نتايج عددي قابل دسترس مقايسه گرديده است. محاسبات حاضر براي هر دو حالت جريان غير لزج و لزج صورت گرفته و تاثير گاز تعادلي روي مشخصات مورد نظر بررسي شده است.