جریان تبخیر فیلم ریزان آب مایع بر روی ده ردیف لوله از یک اواپراتور پوسته و لوله به صورت دوبعدی و عددی شبیه سازی شده است. پارامترهای هندسی تأثیرگذار روی میزان ضریب انتقال حرارت، میزان تبخیر و افت فشار مورد بررسی قرارگرفته است. برای تحلیل جریان دوفازی از مدل مخلوط و برای مدل سازی انتقال جرم بین فازها از مدل "لی" استفاده شده است که نیازمند تعیین ضریب تخفیف زمانی برای تعیین نرخ تبخیر است. در مطالعه ی حاضر این ضریب، عدد ثابت 400 در نظر گرفته شد. میزان تبخیر در ده ردیف لوله ی اول اواپراتور مدل سازی شده، معادل %59/6 از دبی مایع ورودی به دست آمده و برای کل اواپراتور %95/32 محاسبه شده است که با نمونه ی تجربی آن حداقل %10خطا دارد. افزایش فاصله ی طولی و کاهش فاصله ی عرضی بین لوله ها به ترتیب به میزان73 و 58 درصد، موجب کاهش21 و 73 درصدی ضریب انتقال حرارت متوسط و افت فشار متوسط و افزایش5/4 درصدی میزان تبخیر نسبت به مدل اصلی شده است. در حالی که کاهش فاصله ی مرکز به مرکز لوله ها به میزان7/7 درصد، موجب افزایش20 و 63 درصدی ضریب انتقال حرارت متوسط و افت فشار متوسط و کاهش 91/0 درصدی میزان تبخیر شده است.

شبیه سازی عددی و دوبعدی جریان میعان بخارآب روی شش ردیف لوله از یک کندانسور پوسته و لوله مورد بررسی قرار گرفته است. حلالیت گازهای غیرقابل میعان در آب سبب می شود تا بخارآب ورودی همواره حاوی مقداری گاز غیرقابل میعان باشد. با درنظر گرفتن شرایط عملیاتی در میزان انحلال پذیری این گازها، تأثیر هوا در دو اندازه ی حداقل و حداکثر 1/0 و 3/0 درصد از جرم بخار ورودی مورد بررسی قرار گرفته و تغییرات ضریب انتقال حرارت و مقدار میعان با حالت بخار تنها مقایسه شده است. مدل سازی جریان دو و سه فازی توسط مدل مخلوط صورت گرفته است. انتقال جرم بین فازها در مدل مخلوط به کمک رابطه ی لی مدل می شود. این گونه مدل سازی نیازمند تعیین ضریبی به اسم ضریب تخفیف زمانی برای تعیین نرخ میعان است که در حالت ها و شرایط عملیاتی مختلف، متفاوت است. در مطالعه ی حاضر این ضریب از 10500 تا 8000 از لوله های بالایی تا پایینی متغیر در نظر گرفته شد. میزان مایع تولید شده در شش ردیف لوله ی اول کندانسور، معادل 64/6 % از مقدار بخار ورودی به دست آمد. مطالعه روی ردیف لوله ها نشان داد که میزان تولید مایع از لوله ی اول تا آخر، تغییر ناچیزی می کند، لذا با خطی فرض کردن مقدار میعان، جرم مایع خروجی حدود 92% محاسبه شد که با نمونه ی تجربی حداقل 8% اختلاف دارد. وجود هوا در ورودی سبب کاهش تولید مایع و ضریب انتقال حرارت متوسط شش ردیف لوله ی اول کندانسور شد و افزایش میزان هوا، اثر منفی آن را افزایش داد.

این تحقیق بر روی حل عددی جریان جابجایی ترکیبی در یک محفظه مثلثی شکل پر شده از نانو سیال اکسید تیتانیوم با درپوش متحرک و منبع حرارتی تمرکز دارد. دیواره های چپ و راست محفظه در دمای ثابت سرد نگهداری می شوند و دیواره بالایی عایق بوده و با سرعت های متفاوت حرکت می کند. معادلات حاکم در فرم ورتیسیته- تابع جریان استخراج شده و بوسیله روش تفاضل محدود با دقت مرتبه دوم با شرایط مرزی مناسب حل می شوند. مقایسه ای با مطالعات منتشر شده قبلی انجام شده و نتایج مطلوب بدست آمده است. همچنین یک بررسی پارامتری صورت گرفته و نتایج بصورت گرافیکی برای نشان دادن تاثیر کسر حجمی نانو ذرات جامد از 1% تا 5% درصد، قطر نانو ذرات از 20 تا 100 نانومتر و تغییرات عدد ریچاردسون از 01/0 تا 10 بر روی جریان ارائه و مورد بحث قرار گرفته است که بر اساس آن افزایش انتقال حرارت قابل ملاحظه ای در اثر حضور نانوذرات جامد در اعداد ریچاردسون کم ، متوسط و زیاد حاصل شده است. نتایج نشان می دهد که کسر حجمی و قطر نانو ذرات در افزایش انتقال حرارت بسیار مهم می باشند و زمانیکه شرایط منبع حرارتی، شار ثابت انتخاب شود مقدار عدد ناسلت بیشتر از شرایط دما ثابت می باشد و با کاهش ارتفاع منبع حرارتی، عدد ناسلت افزایش می یابد و شکل منبع حرارتی بر روی انتقال حرارت تاثیر گذار می باشد که بر اساس نتایج ، عدد ناسلت با انتخاب شکل لوزی بیشترین مقدار را دارد.

استفاده از مخلوط نانوذرات فلزی معلق در یک سیال پایه (نانوسیال) که افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال پایه را دربر دارد، یکی از روش های موثر جهت افزایش انتقال حرارت به شمار می رود. امروزه با توجه به کوچک تر شدن تجهیزات الکترونیکی لزوم استفاده بهینه از فضا و افزایش انتقال حرارت اهمیت خاصی پیدا کرده است. لذا در طراحی این تجهیزات، از طرفی استفاده از محفظه ها با مقاطع مختلف از جمله محفظه l شکل و از سویی دیگر بکاربستن نانوسیالات می تواند مفید واقع شود. در پایان نامه حاضر، مسأله جریان سیال و انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال آلومینا/آب داخل یک محفظه l شکل از طریق روش شبکه ای بولتزمن با استاندارد d2q9 شبیه سازی عددی شده است. در سال های اخیر استفاده از روش شبکه ای بولتزمن به عنوان روشی کارآمد در شبیه سازی عددی جریان سیال و انتقال حرارت مورد توجه واقع شده است و یکی از اهداف اصلی این پایان نامه نیز اثبات کارآمدی روش شبکه ای بولتزمن در حل مسائل مشابه برای نانوسیالات است. برای اعمال اثر حرکت براونی، دما و اندازه قطر نانوذرات در ضریب هدایت حرارتی نانوسیال، از مدل پاتل استفاده شده است. اثر پارامترهای مختلفی از جمله عدد رایلی (106-103)، نسبت منظری محفظه l شکل (0/6-0/2)، غلظت نانوسیال (0/05-0) و اندازه قطر نانوذرات (nm80-nm20) بر روی میدان جریان، میدان دما و میزان انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از روش شبکه ای بولتزمن با سایر روش های عددی مقایسه گردیده که نشان دهنده تطابق خوبی بین آن ها است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از نانوسیال آلومینا/آب، بهبود انتقال حرارت را در پی دارد و کاهش نسبت منظری کانال موجب پررنگ تر شدن این امر می گردد. همچنین کاهش نسبت منظری محفظه علاوه بر افزایش عدد ناسلت میانگین، نقطه انتقال از حالت انتقال حرارت رسانایی به انتقال حرارت جابجایی آزاد را به اعداد رایلی بالاتری موکول می کند. با افزایش اندازه قطر نانوذرات عدد ناسلت میانگین کاهش یافته و نرخ این تنزل برای نانوسیال با غلظت بالاتر بیشتر است. از طرفی استفاده از نانوذرات آلومینا با قطر بالای nm80، دیگر تأثیر قابل ملاحظه ای در افزایش نرخ انتقال حرارت ندارد.

در این پایان نامه، انتقال حرارت جابجایی اجباری آرام نانوسیال در یک میکروچاه حرارتی دولایه به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور مدل سازی انتقال حرارت نانوسیال در میکروچاه حرارتی دولایه، از روش عددی مخلوط دوفاز استفاده شده است. معادلات پیوستگی، مومنتوم، انرژی و معادله ی کسر حجمی برای جریان پایا، غیرقابل تراکم و سه بعدی، با استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه ی 6.3.26 حل شده اند. اثر حرکت براونی نانوذرات در رابطه ی ضریب هدایت حرارتی موثر نانوسیال لحاظ شده است که تابعی از دما می باشد. شبیه سازی عددی در محدوده ی کسر حجمی نانوذرات بین صفر تا 0/05، قطر نانوذرات بین 80 تا 200 نانومتر و همچنین اعداد رینولدز بین 150 تا 1200 انجام شده است. تاثیر نوع نانوذرات و سیال پایه نیز بررسی شده است. نتایج حاصل از روش دوفاز با نتایج تجربی و نتایج روش تک فازی موجود مقایسه شده اند. نتیجه ی به دست آمده از روش مخلوط دوفاز با نمونه ی تجربی حداکثر 7/8% اختلاف دارد. نتایج به دست آمده نشان می دهند که با افزایش کسر حجمی نانوذرات و همچنین عدد رینولدز جریان، عدد نوسلت افزایش می یابد. به گونه ای که برای نانوسیال آلومینا- آب در کسرهای حجمی 1%، 2%، 3% و 5% عدد نوسلت متوسط نسبت به آب خالص به ترتیب 3/98%، 7/83%، 11/06% و 20/46% افزایش می یابد. همچنین افزایش قطر نانوذرات، افت فشار را به صورت بسیار جزئی افزایش داده و عدد نوسلت را کاهش می دهد. به طور مثال در عدد رینولدز 500 و کسر حجمی 0/05 نانوذرات آلومینا با قطرهای 80 و 100 نانومتر عدد نوسلت متوسط را نسبت به آب خالص به ترتیب 20/32% و 20/21% افزایش می دهند. علاوه بر این در محدوده ی کسر حجمی بین 0/01 تا 0/03 بیشترین عدد نوسلت متوسط مربوط به نانوسیال مس- آب در کسر حجمی 0/03 با 29/41% و کمترین آن مربوط به نانوسیال آلومینا- اتیلن-گلیکول در کسر حجمی 0/01 با 2/87% افزایش نسبت به آب خالص می باشد.

در پژوهش حاضر، جریان و انتقال حرارت اجباری نانوسیال آب-آلومینیوم¬اکسید در داخل یک میکروکانال افقی تحت میدان مغناطیسی یکنواخت خارجی عمود بر جریان سیال به کمک روش عددی شبکه بولتزمن مورد بررسی قرار گرفته است. میکروکانال از دو صفحه تخت موازی تشکیل شده و به دلیل عدم تغییرات در بعد سوم، مسئله به¬صورت دوبعدی مدل شده است. دمای دیواره پایینی میکروکانال ثابت بوده و دیواره بالایی عایق فرض شده است. نانوسیال با سرعت و دمای یکنواخت وارد میکروکانال می شود. از روش همگن برای مدل کردن نانوسیال استفاده شده¬ و روش عددی شبکه بولتزمن برای به دست آوردن میدان سرعت و دمای نانوسیال بکار رفته است. اثر تغییرات عدد رینولدز (5-25)، عدد هارتمن (0-10)، کسر حجمی نانوذرات آلومینیوم اکسید (0-4%)، قطر نانوذرات و دندانه¬دار شدن دیواره میکروکانال روی عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و افت فشار در میکروکانال بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که اضافه شدن میدان مغناطیسی باعث افزایش سرعت جریان در نزدیکی دیواره میکروکانال می شود. افزایش عدد هارتمن از 0 به 10 در رینولدز 25 و کسر حجمی 2% موجب افزایش 7/2% در عدد ناسلت متوسط و افزایش 86% در ضریب اصطکاک متوسط می¬شود. همچنین افزایش 4% کسر حجمی نانوذرات در عدد رینولدز 5، باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی متوسط تا 17% در میکروکانال می¬شود. به علاوه استفاده از دندانه مستطیلی در عدد رینولدز 25، باعث افزایش 10% در عدد ناسلت متوسط و افزایش 150% در افت فشار نسبت به حالت بدون دندانه می¬شود.

در این پایان نامه انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال آب- آلومینا در یک کانال لوزی شکل به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور معادلات انرژی، مومنتوم و پیوستگی برای سیال به صورت تک فاز و در شرایطی که دیواره ها تحت شرایط شار ثابت قرار دارند حل می شوند و با تغییر در عدد رینولدز، غلظت نانوسیال از 1 تا 5 درصد و نیز تغییر قطر نانوذره از 10 تا 100 نانومتر، خواص انتقال حرارتی و عدد ناسلت برای آن محاسبه می گردد. به منظور شبیه سازی عددی از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل استفاده شده و برای بررسی صحت شبیه سازی عددی، نتایج حاصله برای جریان آب خالص با نتایج موجود مقایسه شده است. همچنین در مورد راستی آزمایی حل قسمت نانوسیال، مساله مورد نظر برای کانال مثلثی با دمای دیواره ثابت حل شده و نتایج حل با داده های موجود مقایسه شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهند که عدد ناسلت در کانال با افزایش غلظت، کاهش قطر نانوذره و افزایش عدد رینولدز افزایش می یابد.