در این مقاله یک حلگر لزج در دامنه کلی جریانات کم سرعت و پرسرعت بر پایه الگوریتم رو به باد "رو" در ساختار شبکه بی سازمان توسعه داده شده است. در روش ارایه شده، سختی معادلات حاکم در شکل تراکم پذیر در سرعتهای پایین با استفاده از فرم پیش شرط کاهش می یابد. درمحاسبه لزجت مصنوعی روش رو به باد "رو" نیاز به عملیات ضربهای ماتریسی می باشد که این کار هزینه محاسبات را بالا می برد. فرینک این عملیات پر هزینه را در حالت بدون پیش شرط به محاسبه مولفه های شارهای مرتبط با مقادیر ویژه تقلیل داد. در این تحقیق در حالت پیش شرط، عملیات مشابهی بر روی عبارات لزجت مصنوعی بجای شکل ضربهای ماتریسی انجام و معادلات جدید ارایه شد. در ضمن معادلات در یک شکل عمومی ارایه شده که قابلیت سوئیچ به هر کدام از حالات با پیش شرط یا بدون پیش شرط را دارد. اینگونه ارایه عمومی معادلات علاوه بر کاربردهایی که در روش بهینه سازی الحاقی دارد، امکان سریع تبدیل کدهای تراکم پذیر بدون پیش شرط را به حالت با پیش شرط فراهم می نماید. در بخش نتایج، حلگر برای ایرفویلهای آزمونه تک المانی و چند المانی در حالت کم سرعت و سرعت بالا با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد همگرایی باقیمانده ها که در حلگر تراکم پذیر در سرعتهای پایین بسیار طولانی بوده است در حالت پیش شرط به شدت بهبود می یابد.

در پژوهش حاضر یک حلگر دی اس ام سی مورد استفاده قرار می گیرد تا اثرات افزایش دمای دیواره ها و جایگذاری صفحات پیش گرم را بر پارامترهای عملکردی سیستم‎ های میکروپیشرانش مورد بررسی قرار دهد. حلگر با استفاده از عدد نادسن موضعی که بر مبنای گرادیان تغییرات خواص سیال است، رژیم جریان پیوسته و رقیق را مجزا می نماید. شرایط مرزی ورودی و خروجی بر اساس روش مشخصه ها تعیین می شود. به منظور تضمین دقت شبیه سازی، ابعاد سلول ها، تعداد ذرات در هر سلول و مطالعه شبکه انجام می گیرد. سه سیستم میکروپیشرانش مورد بررسی قرار می گیرد. در هر سه نوع، سیستم، شامل یک کانال و یک نازل همگرا-واگرا است. سیستم اول یک میکروپیشرانش گاز سرد، سیستم دوم یک میکروپیشرانش با دیواره های کانال پیش گرم و سیستم سوم یک میکروپیشرانش حاوی صفحات پیش گرم در داخل کانال است. سیستم اول به عنوان حالت مرجع درنظر گرفته می شود و دوسیستم دیگر با آن مقایسه می شوند. در میکروتراستر دوم، افزایش دمای دیواره ها باعث افزایش سرعت جریان خروجی و ضربه مخصوص می شود. در سیستم سوم صفحات پیش گرم منجر به افزایش دمای جریان پایین دست شده و ضربه مخصوص نیز افزایش می یابد. مقدار تراست برای سیستم سوم به دلیل کاهش قابل ملاحظه دبی جرمی کاهش می یابد در حالیکه دبی جرمی میکروپیشرانش نوع دوم نسبت به نوع سوم کمتر کاهش پیدا می کند و تراست آن در مقایسه با سیستم اول و سوم افزایش می یابد. بنابراین میکروپیشرانش دوم پارامترهای عملکردی بالاتری نسبت به بقیه دارد. همچنین مشاهده می شود که افزایش دمای دیواره ها در تراستر نوع دوم باعث کاهش حساسیت نیروی پیشران و ضربه مخصوص به افزایش دما می شود.

در مقاله حاضر، پیاده سازی یک حلگر هم گیر همزمان و ضمنی فشار و سرعت جهت حل جریان های سطحِ آزاد در بستر فوم اکستند ارائه شده است. پیاده سازی حلگر هم گیر فشار و سرعت درکنار الگوریتم تعقیب سطحِ پیش فرض موجود در فوم اکستند، منجر به ایجاد حلگری معادل با حلگر پیش فرض در فوم اکستند با نام  اینترترک فوم، شده است. الگوریتم حاضر تماماً به کمک ساختارها، کلاس ها و توابع موجود در بستر فوم اکستند اعمال شده و تمامی قابلیت های این بستر کماکان قابل استفاده می باشد. همچنین در این حلگر از کتابخانه های مربوط به ماتریس های بلوکی موجود به همراه قابلیت حل موازی استفاده شده است. سیستم دستگاه ماتریسی بلوکی، به عنوان پایه ی حلگر هم گیر مورد استفاده قرار گرفته است. کاهش تعداد حلقه های داخلی و همینطور حل یک مرحله ای فشار و سرعت به عنوان یکی از اصلی ترین تفاوت های ذاتی با حلگر پیش فرض است. با ساختار استفاده شده برای حلگر هم گیر ، امکان هم گیر کردن دیگر متغیرها درکنار سرعت و فشار نیز ایجاد شده است. در واقع، این حلگر اولین گام به سوی حلگر هم گیر سرعت، فشار، دما و اجزا با قابلیت انتقال حرارت و جرم است. توانایی حلگر توسعه داده شده در حل نمونه های آزمایش مختلفی شامل مخزن سه بعدی، حل جریان سطحِ آزاد حولِ ایرفویل، جریان در عبور از سطح شیب دار، نشان داده شده است. با توجه به قابلیت حل همزمان فشار و سرعت در حلگر حاضر، انتظار است که کاربرد این حلگر در فیزیک و هندسه های پیچیده با درجه هم گیری بالا، چشمگیر باشد. قابلیت حل همزمان، امکان کاهش تعداد تکرار یا در نظر گرفتن گام زمانی نسبتاً بالاتر مربوط به حل جریان را فراهم آورده است. نتایج نشان می دهد که برای حل جریان بدون انتقال حرارت و جرم، حلگر پیش فرض علارغم تعداد تکرار بیشتر برای حل معادله فشار، حداقل به مقدار چهار برابر، سرعت حل بالاتری ازخود نشان داده است.

در این پژوهش، برای اولین بار یک حلگر حجم محدود کوپل، برای حل عددی همزمان معادلات جریان سیال تراکم ناپذیر دوفازی در اعداد رینولدز پایین و معادله موقعیت سطح فاصل بین دوفاز با اعمال شروط مرزی روی سطح فاصل در بستر فوم ـ اکستند توسعه می یابد. جریان های مورد مطالعه برای جابه جایی سطح و شبکه به صورت آرام، در محدوده اعداد رینولدز کمتر از 100 در نظر گرفته می شود. این حلگر، مبتنی بر الگوریتم تعقیب سطح فاصل می باشد که به کمک ترفند سلول با ضخامت صفر، پیاده سازی می شود. مزیت اصلی این حلگر در این است که تمامی معادلات حاکم بر هر دوفاز به وسیله سلول های مجاور سطح واصل با یکدیگر و با معادله موقعیت سطح فاصل کوپل شده و به صورت همزمان حل می گردند. عملکرد حلگر، با حل جریان درون مجرا و روی پله مورد ارزیابی قرار می گیرد و میرایی امواج ایجاد شده روی سطح فاصل و نحوه تغییر متغیرهای جریان مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نتایج به دست آمده از حلگر پیشنهادی در مقایسه با سایر حلگرهای جریان ارائه شده در پژوهش های پیشین حاکی از تطبیق کامل نتایج حاصل است.

مدل سازی مناسب مقیاس های زیرشبکه ای در تعیین دقت محاسبات روش شبیه سازی گردابه های بزرگ در تحلیل جریان های آشفته از اهمیت به سزایی برخوردار است. در سال های اخیر، شاخه جدیدی از مدل های زیرشبکه ای موسوم به مدل های گرادیانی در محاسبه تانسور تنش و بردار شار حرارتی مقیاس های زیرشبکه ای توسعه یافته اند و در روش شبیه سازی گردابه های بزرگ مورد استفاده قرار گرفته اند. در این پژوهش، برای اولین بار معادلات مدل زیرشبکه ای گرادیانی تنظیم شده در نرم افزار اپن فوم پیاده سازی شده و ایده تصحیح حلگر پیمپل فوم برای بهبود دقت نتایج مدل مذکور استفاده شده است. این مدل بر مبنای بسط سری تیلور تنش مقیاس های زیرشبکه ای بنا شده است و از فرضیه تعادلی محلی به منظور ارزیابی انرژی جنبشی مقیاس های زیرشبکه ای استفاده می کند. برای ارزیابی دقت مدل گرادیانی تنظیم شده و تغییرات اعمال شده در حلگر پیمپل فوم، شبیه سازی جریان کانال آشفته در عدد رینولدز اصطکاکی 395 با استفاده از نرم افزار متن باز اپن فوم انجام شده و نتایج روش فوق با داده های شبیه سازی عددی مستقیم و دیگر مدل های مختلف زیرشبکه ای مانند مدل اسماگرینسکی، اسماگرینسکی دینامیکی و دیردورف مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که مدل گرادیانی تنظیم شده کمیت های آشفتگی مرتبه اول و مرتبه دوم را با دقت بالایی بازیابی می کند.

برای بالا بردن عملکرد یک سانتریفیوژ گازی، به تثبیت یک جریان محوری درون روتور نیاز است. شبیه سازی کامپیوتری در دست یابی به جریان محوری مطلوب، اهمیت قابل توجهی دارد. در این پژوهش یک حلگر خاص (ICDB) موجود در نرم افزار اپن فوم برای شبیه سازی جریان گاز درون روتور سانتریفیوژ توسعه داده شده است. توسعه حلگر ها در نرم افزار اپن فوم با توجه به قابلیت هایی همانند هزینه پایین و متن باز بودن آن بسیار حایز اهمیت است. برای بررسی صحت و دقت این حلگر، مطابق با مطالعه انجام شده توسط گروهی از پژوهشگران، جریان هوا با سرعت بالا روی یک صفحه تخت در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج حاصل از حلگر ICDB، نرم افزار فلوئنت نتایج به دست آمده در مطالعه آن ها حاکی از اعتبار و صحت حلگر ICDB می باشد. سپس با استفاده از حلگر ICDB و نرم افزار فلوئنت شبیه سازی جریان گاز هگزافلوراید اورانیم درون روتور در حالت متقارن محوری با در نظر گرفتن عوامل محرک متعدد از قبیل گرادیان دمای دیواره، اختلاف دمای کپ ها، ورود و خروج گاز و محرک مکانیکی اسکوپ انجام شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد برای شبیه سازی جریان گاز هگزافلوراید اورانیم درون روتور می توان از حلگر ICDB در اپن فوم استفاده نمود.

یکی از مشکلات اساسی در فرایند بهینه سازی آئرودینامیکی به کمک الگوریتم ژنتیک، زمان محاسباتی طولانی برای رسیدن به ایرفویل بهینه بدلیل تعداد دفعات فراوان مراجعه به حلگر جریان برای محاسبه تابع هدف است. ازآنجاکه با افزایش عدد رینولدز رفتار جریان لزج به جریان غیر لزج نزدیک می شود، یک ایده ساده می تواند استفاده از حلگرهای سریعتر ازجمله حلگر غیرلزج برای محاسبه تابع هدف باشد. در این مقاله نشان داده میشود که کارآیی آئرودینامیکی ایرفویل بهینه بدست آمده با استفاده از حلگر غیرلزج بمراتب پایین تر از ایرفویل بهینه بدست آمده از حلگر لزج است. بنابراین می توان اذعان نمود که استفاده از حلگر غیرلزج در بهینه سازی آئرودینامیکی در محدوده سرعت های گذر صوتی نمی تواند منجر به طراحی قابل قبولی شود. در این مقاله از روش پارسک برای پارامتری سازی هندسه ایرفویل و از یک روش ترکیبی فنر خطی و پیچشی برای برای حرکت شبکه استفاده شده است.