طراحی برج خنک کننده خشک در دو بخش طراحی مبدل حرارتی و حل عددی جریان داخل برج انجام شده است. ابتدا شبیه سازی ترموهیدرولیکی مبدل حرارتی از نوع هلر با استفاده از روابط تجربی و تحلیلی انجام شده و با برنامه رایانه ای حل عددی جریان جابه جایی طبیعی متلاطم برج خنک کننده ترکیب شده است. با استفاده از برنامه های رایانه ای تدوین شده می توان کلیه خصوصیات ترموهیدرولیکی برج خنک کننده از قبیل دبی هوای برج، دمای آب خروجی برخ خنک کننده، توزیع دما، سرعت و فشار داخل برج را به دست آورد. برای شبیه سازی عددی جریان از روش عددی سیمپل در شبکه تلفیقی یا هم مکان منطبق بر مرز استفاده شده است. خصوصیات هندسی برج و مبدل حرارتی محاسبه و با یک نمونه واقعی مقایسه شده است. نتایج محاسباتی با داده های تجربی نیروگاه شهید محمد منتظری اصفهان در شرایط مختلف دمای محیط و دمای آب ورودی مقایسه شده است و از دقت خوبی برخوردار بوده است.

روش ایده آل برای تحلیل جریانهای با جابجایی آزاد، استفاده از تقریب بوزینسک در محاسبه اثرات تغییر دانسیته می باشد. اعتبار این تقریب بیشتر در مواردی است که تغییرات دانسیته ناچیز می باشد و در جریانهای جابجایی آزاد با تراکم پذیری بالا استفاده از این تقریب منجر به خطاهای زیادی در محاسبه خواص جریان و نرخ انتقال حرارت می گردد. در این تحقیق، جریان جابجایی آزاد همراه با اختلاط دو گاز اکسیژن و نیتروژن در حالت آرام، غیردائم و تراکم پذیر در یک حفره مربعی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، ممنتوم، انرژی و جرم اجزا شیمیایی با روش حجم محدود، گسسته سازی شده و سپس با استفاده از یک روش جدید برمبنای الگوریتم سیمپل حل عددی گردید. با این روش جدید، الگوریتم مورد نظر، قابلیت حل جریانهای جابجایی آزاد را در هر دو محدوده بوزینسک و غیربوزینسک، می یابد. سیال ها، گاز ایده آل فرض شده اند به طوری که خواص سیال تابعی از رابطه ساترلند می باشد. نتایج بدست آمده با کارهای دیگر پژوهشگران مقایسه شده و به صورت رضایت بخشی مورد تایید قرار گرفته است. برای بررسی دقت الگوریتم جدید، نتایج برای حفره مربعی در عدد رایلی 106 ارائه شده است. نتایج نشان دهنده صحت الگوریتم جدید تراکم پذیر در جریان های غیردائم اختلاطی می باشد.

مرسوم ترین روش شبیه سازی اسپری مایع در بستر گاز، رویکرد اویلر لاگرانژ است که در آن فاز گاز با روش اویلری و فاز مایع با روش لاگرانژی ره گیری می شود. در رژیم جریان متراکم، تأثیر فاز مایع روی فاز گاز و همچنین تأثیر قطرات بر روی یکدیگر دارای اهمیت است و منجر به وابستگی شدید معادلات فاز گاز و مایع می شود. ازنظر عددی حل وابستگی این معادلات از چالش های اصلی این روش است. در پژوهش حاضر دو رویکرد مختلف در ساختار الگوریتم سیمپل برای حل معادلات ارائه شده است. بنابراین یک برنامه کامپیوتری با زبان فرترن برای حل معادلات با رویکرد اویلر لاگرانژ توسعه داده شد. برای اعتبارسنجی و ارزیابی رویکردهای ارائه شده، مسئله اسپری سوخت دیزل حل گردید و با مقایسه نتایج تجربی و در نظر گرفتن زمان همگرایی، الگوریتم مناسب انتخاب شد. نتایج نشان داد استفاده از یک مرحله حل تقریبی معادلات فاز لاگرانژ در آغاز حلقه تکرار الگوریتم سیمپل و سپس دو مرحله تصحیح در موقعیت مناسب در داخل الگوریتم سیمپل، الگوی مناسبی برای حل پیوند چهار راهه معادلات در رویکرد اویلر لاگرانژ است.

طراحی مناسب دریچه ها می تواند از بروز خسارات محتمل وارد بر این سازه ها مانند کاویتاسیون ارتعاش، نکاهد و از وقوع آن جلوگیری نماید. به همین جهت طراحی مناسب دریچه ها به اطلاعات دقیق خصوصیات هیدرولیکی جریان و تاثیر آن ها بر این تاسیسات نیاز دارد. گردآوری این اطلاعات با توجه به هزینه های سنگین در مقیاس واقعی، استفاده از مدل ریاضی مبتنی بر قوانین اساسی حاکم و یا استفاده از مدل های فیزیکی امکان پذیر است. در این تحقیق به بسط یک مدل ریاضی مناسب جهت تجزیه و تحلیل خصوصیات هیدرولیکی جریان مبادرت گردیده است و با استفاده از یک مدل هیدرولیکی که به این منظور در مرکز تحقیقات آب وزارت نیرو ساخته شد، صحت نتایج مدل ریاضی، مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات مورد استفاده در مدل ریاضی شامل معادلات ناویر استوکس و معادله رینولدز (مدل к-ε) می باشد که جهت حل آن ها به روش عددی، از روش حجم محدود از طریق الگوریتم سیمپل و به منظور ردیابی سطح آزاد آب بعد از دریچه از روش VOF استفاده شده است. اعتبار مدل ریاضی، بر اساس پارامترهای مختلف و وسیع آزمایشگاهی شامل توزیع فشار در نقاط حساس در محدوده دریچه، توزیع سرعت خروجی جریان، پروفیل ارتفاع سطح آزاد، ضریب فشردگی جریان و نیروی پایین کشنده (پسا)، صورت گرفته است. نتایج ارزیابی مدل ریاضی بر اساس نتایج مدل هیدرولیکی نشان داد که متوسط کل خطاهای ناشی از مدل ریاضی برای سرعت خروجی 10.77 درصد، برای فشارهای وارده بر اطراف دریچه 18.17 درصد، برای ارتفاع سطح آب 7.16 درصد، برای نیروی پسا 18.78 درصد و برای ضریب فشردگی 11.56 درصد می باشد.

خشکسالی یک بلای طبیعی است که کلیه اقلیم ها را تحت تاثیر قرار می دهد. به دلایل مختلف مانند متفاوت بودن نیاز آبی توسط بخشهای متقاضی، تاکنون تعریف واحدی برای خشکسالی ارایه نشده است. این پدیده اقلیمی انواع مختلفی دارد که عبارتند از: خشکسالی هواشناختی، هیدرولوژیک و کشاورزی. برای ارزیابی شدت خشکسالی بصورت کمی از شاخص های خشکسالی استفاده می شود. در ایران هیچگونه مطالعه ای پیرامون ارزیابی شدت خشکسالی کشاورزی صورت نگرفته است. شاخص های مورد استفاده در جهان برای ارزیابی شدت خشکسالی کشاورزی دارای نارسایی های کلی هستند. در این مطالعه ابتدا یک تعریف بر اساس عملکرد نسبی محصول برای خشکسالی کشاورزی ارایه شده، سپس با استفاده از آن شاخصی برای ارزیابی شدت خشکسالی کشاورزی پیشنهاد گردیده است. در این شاخص عملکرد نسبی محصول با میانگین طولانی مدت آن مقایسه و بر اساس آن شدت خشکسالی تعیین می گردد. با کاربرد این شاخص، شدت خشکسالی طی 30 سال گذشته در منطقه تبریز و برای زراعت گندم دیم مشخص گردیده است. برای شبیه سازی عملکرد نسبی محصول در سال های گذشته از مدل دورنبوس و کاسام (1979) استفاده شده است. برای تعیین تبخیر و تعرق واقعی گیاه که یکی از اطلاعات ورودی این مدل می باشد مدل سیمپل بکار گرفته شد. برای ارزیابی مدل سیمپل، یکسری مطالعات مزرعه ای صورت گرفت. نتایج این مطالعات نشان داد که این مدل دقت زیادی در شبیه سازی تبخیر و تعرق گیاه دارد. همچنین در این تحقیق قابلیت شاخص های درصدی از بارندگی عادی (PNPI)، معیار بارندگی سالانه (SIAP) و S برای ارزیابی شدت خشکسالی کشاورزی در منطقه مورد بررسی قرار گرفته و رابطه بین میزان عملکرد نسبی محصول و توزیع زمانی بارندگی در مراحل مختلف رشد با استفاده از همبستگی چند متغیره ارایه شده است.