روش کمینه کردن تولید آنتروپی،یکی از روشهای بهینه سازی سیستم های ترمودینامیکی سیالاتی می باشد. در این پایان نامه ،یک تیر همگن و ایزوتروپیک را تحت بارگذاری ترکیبی محوری- خمشی و متناوب با شرایط مرزی و اولیه مختلف قرار خواهیم داد.برای بیان رفتار انواع مواد جامد تحت اعمال بار ،عمدتاً،چهار دسته از مدلهای ریاضی مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از تئوریهای الاستیسیته،ویسکوالاستیسیته، پلاستیسیته و ویسکوپلاستیسیته. با استفاده از تئوریهای ارائه شده ،به حل چندین مسأله کلاسیک مکانیک جامدات بر مبنای محاسبه میزان تولید آنتروپی در اثر بارگذاری های محوری- خمشی و محوری- خمشی متناوب پرداخته شده است.برای هر کدام از این مسائل پارامترهای بدون بعدی که ترکیبی از پارامترهای هندسی،پارامترهای بارگذاری و خصوصیات ترمومکانیکی و پارامترهای موجود در معادلات متشکله می باشند،تعریف گردیده اند. اثر این پارامترهای بدون بعد بر میزان تولید آنتروپی مورد مطاله قرار گرفته و راهکارهایی جهت کاهش میزان تولید آنتروپی ارائه گردیده است. همچنین نتایج این تحقیق حاضر با نتایج بدست آمده بر اساس روشهای مرسوم طراحی در مکانیک جامدات ،بررسی شده و از همخوانی خوبی برخوردار است.

امروزه، انرژی نقش عمده ای در هزینه تولید صنایع داشته، لذا به روشهای جدید، با صرفه و موثر، که انتقال حرارت را افزایش دهد، نیاز دارد. با توجه به این مساله، پژوهش حاضر به بررسی تجربی انتقال حرارت با استفاده از نانوسیال آب و آلومینا در مبادله های حرارتی w شکل پرداخته است. به منظور ثابت نگه داشتن دمای سطح لوله، مبدل حرارتی به طور عمودی درون حمام آب گرم قرار داده شده است. جریان درون لوله رژیم های متفاوت آرام، گذرا و آشفته را در بر می گیرد. آزمایشات روی نانوسیال آلومینا - آب مقطر با دو اندازه متفاوت نانوذرات با قطر متوسط 4 و 24 نانومتر، و درصدهای حجمی 0/5 ،3،2،1 ،4 نانوذرات صورت پذیرفته است. دمای حمام در محدوده 40-80 درجه سانتیگراد به طور یکنواخت تنظیم شده است. افت فشار نیز با اندازه گیری فشار در ابتدا و انتهای لوله w شکل، محاسبه گردید. نتایج حاصل از تمامی آزمایش های انجام شده در این تحقیق نشان می دهد که با افزایش غلظت نانوسیال ضریب انتقال حرارت نانوسیال نسبت به سیال پایه بین 2 تا 40 درصد افزایش یافته و با افزایش عدد رینولدز نیز انتقال حرارت این روند فزاینده را دارد. همچنین در بررسی اثر اندازه ذرات بر افزایش انتقال حرارت، ذرات با قطر متوسط 24 نانومتر، افزایش انتقال حرارت بیشتری نسبت به سیال پایه برای تمام غلظت های نانوسیال از خود بروز داده که این مساله با توجه به افزایش ضریب هدایت حرارتی ناشی از بزرگ شدن ابعاد ذره توجیه پذیر است. باید اضافه کرد که افت فشار نانوسیال در مقایسه با سیال پایه افزایش چشمگیری نشان نمی دهد. علاوه بر این، به لحاظ سهولت استفاده از نتایج پژوهش حاضر، یک سری روابط تجربی که بازگوکننده رفتار حرارتی نانوسیال و پارامترهای موثر در مبادله های حرارتی w شکل می باشد نیز استخراج و ارائه شده است.

در این پایان نامه، استخراج معادلات کوپله ی حاکم بر ارتعاشات ورق های دارای ساختار هدفمند، حل عددی این معادلات و یافتن شرایطی که سبب بروز پاسخ های آشوبناک می گردد، اهداف اصلی را تشکیل می دهند. در نخستین گام، معادلات دینامیکی کوپله ی ترموالاستیسیته همراه با معادله ی انرژی برای یک ورق مستطیلی هدفمند با تکیه گاه ساده در جابجایی های بزرگ استخراج شده اند. تغییرات خواص ماده در ضخامت به طور خطی، روابط تنش- کرنش سه بعدی و روابط کرنش- جابجایی غیرخطی در نظر گرفته شده اند. یک بار جانبی متناوب بر ورق اعمال شده و دو وجه ورق در معرض جریان جابجایی آزاد هستند. با انتگرال گیری روی ضخامت چهار پارامتر جدید معرفی شده اند که به همراه سه مولفه ی جابجایی متعلق به صفحه ی میانی دستگاهی از هفت معادله ی دیفرانسیل پاره ای می سازند. به کمک تقریب یک جمله ای گلرکین معادلات حاکم به معادلات دیفرانسیل معمولی در دامنه ی زمانی تبدیل شده و با روش رانگ-کوتای مرتبه ی چهار حل شده اند. در راستای تأمین هدف نهایی، شرایط حرارتی و مقادیر پارامترهایی که منجر به رخداد آشوب می شوند تعیین شده اند و توان لیاپانوف به عنوان معیاری برای تشخیص آشوب به کار گرفته شده است.

کاربرد میکرودستگاهها در تحقیقات علمی و همچنین انجام عملیات های مختلف، به ویژه در علوم بیولوژی و بیوشیمی در چند دهه اخیر افزایش چشمگیری داشته است. در این دستگاهها عموماً از میکروسیال هایی که به صورت قطرات منفرد در جریان سیال حرکت می کنند استفاده می شود. دلیل این امر، قابلیت کنترل بر حجم قطرات ایجاد شده است. بدین ترتیب می توان حجم مشخصی از واکنش دهنده ها را در فرآیندها به کار گرفت. کنترل اندازه قطرات به روشهای مختلفی انجام می شود. یکی از این روشها استفاده از اثر میدان مغناطیسی بر جریان سیال (mhd) است. بکارگیری این روش ویژگی های منحصر به فردی دارد، که از جمله آنها سهولت در تعبیه تشکیلات مربوطه در ابعاد میکرون، و عدم لزوم ایجاد تغییرات در خصوصیات فیزیکی فازها و پارامترهای جریان – مانند سرعت های ورودی – است. شایان ذکر است که اثر کشش سطحی در ابعاد ریز، بسیار حائز اهمیت بوده و در مقایسه با سایر نیروها مقادیر قابل توجهی را به خود اختصاص می دهد. در این پژوهش، ابتدا به مدلسازی عددی اثر کشش سطحی پرداخته شده است. صحت و دقت این مدلسازی، از طریق مقایسه نتایج با نمونه های معتبر مورد سنجش و ارزیابی قرار گرفته است. پس از آن اثرات mhd از نقطه نظر عددی در کانون توجه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از مدلسازی مربوط به این اثر نیز با نمونه های مختلفی مقایسه و اعتبارسنجی شده است. سپس نتایج تحقیقات گذشته در شبیه سازی جریان در یک میکروکانال t- شکل بررسی و تایید شده است. این نتایج شامل تاثیر سرعت ورودی جریان اصلی و ثانویه، و همچنین تاثیر تغییر ثابت کشش سطحی بر اندازه قطرات می باشد. در ادامه به موضوع اصلی این پژوهش، یعنی شبیه سازی عددی تاثیر یک میدان مغناطیسی یکنواخت بر روند تشکیل و اندازه قطرات، در یک میکروکانال t- شکل پرداخته شده است. بر این اساس، مشاهده شد که قطر قطرات با افزایش شدت میدان مغناطیسی، کاهش می یابد.

افزایش تقاضا در صنعت گاز سبب شده این صنعت از ابزاری نوین برای خشک کردن گاز طبیعی بخصوص برای استفاده خارج از دریا استفاده کند. جداکننده های مافوق صوت روشی جدید برای چگالش و جداسازی آب و هیدروکربن های سنگین از گاز طبیعی است. جداکننده های فراصوت بدلیل سادگی عملکرد، نداشتن قطعات متحرک و عدم استفاده از واکنش های شیمیایی دارای برتری های قابل ملاحظه ای به لحاظ کارایی، هزینه های اجرایی و زیست محیطی نسبت به روش های سنتی متداول، دارند . این نوع جداکننده ها از یک شیپوره همگرا-واگرا تشکیل شده اند که تعدادی پره در قسمت فراصوت بعد از گلوگاه برای ایجاد سرعت دورانی قرار گرفته اند. در این نوع از جداکننده ها، گاز طبیعی به همراه قطرات ریز مایع وارد جداکننده می شود. قطراتی ریزی که وارد جداکننده شده اند به دلیل کاهش دما در اثر انبساط جریان درون جداکننده شروع به رشد می کنند. این قطرات در قسمت فراصوت به دلیل وجود جریان دورانی در اثر وجود پره ها به علت نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره حرکت می کنند. با افزایش زاویه پره ها سرعت دورانی جریان گاز بیشتر می شود، که این افزایش سرعت دورانی سبب افزایش نیروی گریز از مرکز می شود. رشد نیروی گریز از مرکز سبب افزایش تعداد برخورد قطرات درون جداکننده با دیواره و افزایش راندمان جداکننده می شود. در این مطالعه، برای حل میدان جریان از روش عددی roe استفاده شده است و اثر افرایش زاویه پره ها بر روی راندمان جداکننده به صورت عددی بررسی شده است.

از عمده ترین سوختهای مصرفی در جهان، سوخت های فسیلی می باشد که امروزه با مشکلاتی از قبیل رو به پایان بودن، بالا رفتن ارزش مالی و داشتن الودگی بالا رو به رو می باشند. از مزایای انرژی های تجدید پذیر سازگار بودن با محیط زیست و رایگان بودن ان می باشد که جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی به نظر می رسند. در سیستم های سرمایش تراکمی متداول از انرژی الکتریکی برای ایجاد سرمایش استفاده می شود ولی در سیستمهای سرمایش جذبی با استفاده از حرارت می توان سرمایش تولید کرد که از مزایای ان امکان استفاده از انرژی خورشیدی تجدیدپذیر و یا انرژی مازاد کارخانه ها به جای الکتریسیته می باشد. در این پژوهش مدل سازی و بهینه سازی سیستم های سرمایش جذبی خورشیدی لیتیم بروماید تک اثره برای یک خانه مسکونی در شیراز انجام شده که انالیز ترمودینامیکی با کمک نرم افزار متلب و با بکارگیری معادلات پیش بینی خواص، پایستگی جرم و قانون اول ترمودینامیک انجام شده است و در ان تأثیر دمای اب ورودی به کندانسور، ابزوربر و ژنراتور بر روی ضریب عملکرد، بازدهی اگزرژی و ضریب عملکرد کارنو نشان داده شده است و مشاهده شد که با افزایش دمای کندانسور و ابزوربر ضریب عملکرد و ضریب اگزرژی کاهش پیدا می کند و همچنین با افزایش دمای ژنراتور ضریب عملکرد افزایش و بازدهی اگزرژی در ابتدا افزایش و سپس کاهش پیدا می کند و بهینه سازی به ازای تغییرات دمای اب ورودی به ژنراتور انجام و مشاهده شد که مناسب ترین دماها مقادیر 90 تا 95 درجه به ازای ضرایب مختلف تابع هدف می باشد ( با در نظر گرفتن دمای اب ورودی به کندانسور برابر 27 درجه(. قابل ذکر است که با افزایش دمای اب ورودی به کندانسور و ابزوربر، محدوده دمای بهینه نیز افزایش پیدا می کند.

بهبود انتقال حرارت در لوله های گیرنده کلکتورهای خورشیدی سهموی خطی به منظور افزایش دمای سیال خروجی از لوله مسئله ای حائز اهمیت است. این امر موجب کاهش طول لوله گیرنده کلکتور خورشیدی سهموی خطی شده وبه تبع آن هزینه ساخت و همچنین اتلاف حرارتی کاهش می یابد. در این بررسی عددی، با استفاده از حل معادلات انرژی و ناویراستوکس به صورت سه بعدی و تقریب بوزینسک برای سیالات کاری مختلف، از قبیل روغن بهران و روغن ترمینول وی پی 1 در جریان تراکم ناپذیر پایدار، تاثیر قرار دادن صفحات c شکل با قطرهای مختلف در درون لوله های گیرنده مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر قرار دادن استوانه های دوسر بسته با قطر های مختلف در درون لوله های گیرنده، در سرعت های متفاوت سیال کاری مطالعه شده است. شایان ذکر است که تاثیر خارج از محور قرا گرفتن صفحات c شکل و لوله های استوانه ای بسته نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی ازآن است که تعبیه صفحات c شکل با قطرهای کوچک، ولوله های استوانه ای بسته با قطرهای بزرگ در دبی های مختلف در درون لوله گیرنده موجب افزایش ضریب انتقال حرارت، نسبت به حالت عدم وجود آن میگردد. در این بررسی همچنین میزان افت فشار در تمامی حالات تعیین شده است. با افزودن صفحات c شکل میزان افت فشار حداکثر دو برابر لوله معمولی بوده و این مقدار با جایگزین کردن استوانه های دوسر بسته غیر هم محور با قطر بزرگ در درون لوله گیرنده، به پنج برابر افزایش می یابد.

مایعاتی که در آنها نانو ذراتی معلق هستند، نانو سیال نامیده می شوند. در نانوسیالات، به تجربه خواص جالبی دیده شده است که در مقایسه با سیال پایه بسیار قابل ملاحظه می باشد. از جمله این خواص می توان به افزایش قابل توجه ضریب هدایت حرارتی اشاره کرد که نظر محققین را به خود جلب نموده است. تعدادی از محققین حتی تغییرات غیر خطی از این ضریب را نسبت به تغییرات غلظت نانو ذرات و همچنین تابعیت آن را به دما مشاهده کرده اند که این موضوع انگیزه را برای تحقیقات بر روی ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات دو چندان نموده است. از طرف دیگر، دینامیک مولکولی به عنوان روشی برای تعیین حرکت ذرات در مقیاس مولکولی از دیر باز مورد توجه بوده و مهم تر اینکه کاربرد این روش می تواند به تعیین خواص فیزیکی و دینامیکی ماده منجر شود. در این رساله، از شبیه سازی دینامیک ملکولی در تعیین ضریب هدایت حرارتی نانو سیال آب-نانو لوله کربنی استفاده شده است. در شبیه سازی مولکول های آب، مدل tip4p به کار رفته که در آن مولکولهای آب در یک ساختار مکعبی فرض شده اند. مرزهای سیستم به عنوان مرز پریودیک و دمای سیستم ثابت فرض شده اند. روش leap-frog در حل معادلات حاکم به کار رفته و حرکت های انتقالی و دورانی ذرات در طول شبیه سازی تعیین شده اند. در شبیه سازی نانو لوله کربنی مدل ساده شده brenner استفاده شده و شبیه سازی برای نانو لوله های دارای نسبت های منظری مختلف که در آنها اتم های کربن در یک ساختار شش وجهی در نظر گرفته شده اند تکرار گردیده است. مدت زمان شبیه سازی به گونه در نظر گرفته شده که تعادل برقرار شود و بردار های مکان و سرعت تمامی ذرات در طول شبیه سازی تعیین گردیده اند. داده های به دست آمده در برنامه ذخیره شده و در انتها از آنها جهت محاسبه تقریبی ضریب هدایت حرارتی استفاده شده است. روش فوق برای چند دمای مختلف تکرار شده و با نتایج به دست آمده منحنی هایی رسم گردیده که ضریب هدایت حرارتی نانو سیال را بر حسب غلظت وزنی ذرات در دماهای مختلف پیش بینی می کند. در نهایت، نتایج حاصل با داده های آزمایشی گزارش شده توسط ding و همکاران در سال 2006 مقایسه گردیده و انطباق قابل قبولی میان آنها مشاده شده است.

در بسیاری از مسایل مهندسی رخداد پدیده جوشش قابل پیش بینی می باشد، به عنوان مثال در سیکل های بسته توان و تبرید، تبخیر کننده های صنعتی، جوشآورهای برج های تقطیر و بسیاری موارد دیگر پدیده جوشش نقش اساسی ایفا می نماید، که یکی از این موارد رآکتورهای اتمی می باشند. طراحی صحیح و مناسب این سیستم ها ایجاب می کند تا فرآیند جوشش به خوبی شناخته شود. در چند سال اخیر توجه ویژهای به افزایش چگالی توان رآکتورهای اتمی به منظور بهبود جذابیت اقتصادی آنها صورت گرفته است. یکی از این روش ها همراه کردن آب خنک کننده با نانوذرات است تا به یک مایع با قابلیت برتر در حذف گرما دست یافته که به نوبه خود باعث کارکرد رآکتور در نرخ تولید توان بسیار بالا می باشد. در سال های اخیر مطالعات زیادی بر روی مشخصه های انتقال حرارت در نانوسیالات با هدف ارزیابی، کاربرد و مزایای آنها در سیستم های قدرت هسته ای به طور مثال در خنک کننده اولیه، در سیستم های ایمنی، در راهکارهای کاهش حوادث وخیم انجام شده است. شایان ذکر است که در این بین مطالعه فرآیند جوشش کمتر مورد توجه بوده است. به همین منظور در پژوهش حاضر، ابتدا پدیده جوشش آب و سپس نانوسیالات با درصدهای حجمی کمتر از 1 (حدود کاربرد در رآکتورهای هسته ای) که به طور آزمایشگاهی توسط جراردی بر روی هندسه ای مشخص مطالعه شده، شبیه سازی گردید. بعد از اعتبارسنجی نتایج شامل پارامترهای حباب و نمودار جوشش، توانایی توسط نرم افزار cfx افزایش مقدار شار حرارتی بحرانی جوشش توسط نانوسیالات جهت کارکرد رآکتور در نرخ تولید توان بسیار بالا، ارائه شد. سپس هندسه نمونه ای از قلب رآکتور اتمی توسط جوشش هسته ای با آب و نانوسیال خنک سازی شده و توانایی انتقال حرارت از سطح میله های سوختی توسط نانوسیالات با مکانیسم جوشش هسته ای بدون به کارگیری پمپ در چرخه انتقال توان ارزیابی گردید.

افزایش نرخ تولید حرارت در قطعات الکترونیکی که روز به روز کوچکتر می شوند، مهندسان را بر آن داشته تا روش های جدیدی برای خنک کاری مناسب این سیستم ها به کار گیرند. یک راه حل برای حذف افت فشار زیاد در میکروکانال های حاوی سیال، استفاده از تیغه های بسیار رسانا برای هدایت گرمای تولید شده به خارج از سیستم است. اما سوال مهم این است که چگونه مقدار محدودی از ماده رسانای گرما را در حجم گرماده معینی توزیع کنیم تا بهترین عملکرد را داشته باشد؟ به آن دسته از شبکه های خنک کننده ای که ساختار و هندسه آنها با استفاده از بهینه سازی جریان و با توجه به قید های موجود به دست آمده، طرح های ساختاری گفته می شود. اگرچه مطالعات بسیاری در رابطه با شبکه های خنک کن رسانشی از سال 1997 تاکنون انجام شده، اما همچنان ابهامات و کمبود های زیادی در رابطه با آنالیز و طراحی حرارتی این ساختارها وجود دارد. روش های تحلیلی موجود تنها برای دسته خاصی از هندسه ها ارائه شده و نتایج حل های عددی برای هندسه های خاص را نیز نمی توان به دیگر ساختارها تعمیم داد. از این رو، هدف پایان نامه حاضر ارائه رهیافتی جامع برای آنالیز، طراحی و بهینه سازی طرح های ساختاری با هندسه دلخواه است. در ابتدا، یک روش کلی و قدرتمند برای محاسبه مقاومت حرارتی شبکه های خنک کن رسانشی و همرفتی تدوین شده است. اساس فرمول بندی این روش، حل تحلیلی افت دما در یک تیغه رسانا است که حرارت تولید شده در یک حجم با شکل دلخواه را هدایت می کند. سپس مقاومت حرارتی تیغه در حالت کلی به فرم معمول و رایج مقاومت حرارتی یک بعدی نوشته می شود با این تفاوت که در آن از یک طول موثر استفاده شده که بیانگر هندسه حجم گرماده است. به این ترتیب مقاومت حرارتی کل شبکه را می توان با در نظر گرفتن اثر همه مقاومت های موجود بدست آورد. در ادامه، توزیع بهینه ماده رسانا در یک شبکه کلی و با ساختار دلخواه به صورت تحلیلی محاسبه شده است. این حل ضخامت بهینه هر تیغه را به صورت صریح و با یک عبارت ساده که فقط تابع هندسه احجام گرماده است ارائه می کند. همچنین نشان داده شده است که نتایج استفاده از روش حاضر برای آنالیز و بهینه سازی شبکه ها و ساختار های متنوع و گوناگون با حل های تحلیلی و عددی موجود کاملاً سازگار است. در پایان با توجه به مفاهیم برگرفته شده از روش حاضر، طراحی های مهندسی با عملکرد بهتر پیشنهاد شده است. این نتایج نشان می دهد که تغییرات ساده اما هوشمندانه در یک طرح می تواند باعث بهبود قابل ملاحظه در عملکرد یک سیستم شود به شرطی که طراح از دانش عمیق در رابطه با پارامترهای موثر بهره مند باشد.

گرادیان های دمایی ناشی از عملیات های حرارتی مختلف نظیر جوشکاری بر روی ریزساختار فولادها اثر می گذارد. تحول در ریزساختارهای فولاد باعث تغییر خواص مکانیکی و فیزیکی فولاد می شود. به منظور مشخص نمودن تغییر ریزساختارها در فولاد پس از سیکل حرارتی اعمال شده بایستی نحوه توزیع و تغییرات دما مشخص شود، لذا در این پژوهش ابتدا مدل حرارتی جوشکاری ایجاد شده است. در مدلسازی حرارتی، مدل منبع حرارت ورودی بسیار مهم می باشد. در این تحقیق از مدل منبع حرارت ورودی گلداک استفاده شده است. مشخص نمودن پارامترهای مدل گلداک کاری بسیار پیچیده می باشد به همین منظور با استفاده از نتیجه توزیع دما در نمونه آزمایشگاهی به عنوان ورودی شبکه های عصبی مصنوعی، پارامترهای مجهول مدل گلداک مشخص می شود. نتایج استفاده از روش شبکه های عصبی مصنوعی نشان می دهد که در لایه اول و نزدیک به خط جوش این پیش بینی دارای دقت مناسبی است، ولی با دور شدن از خط جوش و انجام لایه های بعد این دقت کاهش می یابد. پس از مدلسازی حرارتی فرایند جوشکاری، به منظور بررسی اثر پارامترهای جوشکاری بر تغییرات ریزساختارها و خواص مکانیکی آزمایش هایی صورت گرفت. از آنجایی که انجام آزمایش ها هزینه بر و زمان بر است لذا از روش طراحی آزمایش های تاگوچی برای کاهش هزینه و زمان استفاده شد. انجام آزمایش های متالوگرافی بر روی قطعات آزمایش نشان داد که در منطقه متاثر از جوش سه نوع ریزساختار مارتنزیت درشت، مارتنزیت با دانه های ریزتر و فریت تشکیل می شود که در آزمایش کشش نیز باعث ایجاد دو شکست ترد و نرم در منطقه متاثر از جوش ناشی از وجود ساختار مارتنزیتی و فریتی می شود. مقدار استحکام کششی نهایی هر قطعه جوشکاری شده در آزمایش های تاگوچی بهینه سازی شد و بهینه ترین حالت مربوط به کمترین حرارت ورودی و دمای بین پاسی ممکن و بیشترین دمای پیش گرم ممکن مشخص شد و همچنین انجام آنالیز anova برای آزمایش های تاگوچی نشان داد حرارت ورودی بیشترین اثر و دمای بین پاسی کمترین اثر را در نتیجه استحکام کششی نهایی قطعه جوشکاری شده دارد.

در این پژوهش میعان طبیعی رطوبت هوا روی لوله پره دار فشرده افقی به صورت تجربی بررسی شده است. لوله پره دار از نوع اکسترودد بوده و پره ها حلقوی با سطح مقطع مستطیلی می باشند. قطر خارجی لوله مرکزی، قطر پره و ضخامت پره به ترتیب برابر با 4/25، 0/56 و 4/0 میلی متر بوده و تراکم پره روی لوله نیز 433 پره در هر متر می باشد. لوله پره دار برای انجام آزمایش های میعان طبیعی داخل اتاق کنترل خاصی قرار گرفته است. برای بررسی تأثیر عوامل مختلف روی فرآیند میعان طبیعی، دما و رطوبت نسبی هوای اتاق به ترتیب بین 25 تا 35 درجه سانتی گراد و 40 تا 70 درصد تغییر داده شده است. همچنین دمای پایه پره نیز بین 4 تا 8 درجه سانتی گراد تغییر کرده است. مشاهدات نشان می دهد که میعان رطوبت هوا روی لوله پره دار مورد مطالعه کاملاً به صورت قطره ای بوده و به دلیل فاصله کم بین پره ها (2 میلی متر) فرآیند شکل گیری، رشد و حرکت قطرات محدود به نوک و ناحیه کوچکی از سطوح جانبی پره ها می شود. همچنین نتایج نشان می دهد که نرخ میعان و انتقال گرما تابعی از رطوبت نسبی هوا و اختلاف دما بین پایه پره و هوای محیط بوده و با افزایش رطوبت نسبی و دمای هوای محیط و کاهش دمای پایه پره این دو نرخ افزایش می یابند. در این مطالعه روابطی تجربی و مدلی نیمه تحلیلی برای پیش بینی نرخ میعان و انتقال گرما در حالت پایا برای فرآیند میعان طبیعی رطوبت هوا روی لوله پره دار فشرده بر اساس نتایج آزمایشگاهی ارائه شده است.

در این رساله پروسه طراحی یک خانه مسکونی صفر انرژی به نگارش در آمده است. این پروسه از مرحله اولیه توجیه طرح تا نحوه حصول اطمینان از طراحی انجام شده، نکات کلیدی و موثر در روند طراحی را شرح داده و در راستای آشنایی بیشتر با این گونه خانه ها نمونه هایی را مورد نقد قرار داده است. در فصل اول کلیات طرح شرح داده شده و دلایل شکل گیری موضوع پایان نامه و دغدغه های نگارنده توضیح داده می شود. این کلیات شامل طرح مسئله، اهمیت و ضرورت پژوهش و اهداف پژوهش می باشد که پیش تر به آن پرداخته شد. آنچه که به عنوان دغدغه اصلی نگارنده علت انتخاب موضوع کنونی رساله است را می توان در سه مورد کلی خلاصه کرد: ضرورت جلوگیری از پیشرفت پدیده گرمایش زمین، لزوم کنترل مصرف سوخت های فسیلی، نیاز به حفظ زیستگاه های انسانی و جانوری جهت آیندگان. فصل دوم به بررسی آئین نامه ها و استاندارد های تبیین شده جهت رسیدن به ساختمان صفر انرژی می پردازد. به طور کلی دو موسسه لید و بری ام که یکی در ایالات متحده و دیگری در انگلستان مستقر می باشند، موفق ترین نمونه های تبیین و توسعه استانداردهای زیست محیطی می باشند. با وجود آنکه کلیات مطرح شده در این دو روش ممیزی بسیار به هم نزدیک است، هرکدام دارای جزئیات منحصر به فرد خودشان می باشند که در شیوه امتیازدهی آنها بسیار موثر است. بنابراین فصل دوم به بررسی آئین نامه های منتشر شده از این موسسه ممیزی انرژی و مشخصات زیست محیطی پرداخته است. در ادامه و در فصل سوم تکنولوژی ها و مصالح ساختمان ها و نقش آنها در مصرف انرژی خانه های مسکونی مورد بررسی قرار گرفته است. این فصل به دو بخش عمده تقسیم شده که در قسمت اول به بررسی انرژی لازم جهت احداث بنا پرداخته شده و بخش دوم بر انرژی مصرفی ساختمان در هنگام استفاده ساکنین می پردازد. در بخش اول سیستم های سازه و نحوه عملکرد آنها از نظر انرژی مصرفی و شیوه انتخاب مصالح کم انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم روش های جلوگیری از اتلاف انرژی، کاهش انرژی مصرفی تجهیزات، راهکارهای تامین آسایش محیطی به صورت منفعل و سیستم های تامین انرژی از منابع تجدیدپذیر معرفی و موارد استفاده هرکدام تشریح می شود. فصل چهارم به آنالیز شرایط اقلیمی شهر شیراز و محل احداث پروژه پرداخته است. از آنجایی که شرایط محیطی در تعیین مشخصات ساختمان و نحوه عملکرد انرژی بنا بسیار موثر است، مواردی همچون تابش، باد، بارندگی، رطوبت و دما از ایستگاه های هواشناسی استخراج شده و موارد تاثیرگذار بر طراحی خانه های صفر انرژی از جمله بازه دمای آسایش مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در راستای آشنایی هرچه بیشتر خوانندگان رساله با اهداف خانه های صفر انرژی، فصل پنجم به بررسی نمونه های موفق پرداخته است. از آنجایی که خانه ها از نظر شیوه انرژی به دو دسته متصل به شبکه و منفصل از شبکه تقسیم می شوند، نمونه هایی از هر دو نوع معرفی شده اند. با این وجود به دلیل تمرکز رساله بر ساختمان های منفصا از شبکه، گونه دوم از تجزیه و تحلیل کاملتری بهره می برد. در این راستا نمونه های موفق مسابقات بین المللی و معتبر دهگانه خورشیدی مورد نقد و بررسی قرار گرفته است. در فصل ششم به شیوه دستیابی به طرحمایه اولیه پرداخته می شود. از آنجایی که بررسی شرایط محیطی و انتخاب مشخصات صحیح در مراحل اولیه طراحی باعث کاهش چشمگیر مصرف انرژی ساختمان می شود، موارد کلیدی و موثر بر انرژی مصرفی خانه ها از جمله تناسبات، جهت گیری و میزان شفافیت بهینه مورد آزمایش قرار گرفته و حالات بینه معرفی شده اند. همچنین شرایط قرار بهینه سیستم ها و تجهیزات خورشیدی تجدیدپذیر بررسی شده و زوایای قرارگیری بهینه معرفی شده اند. در پایان به بررسی امکان استفاده از راهکارهای منفعل در خانه پرداخته شده و نحوه عملکرد آنها شبیه سازی شده است. فصل هفتم به معرفی روند طراحی خانه صفر انرژی پرداخته است. در گفتار هفتم نحوه شکل گیری پلان و فضاها از طرح مایه اولیه تشریح شده و دلایل اخذ استراتژی های مختلف معرفی می شوند. همچنین برخی مشخصات فنی خانه از جمله جزئیات جداره ها، نحوه توزیع شفافیت و شیوه های کنترل آسایش محیطی مورد معرفی شده و مورد بررسی قرار گرفته اند. در این بخش به بررسی تفصیلی شیوه های اتخاذ شده جهت تامین آسایش محیطی بوسیله راهکارهای منفعل پرداخته می شود. در فصل هشتم نمونه طراحی شده به انضمام مشخصات فنی پیش بینی شده مورد آنالیز قرار می گیرند. بدین ترتیب که نمونه طراحی شده توسط سه نرم افزار شبیه سازی انرژی با امکانات و مشخصات متفاوت مدل سازی شده و مورد آنالیز انرژی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده در این بخش حاکی از موفقیت طراحی انجام شده و کسب شرایط لازم جهت معرفی به عنوان یک خانه صفر انرژی می باشد. در گفتار پایانی یعنی فصل نهم به بررسی اجمالی فعالیت های انجام شده در این تحقیق پرداخته شده و مروری کلی بر روند شکل گیری طرح تشریح می شود. در این مرور اجمالی تحقیقات صورت گرفته مختصراً توضیح داده شده و نتیجه گیری پایانی صورت می گیرد. در پایان این فصل و متعاقباً کل رساله، پیشنهاداتی جهت ادامه تحقیقات پیرامون مباحث مرتبط با انرژی مصرفی ساختمان ها، برای علاقه مندان ارائه شده است.

یکی از سیستم های گرم کننده ساختمان سیستم های گرمایش از کف می باشد که عملکرد این سیستم عمدتا بر جابجایی و تابش استوار است . گرادیان دما و نیروی شناوری هم جهت می باشند بنابراین فرایند گرمایش به کمک جابجایی راحت تر انجام می شود . امکان ایجاد شرایط آسایش حرارتی مطلوب به همراه مصرف بهینه انرژی باعث شده که سیستم گرمایش از کف امروزه بیش از سایر روش ها مورد توجه قرار گیرد .دو هدف عمده در این روش، توزیع یکنواخت دما در کف با حداقل افت فشار در مسیر جریان داخل لوله های نصب شده می باشد. یکی از راههای کارآمد بهینه سازی در شبکه های شاخه ای روش ساختاری می باشد. ایده اولیه روش ساختاری از پدیده های طبیعی گرفته شده است ، که همه آنها دارای نظم ساختاری ویژه ای می باشند.

مدلسازی کامپیوتری به عنوان یکی از ابزارهای مهم در زمینه طراحی و پیش بینی عملکرد نیروگاه ها شناخته می شود. با استفاده از مدلسازی می توان، بدون نیاز به صرف هزینه های قابل توجه، مدل مناسب را ساخت و به صورت آزمایشی در محیط مجازی نرم افزار، اثر عوامل مختلف و عوامل محیطی را بر عملکرد مجموعه بررسی کرد. در پژوهش حاضر، یک نیروگاه سیکل ترکیبی خورشیدی، مجهز به سیستم خنک کاری هوای ورودی به سیکل توربین گاز با استفاده از نرم افزار ترموفلو شبیه سازی شده است. نیروگاه سیکل ترکیبی خورشیدی مورد مطالعه که در محل جغرافیایی شهر یزد واقع شده، شامل یک میدان خورشیدی با کلکتورهای سهموی شکل بوده که از طریق بویلر بازیاب حرارت، به بخش بخار یک نیروگاه سیکل ترکیبی متصل می شود. اگرچه نیروگاه ترکیبی خورشیدی، امروزه یک تکنولوژی نسبتاً شناخته شده است، اما بیشتر پژوهش های صورت گرفته، عمدتاً بر عملکرد سیکل نیروگاه، در شرایط نقطه طراحی متمرکز بوده، حال آنکه در پژوهش حاضر، آنالیز عملکرد یک سیکل ترکیبی خورشیدی در خارج از شرایط طراحی مد نظر بوده است. نتایج حاصل از شبیه سازی سیکل، در ساعات مختلف روز طراحی و همچنین در دوازده ماه سال ارائه شده، به گونه ای که محاسبات، در دو حالت "افزایش توان" (مصرف سوخت ثابت) و "صرفه جویی در سوخت" (توان خروجی ثابت) صورت گرفته است. تاثیر روشن بودن مشعل کمکی در بویلر بازیاب حرارت و میزان مصرف سوخت آن نیز، به عنوان عاملی تاثیرگذار در تولید توان خروجی لحاظ شده است. علاوه بر این، به منظور افزایش توان سیکل و بهبود عملکرد آن، یک سیستم خنک کاری هوای ورودی به توربین گاز، پیش بینی شده که مراحل طراحی و نحوه انتخاب پارامترهای اصلی سیستم به تفصیل شرح داده شده است. همچنین معیار تعیین ظرفیت سیستم خنک کاری، نحوه انتخاب دمای هوای محیط برای روز طراحی و عملکرد سیستم خنک کاری در خارج از شرایط طراحی نیز ارائه گردیده است. در نهایت دو سیکل ترکیبی خورشیدی اولیه و سیکل مجهز به سیستم خنک کاری از نظر اقتصادی و زیست محیطی با یکدیگر مقایسه شده اند.

انتقال حرارت جابجایی آزاد کارایی های متفاوتی در زمینه های مختلف مهندسی مانند صنایع الکترونیکی، صنایع ذوب فلزات و صنایع غذایی دارا می باشد. از این رو سالهاست که محققان زیادی در سراسر دنیا تحقیقات فراوانی را در رابطه با این نوع انتقال حرارت انجام می دهند. از این میان گروهی از محققان سعی در مدلسازی تحلیلی انتقال حرارت جابجایی آزاد کرده اند. لیکن اکثر مدلسازی تحلیلی انجام گرفته، مربوط به پیش بینی انتقال حرارت جابجایی آزاد از اجسام محدب بوده و تاکنون هیچ رابطه تحلیلی برای اجسام مقعر ارائه نشده است. بدین لحاظ، ضمن بررسی انتقال حرارت جابجایی آزاد آرام از اجسام مقعر، دستورالعملی بیان شده که به وسیله آن می توان انتقال حرارت جابجایی آزاد از اجسام مقعر در حالت های گوناگون را به روش تحلیلی مدل کرد. برای اعتبارسنجی روش تحلیلی از داده-های آزمایشگاهی و مدلسازی عددی استفاده شده است. در مدلسازی عددی، برای تعیین چگالی سیال (هوا) اطراف اجسام، از مدل گاز ایده آل تراکم ناپذیر بهره گرفته زیرا این مدل قابلیت استفاده در اختلاف دماهای کم و زیاد را دارا می باشد. اعتبارسنجی روش عددی ذکر شده با داده های تجربی نشان می دهد که این روش مطابقت بسیار خوبی با داده های تجربی مخصوصاٌ برای اعداد رایلی بالا دارد. در نهایت دستورالعمل تحلیلی ذکر شده را برای اجسام مختلف مقعر اعمال کرده و نتایج با داده های آزمایشگاهی و عددی مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد که دستورالعمل تحلیلی پیشنهادی برای پیش بینی میزان انتقال حرارت جابجایی آزاد از اشکال متقارن محوری و سه بعدی مقعر، از دقت کافی برخوردار است .

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

عدد نوسلت یکی از پارامترهای مهم در انتقال حرارت جابجایی میباشد، که آن را میتوان معیاری از حرارت انتقال یافته از جسم دانست . عدد نوسلت بصورت تابعی از عدد رینولدز، عدد گراشف ، عدد پرانتل، ضریب منظری و طول مشخصه جسم بیان می شود. در صورتیکه مقدار عدد رینولدز و گراشف به سمت صفر میل کنند، انتقال حرارت از جسم با محیط اطرافش فقط از طریق هدایت صورت می گیرد، که در این حالت به مقدار عدد نوسلت حد هدایت گویند. برای محاسبه حد هدایت یک جسم همدما دو راه حل وجود دارد. در روش اول با توجه به حل معادله لاپلاس ، توزیع درجه حرارت اطراف جسم محاسبه می شود و سپس با بدست آوردن گرادیان درجه حرارت بر روی مرز جسم، مقدار حد هدایت بدست می آید. برای محاسبه حد هدایت در روش دوم باید به طریقی مقدار حرارت انتقال یافته از مرز جسم (بدون مراجعه به توزیع دمای اطراف جسم) را محاسبه کرد. سپس با داشتن این مقدار و درجه حرارت مرز جسم و درجه حرارت محیط، مقدار حد هدایت بدست خواهد آمد. شایان ذکر است ، در تحقیق حاضر برای محاسبه حد هدایت با استفاده از روش عددی پانل، از راه حل دوم بهره گرفته شده است . در مکانیک سیالات روش پانل برای محاسبه تغییرات ضریب فشار اطراف یک جسم که درون جریان سیال قرار دارد، مورد استفاده قرار گرفته است . با توجه به اینکه معادله حاکم بر جریان سیال غیرلزج، غیرچرخشی و غیرقابل تراکم و معادله حاکم بر انتقال حرارت هدایت در شراط دائمی یکسان میباشد، در این پایان نامه برای محاسبه حد هدایت از روش پانل استفاده شده است . برای اینکار ابتدا مرز جسم با تعدادی پانل مدل میشود. سپس بر روی هر کدام از پانلها چشمه های حرارتی قرارداده به گونه ای که قدرت چشمه بر واحد سطح هر پانل مقدار ثابتی باشد. با اشاره به این نکته که یک المان دیفرانسیلی از یک پانل را می توان بصورت یک چشمه نقطه ای در نظر گرفت ، لذا با انتگرال گیری بر روی یک پانل می توان تاثیر حرارتی هر پانل را در یک نقطه کنترل بر روی مرز جسم محاسبه نمود. در اخر با اعمال قانون جمع اثرات و شرط مرزی دما ثابت ، یک دستگاه معادلات خطی تشکیل می گردد. با حل این معادلات ، قدرت چشمه های حرارتی بدست خواهد آمد که بدین طریق مقدار حرارات انتقال یافته قابل محاسبه خواهد بود. با اشاره به این نکته که نتایج بدست آمده برای حد هدایت در مطالعات قبلی به تعداد کمی از اشکال محدود بوده اند، هدف از انجام تحقیق حاضر، استفاده روش پانل برای محاسبه حد هدایت هر شکل دلخواه می باشد. بدین لحاظ، مقادیر حد هدایت برای سیزده شکل نمونه دو بعدی و سه بعدی از قبیل مکعب مستطیل، مخروط، تروید، بیضی گون، فنر مارپیچ و ... با ضریب منظری مختلف محاسبه شده است . مقایسه نتایج بدست آمده برای حد هدایت در این تحقیق با اعداد موجود در منابع مختلف علمی حاکی از دقت بسیار بالای (حد اکثر درصد خطا 40 درصد می باشد) نتایج بدست آمده میباشد.

انرژی خورشیدی مهمترین منبع انرژی کره زمین می باشد. از کل انرژی دریافتی زمین در هر لحظه از منابع مختلف که بالغ بر 173035 بیلیون کیلووات ساعت است ، چیزی حدود 99/98 درصد آنرا انرژی حاصل از تشعشعات خورشید وارد به زمین تشیکل می دهد. اطلاع از داده های انرژی خورشیدی نقش مهمی در برنامه ریزی ها و اجرای پروژه های مختلف ایفا میکند. از جمله داده های مربوط به انرژی خورشید، نرخ تشعشع و میزان دریافتی آن در نقاط مختلف است . دست یابی به داده های انرژی خورشیدی بکمک دو روش میسر است روش اول که بهترین و قابل اعتمادترین روشها است دسترسی به اطلاعات خورشیدی از طریق داده های حاصل از اندازه گیری مستقیم تشعشعی امکان پذیر میگردد. در روش دوم اساس کار بر استفاده از یک سری روابط و فرمولهای تجربی - نظری استوار است که میزان تابش خورشیدی را به کارگیری عناصر آب و هوایی (پارامترهای هواشناسی) و یا عواملی مانند حرکت خورشید و عرض جغرافیایی برآورد میکند. بعضی از پژوهشگران سعی کرده اند با استفاده از چنین روشهایی میزان تابش انرژی خورشیدی در روی زمین را برای اکثر کشورها و یا قاره ها ارائه دهند، لیکن وضعیت فعلی بر این واقعیت وقوف دارد که میزان این انرژی را نمیتوان با توجه به وابستگی کم و بیش آن به عوامل مختلف با یک فرمول کلی برای تمام مناطق برآورد کرد. بدین لحاظ در این پایان نامه سعی شده است که ابتدا داده های اندازه گیری شده توسط سازمان هواشناسی را در گروههای خاصی طبقه بندی گردد. با توجه به متنوع بودن آب و هوا در مناطق مختلف ایران نیاز به ارائه یک طبقه بندی اقلیمی - تابشی برای ایران تشخیص داده شده است . در این پژوهش طبقه بندی کوپن، که مهمترین طبقه بندی اقلیمی در جهان میباشد با جدیدترین طبقه بندی اقلیمی انجام شده توسط کسمائی برای ایران مقایسه شد. با توجه به تقسیم بندی اقلیمی کسمائی و کوپن، و طبقه بندی مناطق مختلف از لحاظ دما، میزان بارندگی، ساعت آفتابی، ضریب ابر، در نهایت طبقه بندی اقلیمی - تابشی جدیدی برای ایران ارائه گردید. با بهره گیری از طبقه بندی اقلیمی - تابشی انجام شده برای ایران، در این پایان نامه اکثر مدلهایی که در جهان ارائه شده (مثل مدلهای انگستروم، گلور و مک کلوخ) گری پی، گپیناتهان و ...) برای شهرها و مناطق مختلف اقلیمی محاسبه گردید. علاوه بر آن روابط مختلفی مثل روابط بین ضریب ابر و ساعت آفتابی و روابط مشابه مورد ارزیابی قرار گرفتند. در نهایت رابطه جدیدی که براساس ترکیبی از عناصر و عوامل اقلیمی استوار و نسبت به روابط قبلی از دقت بالاتری نیز برخوردار بود برای کلیه مناطق اقلیمی و همچنین ایران ارائه گردید. پس از ارائه مدلهای گوناگون برای شهرها و مناطق مختلف اقلیمی ایران یک نرم افزار کامپیوتری تهیه گردید، که بتواند میزان تابش کل و پخشی و همچنین متوسط تابش ماهیانه و مقدار ساعتی را برای کلیه شهرها و مناطق مختلف اقلیمی ایران محاسبه کند. برای راحتی کار و قابل انجام بودن این نرم افزار در کلیه کامپیوترها، این برنامه به زبان ویژوال بیسیک نوشته شده، تا در محیط ویندوز براحتی قابل دسترس باشد.

انرژی خورشیدی یکی از منابع تجدیدپذیری برای تامین گرمایش و روشنایی ساختمان است . در این تحقیق برای گرمایش فضای چهار اتاق روش غیر فعال "دریافت مستقیم"، "دیوار ترمب "، گلخانه"، جابجایی طبیعی" استفاده شده است . در تحلیل این روشها، اتاقی به مساحت 20 مترمربع، داراری دو پنجره به مساحت 3 و 1 مترمربع که بترتیب در ضلع جنوبی و شمالی اتاق قرار دارند را در نظر می گیریم. با استفاده از برنامه شبیه سازی، دمای اتاق و مقدار انرژی کمکی لازم برای گرمایش و سرمایش اتاق در هر ماه محاسبه می گردد. به طور مثال نتایج نشان میدهند که برای شهر تهران و بدون در نظر گرفتن انرژی کمکی، روش "جابجایی طبیعی" بهترین کارآیی را دارد. دمای اتاق در ماه اردیبهشت 20-25 درجه سانتی گراد، ماه تیر 29-33 درجه سانتی گراد و در ماه دی که سردترین ماه سال می باشد، 6-17/5 درجه سانتی گراد است . میزان روشنایی لازم اتاق برای انجام امور روزانه بنایست کمتر از 50 لوکس باشد. با توجه به ابعاد اتاق و پنجره و در نظر گرفتن ساختمانی (مانع نور) به ارتفاع 10 متر در فاصله 20 متری اتاق در محیط خارج، روشنایی به بیش از 55 لوکس خواهد رسید که قابل قبول می باشد.