امروزه استفاده از نانو سیالات جهت افزایش انتقال حرارت و کاربردهای پزشکی به سرعت توسعه یافته است. نانوسیالات می توانند مخلوط ذرات بسیار ریز فلزی یا اکسید فلزی (1 الی 100 نانو متر) با هدایت گرمایی بالا باشند که با یک سیال پایه مانند آب، اتیلن گلیکول یا ... مخلوط شده و باعث افزایش چشمگیر انتقال حرارت نسبت به مایع خالص می گردند. همچنین نانو سیالات می توانند نوع خاصی از داروها باشند که در ابعاد ذکر شده، با به خون تزریق می شوند تا به عضو آسیب دیده یا یک غده سرطانی اثر کنند. در کاربردی هایی مانند آزمایشگاه های تراشه ای (lab-on-a-chip)امکان دارد یک نانوسیال با یک سیال خالص یا چند نانوسیال با هم مخلوط شوند تا اندازه گیری خاصی بر روی آنها انجام شده و یا برای یک واکنش شیمیایی آماده سازی شوند. بنابراین مطالعه اختلاط در ابعاد میکرو به دلیل کاربردهای گسترده آن در بیوشیمی، توزیع دارو در بدن، فعال سازی سلولی، واکنش آنزیمها و . . . علاقه زیادی را در زمینه های صنعتی و دانشگاهی به خود جلب کرده است. همانگونه که می دانیم عدد رینولدز در میکروکانال ها بسیار پایین می باشد. بنابراین در مواردی که نیاز به اختلاط سریع می باشد، چون جریان متلاطم نمی شود اختلاط دیفیوژنی نقش اصلی را دارد. بنابراین برای رسیدن به یک اختلاط مناسب نیاز به طول های بلند برای میکروکانال ها یا زمان های طولانی می باشد. درچنین مواردی استفاده از میکرومیکسرها توصیه می شود. میکرومیکسرها در حالت کلی بر دو نوعند: فعال و غیر فعال. در نوع فعال آن، یک عامل خارجی باعث اختلاط دو سیال می شود مانند اغتشاش فشاری یا میدان الکتریکی؛ در حالی که در نوع غیر فعال سیالات بدون عامل خارجی به علت هندسه خاص میکسر با هم تماس پیدا کرده و مخلوط می شوند. مدل غیر فعال به دلیل هزینه های پایینترآن نسبت به مدل فعال، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. یکی از انواع میکرومیکسرهای غیر فعال نوع تزریقی است که در آن از تزریق سیال مخلوط شونده در سیال اصلی استفاده می شود. اختلاط در این نوع میکرومیکسرها با توجه به سطح تماس زیاد دو سیال و کوچکتر بودن مسیر اختلاط بهتر انجام می پذیرد. در این پایان نامه هدف مطالعه اختلاط دو نانو سیال یا یک سیال و یک نانوسیال در میکرومیکسرهای تزریقی است. نانوسیال در این مطالعه به صورت دوفازی مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل معادلات حاکم روش حجم محدود و برنامه ای که به زبان فرترن نوشته شده، به کار برده شده است. ابتدا نتایج حاصله از این کد با کارهای مشابه انجام شده قبلی اعتبارسنجی شده سپس از یک روش عددی برای کاهش زمان محاسبات استفاده شده است و در نهایت تأثیر کمیت هایی مانند مکان و زاویه تزریق، کسر حجمی نانوسیالات، عدد رینولدز جریان اصلی وتزریقی، بفل ها و . . . بر درجه اختلاط و نحوه توزیع نانوذرات و افت فشار بی بعد مورد بررسی قرار گرفته است.

در پایان نامه ارائه شده ابتدا مسئله ی جوشش هسته ای آب خالص به صورت عددی و با تکنیک حجم محدود مورد بررسی قرار گرفته و با نتایج عددی، تجربی موجود مورد مقایسه قرار گرفته است. در مرحله ی بعدی جوشش هسته ای نانوسیال حاوی نانو ذرات اکسید آهن با سیال پایه ی آب به شکل مذکور مورد مطالعه قرار گرفته است و در پایان تاثیر میدان مغناطیسی برانتقال حرارت جوشش نانو سیال مغناطیس شونده بررسی شده است. نتایج به صورت قابل قبولی با نتایج تجربی مشابه همخوانی داشته و نسبت به روش های عددی قبلی از اعتبار مناسب تری برخوردار می باشد.

در این پایان نامه برای مطالعه عددی رفتار سیالات غیر نیوتنی و با هدف مدل سازی جریان سیال جت های برخوردی یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن بر مبنای روش تفاضل محدود پروجکشن صریح نوشته شده است. از مدل قانون توانی جهت تعیین رفتار غیر نیوتنی ویسکوزیته سیال پایه استفاده شده است. در این مطالعه جریان و انتقال حرارت در حضور نانو ذرات اکسید مس (cuo) در جت برخوردی نوسانی به کار گرفته شده است. سیال پایه مورد استفاده محلول آبی 5/0 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولوز (cmc) می باشد. با فرض این که ذرات نانو با سیال پایه در تعادل هیدرودینامیکی وگرمایی قرار دارند، به مدل سازی تک فازی این نوع سیالات پرداخته شده است. بنابراین در بخش اولیه کار حاضر، با در نظر گرفتن اثر تغییر سینوسی دهانه جت برخوردی که منجر به تغییر همزمان اندازه و سرعت جت می شود، به بررسی تاثیر نانو ذرات وتاثیر میزان درصد کسر حجمی ذرات نانو بر رفتار هیدرودینامیکی و انتقال حرارت یک نانو سیال غیر نیوتنی در فرکانس های نوسانی متفاوت می پردازیم. بنابراین نتایج عددی نشان می دهند که در یک سرعت ورودی معین، در اثر افزودن نانوذرات به سیال پایه غیر نیوتنی و با اعمال نوسان، گردابه های متحرک ثانویه ایجاد شده به میزان قابل توجهی باعث افزایش نرخ انتقال حرارت می شوند. این در حالی است که برای نانو سیالی با کسر حجمی 2% و با فرکانس ?=0.25 بیشترین میزان انتقال حرارت صورت می گیرد. در بخش دیگری از این مطالعه به شبیه سازی میکرو جت های متقابل محدود شده سه بعدی در رژیم جریان آرام پرداخته شده است. در این مطالعه هیدرودینامیک جریان و رفتار اختلاط در میکرو کانال ها با سیالات کاری غیر نیوتنی، حاصل از برخورد دو جت مستطیلی متقابل آرام محصور با عرض دهانه متغیر با استفاده از مدل توانی بررسی می شود. سیال کاری محلول آبی کربوکسی متیل سلولوز(cmc) با شاخص توانی و ضریب سازگاری سیال غیر نیوتنی ثابت و یا وابسته به درصد جرمی cmcدر نظر گرفته شده است. به منظور بهبود عملکرد اختلاط میکرو جت های برخوردی متقابل، بر دهانه های هر دو جت به صورت سینوسی نوسان اعمال می شود. با استفاده از نتایج حل عددی، اثرات عدد رینولدز، فرکانس نوسانی و... بر روی عملکرد اختلاط مورد بررسی قرار می گیرد. ملاحظه می شود که در جریان میکرو جت های متقابل در طول یک میکرو کانال، سیالات رقیق شونده برشی عملکرد اختلاط خوبی نسبت به سایر سیالات دارند. همچنین برای میکرو جت های متقابل نوسانی نسبت به حالت پایا بهبود اختلاط وجود دارد.

پرچم ها سازه های با رفتار غشائی هستند که از پارچه درست می شوند و در اثر نیروی باد رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند به طوری که در سرعت های پایین باد هم می توان شاهد اهتزاز آنها بود. مشکلاتی از قبیل پارگی های رخ داده در پرچم ها و همچنین هزینه ای که بابت به اهتزاز در آمدن آن ها صرف می گردد انگیزه ای است تا مطالعاتی در این زمینه آغاز شود تا نقطه شروعی برای علمی تر کردن این موضوع در کشور عزیزمان باشد. در نتیجه این پایان نامه تحت عنوان «ارائه مدل ساده شده اهتزاز پرچم در مقابل باد» تنظیم شده و به دنبال این هدف است. برای مشاهده رفتار پرچم ها در برابر باد نیاز به بررسی آزمایشگاهی و نرم افزاری آن ها می باشد. نیروی باد به عنوان مهم ترین عامل برای به اهتزاز در آمدن و پارگی پرچم شناخته می شود. در این پایان نامه با انجام تست کشش مشخصات فیزیکی پارچه مورد استفاده مشخص می گردد. سپس با انجام تست های آزمایشگاهی به تعیین سرعت شروع اهتزاز و همچنین بررسی دامنه جا به جایی در انتهای پرچم و محاسبه فرکانس آنها پرداخته می شود. تست های آزمایشگاهی در یک تونل باد و در سرعت های مختلف جریان باد برای نمونه هایی با ابعاد مختلف انجام می شود. و در ادامه با انجام مدل سازی المان محدودی پرچم در نرم افزار ansys و به دنبال آن تحلیل های دینامیکی غیر خطی، پارامترهای موثر در رفتار پرچم مانند مدول الاستیسیته، چگالی ، طول و عرض آن به دست می آید.

مساله کاهش نیروی پسا برای هواپیماهای مسافربری که در رژیم گذر صوتی پرواز می کنند از اهمیت فوق العاده ای بر خوردار است. در تحقیقات تجربی و عددی انجام شده نشان داده شده است که انتقال حرارت روی بدنه هواپیما تاثیر قابل توجهی روی کاهش پسای آن دارد. در این تحقیق اثرات انتقال حرارت روی ضرایب آیرودینامیکی بال مورد بررسی قرار می گیرد چرا که ایجاد امواج ضربه ای در جریان گذر صوتی روی بال هواپیما سهم قابل توجهی روی نیروی پسای هواپیما دارد. ضمناً، از معادلات ناویر استوکس سه بعدی و مدل آشفتگی k-ε برای شبیه سازی عددی استفاده شده است. به منظور تعیین سطح بهینه گرمایش، مدل به قسمت های مختلف تقسیم شده و اثر تغییرات حرارت و دما در سطوح مختلف و همچنین، تغییر تعداد سطوح گرم شونده، بررسی می شوند. که در نتایج بدست آمده شاهد کاهش پسا بودیم اما بدلیل وجود موج ضربه ای این کاهش به صورت مطلوب نبود که باید تلاش خود را به حذف و یا محدود کردن موج بکار بریم.

در سیالات لزج در اثر اعمال تنش، برش ایجاد شده و این برش به طور پیوسته با زمان تغییر می کند. در حالی که مواد الاستیک در اثر برش ، به طور لحظه ای تحت تنش قرار می گیرند و با حذف تنش به سرعت به حالت اولیه شان باز می گردند. سیالات و ویسکو الاستیک هر دو مشخصه سیالات لزج و مواد الاستیک را دارا می باشند.به علت اثرات الاستیک در سیالات ویسکوالاستیک تعمیم تئوری سیالات نیوتنی به این تنوع سیالات بسیار دشوار می باشد. معادلات حرکت این سیالات بسیار پیچیده و غیر خطی می باشد و معادله مشخصه جریان (constitutive equation) در اکثر موارد یک معادله ی دیفرانسیلی است که باید به صورت کوپل با معادلات مومنتوم حل شود. به علت پیچیدگی معادلات و همچنین پیچیدگی رفتار این سیالات که متفاوت از سیالات نیوتنی است در این مطالعه از هندسه ساده کانال عمودی متشکل از دو صفحه عمودی موازی برای بررسی همرفت ترکیبی استفاده شده است. جریان پایا، دو بعدی و غیر قابل تراکم فرض می شود. برای حل معادلات حاکم روش حجم محدود و برنامه ای که به زبان فرترن نوشته شده است، به کار گرفته می شود.یک مدل سیال ویسکو الاستیک انتخاب شده و رفتارهای آن از لحاظ الگوهای جریان و پارامترهای انتقال حرارت مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است و تاثیر کمیتهای سیال ویسکو الاستیک، کمیتهای جریان و انتقال حرارت روی رفتار این سیالات بررسی شد. همچنین سعی شده است که در زوایای مختلف کانال نسبت به افق نیز بررسی نسبتاً دقیقی انجام شود. تاثیر افزایش عدد weissenberg بر روی اعداد nu و cf در روی دیوارهی کانل مورد بررسی قرار گرفت. پروفیل های سرعت و دما نیز در طول کانال رسم شد و با سیّالات نیوتنی مقایسه گردید. هر یک از موارد ذکر شده در زوایای مختلف بررسی شدند و با مقایسه نسبت به یکدیگر، حالتی را که میزان انتقال حرارت بیشترین مقدار است را مشخص کردیم. لازم به ذکر است که نسبت زمان تاخیر به زمان رهاسازی را نیز می توان به عنوان یک پارامتر بی بعد در نظر گرفته و تاثیر تغییرات آن بر پارامترهای جریان و انتقال حرارت مطالعه کرد.