در این مطالعه از یک روش بهینه سازی برای (1) تعیین شار بهینه گرمکن ها برای ایجاد توزیع شار حرارتی و دمای مطلوب روی سطح طراحی (2) یافتن تعداد و محل بهینه گرمکن هایی با توان یکسان روی قسمتی از مرز بنام سطح گرمکن جهت برقراری توزیع شار حرارتی و دمای مطلوب روی سطح طراحی و (3) تعیین موقعیت بهینه تعداد مشخصی گرمکن روی سطح گرمکن برای ایجاد پروفیل شار حرارتی مطلوب روی سطح طراحی بکار برده شده است. روش تابش خالص برای حل معادلات تابش در کوره های با محیط شفاف استفاده شده است، که در آن ضرایب دید از روش تارهای متقاطع هاتل بدست آمده است. معادلات تابش برای کوره های با محیط نیمه شفاف با روش ناحیه بندی حل شده اند، که در آن ضرایب تبادل مستقیم (سطح به سطح، سطح به حجم و حجم به حجم) با استفاده از روش انتگرال گیری گوس محاسبه شده اند. الگوریتم بهینه سازی پرندگان برای کمینه کردن تابع هدف، که بصورت مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی ارزیابی شده و شار حرارتی مطلوب بیان شده است، مورد استفاده قرار گرفته است. توانایی حل های مستقیم و بهینه سازی و اثر پارامترهای مختلف روی حل بهینه با ارائه چند مثال مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

انتقال حرارت مرکب هدایتی و تابشی شیوه اصلی انتقال انرژی در محیط های نیمه شفاف است و تحلیل آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از جمله کاربردهای این گونه مسائل می توان به بررسی مبدل های انرژی دما بالا، صنایع شیشه سازی، عایق های الیافی و پرمنفذ و سپرهای حرارتی وسایل فضایی اشاره نمود. در سال های اخیر روش شبکه بولتزمن که یک روش مزوسکوپیک است، به عنوان یک روش جایگزین دینامیک سیالات محاسباتی سنتی برای مسائل سیالاتی توسعه یافته است و کاربرد این روش برای مسائل انتقال حرارتی نیز در حال گسترش است. در این تحقیق برای حل معادله انرژی با حضور انتقال حرارت تابشی و انتقال حرارت هدایتی از روش شبکه بولتزمن استفاده شده است. در تحقیق حاضر معادله انرژی در محیط با ضریب انکسار متغیر مورد بررسی قرار گرفته است، جمله مربوط به انتقال حرارت تابشی برای معادله انرژی به شکل چشمه عمل می کند، که برای محاسبه این جمله باید معادله انتقال تابش حل شود. برای محاسبه اطلاعات تابشی لازم برای حل معادله انرژی از روش راستاهای مجزا که روشی بر اساس نمایش گسسته متغیرهای جهتی شدت تابش است استفاده شده است. روش راستاهای مجزا معادله انتقال تابش را به معادلات دیفرانسیل جزئی همزمان تبدیل می کند. در این تحقیق برای اولین بار از ترکیب روش شبکه بولتزمن و روش راستاهای مجزا برای تحلیل ترکیب انتقال حرارت تابشی و هدایتی در محیط با ضریب انکسار متغیر استفاده شده است. مقایسه نتایج حاصل از ترکیب روش شبکه بولتزمن و روش راستاهای مجزا با نتایج کارهای انجام شده گذشته که شامل روش هایی مثل حجم محدود، تفاضل محدود و المان محدود برای حل معادله انرژی و روش انتقال مجزا، روش حجم محدود و روش ردیابی پرتو برای محاسبه اطلاعات تابشی بودند، بخوبی کارایی ترکیب روش شبکه بولتزمن و روش راستاهای مجزا را برای حل معادله انرژی در محیط های نیمه شفاف مورد تأیید قرار دادند. نهایتاً اثر پارامترهای مختلف تابشی بر میدان دما، شار حرارتی تابشی، شار حرارتی هدایتی و شار حرارتی کل بررسی شده است.

کوره های تابشی در بسیاری از صنایع از جمله صنایع تولید نیمه هادی ها، خشک کردن روکش ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. در این مطالعه از یک روش بهینه سازی ترکیبی بنام الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه ها برای (1) تعیین تعداد و موقعیت بهینه گرمکن ها (با شار حرارتی یکسان) روی سطح گرمکن جهت برقراری توزیع شار حرارتی و دمای مطلوب روی سطح طراحی (2) تعیین موقعیت بهینه تعداد مشخصی گرمکن روی سطح گرمکن برای ایجاد پروفیل شار حرارتی مطلوب روی سطح طراحی، استفاده شده است. در طراحی کوره تابشی هدف کمینه کردن تابع هدفی است که بصورت مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی محاسبه شده و شار حرارتی مطلوب روی سطح طراحی تعریف می شود. برای حل معادلات تابش در محیط شفاف از روش تابش خالص و در محیط نیمه شفاف از روش ناحیه بندی استفاده شده است. در این تحقیق برای کوره تابشی با هندسه نامنظم (کوره شش ضلعی) دارای محیط نیمه شفاف، از روش ناحیه بندی با شبکه بندی مثلثی استفاده شده است. این روش تا کنون برای هندسه های نامنظم استفاده نشده است. مزیت این روش نسبت به روش مونت کارلو، حجم محاسبات و زمان اجرای کمتر آن می باشد. توانایی حل های مستقیم، بهینه سازی ترکیبی و اثر پارامترهای مختلف روی حل بهینه با ارائه چند مساله نمونه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

مسائل طراحی محفظه های تابشی، در کاربردهای مختلف صنعتی از قبیل تولید نیمه هادی ها، فرآیندهای عملیات حرارتی سریع، پخت غذا و رنگ، خشک کردن روکش ها و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. در هر یک از این کاربرد ها، هدف از مسئله طراحی یافتن هندسه محفظه و شرایط گرمکن ها به گونه ای است که دما و توزیع شار حرارتی مطلوب روی محصولات را ایجاد نماید. بطور سنتی، این کار با روش مستقیم سعی و خطا که یک روش وقت گیر و با کیفیت محدود است انجام می گرفت. اخیراً روش های طراحی معکوس گسترش یافته که نیاز به زمان کمتر داشته و جواب نهایی نیز از کیفیت بالاتری برخوردار است. در این تحقیق دو هدف را دنبال می کنیم: 1) تعیین هندسه بهینه محفظه 2) تعیین تعداد و موقعیت بهینه گرمکن ها در این تحقیق معادلات تابش را برای محفظه تابشی دو بعدی با دیوار های پخشی- خاکستری و محیط شفاف از دو روش مختلف حل می کنیم. روش تابش خالص برای محفظه های با سطوح صاف و روش سطوح بی نهایت کوچک برای محفظه های با سطوح منحنی استفاده می شوند. سطوح منحنی را با استفاده از منحنی های بزیر توصیف می کنیم که از انعطاف پذیری بالایی برخوردارند. از الگوریتم تکامل تدریجی جهت کمینه کردن تابع هدف که به صورت مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی محاسبه شده و شار حرارتی مطلوب روی سطح طراحی بیان گردیده است، استفاده می کنیم. دقت و کارایی این روش را در چند مثال مختلف بررسی خواهیم نمود.

مبدل گرمایی وسیله ای است برای انتقال گرما بین دو سیال یا بیشتر که دارای اختلاف دما هستند و جزء عناصر اصلی سیستم هایی نظیر بدن انسان، اتومبیل ها، کامپیوترها، نیروگاه ها و تجهیزات سیستم های سرمایشی و گرمایشی، هستند. مبدل های گرمایی پوسته-لوله و فشرده از جمله مبدل هایی هستند که بیشتر در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی بهینه این نوع مبدل ها هدف اصلی این تحقیق است. طراحی بر اساس مینیمم سازی نرخ تولید انتروپی در حالت بی بعد شده صورت می گیرد. نرخ تولید انتروپی در حالت بی بعد شده را عدد تولید انتروپی می نامند. این مینیمم سازی ها توسط الگوریتم ژنتیک انجام شده و به دو صورت اجرا می شود. اول الگوریتم ژنتیک با یک تابع هدف مینیمم نرخ تولید انتروپی کل که شامل مجموع اثرات اختلاف دما و اصطکاک می باشد و دوم الگوریتم ژنتیک با دو تابع هدف جداگانه برای مینیمم نرخ تولید انتروپی به واسطه اختلاف دما و به واسطه اصطکاک سیال می باشند. در این پایان نامه برای اولین بار روش به دست آوردن جبهه بهینه پارتو برای مبدل فشرده بر اساس توابع هدف ذکر شده به روش nsga-ii اجرا شده است. هر دو الگوریتم با هم مقایسه گردیده اند و نشان داده شده که الگوریتم ژنتیک دوم برای ایجاد بازده یکسان دارای قدرت پمپ کمتری نسبت به الگوریتم اول است. همچنین نرخ تولید انتروپی بی بعد که توسط محققین مختلف ارائه گردیده است با یکدیگر مقایسه شده و بهترین آنها برای هر مورد مطالعاتی معرفی شده است. برای تخمین بازده گرمایی مبدل ها از روش -ntu? استفاده شده و برای یافتن ضریب انتقال حرارت و افت فشار در طرف پوسته در مبدل پوسته-لوله از روش بل-دلایور استفاده شده است. برای طراحی مبدل پوسته و لوله عدد تولید انتروپی هسلگریوز و اگیسو از تناقض ایجاد شده توسط عدد تولید انتروپی بیجان اجتناب کرده اند. همچنین برای طراحی مبدل فشرده گرمایی عدد تولید انتروپی اگیسو از تناقض ایجاد شده توسط اعداد تولید انتروپی هسلگریوز و بیجان اجتناب کرده است. استفاده از الگوریتم ژنتیک با دو تابع هدف برای طراحی مبدل ها از انعطاف پذیری بیشتری نسبت به الگوریتم ژنتیک با یک تابع هدف است.

در این رساله، به ارزیابی و بهینه سازی عملکرد اگزرژیِ یک گردآورنده متمرکزکننده حرارتی- فتوولتاییک خورشیدی پرداخته شد. برای نیل به این هدف، در ابتدا تحلیل حرارتی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی- فتوولتاییک انجام پذیرفت و روابط تحلیلی برای تعیین پارامترهایی مانند دمای سطح مدول فتوولتاییک، دمای متوسط سیال عامل، دمای خروجی سیال، حرارت مفید جذب شده و بازده حرارتی به دست آورده شد. پارامترهای حرارتی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک به بازده الکتریکی آن وابسته اند. برای انجام تحلیل الکتریکی و محاسبه بازده الکتریکی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک از مدل فتوولتاییک پنج پارامتری مشخصه جریان - ولتاژ و یک سری از معادلات انتقال استفاده شد. پارامترهای الکتریکی محاسبه شده در تحلیل الکتریکی شامل ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ولتاژ و جریان در نقطه توان بیشینه، ضریب مطلوبیت، جریان اشباع معکوس، جریان نوری، مقاومت سری، مقاومت شنت و غیره بودند. پس از تحلیل حرارتی و الکتریکی، به تحلیل اگزرژی گردآورنده مذکور پرداخته شد. به کمک معادله تعادل اگزرژی برای حجم کنترل گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک و معرفی مولفه های اگزرژی در گردآورنده مذکور، رابطه ای برای بازده اگزرژی آن به دست آمد. بر مبنای معادلات منتج از تحلیل حرارتی، الکتریکی و اگزرژی، یک برنامه شبیه سازی کامپیوتری توسعه داده شد و مشاهده گردید که نتایج حاصل از شبیه سازی کامپیوتری در توافق خوبی با داده های تجربی مطالعات گذشته محققین و همچنین نتایج عددی حاصل از نرم افزار trnsys برای گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک مورد مطالعه بودند. سرانجام بهینه سازی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک صورت پذیرفت. تابع هدف مورد بررسی، بازده اگزرژی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک بود و سه پارامتر دمای سیال ورودی، سرعت جریان سیال ورودی و قطر داخلی لوله های جریان به عنوان پارامترهای مستقل در بهینه سازی انتخاب شدند. مسئله بهینه سازی مورد مطالعه از نوع مسائل بهینه سازی مقید با قیود غیرخطی بود که قیود غیرخطی آن شامل معادلات حاصل از تحلیل حرارتی و الکتریکی بودند. برای حل مسئله بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک استفاده شد. مقادیر بهینه متغیرهای مستقلِ دمای سیال ورودی، سرعت جریان سیال ورودی و قطر داخلی لوله های جریان و برای یک سری از شرایط طراحی و جوی انتخاب شده به ترتیب t_(in,opt)=40.146 ?، v_(in,opt)=0.692 m?s و d_(i,opt)=0.008 m به دست آمدند و تابع هدف که همان بازده اگزرژی بود، مقدار حداکثری ?_(ex,max)=6.8% را اخذ نمود. با استفاده از مطالعات پارامتری به بررسی تأثیر برخی از پارامترهای طراحی، عملکردی و جوی روی راندمان اگزرژی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک پرداخته شد و مشاهده گردید که بازده اگزرژی با افزایش دمای سیال ورودی و شدت تابش روی مدول افزایش یافته و با افزایش قطر داخلی مجاری، سرعت سیال ورودی و سرعت باد کاهش می یابد و در نهایت تأثیر تصحیح های الکتریکی و اگزرژی پیشنهادی در این رساله نشان داده شدند.

پره ها ابزارهایی هستند که به منظور افزایش نرخ انتقال حرارت از یک جسم مورد استفاده قرار می گیرند. وجود محدودیت ها از یکسو و احتیاج به دسترسی به بیشترین انتقال حرارت از سطح پره از سوی دیگر، بهینه سازی پره ها را بیشتر مورد توجه قرار داده است. در کار حاضر ابتدا بهینه سازی هندسه یک پره تنها برای حجمی معین، با انتقال حرارت جابجایی همراه با تابش، جهت تبادل بیشترین انتقال حرارت با محیط، انجام می گیرد. سپس، یک دسته پره با انتقال حرارت جابجایی همراه با تابش مورد مطالعه قرار می گیرد. هدف از بهینه سازی، یافتن تعداد پره، هندسه پره و نحوه چیدمان پره ها در دسته پره، جهت وصول بیشترین انتقال حرارت می باشد. هندسه پره با استفاده از منحنی های بزیر ایجاد گردیده است. بهینه سازی توسط الگوریتم رقابت استعماری انجام شده است. معادله انرژی به روش حجم محدود، جهت بدست آوردن توزیع دما در طول پره، حل شده است. همچنین، شار تابشی خالص سطوح، با استفاده از روش تابش خالص محاسبه شده است. نتایج کار حاضر نشان می دهد که منحنی بزیر با توان ایجاد شبکه غیر یکنواخت و منحنی های هموار، انتخاب مناسبی جهت بهینه سازی هندسه دسته پره می باشد. همچنین، الگوریتم رقابت استعماری به عنوان ابزاری قدرتمند در حل مسائل بهینه سازی حرارتی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. کار حاضر نشان می دهد که هندسه پره، تعداد پره ها، فاصله بهینه بین پره ها، میزان انتقال حرارت جابجایی، تابشی و سهم هریک از آن ها در انتقال حرارت کلی، تابعی از دمای پایه، طول و ارتفاع دسته پره می باشد. این ارتباط ها به صورت خطی نمی باشد و بسته به سهم هریک از پارامترها می توان نتایج متفاوتی داشت. در کار حاضر مقایسه ای نیز میان بهینه سازی هندسی دسته پره و ابعاد بهینه دسته پره هایی با سطح مقطع مستطیلی و مثلثی انجام گرفت. همچنین مقایسه میان بهینه سازی ابعاد دسته پره مستطیلی با استفاده از ضرایب دید دو بعدی و سه بعدی انجام گرفته است، که می تواند نتایج واقع بینانه تری نسبت به انتقال حرارت تابشی از دسته پره ارائه نماید.

امروزه از کلکتورهای سهموی خطی به طور گسترده ای در نیروگاه های خورشیدی استفاده می شود. در این تحقیق کلکتورهای سهموی خطی از دیدگاه حرارتی و اگزرژی مورد تحلیل قرار گرفتند تا پارامترهایی که کارایی کلکتور را بیشینه می کنند مشخص شوند. در این پژوهش ابتدا معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی در حالت گذرا، به صورت یک بعدی و با قابلیت حل جریان دوفازی با یک شبیه سازی عددی حل شده و توزیع خواص مختلف جریان در طول کلکتور به دست می آیند. سپس از این اطلاعات برای محاسبه بازده و کسرهای بی بعد شده عوامل افت و نابودی اگزرژی استفاده می شود. با تغییر دادن عواملی چون دمای ورودی، دبی جرمی، فشار کاری، قطر لوله و ... روند تغییرات بازده و کسرهای بی بعد عوامل افت و نابودی اگزرژی مشخص شده و نقاط کارکرد بهینه ای برای هر کدام به دست می آید. بارزترین نتیجه این پژوهش پیش بینی ناهماهنگ شرایط کارکرد بهینه با استفاده از بازده گرمایی و بازده اگزرژی است، چرا که بازده گرمایی تنها به سنجش افت گرمایی می پردازد اما بازده اگزرژی سایر عوامل موثر را نیز در بر می گیرد. همچنین مشخص شد عموما بیشترین نابودی اگزرژی طی فرایند جذب نور خورشید توسط لوله گیرنده صورت می گیرد که کاستن از این عامل با افزایش دمای کارکرد در محدوده مشخصی میسر می شود و بیشترین اگزرژی از دست رفته مربوط به خطاهای اپتیکی است که مرتبط با هندسه و خواص سطح آینه، پوشش شیشه ای و لوله گیرنده است.

امروزه محفظه های تابشی کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف از قبیل صنایع پتروشیمی، صنایع سرامیک سازی، صنایع فولاد، صنعت ذوب فلزات و ... دارند. از این رو در دهه های اخیر نیاز به تعیین خواص تابشی محفظه ها ملموس تر شده است. از سویی اندازه گیری این خواص با ابزارهای آزمایشگاهی و معمول به راحتی میسر نیست، به همین دلیل از روش های معکوس برای تعیین خواص تابشی استفاده می شود. وجود مسائل پیچیده ی علمی سبب شده است تا در دهه های اخیر روش های بهینه سازی هوشمند برای حل مسائل معکوس مورد توجه خاص قرار گیرند. در کار حاضر، دو هندسه ی مختلف با شرایط مرزی متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. در مساله ی اول محفظه ی استوانه ای شکل با سطوح پخشی- خاکستری و بدون محیط واسط و در مساله ی دوم محفظه ی مربعی با سطوح پخشی- خاکستری و محیط جذب کننده، صادر کننده و منحرف کننده در نظر گرفته شده است. در هر هندسه ابتدا مساله به روش مستقیم حل شده و سپس از نتایج به دست آمده از حل مستقیم به عنوان داده های آزمایشگاهی استفاده گردیده است. حل مستقیم مساله اول به روش تابش خالص و حل مستقیم مساله ی دوم به روش حجم محدود صورت گرفته است. برای انجام آنالیز معکوس از الگوریتم بهینه سازی جستجوی سیستم باردار استفاده شده است، که تابع هدف در آن به صورت مجذور تفاضل شار حرارتی تخمین زده شده و شار حرارتی حاصل از حل مستقیم در نظر گرفته شده است. عملکرد الگوریتم بهینه سازی جستجوی سیستم باردار در تعیین معکوس خواص تابشی با ارائه ی چند مثال ارزیابی شده است. نتایج حاکی ازآن است که الگوریتم جستجوی سیستم باردار کارایی بسیار خوبی در تعیین خواص و شرایط مرزی دارد و در مقایسه با الگوریتم های جستجوی گرانشی و ژنتیک هیبرید همگرایی بهتر و دقت بالاتری دارد.

در کار حاضر، الگوریتم بهینه سازی تکاملی جستجوی هارمونی، به منظور بهینه سازی مقاطع آیرودینامیکی توسعه داده شده است. در ابتدا، برای بالا بردن کارایی الگوریتم جستجوی هارمونی، اصلاح کارآمدی بر روی آن انجام شده است. الگوریتم اصلاح شده توسط توابع استاندارد ارزیابی گردیده است. قبل از بررسی مقاطع آیرودینامیکی، الگوریتم بهینه سازی اصلاح شده، برای بهینه سازی هندسه ی یک پره ی سوزنی، با انتقال حرارت جابجایی و تابش، به منظور دست یابی به بیشینه مقدار انتقال حرارت از سطح آن تست شده است. مقطع آیرودینامیکی مورد بررسی در کار حاضر ایرفویل بوده است. سه روش متداول معرفی کننده ی هندسه ی ایرفویل (منحنی های بزیر، پارسس و فرمول های 4 رقمی ناکا) به تفصیل بررسی شده و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی اصلاح شده، به روش طراحی بهینه سازی معکوس (با استفاده از یک تابع هدف غیر آیرودینامیکی) مورد آزمایش قرار گرفته اند. در نهایت روش پارسس به دلیل داشتن انعطاف پذیری بالا و دارا بودن تعداد پارامتر کنترلی کمتر، برای معرفی هندسه ی ایرفویل استفاده شده است. معادلات تراکم پذیر دو بعدی ناویر-استوکس به همراه مدل درهم اسپالارت-آلماراس برای شبیه سازی جریان مورد استفاده قرار گرفته است. برای بهینه سازی هندسه ی ایرفویل، روش طراحی بهینه سازی، به صورت معکوس و مستقیم انتخاب گشته است. در طراحی بهینه سازی معکوس، تابع هدف، اختلاف توزیع فشار ایرفویل در حال بررسی و ایرفویل هدف می باشد. الگوریتم بهینه سازی جستجوی هارمونی، با تغییر متغیرهای طراحی ایرفویل (مربوط به روش پارسس)، درصدد رسیدن به متغیر های بهینه و متعاقبا حصول به ایرفویل هدف بر آمده است. برای این کار، الگوریتم بهینه سازی از ایرفویل naca0012 شروع کرده و با نزدیک کردن توزیع فشار به توزیع فشار ایرفویل هدف (rae2822)، آن را بازسازی کرده است. برای بررسی دقیق تر و اطمینان از صحت و دقت الگوریتم بهینه سازی، این عمل در جهت عکس نیز انجام شده است. یعنی با شروع از ایرفویل rae2822، ایرفویل naca0012 بازسازی شده است. در روش طراحی بهینه سازی مستقیم، تابع هدف، نسبت برآ به پسا بوده و الگوریتم در راستای بیشینه کردن آن عمل کرده است. در این حالت، الگوریتم از ایرفویل naca0012 شروع کرده و به ایرفویل بهینه دست یافته است. نتایج نشان می دهد که استفاده از روش پارسس و الگوریتم جستجوی هارمونی اصلاح شده برای بهینه سازی آیرودینامیکی، در حد خوب و چه بسا بهتر از روش های گرادیانی می باشد.

در پایان نامه حاضر، جریان دوفازی، غیر هم دما و غیر هم فشار در پیل سوختی پلیمری مدل سازی شده است. معادلات حاکم شامل معادلات بقاء جرم، بقاء مومنتم و بقاء انرژی در اجزای مختلف پیل سوختی است که توسط روش تفاضل محدود حل شده اند. جهت بررسی صحت مدل سازی، منحنی عملکرد پیل سوختی با نتایج تجربی و منحنی توزیع دما با نتایج موجود در مقالات مقایسه شده است که از دقت قابل قبولی برخوردارند. نتایج مدل سازی نشان داد که افزایش فشار مخلوط گاز در کانال کاتد، باعث مرطوب شدن بیشتر غشاء و کاهش افت اهمی می شود. علاوه بر این، فشار جزئی اکسیژن در لایه کاتالیست کاتد بیشتر شده و عملکرد پیل سوختی ارتقاء می یابد. بر خلاف کاتد، افزایش فشار آند، افت اهمی در غشاء را افزایش داده و باعث کاهش ولتاژ خروجی از پیل سوختی می شود. منحنی توزیع دما در طول پیل سوختی نشان داد که بیشترین دما در غشاء و در سمت کاتالیست کاتد است که محل وقوع واکنش الکتروشیمیایی است. با افزایش فشار گاز در کانال کاتد، اختلاف دمای کانال با دمای بیشینه، کمتر می شود. اثر افزایش فشار گاز در کانال آند روی توزیع دما، بر خلاف کاتد است و با افزایش فشار آند دما در پیل سوختی افزایش می یابد. همچنین، مقادیر بهینه ضریب تخلخل الکترودها، ضخامت لایه های نفوذی گاز و رطوبت نسبی ورودی به کاتد با استفاده از الگوریتم های فرا ابتکاری بهینه سازی (ژنتیک، آنیل شبیه سازی شده و جستجوی الگویی) محاسبه شده است. بهینه سازی با در نظر گرفتن چگالی قدرت پیل سوختی به عنوان تابع هدف انجام شده است. در تحقیق حاضر، الگوریتم آنیل شبیه سازی شده به عنوان بهترین روش بهینه سازی پارامترهای جریان دوفازی شناخته شده است. مقدار بهینه ضریب تخلخل الکترودها 0.44، ضخامت لایه-های نفوذی گاز 0.24 میلی متر و رطوبت نسبی 99 درصد محاسبه شده است. در چگالی جریان ثابت (1 آمپر بر سانتی متر مربع)، چگالی قدرت پیل سوختی در حالت بهینه، 6 درصد نسبت به حالت پایه افزایش داشته است.

در این پایان نامه، از روش های بهینه سازی ابتکاری جستجوی پرندگان، جستجوی گرانشی و الگوریتم ژنتیک به منظور (1) تعیین تعداد و موقعیت بهینه گرمکن هایی با توان یکسان (2) تعیین موقعیت بهینه تعداد مشخصی گرمکن، روی قسمتی از مرز به نام سطح گرمکن در کوره های تابشی با هدف ایجاد شرایط حرارتی مطلوب روی سطح طراحی از سویی به عنوان تابع هدف فرآیندی و کاهش اتلافات انترنزی از سویی دیگر به عنوان تابع هدف ترمودینامیکی، استفاده شده است. تابع هدف فرآیندی به صورت مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی محاسبه شده و شار حرارتی مطلوب روی سطح، تعریف شده است و از مقاومت حرارتی عمومی که ارتباط مستقیم با اتلافات انترنزی دارد به عنوان تابع هدف ترمودینامیکی استفاده شده است. برای حل معادلات تابش در محیط شفاف، از روش تابش خالص استفاده شده است که در آن ضرایب شکل دو بعدی از روش تارهای هاتل و ضرایب شکل سه بعدی به کمک روابط هاول و انجام عملیات جبری به دست آمده است. توانایی حل مستقیم و هر یک از الگوریتم ها در رسیدن به اهداف مورد نظر و تاثیر پارامتر های مختلف بر آن ها ، با ارائه چند مثال مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که می توان یک آرایش مناسب در نحوه قرارگیری گرمکن ها انتخاب کرد که به اهداف مورد نظر بسیار نزدیک باشد. همچنین مشاهده شد تغییرات ارتفاع، تأثیرات بسزایی در تعداد و موقعیت بهینه گرم کن ها و ایجاد شرایط حرارتی مطلوب در سطح طراحی دارد.

در این تحقیق از روش الگوریتم بهینه سازی پرندگان برای کاهش مکانیزم سوخت هیدروکربن استفاده شده است.روش مذکور برای احتراق استیلن در راکتور کاملاً آمیخته مورد آزمون قرار گرفته است.از حل معادلات حاکم بر احتراق سوخت هیدروکربن در راکتور برای مکانیزم کامل استیلن، کسر مولی اجزای شیمیایی و دمای کاری راکتور در زمان احتراق به دست خواهد آمد. الگوریتم با در نظر گرفتن شرایط حاکم بر احتراق و با حداقل سازی تابع هدف در راکتور کاملاً آمیخته، گونه های زائد واکنش را شناسایی و از مکانیزم کامل حذف می کند. پس از حذف گونه ها و واکنش های شامل آن ها، مکانیزمی موسوم به مکانیزم اسکلتی ایجاد شده و کسر مولی گونه های شیمیایی و همچنین دما با حل دستگاه معادلات جدید، به دست می آیند.

هدف از این تحقیق، بررسی روش های مختلف بهینه سازی به منظور تخمین معکوس قدرت چشمه های حرارتی در انتقال حرارت مرکب هدایتی و تابشی با محیط نیمه شفاف و مقایسه این روش ها با یکدیگر می-باشد. در قسمت اول تحقیق ابتدا معادلات حاکم بر مسئله انتقال حرارت مرکب هدایتی و تابشی استخراج می شود و از آنجایی که انتقال حرارت تابشی نیز در مسئله موجود است، می بایست معادله انتقال تابش نیز حل شود. بدین منظور از روش راستاهای مجزا استفاده گردیده است. همچنین، به منظور حل معادله بقاء انرژی از روش حجم محدود استفاده شده است. از طرفی، به دلیل اعمال اثرات انتقال حرارت تابشی که به شکل دیورژانس شار حرارتی در معادله بقاء انرژی پدیدار می شود، لازم است تا معادله انتقال تابش و معادله بقاء انرژی به صورت همزمان حل شوند. در ادامه الگوریتم های بهینه سازی جمعیت ذرات، ژنتیک و جستجوی گرانشی معرفی می شوند و از طریق چند تابع محک اعتبارسنجی می گردند. تابع هدف در الگوریتم های بهینه-سازی، برابر مربع اختلاف دمای اندازه گیری شده توسط حسگرها و دمای تخمین زده شده می باشد. در قسمت پایانی این تحقیق، ابتدا اعتبارسنجی روش راستاهای مجزا از طریق نتایج کارهای قبلی انجام می شود و سپس مسئله انتقال حرارت مرکب هدایتی و تابشی در حالت پایا و بدون چشمه حرارتی اعتبار سنجی می-گردد و در ادامه چندین مسئله معکوس، طرح و حل می شوند.

چکیده ندارد.

در این پژوهش استخراج واکنش دهنده های جامد از یک بستر سنگ معدن ، که از ذرات کروی با اندازه دانسیته و تخلخل یکنواخت تشکیل شده است ، بطور ریاضی و به شکل بی بعد شبیه سازی شده است. شبیه سازی فراینده های استخراج توده ای توسط دو مدل انجام گرفته است .یک میکرومدل برای استخراج واکنش دهنده ها ا ذرات سنگ معدن و یک ماکرومدل برای استخراج از بستر سنگ معدن . ماکرومدل از طریق انتقال جرم بروی سطح ذرات به میکرومدل مربوط می شود.معادلات بی بعد با استفاده از یک روش تفاضل محدود صریح و ضمنی بطور عددی حل شده اند تا توزیع غلظت واکنش دهنده ها و اسید در ذزه و بستر در هر زمان مشخص شود.اثرات پارامترهای مهم شبیه مقاومت نفوذ ، مقاومت واکنش شیمیایی ، اندازه ذره ، غلظت اسید و عیار سنگ بر توزیع غلظت واکنش دهنده ها واسید در ذره مورد مطالعه قرار گرفت.مشاهده شده است که در مقاومت نفوذ پایین یا مقاومت واکنش شیمیایی بالا، واکنش آهسته و همگن در سراسر ذره رخ می دهد و بالعکس در مقاومت نفوذ بالا یا مقاومت واکنش شیمیایی پایین ناحیه واکنشی رخ می دهد.اثرات پارامترهای مهم مانند مقاومت نفوذ ، مقاومت واکنش شیمیایی و مقاومت جابجایی بر توزیع غلظت در داخل بستر مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور استفاده از نتایج بدست آمده بعنوان یک ابزار مفید برای طراحی هیپ ،فانکشنال های استخراج و کسر تبدیل تعریف شده است. اثرات پارامترهای فوق الذکر بر این فانکشنال مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده شده است که در مقاومت جابجایی پایین یا مقاومت نفوذ بالا، واکنش همگن در سراسر بستر رخ می دهد و با افزایش مقاومت جابجایی به تدریج رفتار ناحیه ای غالب می گردد. در مقاومت جابجایی پایین یا مقاومت واکنش شیمیایی بالا واکنش بطور همگن در سراسر بستر رخ می دهد و در چنین وضعیتی می توان فقط از مدل میکرومدل برای توصیف استخراج توده ای استفاده کرد.