در این پایان نامه انتقال حرارت جابجایی آزاد در یک محفظه دو بعدی نیمه متخلخل به صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود بررسی شده است. در این شبیه سازی، فرض بر آن است که دیواره های عمودی و بالایی، دما ثابت بوده و دیواره پایینی، قسمتی به صورت عایق و قسمتی از آن در شار حرارتی ثابت می باشد که ناحیه متخلخل بر روی آن قرار می گیرد. در سطح مشترک سیال- محیط متخلخل از روش نقاط مجازی جهت اعمال شرط تنش در معادلات مومنتوم و انرژی استفاده شده است. سیال درون محفظه را تراکم ناپذیر، نیوتنی و همگن فرض کرده و به دلیل اختلاف کم دما از فرض بوزینسک استفاده شده است. جریان سیال را همچنین دوبعدی، پایا و آرام فرض می کنیم. در ناحیه متخلخل از مدل گسترش یافته ی بریکمن- دارسی- فورچهمیر برای حل معادله مومنتوم بهره برده شده است. فازهای سیال و جامد در ناحیه متخلخل بدون تعادل حرارتی بوده و به همین دلیل از یک مدل دو دمایی برای بررسی رفتار انتقال حرارت در محیط متخلخل استفاده می شود. خطوط جریان، خطوط دما و ناسلت و سرعت نقطه وسط برای مقادیر مختلف عدد رایلی، عدد دارسی، ضریب انتقال حرارت و ... مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این بررسی نشان می دهد که با افزایش ضریب انتقال حرارت بین دو فاز سیال و جامد، این دو فاز ممکن است به حالت تعادل حرارتی برسند

فوران چاه های پر فشار گاز و نفت پدیده ای است که سبب اتلاف بسیار زیاد منابع سوخت و آلودگی طبیعت و محیط زیست می شود. مدل سازی و شبیه سازی چاه فورانی همراه احتراق در صنایع حفاری از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا شناخت میدان سرعت، فشار و دما در اطراف چاه به اخذ تصمیمات مناسب با کمترین خطر ممکن در هنگام مهار چاه کمک شایانی می کند. در این مقاله رفتار هیدرودینامیکی و حرارتی میدان جریان اطراف یک چاه گازی فورانی در حالت معمولی و در حالتی که برای مهار آن از لوله های دور کننده آتش استفاده شده بررسی می شود. جریان خروجی از چاه همانند جریان جت آزاد در حالت آشفته است که به محیط تخلیه می شود. برای شبیه سازی جریان آشفته جت از تقریب متوسط گیری زمانی ناویر- استوکس (rans) و برای شبیه سازی پدیده احتراق از مدل غیر پیش آمیخته (non-premixed) استفاده شده است. نتایج شبیه سازی جریان در اطراف چاه فورانی نشان می دهد که در دبی جرمی ثابت، مکش جریان هوا به داخل لوله هدایت کننده در جریان احتراقی حدودا 5/2 برابر مقدار آن در جریان غیر احتراقی می باشد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش قطر لوله هدایت کننده، مکش جریان هوا تقریبا 2 برابر می شود. بررسی ضریب پسا وارد بر لوله نشان می دهد که شعله ور شدن گاز متان و افزایش دبی جرمی آن سبب افزایش ضریب پسا شده اما افزایش قطر لوله هدایت کننده موجب کاهش ضریب پسا می شود. در نظر گرفتن تشعشع بین گاز متان و هوای محیط نشان می دهد که شعله تاثیری چندانی بر روی دمای محیط اطراف چاه ندارد. تاثیر جریان هوای محیط بصورت متقاطع بر جریان خروجی از چاه مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که بهترین مقیاس برای بی بعد نمودن مسیر حرکت جت استفاده از مقیاس rd می باشد. همچنین مشاهده شد که با افزایش سرعت هوا، خط سیر جت در ارتفاعی پایین تر خم و سریعتر به حالت افقی تبدیل می شود.

در این پژوهش شبیه سازی عددی جریان آشفته ی دو فازی گاز–جامد با استفاده از دیدگاه اویلری– لاگرانژی، مطالعه شده است. با به کارگیری دیدگاه اویلری برای فاز گاز و اعمال روش حجم محدود در گسسته سازی معادلات حاکم، معادلات بقای جرم و مومنتم حل شده است. حرکت فاز ذرات با استفاده از دیدگاه لاگرانژی و با در نظر گرفتن نیروهای پسا، گرانش، برآ و براونی شبیه سازی شده است. بررسی اثر عبور و اثر پیوستگی نشان می دهد که اثر عبور پخش ذرات را کاهش می دهد و اثر پیوستگی در تضاد با فرض ساختارکروی برای یک ادی می باشد. همچنین نتایج بررسی اثر غیر ایزوتروپی آشفتگی بر رسوب ذرات نشان می دهد که فرض ایزوتروپی آشفتگی منجر به تخمین نادرست سرعت رسوب ذرات می شود. بررسی مکانیزم های مختلف پخش ذرات نشان می دهد که به جز نواحی بسیار نزدیک به دیواره، آشفتگی مکانیزم غالب برای پخش ذرات می باشد. اثر برخورد ذرات با دیواره بر رسوب آن ها بررسی شده است. با افزایش ضریب بازگشت دیواره، سرعت رسوب ذرات کاهش یافته است. مطالعه ی جداسازی ذرات با استفاده از مانع در مسیر جریان نشان می دهد که حضور مانع به طور قابل ملاحظه ای نرخ رسوب ذرات 10 میکرونی را افزایش داده است. بررسی اثر رژیم های مختلف انتقال حرارت جابجائی آزاد بر رسوب ذرات در یک محفظه نشان می دهد که ذراتی که در مرکز محفظه قرار می گیرند نسبت به ذرات دیگر دیرتر رسوب می کنند.

در این پایان‏نامه جریان دوفاز گاز – جامد در فضای حلقوی چاه حفاری مورد بررسی قرار گرفته است. این پایان‏نامه نخستین تحقیقی است که جریان دوفاز گاز – جامد در فضای حلقوی چاه حفاری را به صورت سه بعدی بررسی کرده و پارامترهایی نظیر اثر کنده های حفاری بر پروفیل سرعت، چرخش لوله ی حفاری و خروج از مرکزیت را مورد بررسی قرار داده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که چرخش لوله ی حفاری باعث بهبود انتقال کنده ها می شود. همچنین با اعمال خروج از مرکزیت، کنده های حفاری تمایل به تجمع در فضای حلقوی کوچکتر را داشته و افزایش خروج از مرکزیت باعث افزایش افت فشار به علت برخورد ذرات به دیواره ی چاه، رشته ی حفاری و همچنین برخورد ذرات به هم می شود. با توجه به دلایل ذکر شده توصیه شده است که در عملیات حفاری با هوا یا گاز از متمرکز کننده استفاده شود و از خروج از مرکزیت لوله ی حفاری جلوگیری شود.

در این تحقیق با در نظر گرفتن شرایط مرزی واقعی مربوط به یک موتور درون چاهی حلزونی، به بررسی رفتار هیدرولیک و دینامیک سیال در حین گذر از موتور درون چاهی حفاری پرداخته شده است. سیال گذرنده از درون موتور در حال پیشروی به جلو به دور محور استاتور می چرخد. در نتیجه مرجع مختصات انتخاب شده برای حل معادلات جریان هم سرعت با چرخش سیال می چرخد. با توجه به بالا بودن عدد رینولدز جریان در این موتور جریان آشفته است. در نتیجه از تقریب متوسط گیری رینولدز (rans) برای شبیه سازی جریان استفاده شده است و مدل k-? استاندارد برای مدل سازی جریان انتخاب شده است. برای بررسی اعتبار حل عددی از دو مدل مشابه که جریان و شرایط مرزی مشابهی با مسئله ی اصلی دارند استفاده شده است. یک پمپ چرخدنده ای به صورت دوبعدی با مشخصات ارائه شده در مرجع شبیه سازی شده است. نتایج شامل پروفیل های سرعت و فشار به دست آمده و با نتایج ارائه شده در مرجع مقایسه شده است. همچنین یک توربین پر سرعت به صورت سه بعدی شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده شامل نمودار دما و پروفیل سرعت، با نتایج مرجع مقایسه شده است. نتایج نمایانگر صحت روش به کار رفته است. جریان در موتور درون چاهی حفاری انتخاب شده در چهار اختلاف فشار مختلف شبیه سازی شده است. پروفیل های سرعت، فشار و تنش برشی در طول موتور و در سطح مقطع های مختلف به دست آمده است. همچنین بردارهای سرعت ذرات سیال و گشتاور ایجاد شده توسط سیال به دست آمده است. نمودار گشتاور بر حسب اختلاف فشار دو سمت موتور به دست آمده از شبیه سازی با نمودار ارائه شده در کاتالوگ سازنده مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد طول ناحیه ی توسعه یافتگی برای موتور در حدود mm300 است. همچنین با افزایش اختلاف فشار دو سمت موتور مقدار گشتاور، سرعت ماکزیمم سیال و تنش برشی دیواره افزایش می یابد.

در این پژوهش شبیه سازی عددی جریان آشفت هی د وفازی گاز- جامد با استفاده از دیدگاه اویلر– لاگرانژ، مورد مطالعه قرار گرفته است. با به کارگیری دیدگاه اویلری برای فاز گاز و اعمال روش حجم محدود در گسسته سازی معادلات حاکم، معادلات بقای جرم و مومنتم حل شده است. حرکت فاز ذرات با استفاده از دیدگاه لاگرانژی و با در نظر گرفتن نیروهای پسا، گرانش، برآ و براونی شبیه سازی شده است. اثر ذرات بر روی فاز حامل خود (که منجر به حضور جملات چشمه در معادلات بقا میشود) و برخورد ذرات بر یکدیگر (کوپل چهار راه) و اثر غیر ایزوتروپی آشفتگی بر رسوب ذرات (فرض ایزوتروپی آشفتگی منجر به تخمین نادرست سرعت رسوب ذرات م یشود) در نظر گرفته شده است. مطالعه فوق نشان می دهد که با افزایش بار جرمی ذرات میزان آشفتگی جریان کاهش و نیم رخ سرعت و غلظت ذرات تخت تر م یشود.

در پایان نامه حاضر مدل سازی رتبه کاسته جریان گذرای گاز طبیعی درون شبکه توزیع، توسط مودهای ویژه جریان صورت پذیرفته است. بردارهای ویژه جریان به عنوان پایه های فضای رتبه کاسته در نظر گرفته شده و معادلات حاکم بر جریان گاز درون لوله، معادلات اویلر فرض شده است. به منظور تحلیل عددی جریان، روش اختلاف محدود به کار رفته، پس از آن، فرآیند خطی سازی معادلات صورت گرفته و مسئله مقدار ویژه جریان تشکیل شده است. در ادامه، مقادیر ویژه و بردارهای ویژه سمت راست و سمت چپ جریان محاسبه شده و برای ساخت مدل رتبه کاسته مورد استفاده قرار گرفته اند. بررسی‏های انجام شده، ناتوانی مدل‏سازی رتبه کاسته‏ای که بر مبنای الگوریتم تکرار طراحی شده بود را نشان می‏دهد. بنابراین مطالعات زیادی جهت یافتن الگوریتم‏های دیگر انجام شده و در این میان مطالعات حاکی از آن است که روش شبه حجم کنترلی با حذف عبارت اینرسی مناسب ترین روش برای شبکه‏های گاز می‏باشد. نتایج نشان می دهند که با انتخاب تعداد اندکی از مودهای غالب، مدل رتبه کاسته حاضر قادر خواهد بود نتایج مطلوبی را ارائه دهد. برای این منظور دو نمونه جریان گذرای هم دما انتخاب شده است. این دو نمونه ابتدا توسط معادلات خطی وغیر خطی بصورت عددی تحلیل شده، سپس مدل‏سازی رتبه کاسته بر این دو نمونه اعمال شده و کارائی آن در ارتباط با سرعت محاسباتی و دقت نتایج بدست آمده ارزیابی شده است. نتایج بدست آمده کارائی و دقت مدل رتبه کاسته حاضر را در مقایسه با سایر روش های عددی مستقیم بخوبی تبیین می‏کند و نشان می دهد که مدل سازی رتبه کاسته موجود در برخی موارد تا حدود 90 درصد در زمان محاسبات صرفه جویی می‏کند. به علاوه با بررسی رفتار مقادیر ویژه جریان، می توان نسبت به فیزیک مسئله و همچنین پایداری سیستم معادلات عددی حاکم اظهارنظر نمود.

در این پژوهش جریان گاز در یک رگولاتور محوری ایستگاه کاهش فشار گاز شهری در 3 وضعیت شبیه‏سازی گردیده است. عملکرد رگولاتور در فرآیند کاهش فشار گاز در سه وضعیت مختلف بررسی شده است. همچنین میدان جریان در لوله مستقیم بعد از رگولاتور همراه با تثبیت‏کننده و بدون آن مطالعه شده است. با توجه به هندسه پیچیده رگولاتور مورد مطالعه، تلاش زیادی برای رسیدن به یک شبکه عددی مناسب صورت پذیرفته است. در شبکه نهایی درصد سلول‏های نامناسب با اعوجاج بالا کمتر از %4 است. سپس میدان جریان درون رگولاتور با استفاده از شبکه محاسباتی فوق شبیه‏سازی شده است و میدان‏های فشار، سرعت و دما بدست آمده‏اند. نتایج به دست آمده نشان می‏دهد که جریان گاز درون رگولاتور دارای مقدار زیادی پیچش و آشفتگی است. از سوی دیگر، نتایج عددی نشان می‏دهد که اگر از تثبیت‏کننده در لوله مستقیم بعد از رگولاتور استفاده شود، پیچش تولیدی به وسیله رگولاتور می‏تواند به سرعت به محدوده مقدار مناسب کاهش پیدا کند. اما با وجود تثبیت‏کننده در لوله مستقیم، برای رسیدن به نیم‏رخ سرعت جریان توسعه یافته طول بلندتری از لوله نسبت به لوله مستقیم بدون تثبیت‏کننده لازم است. خوشبختانه دبی‏سنج‏های توربینی در شرایطی که پیچش در محدوده مناسب باشد، نسبت به توسعه یافته بودن یا نبودن جریان حساس نیست.

در این پایان نامه یک کلید نانو الکترواستیک با حضور نیروی مویینگی به روش تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. روش تحلیلی بکار رفته، روش تجزیه آدمین تصحیح شده می باشد. برای این منظور و برای نشان دادن صحت نتایج، روش عددی هم زمان با روش تجزیه آدمین تصحیح شده مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج حاصل از روش تجزیه آدمین تصحیح شده با نتایج حاصل از روش عددی و مراجع معتبر مقایسه شده است و دقت خوبی را نشان می دهد. برای تحلیل یک کلید نانوالکترواستاتیک نقاط انتهایی پایداری کلید مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهای مهم مورد بررسی از قبیل پارامتر دی الکتریک، مویینگی، کاسیمیر و ولتاژ در وضعیت نهایی محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که نقاط پایدار یک نانوکلید وابسته به پارامترهای معرفی شده می باشد و محدوده پایداری یک نانوکلید را با تغییر پارامترهای آن می توان تا حد خاصی افزایش و یا کاهش داد، لذا چینش خاص پارامترها باعث ایجاد رفتار متفاوت کلید می گردد. با قرارگیری چند پارامتر خاص پدیده ویژه ای بنام ضخامت دی الکتریک متعادل به وجود می آید. در این ضخامت، افزایش و یا کاهش مقدار پارامتر مویینگی تاثیری بر پایداری کلید ندارد. در تمامی حالات افزایش پارامتر ها باعث افزایش ولتاژ می شود. افزایش ولتاژ نیز باعث افزایش جابجایی، نیروی برشی و ممان خمشی نانوکلید در وضعیت انتهایی پایداری می گردد.

در این پایان‏نامه شرط مرزی میان محیط متخلخل و سیال آزاد مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا جریان و انتقال حرارت در محیط متخلخل دو بعدی در مقیاس میکروسکوپیک و با شرایط مرزی دوره‏ای به‏کمک روش حجم محدود حل ‏شده است. سپس محیط نیمه متخلخل در سه مقیاس میکروسکوپیک، مسوسکوپیک و ماکروسکوپیک مدل‏سازی شد. نتایج بدست آمده عدم انطباق میان دو مقیاس مسوسکوپیک و ماکروسکوپیک در مرز میانی را نشان می‏داد. بنابراین بررسی شرط مرزی مناسب میان دو محیط، مورد توجه قرار گرفت. با معرفی شرایط مرزی جدید سرعت، مسئله عدم انطباق دو مقیاس برطرف گردید. با توجه به اینکه انتخاب معادله حرکت محیط متخلخل در مقادیر سرعت محیط نیمه متخلخل تأثیرگذار است، با حل معادلات حاکم بر محیط نیمه متخلخل در رینولدزهای متفاوت، محدوده‏های رینولدز به عنوان معیاری مناسب برای معادله حرکت بدست آمد. به دلیل زمان‏بر بودن حل جریان در محیط نیمه متخلخل، جریان در این محیط به‏کمک شبکه‏های عصبی مصنوعی شبیه‏سازی شد و برای کاهش خطای شبیه‏سازی از الگوریتم بهینه‏سازی زنبور عسل استفاده گردید. در نهایت شرط مرزی میانی حرارت در محیط نیمه متخلخل بررسی شد. با حل انتقال حرارت هدایت در سه مقیاس بیان شده مسئله‏ای مشابه با حل جریان سیال در محیط نیمه متخلخل مشاهده شد. این مشکل با معرفی شرط مرزی میانی حرارت جدید بهبود یافت. نتایج این بررسی نشان می‏دهد که برای بدست آوردن شرط مرزی میانی حرارت و سرعت می‏بایست منطقه میان محیط متخلخل و سیال آزاد به درستی مدل شود.

موضوع این پژوهش، بررسی انتقال حرارت جریان جابجایی آزاد بر روی دو هندسه دیوار عمودی و مخروط عمودی واقع در یک محیط متخلخل اشباع شده توسط نانوسیال است. انتقال حرارت جابجایی آزاد در یک محیط متخلخل، در دو دهه اخیر به‏دلیل کاربردهای فراوان به‏صورت گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. اما جریان جابجایی طبیعی نانوسیالات بسیار کم مورد توجه واقع شده است. مدل استفاده شده برای نانوسیال، ترکیبی از مکانیزم‏های ترموفورسیس و حرکت براونی نانوذرات است. برای تبدیل سیستم معادله‏های دیفرانسیلی جزئی غیرخطی به سیستم معادله‏های دیفرانسیلی معمولی از روش تحلیلی حل تشابهی استفاده شده است. معادله‏های به‏دست آمده توسط روش عددی رانج-کوتا حل شده‏اند. در این پروژه، تأثیر شش پارامتر ترموفورسیس، حرکت براونی، نسبت شناوری، عدد لوئیس، تولید- جذب حرارت و پارامتر غیردارسی (فورچهیمر) بر پنج پروفایل‏ سرعت بی‏بعد، دما بی‏بعد، غلظت بی‏بعد، اعداد ناسلت و شرود کاهش‏یافته مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می‏دهند که با افزایش پارامترهای ترموفورسیس، حرکت براونی، نسبت شناوری، غیردارسی و تولید- جذب حرارت، عدد ناسلت کاهش‏یافته کاهش می‏یابد و با افزایش عدد لوئیس عدد ناسلت کاهش‏یافته افزایش پیدا می‏کند.

سیستم‏های تهویه و تبرید کاربردهای بسیار مهمی در زندگی روزمره دارند. یکی از رایج‏ترین سیستم‏های تهویه‏مطبوع، سیستم‏های تراکمی هستند که انرژی الکتریکی مصرف می‏کنند و به‏منظور تولید سرما و گرما به‏کار می‏روند. در این پایان‏نامه عملکرد یک سیستم تهویه‏مطبوع هیبریدی خورشیدی با کندانسور هوایی به‏طور آزمایشگاهی بررسی شده است. این سیستم به‏صورت پمپ حرارتی در فصل زمستان و کولر در فصل تابستان عمل می‏کند. هدف از انجام این پروژه بررسی تأثیر کلکتور خورشیدی صفحه تخت بر بهبود ضریب عملکرد سیکل حاضر است. نتایج تجربی نشان می‏دهد که کاربرد کلکتور خورشیدی صفحه تخت در فصل زمستان بر عملکرد سیکل یاد شده، تأثیر مثبت داشته و ضریب عملکرد با افزایش تابش خورشید افزایش می‏یابد. همچنین طبق نتایج به‏دست آمده، استفاده از کلکتور حرارتی خورشیدی صفحه تخت در فصل تابستان هیچ‏گونه تأثیری بر عملکرد سیکل ندارد.

در این پایان‎نامه انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیالات در محفظه مربعی دو بعدی به‎صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود بررسی شده است. فرض بر آن است که دیواره های افقی، عایق و دیواره های عمودی در دماهای مشخصی ثابت نگه داشته شده اند. نانوسیال درون محفظه دارای ذرات با قطرهای یکسان و توزیع همگن بوده و بین اجزا آن، واکنش شیمیایی وجود ندارد. به دلیل اختلاف دمای کم، فرض بوزینسک برای سیال برقرار است. فیزیک جریان نیز پایا، دو بعدی و آرام فرض شده است. مدل به کار رفته به گونه ای است که اثرات لغزش میان سیال پایه و نانوذرات را نیز در نظر می گیرد. خطوط دما ثابت، توزیع نانوذرات در محفظه، ناسلت محلی و ناسلت متوسط برای مقادیر مختلف کسر حجمی نانوذرات و عدد رایلی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که برای هندسه در نظر گرفته‎شده غلظت ذرات در نزدیک دیواره سرد بیشتر از دیواره گرم است. بیشتر بودن غلظت ذرات فلزی در نزدیکی دیواره سرد، نرخ انتقال حرارت را از این قسمت افزایش می‎دهد، در حالی‎که در نزدیکی دیواره سرد، عکس این حالت رخ می‎دهد. همچنین نیروهای ترموفورسیس و نفوذ براونی که مهم ترین نیروهای وارد بر ذرات در نانوسیالات هستند، تأثیر بسزایی در محاسبه ناسلت دارند. بدین صورت که با در نظر گرفتن آن ها، این نتیجه حاصل می‎شود که استفاده از نانوسیالات در محفظه ها موجب افزایش انتقال حرارت جابجایی آزاد می‎شود.

راندمان حجمی و تنفس موتورهای احتراق داخلی، پارامتری است که با تغییر نوع پروفیل سرعت و فشار در راهگاه ورودی قابل تغییر است. در این پژوهش معادلات جریان آشفتگی در راهگاه سیلندر به صورت سه بعدی، حالت جریان غیر دائم و شبکه متحرک و لغزان، به وسیله نرم افزار fluentبرای هندسه های مختلف راه گاه ورودی برای دورهای مختلف حل می شود. مدل آشفتگی استفاده شده، مدل k-? realizable می باشد. میزان دبی جرمی ورودی و پروفیل سرعت در ورودی سوپاپ، میزان نسبت فشار منیفولد به فشار سیلندر، نسبت جرم برگشتی به جرم ورودی به سیلندر و در نهایت میزان بازده حجمی در چهار مدل خم ساده، پورت مارپیچ با انحنای ملایم در میانه مسیر پورت، پورت مارپیچ با انحنای تند در ابتدای مسیر پورت و مدل خم ساده سایکلون دار، مقایسه می گردد. نتایج به دست آمده عبارت است از این که با ایجاد جریان های چرخشی، شامل جریان های مماسی و شعاعی، و کم کردن نسبت سرعت محوری به سرعت مماسی، می توان بازده حجمی را افزایش داد. وجود سایکلون در مسیر پورت ورودی باعث افت فشار در دورهای کم موتور و افزایش نسبت فشار منیفولد به سیلندر می شود. در دورهای بالا شاهد کاهش بازده حجمی برای مارپیچ نوع اول و مدل سایکلون دار هستیم. بازده حجمی در دورهای پایین و متوسط برای مدل های مارپیچ نسبت به مدل خم ساده و مدل سایکلون دار، مقدار بیشتری را داراست.

حریق ایجاد شده به‏وسیله نشتی‏های گاز می‏تواند باعث خسارات مالی زیاد و مرگ و میر شود. یکی از دلایل اولیه آتش، انفجار ایجاد شده به‏وسیله گاز نشت شد ه متمرکز در محدوده قابل اشتعال است. در این پایان‏نامه ویژگی‏های نشتی‏های گاز در یک ایستگاه گاز مورد بحث قرار گرفته شده است. این آنالیز از لحاظ تئوری به جلوگیری از بسیاری آتش‏سوزی‏ها و کنترل آن کمک می‏کند. حل عددی میزان آزادسازی و انتشار گاز ابتدا در یک اتاق از یک ساختمان مسکونی ارائه شده است. سپس نشتی گاز در یک ایستگاه گاز با استفاده از دینامیک شبیه‏سازی شده است. تحت شرایط مرزی متفاوت، نواحی متمرکز در محدوده‏های قابل احتراق در ایستگاه گاز در زمان‏های متفاوت نمایش داده شده و آنالیز شده‏اند. سرانجام، اثرات میزان انتشار نشتی‏های گاز و سرعت جریان هوای خارج از ایستگاه گاز روی محدوده انفجار مورد مطالعه قرار گرفته است. در نهایت محدوده‏ی خطر در ایستگاه گاز در شرایط متفاوت تعیین شده است.

موضوع مطالعه حاضر، شبیه‏سازی نشت گاز از خط لوله انتقال گاز مدفون در زمین و بررسی تاثیر ویژگی‏های خاک بر میزان نشتی می‏باشد. تاکنون مطالعاتی در زمینه یافتن محل نشتی از این خطوط صورت گرفته، ولی تاثیر ویژگی‏های خاک بر میزان نشتی بررسی نشده است. در پژوهش حاضر نشت گاز به‏صورت دوبعدی و سه‏بعدی مدل‏سازی شده است. شبیه‏سازی دوبعدی مسئله به روش المان مرزی صورت گرفته است. یک کد برنامه‏نویسی به زبان فرترن نوشته شده و تاثیر ویژگی خاک‏های مختلف بر میزان نشتی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. شبیه‏سازی سه‏بعدی نشت گاز از یک خط لوله به روش حجم محدود و توسط نرم‏افزار فلوئنت انجام شده است. در این مطالعه تاثیر خاک‏های مختلف بر میزان نشتی و نحوه‏ی توزیع غلظت گاز بررسی شده است. همچنین تاثیر متراکم‏سازی خاک‏ها بر میزان نشت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. میزان گاز نشت شده از خط لوله مورد بررسی بسته به جنس خاک و هندسه نشتی در محدوده 39-1 گرم بر ثانیه قرار دارد. هر چه خاک پیرامون لوله نفوذپذیری بیشتری داشته ‏باشد، میزان نشتی بیشتر است. برای این خط لوله مقدار گاز نشت شده به خاک شنی 39 گرم بر ثانیه می‏باشد در حالی که مقدار این نشتی به خاک رسی 1 گرم بر ثانیه است

جریان‏های دو یا چند فازی در بسیاری از کاربردهای مهندسی و فرایندهای صنعتی از جمله نیروگاه‏های هسته‏ای، صنایع نفت و گاز و حفاری زیرتعادلی از اهمیت ویژه‏ای برخوردار هستند، بنابراین مدل سازی دقیق و روش حل مناسب این نوع جریان ها در طراحی بهینه فرآیندها و دستگاه‏های صنعتی بسیار مهم است. در عملیات حفاری زیرتعادلی (ubd)، کنترل فشار ته چاه در پنجره‏ی فشار ubd بسیار مهم و ضرورری می‏باشد. در تحقیق حاضر از مدل شار رانشی برای مدل سازی ریاضی جریان های دوفازی در حالت گذرا و یک بعدی استفاده شده و آنالیز هایپربولیکی آن نیز انجام شده‏است. همچنین مدل‏سازی جریان در حالت دایم با استفاده از مدل‏های مکانیستیک انجام شده‏است. چندین مسئله‏ی جریان دوفازی در حالت گذرا با استفاده از روش‏های عددی مختلف حل شده‏ و دقت روش‏ها با یکدیگر مقایسه شده‏است. نتایج شبیه‏سازی نشان می‏دهد که روش‏های مرکزی و پادبادسو محل وقوع ناپیوستگی را به درستی پیش بینی می کنند اما به دلیل اینکه روش‏های پادبادسو برای محاسبه‏ی تایع شار عددی، جهت جریان را در نظر می‏گیرند، دقت بیشتری نسبت به روش‏های مرکزی داشته ولی زمان محاسباتی بیشتری نیز دارند. به منظور اعتبارسنجی کد حالت دایم در ubd، نتایج شبیه‏سازی با داده‏های واقعی برای چاه لوپز مقایسه شده است. همچنین ارایه‏ی نتایج برای چاه ماسپک53 با استفاده از مدل مکانیستیک و نرم‏افزار wellflo انجام شده‏است. مقایسه‏ی جواب‏های به‏دست آمده با داده‏های واقعی نشان می‏دهد که کد جریان حالت دایم از دقت مناسبی برخوردار است. جواب‏های حاصل از شبیه‏سازی جریان حالت دایم به عنوان شرایط اولیه‏ی جریان گذرا در ubd استفاده می شود. اعتبارسنجی کد حالت گذرا در ubd نیز برای چاه لوپز انجام شده‏ و سپس تاثیر تغییرات دبی حجمی گاز، دبی حجمی مایع و فشار خروجی از دالیز به‏عنوان توابعی از زمان بر روی فشار ته چاه برای چند حالت‏ مختلف بررسی شده‏است. نتایج شبیه‏سازی برای عملیات حفاری زیرتعادلی نشان می‏دهد که با افزایش دبی حجمی مایع و فشار خروجی از دالیز فشار ته چاه و تولید نفت و گاز افزایش می‏یابد. افزایش دبی حجمی گاز تا یک مقدار معین باعث کاهش فشار ته چاه می‏شود و افزایش بیشتر آن باعث افزایش فشار ته چاه می‏شود.

هنگامی که فشار سازند یک میدان نفت و گاز به دلیل استخراج زیاد، کاهش می یابد، استفاده از گل های مرسوم حفاری بدلیل بالا رفتن فشار ته چاه ممکن است باعث صدمه به مخزن شود. در این شرایط به منظور نگه‏داشتن فشار گل حفاری در ته چاه زیر فشار سازند، یک گاز مانند نیتروژن که وزن معادل سیال حفاری را کاهش می‏دهد، به درون مایع حفاری تزریق می‏شود. این نوع حفاری که در آن فشار ته چاه از فشار سازند کمتر است، به عنوان حفاری زیرتعادلی (ubd) شناخته شده‏است. کنترل فشار جریان در ته چاه یک پارامتر مهم در موفقیت عملیات حفاری زیرتعادلی است. در این پایان‏نامه جریان دوفاز گاز – مایع در لوله‏ی حفاری و دالیز در حین حفاری زیرتعادلی، به صورت یک‏بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. برای بیان ریاضی مساله از مدل دوسیالی (اویلر-اویلر) با فرض پایا بودن جریان استفاده شده است. تاثیر پارامترهایی نظیر فشار خروجی دالیز، مقدار دبی مایع حفاری و دبی گاز تزریق شده بر فشار جریان درون چاه مخصوصا فشار ته‏چاه بررسی شده است. طبق نمودارهای الگوی جریان، در رشته‏ی حفاری الگوهای حبابی، لخته‏ای و لایه‏ای و در دالیز الگوهای حبابی، اسلاگ، کف‏آلود و حلقوی بوجود می آید. به منظور اعتبار بخشی مدل دوسیالی ارائه شده، نتایج شبیه سازی بدست آمده با داده‏های تجربی و همچنین با نتایج به‏دست آمده از مدل مکانیستیک و نرم‏افزار wellflo مقایسه شده‏اند. نتایج نشان می‏دهد که سه پارامتر دبی مایع، دبی گاز و فشار خروجی می‏توانند به عنوان پارامترهای کنترل کننده فشار چاه مورد استفاده قرار بگیرند. فشار درون لوله حفاری عمودی از سر چاه تا ته چاه به دلیل افزایش فشار هیدرواستاتیک، افزایش می‏یابد در صورتی‏که فشار درون لوله‏ی حفاری مایل ممکن است افزایش و یا کاهش یابد. فشار درون دالیز از ته چاه تا سر چاه به دلیل کاهش فشار هیدرواستاتیک و نیروی اصطکاکی بین جریان و لوله، همواره کاهش می‏یابد. با افزایش فشار کاهنده و مقدار دبی فاز مایع تزریق شده، مقدار تولید هیدروکربن کاهش می‏یابد. دقت مدل دوسیالی ارائه شده برای محاسبه فشار ته‏چاه، نسبت به اکثر مدل‏های نرم‏افزار wellflo بسیار بهتر و نتایج آن به داده‏های واقعی بسیار نزدیک‏تر است.

در پایان نامه حاضر مدل سازی رتبه کاسته جریان گذرای گاز طبیعی درون شبکه های گسترده انتقال و توزیع گازرسانی توسط مودهای ویژه جریان صورت گرفته است. بردارهای ویژه جریان به عنوان پایه های فضای رتبه کاسته در نظر گرفته شده اند. به منظور حل جریان غیردائم گاز طبیعی در لوله، از معادلات اویلر به عنوان معادلات حاکم و به فرم حجم‏کنترلی استفاده شده است. مزیت این روش، حل کلیه شبکه توزیع جریان گاز به‏صورت همزمان است که مشکلات الگوریتم تکرار از قبیل هزینه محاسباتی و عدم همگرایی برای شبکه‏های گسترده را ندارد. برای این منظور ابتدا معادلات غیرخطی حجم کنترلی به روش صریح برای یک خط لوله انتقال گاز و دو شبکه ساده حل شده اند. پس از آن، فرآیند جامع سازی برنامه انجام شده است. به صورتی که نرم افزار بسته به شرایط شبکه توانایی جداسازی معادلات را داشته باشد. به منظور صحت سنجی برنامه جامع، شبکه های حلقوی و شاخه ای ساده و همچنین شبکه ای بزرگ توسط آن، مورد تحلیل قرار گرفته است. سپس فرآیند خطی‏سازی معادلات صورت گرفته و معادلات به روش ضمنی و به صورت برنامه ای جامع برای خط لوله، شبکه های ساده و شبکه بزرگ حل شده اند. در نهایت، مقادیر ویژه و بردارهای ویژه سمت راست و سمت چپ جریان محاسبه شده و مدل سازی رتبه کاسته جریان گذرای گاز طبیعی درون شبکه های بزرگ انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با انتخاب تعداد اندکی از مودهای غالب، مدل رتبه کاسته حاضر قادر خواهد بود جواب های رضایت بخشی را نتیجه دهد. در انتها به عنوان نمونه کاربردی نرم افزار، شبکه گازرسانی شهر دزفول نیز توسط برنامه های جامع حجم کنترل غیرخطی، خطی و رتبه کاسته مورد تحلیل قرار گرفته است.

در مقیاس نانو شرط پیوستگی محیط ماده نقض شده و مواد به صورت ساختار اتمی کاملاً گسسته وجود دارند، تئوری مکانیک محیط پیوسته توانایی توضیح بسیاری از پدیده ها را ندارد. به همین دلیل محققان در طول دهه های گذشته به دنبال روش هایی بودند که بتوانند رفتار ماده را در مقیاس اتم مدل سازی کنند. در این رساله سعی بر آن است که با استفاده از تئوری تنش مزدوج اصلاح شده و حل تحلیلی ادومین رفتار نانو کلید های الکترواستاتیکی یک سر گیردار و دو سر گیردار غوطه ور در سیال الکترولیت به طور دقیق و قابل اطمینان مورد مطالعه قرار گیرد. همچنین تأثیر تنش پسماند که به دلیل روش های مختلف ساخت و تولید از قبیل میکرو ماشین کاری سطح در جسم باقی می ماند نیز بررسی می شود. در نهایت میزان تأثیر پارامترهای اندازه طول ماده، غلظت یونی و تنش بر پایداری نانو کلید تحلیل شده است. مقایسه نتایج حاصل از روش حل تحلیلی ادومین با روش عددی و مراجع نشان می دهد که این روش از دقت بسیار بالایی برخوردار است و می تواند به عنوان روشی موثر و کارآمد برای تحلیل پایداری نانو کلیدها مورد استفاده قرار گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهند که نانو کلید های مدل شده توسط تئوری تنش مزدوج در مقایسه با تئوری کلاسیک رفتار سخت تری از خود نشان می دهند و با کاهش ضخامت کلید سختی آن ها بیشتر می شود. با افزایش غلظت یونی و ضخامت کلید، اختلاف بین دو تئوری کلاسیک و تنش مزدوج اصلاح شده، به ترتیب افزایش و کاهش می یابد.

در این پایان نامه، انتقال حرارت جریان جابجایی اجباری بر روی صفحه ی در حال کش آمدن در نانوسیالات به صورت تحلیلی و با استفاده از روش حل انتگرالی بررسی شده است. مدل استفاده شده برای نانوسیال، ترکیبی از مکانیزم های ترموفورسیس و حرکت براونی نانوذرات است. تاثیر شش پارامتر کسر حجمی نانوذرات، نوع نانوذرات، ترموفورسیس، حرکت براونی، اعداد لوئیس و پرانتل بر چهار پروفایل دمای بی بعد، غلظت بی بعد، اعداد ناسلت و شرود کاهیده مورد مطالعه قرار گرفته است.چهار نوع نانوذراتاکسید آلومینیوم (al2o3)، اکسید سیلیکون (sio2)، نقره (ag) و مس (cu)مورد بررسی قرار گرفته است. در این پروژه، نتایج بدست آمده از روش حل انتگرالی با نتایج عددی مقایسه شده و از تطابق خوبی برخوردار است. نتایج حل تحلیلی نشان می دهد که افزایش کسر حجمی نانوذرات باعث افزایش ضخامت لایه مرزی حرارتی نانوذرات در تمامی نانوسیالات مورد بررسی و کاهش ضخامت لایه مرزی غلظت در نانوسیالات آلومینیوم اکسید و سیلیکون اکسید می شود.همچنین نتایج نشان می دهند که با افزایش پارامترهای ترموفورسیس، حرکت براونی و عدد لوئیس، عدد ناسلت کاهیده کاهش می یابد و با افزایش عدد پرانتلعدد ناسلت کاهیده افزایش پیدا می کند. راه حل ارائه شده در این تحقیق یک حل تحلیلی فراهم می کند که براحتی می تواند در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار گیرد.

جریان سیال و انتقال حرارت بر روی سطوح در حال کش آمدن مسئله ی بسیار مهمی در صنایع، از جمله صنایع تولید صفحات کائوچوئی، شیشه ای و پلاستیکی می باشد. در این پژوهش، مسئله ی جریان سیال و انتقال حرارت نانوسیال ها بر روی صفحه ی در حال کش آمدن به صورت عددی بررسی شده است. معادلات پاره ای استخراج شده در حالت بی بعد توسط روش تفاضل محدود و الگوریتم تخفیف پی درپی نقطه به نقطه بر روی یک شبکه ی غیریکنواخت به صورت عددی حل شده است. تأثیر اعداد بی بعد بانام های، عدد پرانتل، عدد لوئیس، عدد رینولدز، پارامتر دما و پارامترهای حرکت براونی و ترموفورسیس بر پروفیل سرعت، دما و غلظت نانوذرات و همچنین ضریب اصطکاک، عدد ناسلت و عدد شروود مورد بررسی قرار گرفته است. محدوده ی فیزیکی پارامتر های نانوسیال برای دو نانوسیال متداول استخراج شده است. دیده شده که با افزایش نانوذراتی از قبیل نقره و اکسید مس نرخ انتقال حرارت از سطح افزایش می یابد. علاوه بر این، افزایش پارامتر ترموفورسیس باعث کاهش غلظت نانوذرات بر روی صفحه شده است اگرچه، غلظت نانوذرات بر روی صفحه با افزایش عدد براونی افزایش می یابد.

بررسی جریان و انتقال حرارت سیال¬ها درون کانال¬ها و نیز بررسی راهکارهای بهبود انتقال حرارت آن¬ها، همواره مورد توجه محققین بوده است. باید گفت که پژوهش¬هایی از این قبیل را بر حسب نوع سیال به¬کاررفته، هندسه سطح مقطع کانال و نیز شیوه انتقال حرارت موجود می¬توان دسته¬بندی کرد. به جرأت می¬توان اذعان داشت که در تمامی صنایع به¬کاربرنده مبدل¬های حرارتی، کانال¬ها با مقطع حلقه¬ای نیز وجود دارند. در پژوهش حاضر، تأثیر استفاده از نانوسیال¬ها بر جریان و انتقال حرارت جابجایی مختلط در کانال با مقطع حلقه¬ای مورد بررسی قرار گرفته است. کانال¬ها با مقطع حلقه¬ای شکل در واقع شامل دو لوله استوانه¬ای هم¬مرکز هستند. در پژوهش پیش رو، ابتدا کارهای انجام شده در زمینه انتقال حرارت جابجایی نانوسیال¬ها و معادلات و روش¬های مدلسازی مورد استفاده در این زمینه، مورد بررسی قرار گرفته¬اند. در ادامه، معادلات مربوط به انتقال حرارت جابجایی آمیخته و جریان نانوسیال¬ها در میان دو لوله استوانه¬ای هم¬محور عمودی به¬دست آمده است. معادلات حاصل در شرایط مرزی دما ثابت حل شده و نتایج مربوطه ارائه شده است. در نهایت نیز با نمایش پروفیل¬های دما، سرعت و غلظت بی¬بعد تغییرات خواص جریان و بهبود انتقال حرارت نانوسیال¬ها نسبت به سیال پایه مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که نتایج به صورت بی¬بعد استخراج شده است از نتایج به¬دست آمده در تحلیل پروفیل¬های سرعت، دما و غلظت محلی نانوسیال¬ها و سیال¬های پایه مختلف می¬توان استفاده نمود. همچنین، مطالعه موردی خواص جریان و انتقال حرارت برای شش نانوسیال متفاوت ارائه شده است. با استفاده از نتایج به¬دست آمده در این قسمت می¬توان مقدار بهبود انتقال حرارت ایجاد شده در اثر استفاده از نانوذرات و سیال-های پایه مختلف را مشخص نمود. درنهایت، شکل و ابعاد بهینه نانوذرات برای ایجاد بیشترین میزان انتقال حرارت جابجایی تعیین شده است. ب

در این تحقیق، اثر ریخت نانوساختارهای مختلف اکسید مس بر رسانندگی گرمایی، گرانروی و نقطه¬ی اشتعال نانوسیال¬های پایه¬ی روغن بررسی شد. از روغن انتقال حرارت و روغن موتور sae 20w50 ساخت شرکت بهران به عنوان سیال¬های پایه، استفاده گردید. به این منظور، ابتدا، نانوساختارهای مختلف نانوذره، نانوذره¬ی لوزوی و نانومیله¬ی اکسید مس به¬روش¬های الکلی-حرارتی و آبی- حرارتی با پیش مواد استات، نیترات و کلرید مس تولید شدند. به¬ کمک تصاویر sem از این نانوساختارها، میانگین اندازه¬ی نانوذرات، 61 نانومتر و میانگین طول، عرض و ضخامت نانوذرات لوزوی¬، به¬ترتیب 3000، 508 و 91 و برای نانومیله¬ها 1063، 175 و 78 اندازه¬گیری شدند. برای تولید نانوسیال¬ها به روش دو مرحله¬ای، 2/0 تا 6 درصد وزنی از نانوساختارهای مختلف تولید شده به روغن پایه افزوده شد و با استفاده از امواج اولتراسونیک یا آسیای گلوله¬ای سیاره¬ای مخلوط گردید. نانوسیال¬های پایه¬ی روغن موتور که با آسیای گلوله¬ای سیاره¬ای تهیه شدند، پایداری خوبی داشتند. به¬منظور اندازه¬گیری رسانندگی گرمایی، نانوسیال¬های پایه¬ی روغن موتور با 2/0 تا 6 درصد وزنی از ریخت-های مختلف نانوساختارهای اکسید مس تهیه شده و رسانندگی گرمایی آن¬ها به کمک روش سیم گرم استاندارد اندازه¬گیری گردید. رسانندگی گرمایی نانوسیال¬ها با کسرهای وزنی 2/0 تا 2 درصد، افزایش قابل توجهی نسبت به سیال پایه نداشت؛ اما رسانندگی گرمایی نانوسیال¬ها در کسرهای وزنی 4 و 6 درصد، نسبت به سیال پایه افزایش نسبتاً خوبی داشتند. در کسر وزنی 4 درصد بیشترین و کمترین رسانندگی گرمایی به¬ترتیب مربوط به نانوسیال نانوذره و نانوذرات لوزوی بودند. در کسر وزنی 6 درصد، نانوسیال نانومیله و نانوذره به¬ترتیب بیشترین و کمترین رسانندگی گرمایی را داشت و در رسانندگی گرمایی نانوسیال نانوذرات لوزوی افزایشی دیده نشد. اختلاف در رسانندگی گرمایی این نانوسیال¬ها به تفاوت در سطح موثر آن¬ها نسبت داده می شود. گرانروی نانوسیال¬های پایه¬ی روغن موتور با ریخت مختلف نانوساختارها اندازه¬گیری شد. نانوسیال¬های نانوذرات لوزوی کمترین گرانروی را نسبت به نانوسیال¬های دیگر و حتی سیال پایه داشتند که این، نشان¬دهنده¬ی روان¬تر بودن این نانوسیال¬ها می¬باشد. بیشترین و کمترین گرانروی به¬ترتیب برای نانوسیال¬های 2/0 درصد وزنی نانومیله و نانوذره¬ی لوزوی و مقادیر 5/438 و cp1/388 اندازه¬گیری شد. نقطه¬ی اشتعال 4 نمونه نانوسیال 1/0 و 2/0 درصد وزنی نانوذره و نانوذرات لوزوی اندازه¬گیری شد و نتیجه آن¬که، نقطه¬ی اشتعال تمام نانوسیال¬ها نسبت به سیال پایه افزایش یافت؛ نانوسیال¬های نانوذرات لوزوی درمقایسه با نانوذره نقطه¬ی اشتعال بالاتری داشتند. بیشترین افزایش نقطه¬ی اشتعال نسبت به سیال پایه، به نانوسیال 2/0 درصد وزنی نانوذرات لوزوی مربوط بود که 38 درجه افزایش را نشان می¬داد.

در عملیات حفاری فراتعادلی به علت اختلاف فشار سیال حفاری و سازند، فیلتراسیون گل صورت می پذیرد که در اثر آن برروی دیواره سازند فیلتر کیک تشکیل می شود. تشکیل فیلتر کیک روی دیواره سازند باعث کاهش آسیب دیدگی سازند شده ولی از طرف دیگر ممکن است سبب گیر مته حفاری و اصطکاک بیش از حد شود. تشکیل فیلتر کیک نتیجه سه فرآیند مرتبطِ جریان درون دالیز، نفوذ سیال به درون سازند و تشکیل کیک بر روی دیواره سازند است. در این پژوهش از یک رویه عددی برای مدل سازی و شبیه سازی رشد فیلتر کیک استفاده شده است که در آن ابتدا میدان جریان گل حفاری در فضای حلقوی چاه و پس از آن سرعت نفوذ صافاب به درون سازند و نرخ رشد فیلتر کیک محاسبه شده است. برای این منظور ابتدا با فرض جامد بودن دیواره چاه، معادلات حرکت سیال حفاری (که خواص رئولوژیکی آن توسط مدل توانی بیان شده است) در دو حالت دالیز هم مرکز و غیرهم مرکز استخراج و با روش های عددی حل شده است. از معادله دارسی برای محاسبه سرعت نفوذ صافاب به درون سازند و برای محاسبه نرخ رشد فیلتر کیک از احتمال رسوب ذره - که از آنالیز نیروهای وارد بر ذره در سطح کیک محاسبه می شود – استفاده شده است. برای اعتبار بخشی به نتایج ابتدا حل جریان در هر دوحالت هم مرکز و غیرهم مرکز با نتایج عددی و تجربی مقایسه شده و سپس برای اعتبار سنجی محاسبات کیک، ضخامت کیک در حالت نامتقارن با مرجع مربوطه (عددی) مقایسه شده است. در نهایت تاثیر سرعت متوسط سیال، چرخش رشته حفاری، شاخص توانی سیال حفاری، خروج از مرکزیت و اندازه ذرات بر ضخامت فیلتر کیک و سرعت نفوذ صافاب بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش شاخص توانی سیال باعث افزایش ضخامت فیلترکیک و کاهش سرعت نفوذ صافاب می شود. هم چنین افزایش خروج از مرکزیت رشته حفاری نه تنها باعث افزایش بیشینه ضخامت کیک می شود، بلکه اختلاف بین ضخیم ترین و نازک ترین ناحیه کیک نیز افزایش می یابد.

در پایان نامه حاضر، انتقال حرارت نانوسیال¬ها در لایه مرزی آرام بر روی صفحه تخت به صورت نظری بررسی شده است. صفحه تخت در دو حالت قرار گرفته در معرض جریان جابجایی اجباری و جریان جایجایی طبیعی نانوسیال و همچنین در دو حالت قرار گرفته در محیط معمولی و مغروق در ماده متخلخل بررسی شده است. حرکت نسبی نانوذرات در سیال پایه با استفاده از معادلات شار رانش مدلسازی شده است. در معادلات حاکم تاثیر حرکت نانوذرات در سیال پایه و ایجاد گرادیان غلظت در لایه مرزی بر انتقال حرارت و تغییر خواص رسانش حرارتی و لزجت دینامیک نانوسیال به حساب آمده است. در ادامه، از فرضیات لایه مرزی برای ساده سازی معادلات حاکم استفاده گردید. سپس، معادلات پاره ای حاکم با استفاده از متغیرهای تشابهی به معادلات دیفرانسیل غیر خطی مرتبه بالا کاهش یافتند. معادلات به دست آمده به روش عددی حل شد. نتایج به دست آمده در برخی حالات ساده شده با پژوهش های پیشین مقایسه شد و صحت محاسبات تایید شد. نتایج در دو محور: بررسی تاثیر وجود نانوذرات بر انتقال حرارت و مشخصه های لایه مرزی به صورت بی بعد و مطالعه موردی ارائه گردید. همچنین، با استفاده از الگوریتم بهینه سازی زنبور عسل، قطر بهینه نانوذرات آلومینیا در سیال پایه نفت سفید به منظور افزایش انتقال حرارت محاسبه گردید. نتایج نشان داد که برای انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیال بر روی صفحه تخت در محیط معمولی می توان قطر بهینه ای در محدوده nm 5 تا nm 7 یافت که با استفاده از آن انتقال حرارت بیشینه می شود. مطالعه موردی انتقال حرارت اجباری نانوسیالات (در هردو محیط معمولی و متخلخل) نشان می دهد که استفاده از نانوذرات باعث افزایش انتقال حرارت جابجایی می شود. در برخی موارد افزایش انتقال حرارت شدید بوده و در برخی موارد نیز بسیار اندک است. برای مثال در انتقال حرارت جابجایی اجباری در محیط معمولی، استفاده از 5% کسر حجمی نانوذرات nm 44 آلومینیا در نفت سفید باعث 30% بهبود انتقال حرارت می گردد. این در حالی است که استفاده از 5% کسر حجمی نانوذرات آلومینیا با قطر متوسط nm 43 در سیال پایه آب تنها موجب 1% افزایش انتقال حرارت جابجایی می گردد. استفاده از نانوذرات در انتقال حرارت جابجایی طبیعی می تواند موجب افزایش یا کاهش انتقال حرارت شود. برای مثال با استفاده از کسر حجمی 5% نانوذرات nm 44 آلومینیا در نفت سفید می توان به 26% بهبود در انتقال حرارت دست یافت. این درحالی است که استفاده از 5% کسر حجمی نانوذرات nm 43 آلومینیا در آب موجب 3% کاهش انتقال حرارت می گردد. استفاده از نانوذرات در انتقال حرارت جابجایی طبیعی در محیط متخلخل باعث کاهش انتقال حرارت جابجایی می گردد.

به تجهیزاتی که انرژی تابشی خورشیدی را به صورت مستقیم به الکتریسیته تبدیل می‏کنند، سلول خورشیدی یا سلول فتوولتاییک گفته می‏شود. بازده تبدیل انرژی پایین اینگونه سلول‏ها باعث تولید انرژی حرارتی بیش از حد در این سلول‏ها و باعث بالا رفتن دمای آن‏ها خواهد شد. یکی از مشکلات اساسی این سلول‏ها، کاهش بازده الکتریکی با افزایش دما می‏باشد. بنابراین سیستم‏های فتوولتاییک-حرارتی با اضافه کردن تجهیزات حرارتی به سلول خورشیدی به عنوان یکی از راه حل‏های رفع مشکل افزایش دمای سلول‏های خورشیدی مطرح شده است. در این پژوهش برای بررسی عملکرد حرارتی و الکتریکی سیستم‏های فتوولتاییک-حرارتی، یک دستگاه فتوولتاییک-حرارتی طراحی و ساخته شده است. دستگاه ساخته شده شامل یک پنل خورشیدی و دومبدل حرارتی که یکی در زیر پنل خورشیدی و یکی درون مخزن ذخیره آب گرم قرار داده شده‏اند، می‏باشد. سیال عامل خنک‏کن به صورت اجباری بین دو مبدل حرارتی مذکور در یک سیکل حلقه بسته در جریان است. مخزن ذخیره آب گرم به صورت مستقیم به آب شهری متصل می‏باشد. در این پژوهش جهت بررسی عملکرد حرارتی و الکتریکی سیستم ساخته شده از آب نانوسیال sio2 استفاده شد. در این پژوهش نانوسیال‏های (dio water/sio2) با درصدهای جرمی نانوذرات % wt 1 و % wt 3 و با قطرهای متفاوت 11-14 نانومتر و 60-70 نانومتر به عنوان نانوسیال مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج آزمایش‏ها با سیال عامل نانوسیال (diowater/sio2) نشان می‏دهد با افزایش درصد جرمی نانوذرات از % wt 1 به % wt 3 درون سیال پایه، عملکرد کلی سیستم فتوولتاییک-حرارتی برای اندازه نانوذرات 11-14 و 60-70 نانومتر به ترتیب به میزان % 36/2 و %20/2 بهبود یافته است. همچنین با استفاده از نانوسیال با درصد جرمی 3 درصد و قطر نانوذرات 11-14 نانومتر نسبت به سیال پایه عملکرد کلی به میزان% 76/7 بهبود یافته است. نتایج ارائه شده نشان دادند که با افزایش قطر متوسط نانوذرات درون سیال پایه، عملکرد کلی سیستم کاهش یافته است.

رفتار بسیاری از سیالات را می‎توان با معادلات دیفرانسیل بیان کرد. راه‏ های زیادی برای حل معادلات دیفرانسیل به وجود آمده است که شامل روش ‏های تحلیلی و عددی می‎شود. با این وجود، معادلات حاکم نانوسیالات ویسکوالاستیک در مرزهای سیستم عموما بد-وضع بوده و حل عددی آن‏ها با چالش‏ های جدی مواجه است. بنابراین، روش‎های تحلیلی یا نیمه‎تحلیلی برای حل معادلات حاکم بر این نوع نانوسیالات بسیار مورد توجه می‏ باشد. در این پایان نامه، در یک ایده جدید و با استفاده از روش‏های بهینه ‏سازی هوشمند، روش جدیدی برای حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر نانوسیالات ویسکوالاستیک ارائه شده است. بدین منظور، معادلات حاکم نانوسیالات ویسکوالاستیک در سه جریان ساکادیس، بلازیوس و نقطه-سکون ارائه و به روش بهینه ‏سازی هوشمند حل شده است و تاثیر پارامترهای مختلفی چون پارامتر الاستیک، پارامتر حرکت براونی، پارامتر ترموفرسیس، عدد پرانتل و عدد لوییس بر جریان و انتقال حرارت نانوسیالات ویسکوالاستیک بررسی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از دقت بسیار خوب روش بهینه ‏سازی هوشمند در حل معادلات دیفرانسیل مرتبه بالای حاکم بر نانوسیالات ویسکوالاستیک می‏ باشد. به علاوه، نتایج نشان می ‏دهند که با افزایش الاستیسیته سیال، مقدار تنش برشی دیواره در جریان ساکادیس و بلازیوس کاهش و در جریان نقطه-سکون افزایش می‏ یابد.

پروژه حاضر به طراحی و ساخت یک دستگاه چرخه حرارتی تست مواد دندانی پرداخته است. هدف نهایی، طراحی و ساخت دستگاهی است که پارامترهای دما، زمان و تعداد چرخه حرارتی را از کاربر دریافت نماید و سپس ماده دندانی را به صورت اتوماتیک در معرض چرخه های حرارتی تعیین شده قرار دهد. طراحی دستگاه چرخه حرارتی شامل چهار قسمت اصلی مخزن آب سرد، مخزن آب گرم، مکانیزم جابجایی ماده دندانی و سیستم کنترل و الکترونیک است. معیارهای اساسی طراحی دستگاه، براساس حدود پارامترهای چرخه حرارتی تعیین شده است. مدلسازی و روابط ریاضی محاسبه ابعاد و انتقال حرارت اجزای مخازن آب سرد و آب گرم در پروژه حاضر بیان شده اند. یک سیستم تبرید برای مخزن آب سرد طراحی و ساخته شده است. محاسبات طراحی مخازن و سیستم تبرید توسط برنامه رایانه ای نوشته شده به زبان مطلب صورت گرفته است. مخازن آب و اجزای آن ها برای حالت های بحرانی مختلف شبیه سازی شده اند. نتایج شبیه سازی در قالب کانتورهای دما و سرعت ارائه و تفسیر شده است. مکانیزم جابجایی با دو بازو و موتور پله ای نمونه ماده دندانی را در موقعیت های تعیین شده جابجا می نماید. کنترل دما و سطح آب درون مخازن و حرکت مکانیزم در قالب الگوریتم هایی بیان شده است. مدارهای الکترونیک متشکل از حسگر های مختلف، رله ها، میکرو کنترلر avr، صفحه نمایشگر و صفحه کلید طراحی شده اند. الگوریتم های کنترل دستگاه چرخه حرارتی به زبان برنامه نویسی c نوشته شده اند. این برنامه ها بر حافظه میکروکنترلرهای دستگاه نصب گردید. اجزای مختلف دستگاه چرخه حرارتی با ابعاد واقعی با برنامه طراحی به کمک رایانه (cad) طراحی شده و درکنار یکدیگر قرار گرفته اند. درنهایت نقشه ساخت دستگاه تهیه و اقدام به ساخت دستگاه چرخه حرارتی گردید. مخازن و محل قرار گیری مکانیزم جابجایی بااستفاده از یک قطعه یک پارچه فایبرگلاس قالب ریزی شده است. درب و پوشش جانبی دستگاه با استفاده از صفحات پلاکسی گلاس و برش های لیزری ساخته شده است. اجزای مکانیزم جابجایی و الکترونیک، شیرهای اتوماتیک و دیگر اجزای دستگاه مونتاژ گردید.