دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
دانشکده مهندسی مکانیک
پایان نامه دوره کارشناسی ارشد
بررسی پدیده اختلاط دو سیال به روش شبکه ای بولتزمن
اساتید راهنما
دکتر محمدرضا شاه نظری
دکتر مجید بازارگان
شهریور 88
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست
چکیده …………………………………………………………………………………………………………………………….. 1
فصل اول : مقدمه
1-1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-2 تاریخچه روش شبکهای بولتزمن ……………………………………………………………………………………………… 5
فصل دوم : تئوری سینتیک و معادله انتقالی بولتزمن
2-1 استخراج معادله انتقالی بولتزمن ……………………………………………………………………………………………. 7
2-2 انتگرال یا تابع برخورد …………………………………………………………………………………………………………… 11
2-3 حالت تعادلی سیال و تئوری H– بولتزمن ……………………………………………………………………………. 12
2-4 توزیع ماکسول- بولتزمن ……………………………………………………………………………………………………….. 15
فصل سوم : گسسته سازی معادله بولتزمن و شرایط مرزی
3-1 تابع برخورد BGK …………………………………………………………………………………………………………………. 20
3-2 معادله شبکهای بولتزمن ………………………………………………………………………………………………………. 20
3-3 تابع توزیع تعادلی در شبکه D2Q9 ………………………………………………………………………………………. 23
3-4 دیوار ساكن ……………………………………………………………………………………………………………………………. 25
3-5 مرزهای متحرك ……………………………………………………………………………………………………………………. 27
فصل چهارم : سیستمهای چند جزئی
4-1 مسایل پیچیده‌تر در روش شبكه‌ای بولتزمن ………………………………………………………………………… 29
4-2 مدلسازی سیستمهای چندجزئی ………………………………………………………………………………………….. 29
4-3 روش TFLBM ……………………………………………………………………………………………………………………… 31
فصل پنجم : پیاده سازی و الگوریتم برنامه
5-1 الگوریتم سیستم تک فاز ………………………………………………………………………………………………………. 34
5-2 الگوریتم سیستم چند فاز ……………………………………………………………………………………………………… 36
5-3 حل مسئله نمونه …………………………………………………………………………………………………………………… 38
فصل ششم : مدلسازیهای انجام شده و نتایج
6-1 مدلسازی جدایش دو سیال مخلوط نشدنی ………………………………………………………………………….. 47
6-1-1 توصیف مسئله و تعیین سیستم آحاد …………………………………………………………………. 48
6-1-2 اجرای نرم افزار ………………………………………………………………………………………………………. 49
6-2 مدلسازی اختلاط دو سیال مخلوط شدنی …………………………………………………………………………… 54
6-2-1 توصیف مسئله و تعیین سیستم آحاد …………………………………………………………………. 48
6-3 اختلاط دو سیال مخلوط نشدنی در یک مخلوطکن ساده …………………………………………………… 61
6-3-1 توصیف مسئله و تعیین سیستم آحاد …………………………………………………………………. 62
6-4 بحث و نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………. 68
6-5 پیشنهاد برای ادامه پروژه ……………………………………………………………………………………………………… 70
پیوست
7-1 جریان درون حفره مربعی ……………………………………………………………………………………………………… 72
7-1-1 توصیف مسئله و تعیین سیستم آحاد ……………………………………………………………………. 73
7-1-2 اجرای نرم افزار ………………………………………………………………………………………………………. 73
7-1-3 بررسی اثرات تراکم پذیری …………………………………………………………………………………….. 75
7-1-4 نتایج ……………………………………………………………………………………………………………………….. 75
7-2 مدلسازی جریان حول یک بلوک مربعی ………………………………………………………………………………. 83
7-2-1 توصیف مسئله و تعیین سیستم آحاد ……………………………………………………………………. 84
7-2-2 نتایج ……………………………………………………………………………………………………………………….. 85
مراجع …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 93
فصل اول
مقدمه
1-1 مقدمه
با پیشرفت علم و تکنلوژی تلاش بشر برای تحلیل و ارائه راه حلهای پدیده های فیزیکی جهان آفرینش و کشف مسائل مختلف عالم هستی همچنان ادامه دارد. با توجه به اینکه جهان پیرامون ما از قوانین مکانیک پیروی میکند، به جرات میتوان گفت که علم مکانیک از تاثیر گذارترین علوم برای ارضای ذهن کنجکاو انسان در جهت کشف اسرار هستی و بمنظور بهبود و تحت کنترل گرفتن شرایط زندگی و دنیای اطراف او میباشد. در این بین با در نظر گرفتن اینکه درصد بسیار زیادی از عالم هستی را سیالات بخود اختصاص میدهند و زندگی و حیات بشری در ارتباط تنگاتنگ با سیالات مختلف است، علم مکانیک سیالات نقش بسیار مهمی در زندگی انسان ایفا میکند. از اینرو نیاز به ارائه راه حلهای متفاوت برای حل مسائل سیالاتی چه در مدلهای طبیعی و چه در مدلهای صنعتی یکی از نیازهای همیشگی و اساسی انسان میباشد.
روشهای شناخته شده برای تحلیل مسائل مکانیک سیالات عبارتند از:
- روشهای تحلیلی
- روشهای آزمایشی
- روشهای عددی
- روشهای دینامیک مولکولی
- روش جدید عددی شبکه ای بولتزمن
1-1-1 روشهای تحلیلی
برای دسته بسیار محدودی از جریانها، نظیر جریان پوازی، حل تحلیلی موجود میباشد. تقریبا تمامی مسائل مهم مهندسی فاقد حل تحلیلی میباشند. لذا روشهای دیگری نظیر روشهای آزمایشگاهی و نیز به موازات توسعه و گسترش کامپیوترها، روشهای حل عددی جریان سیال مورد توجه قرار گرفت.
1-1-2 روشهای آزمایشگاهی
در این روشها مسائل مختلف مورد نظر در مدلهای کوچک تر و در برخی موارد در مقیاس اصلی مسئله ساخته میشود و در تحلیل از نتایج آزمایش شده برای شرایط مختلف استفاده میگردد. روشهای عددی در مقایسه با راه حلهای آزمایشگاهی دارای مزایایی است که از آن جمله می توان به کمتر بودن هزینه ها اشاره کرد. همچنین، باید همواره در نظر داشت که برخی از پدیده ها آنچنان پیچیدهاند که امکان بررسی آنها در آزمایشگاه وجود ندارد و امکان انجام قسمت عمده چنین تحقیقاتی، تنها با مدلسازی و بررسی عددی، مقدور می باشد.
1-1-3 روشهای عددی
در علم مکانیک سیالات محاسباتی، روشهای عددی متفاوتی برای بررسی و حل مسائل مختلف بکار برده میشود. تلاش اصلی در این علم، حل معادلات پاره ای ناویر استوکس به روشهای متداول عددی مانند المان محدود، حجم محدود و اختلاف محدود می باشد. این روشها قابلیت خود را در حل بسیاری از مسائل نشان دادهاند. اما باید در نظر داشت که وجود برخی پدیده های نسبتا پیچیده، کار را برای مدلسازی این پدیدهها به کمک روشهای عادی و حل آنها به روشهای مرسوم عددی، بسیار سخت و پیچیده نموده است. از اینرو تلاش برای ابداع روشهای دیگر برای غلبه بر این پیچیدگیها، همچنان ادامه دارد. از جمله این روشهای ابداعی میتوان به روش دینامیک مولکولی و روش قدرتمند شبکهای بولتزمن اشاره کرد.
1-1-4 روشهای دینامیک مولکولی
در این روشها برخوردهای بین مولکولی سیال مورد نظر شبیه سازی کامپیوتری میگردند و از این طریق حل جریان در سطوح میکروسکوپیک و ماکروسکوپیک حاصل میشود. مشکل عمده روش فوق در این است که برای بازسازی حتی یک لحظه کوچک از حرکت سیال، حجم محاسبات بسیار زیاد بوده و امکانات کامپیوتری عظیم مورد نیاز میباشد.
تعداد صفحه :51
قیمت : 14700تومان
