در این پژوهش شبیه‌سازی جریان بر اساس روش شبکه بولتزمن و با استفاده از المان محدود به‌منظور مشاهده تاثیر عدد رینولدز و ضریب انبساط بر مشخصه‌های گردابه‌ی ایجاد‌شده در مجاور دیواره‌ی پایینی کانال انجام‌شده است. برای این منظور جریان سیال درون کانال با پهنای ثابت در دو حالت درحال‌توسعه و توسعه‌یافته و همچنین جریان سیال درون حفره و درون کانال با پله وارون با روش المان محدود شبکه بولتزمن شبیه‌سازی شده است. متغیرهای ماکروسکوپیک جریان ازجمله میدان‌های سرعت و خطوط جریان و نقطه بازگشت مجدد در مقادیر مختلفی از اعداد رینولدز و ضرایب انبساط محاسبه شد و با مقادیر گزارش‌شده توسط دیگر محققان مقایسه گردید. به‌عنوان یک نتیجه‌گیری کلی می‌توان بیان کرد که با افزایش عدد رینولدز نقطه بازگشت سیال به دلیل افزایش اینرسی سیال به پایین‌دست جریان منتقل‌شده است همچنین با افزایش ضریب انبساط نقطه بازگشت به پایین‌دست جریان منتقل می‌شود و همچنین روش مورداستفاده در این پژوهش از توانایی قابل‌توجهی در شبیه‌سازی رفتار جریان در کانال با پله وارون را برخوردار می‌باشد و به دلیل سادگی و نیاز به شبکه‌های درشت‌تر در مقایسه با روش شبکه بولتزمن رایج بهینه‌تر‌ است.

 در این پایان‌نامه برای بررسی جریان و انتقال گرمای جابجایی واداشته نانو سیال همگن آب/Al2O3 در رژیم جریان آرام، درون لوله افقی از روش شبکه بولتزمن متقارن محوری استفاده شده است. سرعت و دما در مقطع ورودی یکنواخت، دیواره‌های مجرا از شرط شار گرمایی ثابت و در مقطع خروجی از شرط توسعه‌یافتگی برای سرعت و دما استفاده شده است. با بررسی نتایج مشخص شد که افزایش کسر حجمی نانوسیال تاثیری بر پارامترهای هیدرودینامیکی جریان از قبیل توزیع سرعت بی‌بعد و ضریب اصطکاک سطح ندارد. عملکرد انتقال گرما برای نانوسیال نسبت به سیال پایه افزایش یافته و با افزایش غلظت نانوذره‌ها، این افزایش بهبود یافته است. با مقایسه بهبود انتقال گرما در دو دمای ورودی مختلف مشخص گردید که افزایش ضریب انتقال گرمای جابجایی واداشته و عدد ناسلت در دمای ورودی کمتر، افزایش بیشتری دارد. هم‌چنین، با افزایش عدد رینولدز درصد بهبود ضریب انتقال گرمای جابجایی واداشته و عدد ناسلت، افزایش یافته است.

به دلیل اهمیت خاص جریان‌های چندفازی در کاربردهای مهندسی این نوع جریان‌ها دارای اهمیت فراوانی می‌باشند. جریان دوجزئی درون لوله چرخان یکی از پیچیده‌ترین انواع جریان است که شناخت رفتار پارامترهای موثر بر این جریان نیز مورد توجه پژوهشگران می‌باشد. در پژوهش حاضر جریان درون لوله چرخان به کمک روش شبکه بولتزمن و با استفاده از مدل تقارن محوری شبیه‌سازی گردید. در این راستا ابتدا جریان پایدار تک جزئی در دو حالت‌ توسعه‌یافته و درحال توسعه و سپس جریان دوجزئی در دو حالت جریان لایه‌ای و جریان درون لوله چرخان به ترتیب با استفاده از مدل سیال رنگ و تقارن محوری شبیه‌سازی شدند. در انتها اثرات پارامترهای مختلفی مانند زمان آسایش و پارامترهای دیگری که تحت عنوان پارامترهای آزاد تنش سطحی شناخته می‌شوند، مورد بررسی قرار گرفت. در این نوع جریان انتظار می‌رود جزء سبک‌تر به واسطه چرخش لوله و ایجاد نیروی گریز از مرکز در بخش میانی لوله قرار گرفته و جزء سنگین‌تر در اطراف آن قرار گیرد. در فرایند شبیه‌سازی در هر مرحله، جهت صحت سنجی از کنترل کننده‌های پیش‌فرض روش شبکه بولتزمن مانند عدد ماخ استفاده شد و پاسخ‌های نهایی با استفاده از نتایج حاصل از حل‌های تحلیلی موجود مقایسه شدند.

هدف از این پژوهش تحلیل انرژی- اگزرژی چرخه ترمودینامیکی موتورهای احتراق‌جرقه‌ای پاشش‌مستقیم بنزینی (GDI) می‏باشد. موتور بنزینی پاشش‌مستقیمی که در این پژوهش مورد تحلیل انرژی و اگزرژی قرار گرفته است 2005 Alfa Romeo 159 2.2 JTS می‌باشد .دلیل انتخاب این موتور به عنوان موتور مورد تحلیل مصرف سوخت و تولید آلاینده بسیار کم و قابل قبول می‌باشد، علاوه بر این موارد موتورهای پاشش‌مستقیم بنزینی توانایی استفاده از سوخت‌های مختلف علاوه بر بنزین را دارند.برای همین منظور از یک مدل دو‌منطقه‌ایی جهت مدل‌سازی احتراق این موتور استفاده شده است. در این روش با استفاده از معادلات قانون بقا، معادلات قانون اول ترمودینامیک، مشخصات هندسی موتور مورد تحلیل و سایر روابط شبه‌تجربی، اقدام به مدل‌سازی چرخه فرآیند شده است. قدم بعدی مدل‌سازی دما، فشار درون سیلندر و سایر پارامترهای قانون اول می‌باشد. سپس با مقایسه فشار مدل‌سازی شده و فشار آزمایشگاهی که در شرکت طراحی، تحقیق و تولید موتور ایران خودرو (ایپکو) داده برداری شده است و رسیدن به تفاوت قابل اغماض، به مدل‌سازی انجام شده اعتباردهی شده است. با توسعه قانون دوم، برخی پارامترهای آن مانند اگزرژی ناشی از انتقال کار، اگزرژی ناشی از انتقال حرارت و بازده قانون دوم ترمودینامیک محاسبه می‌شوند. از جمله نتایج این پژوهش می‌توان به مصرف سوخت کمتر، تولید آلاینده NO_(x ) کمتر، تولید کار بالاتر و راندمان قانون اول و دوم بالاتر موتورهای پاشش‌مستقیم بنزینی در مقایسه با موتورهای پاشش در راهگاه ورودی (PFI) اشاره کرد.

 در مطالعه جریان سیال درون ونتوری (نازل-دیفیوزر)، علیرغم هندسه ساده، گاهی مواقع پدیده کاویتاسیون ایجاد می‎شود. کاویتاسیون علاوه بر پیچیده کردن جریان، بیانگر این مطلب است که تحلیل اینگونه جریان‎ها نیازمند استفاده از روش‎های عددی با دقت بالا دارد. به این منظور، در این پایان‎نامه از روش عددی معادله بولتزمن به همراه مدل آشفتگی گردابه‎های بزرگ (LES-LB)، استفاده شده است. همچنین برای شبیه‎سازی تشکیل و حرکت حباب‎های کاویتاسیون در جریان سیال (جریان دو فاز)، روش دو فازی شان و چن (Shan and Chen) به کار گرفته شده است. به منظور اعتبارسنجی کد عددی نوشته شده، آزمون‎های لاپلاس، تعادل حباب و جدایی فازها مورد حل واقع شد و نتایج حاصل با مقادیر گزارش شده در پژوهش‎های گذشته مقایسه گردیده شد. در ادامه از روش شبکه بولتزمن برای حل جریان کاویتاسیون دوبعدی تراکم‎ناپذیر عبوری از یک ونتوری به‎صورت پایا استفاده شد و نتایج به دست آمده از مدلسازی مساله با نتایج حاصل از آزمایش‎های تجربی و روش‎های کلاسیک CFD مقایسه گردیده است. نتایج به دست آمده حاکی از دقت مناسب روش شبکه بولتزمن در شبیه‎سازی عددی کاویتاسیون در ونتوری می‏باشند. به علاوه، پروفیل سرعت میانگین و نسبت پوچی سیال در گلوگاه حاصل از پژوهش حاضر، از سازگاری با نتایج تجربی برخوردار می‎باشند.

<p>انتقال گرمای جابجایی آزاد نانوسیال در محفظه مربعی و محفظه مثلثی قائم زاویه دوبعدی به صورت عددی و با استفاده از روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. در محفظه مربعی دیواره های افقی، عایق و دیواره های عمودی در دماهای مشخصی ثابت قرار گرفته&lrm;اند و در محفظه مثلثی دیواره عمودی و دیواره کف در دمای ثابت و دیوار کج عایق است. نانوسیال درون محفظه دارای ذرات با قطرهای یکسان و توزیع همگن بوده و بین اجزاء آن، واکنش شیمیایی وجود ندارد. به دلیل اختلاف دمای کم، فرض بوزینسک برای سیال برقرار است. فیزیک جریان نیز پایا و دوبعدی فرض شده است. خطوط دما ثابت، خطوط جریان و ناسلت متوسط برای مقادیر مختلف کسر حجمی نانو ذرات و عدد رایلی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که روش شبکه بولتزمن در تحلیل انتقال گرمای آزاد نانوسیال با هندسه های مختلف کارآمد می باشد. هم&not;چنین حضور نانوسیال در محفظه ها موجب افزایش انتقال گرمای جا به جایی آزاد می شود. </p>

 جریان تراکم ناپذیر آشفته دوبعدی درون یک محیط متخلخل شبیه سازی شد. محیط متخلخل به صورت آرایه متناوبی از استوانه های با مقطع مربع انتخاب شده است. روش شبکه بولتزمن با زمان آسایش چندگانه به منظور حل میدان جریان مورد استفاده قرار گرفت. روش شبیه سازی گردابه های بزرگ با مدل زیرشبکه ای اسماگورینسکی جهت مدل سازی آشفتگی به کار گرفته شده است. عدد رینولدز جریان از 1000 تا 100000 متغیر بوده و مقادیر مختلفی از ضریب تخلخل در محاسبات منظور شده است. جهت اعتبارسنجی کد عددی نوشته شده، جریان آرام درون حفره مربعی و محیط متخلخل مورد حـل واقع شد و نتایج حاصل با مـقادیر گزارش شده در مراجع مقایسه گردید. در پایان، نتایج به دست آمده از شبیه سازی جریان آشفته، با نتایج ارایه شده توسط دیگر پژوهشگران مقایسه شد و ملاحـظه گردید که این نتایج انطـباق بسیار خوبی با نتایج حاصل از روش های عددی دیگر دارند. به علاوه، مقادیر گرادیان فشار ماکروسکوپیک حاصل از پژوهش حاضر در اعداد رینولدز بالا و در بازه وسیعی از ضرایب تخلخل مورد مطالعه، از سازگاری خوبی با معادله ارگن برخوردار می باشند و بیشترین خطای نسبی محاسبه شده کمتر از 20 درصد می باشد.

عنوان یک ابزار موثر در شناخت ناکارآمدی های سیستم های تبدیل انرژی و حرکت به سمت بهینه‌سازی عملکرد به کار گرفته می شود. در این پژوهش، برنامه رایانه ای از یک مدل احتراق تک منطقه ای به منظورتعیین نرخ آزادسازی حرارت سوخت نوشته شد. پس از اعتبارسنجی نتایج بدست آمده با نتایج تجربی، معادلات حاکم بر اگزرژی به نتایج برنامه اعمال می شود. همچنین، امکان استفاده از سوخت بیودیزل حاصل از روغن آفتابگردان به عنوان جایگزینی برای سوخت دیزل در یک موتور 244-4MT، به صورت شبیه‌سازی ترمودینامیکی-ریاضی مورد بررسی قرار گرفت. بخش‌‌های مختلف اگزرژی به صورت جداگانه بر حسب درجه میل لنگ، برای سوخت دیزل و بیودیزل خالص مقایسه و تاثیر سوخت بیودیزل بر بازگشت‌ناپذیری‌ و راندمان قانون اول و دوم ترمودینامیک (انرژی و اگزرژی) بررسی شد. در ابتدا نتایج حاکی از این واقعیت بود که در بیودیزل خالص احتراق به طور نامناسب انجام‌گرفته و در نتیجه راندمان انرژی و اگزرژی به ترتیب 2/72 درصد و 2/61 درصد کاهش می¬یابد. از طرف دیگر، به دلیل ماهیت احتراق بیودیزل، انتشار آلاینده خطرناک مونوکسید کربن کاهش می¬یابد. در ادامه جهت بهبود متغیرهای عملکردی،کاهش آلاینده ها و بررسی بخشهای مختلف اگزرژی، نسبت هم ارزی بهینه ای تعیین گردید. این نسبت برای سوخت دیزل 0/75 و برای سوخت بیودیزل0/7 می باشد. نتایج نشان می دهند با تغییر نسبت هم ارزی راندمان موتور با سوخت بیودیزل بهینه شد و به مقداری نزدیک به راندمان دیزل می رسد. در نسبت هم ارزی بهینه برای هر دو سوخت،راندمان انرژیی و اگزرژی افزایش پیدا می کند، اگزرژی گاز های خروجی از سیلندر کمتر می شود و درصد بیشتری از اگزرژی سوخت به کار مفید تبدیل می‌گردد.

در این مطالعه انتقال حرارت درون محیط متخلخل مدلسازی شده است. حل معادلات میکروسکوپیک در محیط متخلخل بسیار پیچیده است. برای همین به‌جای هندسه‌ی پیچیده‌ی محیط متخلخل از یک هندسه‌ی متناوب مانند دسته استوانه‌هایی با سطح مقطع مربع، استوانه یا هر شکل دیگر، استفاده می‌کنند. و به‌دلیل متناوبی بودن هندسه‌ی جریان تنها یک سلول را به عنوان حجم مبنای نماینده انتخاب می‌کنند و معادلات میکروسکوپیک را بر آن حل می‌کنند. در این مطالعه یک دسته استوانه با سطح مقطع را درنظر گرفته‌ شده که از دو طرف تا بینهایت ادامه دارند، و یک جریان ماکروسکوپیک که یک گرادیان دمای ماکروسکوپیک عمود بر آن یا در جهت آن است، درنظر گرفته شده است. پس از حل میدان سرعت و دمای میکروسکوپیک بر روی سلول واحد، ترم‌های مجهول پخش دمایی و تورتیسیتی را که پس از متوسط‌گیری حجمی بر روی معادله‌ی انرژی بوجود آمده‌اند، با حل مستقیم به‌دست آورده می‌شود. پس از به‌دست آوردن این ترم‌های مجهول، این نتایج با نتایج موجود از مطالعه‌ی دیگران مقایسه شده و موافقت خوبی بین آنها دیده می‌شود.
پس از اینکه ترم‌های مجهول معادله‌ی انرژی ماکروسکوپیک به‌دست آورده شد، آنگاه بر روی ده سلول متوالی این معادله حل می‌شود و با حل معادلات میکروسکوپیک مقایسه می‌شود.