---

چکیده- با توجه به کاربردهای مختلف، تقاضا برای استفاده از شناورهای تندرو افزایش یافته است. از اهداف مهم در راستای طراحی و ساخت این دسته از شناورها، دست‌یابی به سرعت‌های بالاتر می‌باشد؛ روش‌های مناسب کاهش درگ، کمک شایانی جهت نیل به این هدف خواهند نمود. روش‌های گوناگونی به منظور کاهش درگ در شناورهای تندرو معرفی شده‌اند که یکی از این روش‌ها تغییر در شکل بدنه با ایجاد تونل‌های جانبی طولی در بدنه‌ می‌باشد. در این روش شکل معمول (تک بدنه‌ی) این دسته از شناورها تغییر می‌کند. در این مطالعه اثرات افزودن تونل به شناور تک بدنه با هدف کاهش درگ مورد بررسی قرار گرفته است که برای این منظور از نرم‌افزار تجاری انسیس - فلوئنت استفاده شده است. برای بررسی توزیع دو فاز سیال از روش حجم سیال استفاده می‌شود. نتایج نهایی در قالب تأثیرات تونل بر روی کاهش درگ و نیز تغییرات زاویه‌ی تریم شناور در دوحالت بدون تونل و با تونل ارائه شده‌اند و شرایط تحلیل به گونه‌ای بوده است که مشخصه‌های اصلی هندسی نظیر طول و عرض و نیز میزان بار در دو حالت مشابه می‌باشند. با توجه به نتایج به دست آمده از تحلیل‌ها، افزودن تونل‌های جانبی تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر روی کاهش درگ خواهد داشت.

---

در مقاله حاضر، رژیم جریان دوفازی اسلاگ در کانال افقی با مقطع مستطیلی به روش حجم سیال (VOF)شبیه سازی عددی شده است. معادلات بقای جرم و مومنتم و معادله جابجایی کسر حجمی به همراه معادلات اغتشاشی k-ω SSTدر نرم افزار متن باز اپن‌فوم حل شده است. شبیه‌سازی‌ها مطابق با شرایط آزمایشگاهی در کانال با مقطع مستطیلی انجام شده است. با توجه به نتایج شبیه‌سازی، تشکیل ناپایداری‌ها بر اساس معیار کلوین-هلمهولتز و تشکیل اسلاگ در حل سه بعدی مغشوش دیده می¬شود. در شبیه سازی و آزمایش، ارتفاع فاز مایع در کانال کمی افزایش می‌یابد و به سبب آن شرط ناپایداری کلوین-هلمهولتز ارضا و با رشد ناپایداری‌ها در سطح مشترک، اسلاگ ایجاد می‌شود. با ایجاد اسلاگ و مسدود شدن مقطع کانال توسط فاز مایع، فشار پشت اسلاگ به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. به دلیل گرادیان فشار بزرگتر در ابتدای اسلاگ نسبت به انتهای آن، طول اسلاگ در امتداد کانال افزایش می‌یابد. شبیه¬سازی عددی تحقیق حاضر، قادر به پیش¬بینی صحیح طول اسلاگ مطابق با آزمایش و مکان ایجاد آن با خطای ۲۲% بوده¬است. همچنین در مقایسه با تحقیق دیگران، نتایج عددی کار حاضر نشان¬دهنده بهبود و دقت بالاتر در پیش بینی جریان می¬باشد.

---

در تحقیق حاضر، سرعت و تغییر شکل حباب هوا در مایع ساکن در شیب‌های مختلف و متوالی ۵ تا ۹۰ درجه نسبت به افق بررسی شده است. به این منظور، جریان دوفازی آب- هوا با استفاده از روش حجم سیال شبیه‌سازی عددی شده ‌است. برای ردیابی سطح مشترک دو فاز از روش بازسازی سطح مشترک تکه‌ای خطی استفاده شده ‌است. نیروی کشش سطحی با مدل نیروی سطحی پیوسته مدلسازی شده‌ است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که بیشینه سرعت حباب در زاویه ۴۵ درجه می‌باشد که با نتایج محققان پیشین تطابق دارد. در ادامه، حرکت حباب در دو شیب متوالی در حالت‌های مختلف شبیه‌سازی شده است. در محل تغییر شیب، بدلیل حرکت مایع تحت نیروی گرانش، یک گردابه تشکیل می‌شود. این گردابه باعث تغییر شکل و سرعت حباب می‌شود. گردابه در تغییر شیب کم به زیاد، موجب پخ شدن نوک حباب و کاهش سرعت آن شده و در تغییر شیب زیاد به کم، موجب تیز شدن نوک حباب و افزایش سرعت آن می‌شود. بیشینه سرعت متوسط حرکت حباب در دو شیب متوالی با شیب اول ۶۰ و شیب دوم ۳۰ درجه بدست آمد.

---

در این مطالعه روش حجم سیال از نرم افزار متن باز اپن فوم برای شبیه‌سازی فرآیند میعان توسعه داده شده است. دوفاز غیرقابل تراکم و مخلوط نشدنی است و فاز بخار در حالت اشباع قرار دارد. فصل مشترک بین دو فاز با روش حجم سیال تابع رنگ (CF-VOF) مدلسازی می‌شود، کشش سطحی بین دوفاز با روش نیروی سطح پیوسته (CSF) و انتقال جرم بین دوفاز با مدل انتقال جرم لی (Lee) درنظر گرفته شده است. کوپل بین فشار و سرعت با الگوریتم پیزو (PISO) و برای شبکه‌ی ناجابجا برطرف ‌شده است. برای اعتبارسنجی این حلگر، مسئله‌ی یک بعدی استفان شبیه‌سازی شده است. در مسئله‌ی استفان حرکت فصل مشترک از دیوار سرد از حل عددی با حل تحلیلی مقایسه شده است. سپس با این حلگر جریان آرام فیلم میعان روی سطح قائم تحت تاثیر گرانش شبیه‌سازی می‌شود. ضخامت فیلم میعان از حل عددی مقدار کمتری نسبت به حل تحلیلی پیش بینی می‌کند. این مطالعه نشان می‌دهد که عدد نوسلت تابع گرمای ویژه‌ی فاز بخار است و نیاز است تا روابط تحلیلی و تجربی که تاکنون برای محاسبه‌ی عدد نوسلت جریان فیلم سیال ارائه شده است اصلاح گردد.

---

جریان پارازیتی از مشکلات شبیه‌سازی جریان دوفاز با روش حجم سیال است. این جریان غیرفیزیکی باعث خطا در شبیه‌سازی فصل مشترک دوفاز و تغییر شکل‌های ناخواسته‌ی فصل مشترک می‌گردد. برای کاهش جریان پارازیتی راهکارهای متفاوتی ارائه شده است. در مطالعه‌ی حاضر، کاهش جریان پارازیتی با استفاده از دو راهکار: ۱- ترکیب روش حجم سیال با روش سطوح هم‌تراز (s-CLSVOF) و ۲- بکارگیری فیلترها مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این مطالعه سه فیلتر به حلگر اینترفوم از بسته‌ی متن باز اپن فوم افزوده می‌شود. این سه فیلتر به ترتیب به هموارسازی تابع رنگ، هموارسازی تابع انحنای سطح و فشرده‌سازی تابع رنگ اقدام می‌کند. برای بررسی عملکرد این دو راهکار، مسئله‌ی حباب ساکن شبیه‌سازی شده است. در مطالعه‌ی حاضر ابتدا به تاثیر عددی هر فیلتر بر روی جریان پارازیتی پرداخته شده است و سپس عملکرد ترکیب بهینه‌ی فیلترها با حلگر اینترفوم و روش ترکیبی s-CLSVOF در مورد سنجش قرار می‌گیرد. با استفاده از فیلترها شدت جریان پارازیتی حداقل ۵۰% نسبت به حلگر اینترفوم کاهش یافته است. همچنین مقایسه‌ی نتایج تخمین پرش فشار از حلگرهای حاضر (روش ترکیبی s-CLSVOF و فیلترها) با حلگر اینترفوم و حل تحلیلی یانگ-لاپلاس حاکی از بهبود محاسبه‌ی پرش فشار تا ۴۰۰% در حلگرهای حاضر است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که فیلترها نسبت به روش s-CLSVOF عملکرد بهتری در کاهش جریان پارازیتی دارند و جایگزین مناسبی برای روش‌های ترکیبی هستند.

---

در این پژوهش برخورد حباب به صفحه مایل شبیه‌سازی‌شده است. برای شبیه‌سازی از روش حجم سیال در نرم‌افزار متن باز اپن فوم (حلگر اینترفوم) استفاده شده است. دو سیال غیرقابل تراکم هستند و کشش سطحی بین دوفاز با روش CSF درنظر گرفته می‌شود. در مطالعه‌ی حاضر تأثیر پارامترهایی مانند زاویه شیب، زاویه تماسی و اعداد بی‌بعد مورتون و باند بر سرعت و شکل حباب به‌دست‌آمده است. نتایج نشان می‌دهد با افزایش زاویه شیب، سرعت حباب افزایش می‌یابد. در زاویه‌ی شیب ۵۰ درجه سرعت حباب ماکزیمم می‌شود. در این مطالعه با تغییر زاویه شیب صفحه مایل سه رژیم جریان معرفی شد که این سه رژیم عبارتند از رژیم لغزشی، رژیم پرشی و رژیم زیگزاگی. در زاویه شیب بین ۳۰ تا ۴۰ درجه صفحه از افق، رژیم حباب از حرکت لغزشی به حرکت پرشی تغییر وضعیت می‌دهد. همچنین نشان داده شد که با ثابت نگه‌داشتن عدد مورتون و تغییر عدد باند سرعت و دامنه نوسانات آن افزایش می‌یابد و با افزایش عدد مورتون در عدد باند ثابت سرعت نوسانات سرعت حباب کم می‌شود. با افزایش عدد مورتون حرکت حباب از حرکت شتاب‌دار به حرکت سرعت ثابت تبدیل می‌شود.

---

تا کنون مدل‌سازی‌های زیادی بر روی جریان اسلاگ انجام شده است، اما در اغلب آنها از مدل جریان آرام که تقریبا فرض غیر فیزیکی است، برای حل جریان اسلاگ استفاده شده است. در معدود بررسیهای انجام شده با مدلهای جریان مغشوش نیز، به میزان نوع تناسب مدل اغتشاشی انتخابی و رژیم جریان اسلاگ اشاره‌ای نشده است. رژیم اسلاگ یک جریان برشی است، که در قسمتهایی از آن، جریان دچار چرخش و کرنش زیاد می‌شود. در این تحقیق ابتدا وجه تمایز مدل‌های اغتشاشی، فرضیات اولیه جهت استخراج مدل، مزایا، معایب و سایر مشخصات مهم مدل‌های اغتشاشی رایج بررسی شده و سپس میزان تطابق آن‌ها با جریان اسلاگ تحلیل شده است. در مرحله بعد پس از انجام شبیه‌سازی‌های گوناگون با استفاده از نرمافزار FLUENT و مقایسه نتایج مدلهای مختلف با یکدیگر و همچنین مقایسه آنها با نتایج آزمایشگاهی، بهترین و سازگارترین مدل اغتشاشی با رژیم جریان اسلاگ، معرفی شده است. در همین رابطه مدل اغتشاشی RNG k-ε به عنوان سازگارترین مدل اغتشاشی، که میتواند برای مدلسازی اغتشاشات در جریان اسلاگ در کنار همه مدل‌های جریان دوفازی به کار برده شود تعیین گردید. در انتها مشخصات مختلف جریان اسلاگ مانند توزیع فشار در زمان وقوع اسلاگ، سرعت مخلوط اسلاگ، زمان و مکان وقوع اسلاگ با مدل اغتشاشی RNG محاسبه و ارائه گردید.

---

در مطالعه حاضر به بررسی الگوهای جریان دوفازی گاز-مایع درون لوله عمودی به قطر داخلی ۷۰ mm پرداخته شده است. سیال‌های دوفازی مورد مطاله هوا و آب می باشند. شبیه سازی با نرم افزار متن‌باز اُپن‌فوم انجام شده و از روش تک‌سیالی برای شبیه‌سازی جریان استفاده شده است، که در این روش سطح مشترک دوفاز با استفاده از مدل حجم‌سیال دنبال می‌شود. کارهای انجام شده تاکنون اکثرا به صورت آزمایشگاهی بوده و کارهای عددی انجام شده نیز بیشتر برای لوله‌های قطر کوچک بوده است. در شبیه سازی عددی انجام شده در کار حاضر، در ورودی سرعت فازهای گاز و مایع ثابت، در خروجی فشار ثابت و روی دیواره‌های لوله شرط عدم لغزش در نظر گرفته شده است. تمرکز اصلی این تحقیق، شبیه‌سازی الگوهای جریان مختلف، براساس تغییر سرعت‌ ظاهری هوا و آب در ورودی لوله می‌باشد. همچنین نمودارهای توزیع چگالی فازها نیز بدست آمده‌اند، که از بررسی رفتار این نمودارها می‌توان نوع الگوی جریان دوفازی درون لوله را تشخیص داد. محدوده سرعت‌های ظاهری هوا و آب در ورودی لوله مورد بررسی به ترتیب ۰,۰۱ – ۱۵ m/s و ۰.۱ – ۱.۵ m/s می باشد. از تحلیل نتایج؛ چهار الگوی حبابی، لخته‌ای، متلاطم و حلقوی و همچنین دو الگوی فرعی، شبه-حلقوی و حبابی کلاهکی بدست آمدند.

---

در سال‌های اخیر استفاده از ذرات تو خالی در صنعت و در فرایند پاشش حرارتی توسعه یافته است. در ذرات توخالی بر خلاف ذرات فشرده، تغییر حجم گاز نقش مهمی در دینامیک برخورد قطره به سطح و نیز شکل اسپلت ایجاد شده ایفا می‌کند. درفرایند پاشش حرارتی، سرعت‌های برخورد قطرات توخالی به سطح در محدوده ۵۰ m/s – ۳۰۰ m/s قرار دارند، از اینرو تغییرات فشار و حجم گاز محبوس می‌تواند مهم باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از مدل کسر حجمی سیال برای جریانات تراکم‌پذیر، برخورد یک قطره توخالی به سطح و انجماد آن، در شرایط واقعی پاشش حرارتی و با سرعت‌های برخورد ۵۰ m/s تا ۳۰۰ m/s شبیه‌سازی شده است. در اندک لحظاتی پس از برخورد قطره به سطح یک موج فشاری در هوا ایجاد می‌شود. این موج، مقدار ورتیسیته را در اطراف مرز مشترک دو سیال زیاد می‌کند که این امر تاثیر زیادی بر شکل اسپلت‌های بوجود آمده دارد . نتایج حاصل نشان می‌دهد شکل اسپلت‌های ایجاد شده در محدوده سرعتی ۵۰ m/s – ۳۰۰ m/s کاملا متفاوت با یکدیگر است و در سرعت‌های بالاتر برخورد، اسپلت ایجاد شده دارای تخلخل بیشتری است

---

رژیم جریان اسلاگ یکی از پیچیده ترین رژیمهای دو فازی است که در فرآیندهای صنعتی و به ازای محدوده وسیعی از جریان‌ها دیده میشود. البته همواره بین نتایج حاصل از آزمایشات و حل عددی بر روی این رژیم جریان، اختلافات زیادی دیده میشود. پیرو بررسی پیشین در رابطه با تعیین بهترین مدل اغتشاشی برای مدلسازی عددی دقیقتر جریان اسلاگ، در این تحقیق سعی شده است تا با انجام یک حل عددی دو ‌بعدی دقیق با استفاده از نرمافزار فلوئنت، مشخصات مختلف جریان اسلاگ استخراج گردد. در این مدل‌سازی از مدل جریان دو فازی حجم سیال و مدل اغتشاشی RNG استفاده شده است. در این رابطه یک کد کامپیوتری جدید نوشته شده است تا بتواند بدون افزایش زمان حل، پارامترهای مهم جریان اسلاگ را به صورت کاملا دقیق از نتایج حل نرمافزار فلوئنت استخراج کند و ترسیم نماید. از جمله مهم‌ترین پارامترهای اسلاگ میتوان به سرعت بدنه‌ی اسلاگ مایع، سرعت فیلم جریان پیشروی اسلاگ، سرعت پیشانی و دم اسلاگ، موقعیت مکانی پیشانی، دم و مرکز اسلاگ، طول اسلاگ، افت فشار دو سر اسلاگ، تنش برشی دیواره کانال در زمان اسلاگ و سرعت مخلوط دو فاز اشاره نمود. بعلاوه، تفاوت حل عددی جریان اسلاگ با و بدون استفاده از مدل اغتشاشی مشخص شد. در ادامه ارائه نتایج حل هر کمیت سعی شد تا پس از احراز صحت نتایج استخراجی، نتایج بدست آمده مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد.

---

در تحقیق حاضر برخورد یک قطره توخالی ZrO۲ در حالت کاملا مذاب و نیمه مذاب به سطح، بصورت عددی شبیه‌سازی شده است. در ابتدا با ارائه یک مدل تحلیلی، تولید ذره توخالی از ذره آگلوموره بررسی شده است. با کمک این مدل می‌توان قطر ذره، قطر هسته جامد و ضخامت پوسته ذره توخالی تولیده شده را پیش‌بینی کرد. نتایج این بخش نشان می‌دهد در مقادیر تخلخل اولیه کم (p = ۰,۲) ذره توخالی بوجود نمی‌آید. در ادامه، از داده‌های مدل تحلیلی به عنوان داده‌های ورودی برای شبیه‌سازی عددی استفاده شده است. در مدل عددی، هسته جامد مرکزی بصورت یک سیال با ویسکوزیته بالا در نظر گرفته شده است. با توجه به وجود گاز محبوس در قطره توخالی، تغییرات چگالی و حجم گازدر حین برخورد به سطح بسیار مهم می‌شوند. ازاینرو شکل تراکم‌پذیر معادلات حاکم استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد که هیدرودینامیک و زمان انجماد برخورد یک قطره توخالی کاملا مذاب به سطح، با برخورد قطره توخالی نیمه مذاب به سطح، تفاوت دارد. وجود هسته جامد مرکزی در حالت قطره نیمه مذاب، مانع از تشکیل جت ناهمسو می‌شود. به همین دلیل، یک قطره توخالی نیمه مذاب، سریعتر از یک قطره توخالی کاملا مذاب، منجمد می‌شود. زمان کلی انجماد در حالت کاملا مذاب، ۳۵ μs و در حالت نیمه مذاب، ۱۲ μs است. .همچنین اسپلت حاصل برخورد یک قطره نیمه مذاب، پیوسته‌تر از اسپلت یک قطره کاملا مذاب است.

---

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.

---

در این پژوهش، شکست نامتقارن قطره‌ی با سیال غیرنیوتنی (با رفتار توانی) در یک هندسه‌ی جدید (اتصال شبکه‌ای) مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه‌ی مذکور می‌تواند یک قطره‌ی اولیه را به شش قطره با اندازه‌های مختلف تبدیل نماید. روش پژوهش، شبیه‌سازی عددی به روش Volume Of Fluid (VOF) است. نتایج عددی با نتایج یک مسئله‌ی مبنا مقایسه و تطابق بسیار خوبی مشاهده شده است. نتایج نشان داد که در نواحی نزدیک به دیواره، اختلاط مواد داخل قطره بهتر انجام می‌شود که این موضوع در کاربردهای صنعتی جریان‌های قطره‌ای به ویژه در صنایع داروسازی و شیمیایی، دارای اهمیت است. نتایج نشان داد که بیشترین اندازه‌ی گردابی در شاخه‌ی K۱ (پایین‌ترین شاخه‌ی خروجی در سیستم) به ترتیب ۲۶ و ۴۴ و ۲۸ درصد بیشتر از بیشترین اندازه‌ی گردابی در شاخه‌های K۲ و K۳ و K۴ است (K۴ بالاترین شاخه‌ی خروجی در سیستم است). همچنین بیشترین لزجت مؤثر در شاخه‌ی K۱ به ترتیب ۲۷ و ۲۹ و ۲۴ درصد کمتر از بیشترین لزجت مؤثر در شاخه‌های K۲، K۳ و K۴ است. بنابراین بهترین عملکرد در اختلاط مواد داخل قطره در شاخه‌های خروجی مربوط به شاخه‌ی K۱ است. همچنین مشخص شد که فشار داخل قطره (هم قبل و هم بعد از شکست) در راستای عرض کانال ثابت است.