---

چکیده- هدف از این مقاله توسعه یک روش عددی برای شبیه سازی پدیده انفجار زیر سطحی با یک مدل دو سیالی است. مدل دو سیالی پنج معادله ای کاپیلا و معادلات حالت گاز ایده آل برای فاز گاز و استیفند گاز برای فاز مایع انتخاب شد. برای شبیه سازی ناحیه های کاویتاسیون با فشار کم از مدل اصلاح شده کاویتاسیون اشمیت استفاده شد. روش عددی گودونوف و حلگر ریمن HLLC برای مدل دوسیالی در حالت دوبعدی توسعه داده شد. نتایج عددی حاصله و مقایسه کیفی آنها با نتایج آزمایشگاهی در دسترس، بیانگر توانایی مدل در پیش بینی رفتار پیچیده فیزیک انفجار زیر سطحی و اثرات متقابل آن با سطح آزاد است. نتایج حاصله همچنین بیانگر عملکرد خوب و بدون نوسان عددی در شبیه سازی نواحی با کاویتاسیون در حالت دوبعدی است.

---

جوشش جریانی مادون‌سرد یکی از مسائل مهم در صنایعی همچون هسته‌ای و تولید نیرو است، زیرا با تحلیل آن اطلاعاتی در خصوص کسر حجمی بخار در روی دیواره و میزان شار حرارتی بحرانی به دست می‌آید. در کار حاضر تأثیر موجدار بودن کانال بر جوشش جریانی مادون‌سرد درون یک کانال قائم دو بعدی به صورت عددی بررسی شده و از روش حجم محدود و مدل دو سیالی برای مطالعه جریان استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که با افرودن نانو ذرات به سیال پایه قطر متلاشی شدن حبابها و کسر حجمی بخار روی دیواره کاهش می‌یابد ولی دمای دیواره بدلیل کاهش شار حرارتی تبخیر افزایش پیدا می‌کند. همچنین با افزایش دامنه سینوسی، کسر حجمی بخار روی دیواره و دمای دیواره افزایش می‌یابد. به دلیل ثابت بودن مقدار مومنتم جریان در عرض کانال، با افزایش دمای آب روی دیواره چگالی آن کاهش یافته و سرعت سیال در نزدیکی دیواره¬ها افزایش یافته است. هم چنین به دلیل تغییرات سرعت ناشی از تغییرات سطح مقطع کانال و به دنبال آن کاهش فشار موضعی جریان، کسر حجمی بخار در نزدیکی گلوگاه¬ها افزایش می¬یابد.

---

در این مقاله یک مطالعه عددی با استفاده از مدل دو سیالی برای مقایسه اثر مدل هیدرو دینامیکی و هیدرو استاتیکی برای ترم تصحیح فشار موجود در مدل دو سیالی جهت ارائه مدل دقیق تر انجام شده است. مدل دو سیالی توسط حل گر ریمنی تقریبی گدونفی حل شده است. مدل دو سیالی یک بار با استفاده از ترم تصحیح فشار هیدرواستاتیک و یک بار توسط ترم تصحیح فشار هیدرو دینامیک برای چهار مسأله نمونه، شیر آب، جدایش آب و هوا، لوله شاک سرعت نسبی بزرگ و لوله شاک تامی اعمال شده است. با در نظر گرفتن ترم تصحیح فشار هیدرو استاتیک برای هندسه قائم، این ترم حذف می شود، مدل دو سیالی در این هندسه هیچگاه هایپربولیک نمی شود. بنابراین ترم تصحیح فشار هیدرو استاتیکی نمی تواند به صورت یک ترم پایدار کننده عمل کند. همچنین ترم تصحیح فشار هیدرواستاتیک در لوله های افقی برای شرایط اتمسفریک جوابهای بهتری نسبت به ترم تصحیح فشار هیدرو دینامیک ارائه می کند. اما در شرایط غیره اتمسفریک، ترم تصحیح فشار هیدرو دینامیکی جوابهای بهتری را ارائه می کند. بنابراین برای انتخاب ترم تصحیح فشار مناسب برای مدل دو سیالی باید هندسه ( قائم یا افقی) و شرایط جریان(اتمسفریک یا تحت فشار) در نظر گرفته شود و ترم تصحیح فشار هیدرو دینامیک در سیستم معادلات دو سیالی، در محدود وسیع تری نسبت به ترم تصحیح فشار هیدرواستاتیک هایپربولیک می باشد.

---

سرریز یک سازه هیدرولیکی است که جهت تخلیه آب اضافی پشت سد استفاده می‌شود تا از رسیدن آسیب به سد و فرسایش پایین‌دست جلوگیری شود. در مقاله حاضر جریان دوفازی آب و هوا روی سرریز پلکانی شبیه‌سازی شده است. به منظور شبیه‌سازی عددی از دو نوع مدل حجم سیال (VOF) و مدل دو سیالی استفاده شده است و نتایج حاصل از این دو مدل با یکدیگر مقایسه شده‌اند. مطالعه تاثیر هوادهی در سرریز پلکانی، در دو هندسه مختلف بررسی شد. در هندسه اول هیچگونه مکش هوا از طریق پلکان انجام نمی‌گیرد. در هندسه دوم با تعبیه حفره‌هایی در لبه بالایی پله‌ها و قرار دادن فشار برابر با فشار اتمسفر برای این نواحی، مکش هوا و تاثیر آن بر توزیع جریان بر روی سرریز محاسبه و مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد در دبی‌های کم جریان، مدل VOF نسبت به مدل دو سیالی نتایج دقیق‌تری ارائه می-دهد. در شرایطی که هوادهی در نظر گرفته شود به‌دلیل اختلاط فازهای آب و هوا، این مدل به خوبی مدل دو سیالی، قادر به شبیه‌سازی جریان سیال نمی‌باشد و خطای محاسبات زیاد است. به عبارت دیگر در حالت هوادهی، مدل دو سیالی به واسطه حل معادلات برای هر دو فاز، مدلی مناسب برای شبیه‌سازی جریان می‌باشد. نتایج حل عددی حاضر با مقادیر تجربی دیگر محققین مقایسه شده و مشخص گردید مدل‌‌ عددی دو سیالی با خطایی کمتر از ۱۰% قادر به پیش‌بینی میزان افت انرژی کل جریان در اثر عبور از سرریز پلکانی در مقایسه با مقادیر اندازه‌گیری شده تجربی می‌باشد.

---

در مقاله حاضر جریان دوفازی آب و هوا روی سرریز پلکانی در حالت دو بعدی، تراکم ناپذیر و ویسکوز شبیه‌سازی شده است. بدین منظور از یک مدل عددی جدید با توانایی‌های بالا استفاده شده است که ترکیبی از دو مدل پایه می‌باشد؛ مدل حجم سیال (VOF) که از یک الگوریتم تعقیب سطح مشترک برای مدلسازی جریان دوفازی استفاده می‌کند و مدل دو سیالی که بر اساس معادلات متوسط گیری شده مکانی و زمانی بوده و نمی‌تواند سطح مشترک را به خوبی بازسازی نماید. مدل حاضر کاستی‌های هر دو مدل را مرتقع و نتایج را با دقت بالا ارائه می‌دهد. مسئله اساسی در مدل ترکیبی، انتخاب یک معیار مناسب جهت تغییر وضعیت بین دو مدل پایه است. این معیار بر اساس تخمینی از پراکندگی موضعی سطح مشترک در هر سلول می‌باشد. روش تدوین شده عددی در کار حاضر برای مطالعه تاثیر هوادهی در سرریز پلکانی، حفره‌هایی را در لبه بالایی پله‌ها بکار گرفته و مکش هوا و تاثیر آن بر توزیع جریان را بررسی نموده است.. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد در قسمت ابتدایی پلکان میزان پراکندگی پایین بوده و مدل ترکیبی بیشتر از مدل VOF بهره می‏برد اما در پلکان‌های پایین که جریان پراکنده می‌شود مدل دوسیالی جایگزین می‌گردد. نتایج حاصل از مدل ترکیبی با ارائه کانتورهای کسر حجمی، فشار، سرعت و خطوط جریان با نتایج حاصل از مدل دوسیالی مقایسه شده است. مقایسه نتایج با یکدیگر نشان داده است که مدل ترکیبی نسبت به مدل پایه، با نتایج آزمایشگاهی انطباق بیشتری داشته و نتایج فیزیکی واقعی‌تری ارائه می‌دهد.