مدلساز ی کیفی هوا برای پیش بینی کیفیت هوا و نیز جهت اتخاذ تصمیم و طرح ریزی برای مدیریت و توسعه صنعتی و زیر ساخت ها استفاده می شود. اطلاعات ورودی به سیستم شامل اطلاعات مربوط به هواشناسی ، منبع انتشار ، توپوگرافی زمین و اجزای شممیایی می باشد که دما ، سرعت و جهت باد از اطلاعات هواشناسی می باشد . از جمله تکنیک هایی که در مدلسازی کیفیت آلودگی هوا استفاده می شود مدل گوس می باشد که متداول ترین مدل آلودگی هواست. مدل دیگری که به این منظور استفاده می شود مدل جعبه ای می باشد که براساس نگهداری جرم آلودگی است. در این تحقیق در مدل گوس در یک منبع نقطه ای در یک مدت زمان مشخص سرعت باد را تغییر داده و ترسیب (رسوبگیری تر) و همچنین واکنش های شیمیایی در نظر گرفته شده است و همه آن در یک مدل ساده ارائه شده است. مدل گوس در تخمین پخش آلودگی هوا دارای قابلیت بیشتری است و علاوه بر آن در ترند پخش نیز دقت بالاتر و تقریب درست تری را به ما ارائه می دهد. همچنین مدل باکس در یک میدان انتشار آلودگی سطحی ارزیابی شده است در مقایسه با مدل گوس در منبع سطحی ، مدل باکس ضعیف تر عمل می کند و این بستگی به حجم المان انتخابی دارد که هر چه حجم المان کوچکتر شود به دقت بیشتری خواهیم رسید. اما در این بررسی با فرض یک المان و یک حجم کنترل است که مدل گوس نتایج دقیقتری در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی حاصل می نماید. مدل باکس همچنین در حالت پایدار نتایج بهتری نسبت به حالت ناپایدار خود دارد.

در این مطالعه حل عددی جریان دو بعدی و آرام درون کانال پوزوله بنارد با وجود موانع روی دیواره ها بررسی شده است. دیواره بالا و پایین به ترتیب سرد و گرم در نظر گرفته شده است. عدد رینولدز در این تحقیق به طور ثابت 10 در نظر گرفته شده است و عدد رایلی در محدوده 5000 تا 10000 تغییر میکند. در این تحقیق اثر تغییرتعداد،چیدمان و هندسه موانع بر میدان جریان، انتقال حرارت جابجایی و در نهایت تولید آنتروپی مورد توجه قرار گرفته است.

در این پایان نامه شبیه سازی جریان سیال و واکنش های شیمیایی در یک پیل سوختی متانولی مورد توجه قرار گرفته است. مدل سازی به صورت سه بعدی و در نرم افزار fluent صورت گرفته که به طور بالفعل امکان مدل سازی فرآیندهای شیمیایی یک پیل سوختی متانولی در آن فراهم نیست. لذا برای این کار از قابلیت توابع تعریف شده توسط کاربر استفاده شده است. واکنش های شیمیایی، چه در قسمت آند و چه در قسمت کاتد به صورت تک فاز وچندجزئی فرض شده که برای محدوده غلظت حل شده، فرضی منطقی است و سازگاری خوب نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی صحت این ساده سازی را تایید می کند. تاثیر پارامترهایی مانند دما، غلظت، عمق و پهنای کانال بر منحنی های پولاریزاسیون ، چگالی توان و گذرمتانول بررسی شده است. نتایج به دست آمده درک روشنی از چگونگی و میزان تاثیر این پارامترها بر منحنی های عملکرد را نشان می دهد که می تواند به عنوان نتایج قابل استنادی در بهینه سازی این نوع پیل سوختی مورد توجه قرار گیرد.

با شکل گیری جریان دوفازی در پیل سوختی متانولی، بررسی اثرات غلظت و انتقال متانول در فاز گاز بر روی سینتیک الکترواکسیداسیون متانول و همچنین نشتی متانول از غشاء بسیار حایز اهمیت بوده و تاثیر بسیار مهمی بر روی بازده و توان خروجی پیل سوختی متانولی دارد. علیرغم بهبود عملکرد پیل سوختی در چگالی جریان بالا (ولتاژ پایین)، طغیان آب در کاتد و تجمع دی اکسیدکربن در آند، سهم بسزایی بر کاهش راندمان پیل سوختی متانولی دارد. در این راستا، تلاش های بسیاری برای بررسی این پدیده ها به صورت آزمایشگاهی و عددی صورت گرفته است. هدف از این تحقیق، ارایه یک مدل دوفازی شبه دوبعدی است که با در نظر گرفتن جریان دوفازی در داخل کانال های صفحات توزیع کننده واکنشگرها و مجموعه غشاء-الکترود، ابزاری مناسب جهت شبیه سازی تک سل بوده که از قابلیت تعمیم برای سری پیل سوختی متانولی نیز برخوردار است. در بخش تجربی، اثرات پارامترهای عملکردی نظیر دما، غلظت متانول، دبی های ورودی و فشار کاتد در عمق های مختلف کانال بر روی عملکرد پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش مدل سازی، معادلات حاکم بر مجموعه غشاء-الکترود به صورت یک بعدی و تغییر فشار، سرعت و غلظت در راستای عمود بر کانال در نظر گرفته شده و دستگاه معادلات به روش عددی حل گردیده است. این مدل از قابلیت بررسی اثرات جریان دوفازی، غلظت متانول و میزان نشتی متانول از غشاء و شرایط کاری بر روی راندمان و همچنین بهینه سازی نرخ جریان های آند و کاتد در پیل سوختی متانولی برخوردار می باشد. مقایسه نتایج بدست آمده از مدل ارایه شده با کارهای عددی و شبه عددی منتشر شده در این زمینه، نشان می دهد که این مدل از دقت مناسب و سرعت بالایی برخوردار بوده و قابلیت پیش بینی رفتار پیل سوختی متانولی برای غلظت های متانول ورودی و دما در کل محدوده چگالی جریان را دارد. نتایج بدست آمده در این رساله، نشان می دهد که افزایش دمای تک سل، سینیتیک واکنش اکسیداسیون متانول در آند را بالا برده و در نتیجه راندمان پیل سوختی متانولی افزایش می یابد. همچنین، با شکل گیری جریان دوفازی، تا محدوده غلظت متانول 1 مولار، شاهد افزایش انتقال متانول برای انجام واکنش در آند بوده ولی برای محدوده غلظت های بالاتر از 1 مولار، به دلیل افزایش جریان نشتی متانول و ایجاد محدودیت در انتقال اکسیژن در طرف کاتد، ولتاژ تک سل کاهش می یابد.

در این رساله از روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی پیل سوختی متانولی استفاده گردید. ساختار شبکه بولتزمن استفاده شده، d2q9، دوبعدی با نه بردار سرعت بوده است. محدوده شبیه سازی شامل تمام هفت بخش پیل سوختی شامل: کانال آندی، لایه های نفوذ و کاتالیست آندی، غشاء، کانال کاتدی، لایه های نفوذ و کاتالیست کاتدی می شود. این هفت بخش شامل هم نواحی متخلخل و هم غیر متخلخل بوده اند؛ لذا کلیه معادلات لازم برای شبیه سازی جریان سیال، انتقال حرارت و غلظت اجزای شیمیایی مختلف، در این نواحی به منظور پیش بینی کارایی پیل سوختی توسط روش شبکه بولتزمن حل گردیدند. برای شبیه سازی همزمان میدانهای سرعت و دما لازم است از توابع توزیع جداگانه ای برای هرکدام استفاده شود. در محاسبات میدان غلظت اجزاء نیز باید برای تعیین غلظت هرجزء شیمیایی از تابع توزیع جداگانه ای استفاده نمود. با توجه به تغییر خواص مواد در کانالهای آندی و کاتدی و تفاوت زیاد سرعتها در این نواحی، برای هر کدام از نواحی آندی و کاتدی از توابع توزیع جداگانه ای استفاده شده است. با توجه به عدم پیش بینی درست توسط معادله دارسی برای جریان در نواحی متخلخل در محدوده وسیعی از سرعتها، در این رساله شبیه سازی محیط متخلخل با استفاده از روش برینکمن ـ فورچهایمر شرح داده و استفاده شده است. همچنین نحوه محاسبه ضریب انتقال حرارت کلی در نواحی متخلخل، ناشی از انتقال حرارت در بخشهای جامد و سیال ذکر گردید. برای رسیدن به پاسخهای دقیق، باید اندازه (قدر مطلق) متغیر مورد بررسی در شبیه سازی lbm بین 0 و 1 تغییر کند، لذا باید از بی بعد سازی یا تغییر متغیر مناسبی استفاده نمود. در نتیجه باید ضرایب نفوذ، شرایط مرزی و عبارتهای چشمه را با توجه به این مطلب اصلاح کرد. از موارد بحرانی در شبیه سازیها، چگونگی اعمال مناسب عبارتهای چشمه در معادلات مربوط به میدان دما و غلظت اجزاء شیمیایی بوده است. در این رابطه باید بازه زمانی در روش شبکه بولتزمن را به شکل درستی با بازه زمانی در مدل واقعی مرتبط نمود. با توجه به شبیه سازی میدانهای سرعت، دما و غلظت در پیل سوختی، اعداد بی بعد، رینولدز، پرانتل و اشمیت باید در روش شبکه بولتزمن برابر مقادیر واقعی در مدل اصلی باشند. به منظور مستند سازی کد lbm مورد استفاده در این رساله برای شبیه سازی میدانهای سرعت و متغیری عددی (مانند دما) در نواحی شفاف و متخلخل برای سرعتهای متفاوت، شبیه سازیهای مختلفی انجام شد. در شبیه سازیهای میدان سرعت و دما در کانال و محفظه مربعی به صورت شفاف و متخلخل نتایج سازگاری بسیار خوبی با نتایج موجود در سابقه علمی موضوع داشته اند. در شبیه سازی پیل سوختی نیز سازگاری خوبی در مقایسه با نتایج موجود در سابقه علمی موضوع و نتایج تجربی مشاهده گردید. در شبیه سازی ها از فرض جریان چند جزئی استفاده شد، لذا هر عاملی که با افزایش غلظت فاز ثانویه باعث انحراف جریان از مدل چند جزئی گردد، دقت شبیه سازی را کاهش خواهد داد؛ از این عوامل می توان به افزایش چگالی جریان (با افزایش نرخ واکنش)، غلظت متانول در ورودی (با افزایش مواد اولیه جهت انجام واکنش)، دما (با تسریع در نرخ واکنش) و طول کانال (انباشته شدن و افزایش غلظت فاز ثانویه با حرکت سیال در طول کانال) اشاره نمود.

در این مطالعه حل عددی تاثیر میدان مغناطیسی ثابت بر روی حرکت جابه جایی آزاد و ترکیبی در بین سیلندر های افقی هم مرکز به روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. برای مدل سازی سرعت و دما و میدان مغناطیسی در شبکه بولتزمن از روش چند تابعی(mdf ) استفاده شده است. در مرزهای منحنی شکل, از روش برونیابی با دقت مرتبه دوم برای میدان سرعت و دما ومغناطیس استفاده شده است.دیواره ی سیلندر داخلی و خارجی به صورت دما ثابت قرار داده شده اند. نتایج عددی نرخ انتقال حرارت و توزیع دما و میدان سرعت برای سیالی با عدد پرانتل 0.71 و اعداد رایلی 1000 تا 100000را در اعداد هارتمن0 تا 100 و رینولدز 0 تا 100 نشان می دهد. مقایسه نتایج بدست آمده و مطالعات تجربی و عددی گذشته نشان می دهد که حل به کمک روش شبکه بولتزمن از دقت خوبی برای مدل سازی این سیستم برخوردار است. بررسی ها نشان می دهد که انتقال حرارت با اعمال میدان مغناطیسی شعاعی به صورت موثر کاهش می یابد .بیشترین تاثیر میدان مغناطیسی در نواحی عمود بر دیواره ها می باشد. همینطور میدان سرعت با اعمال میدان مغناطیسی شعاعی کاملاٌ تضعیف می گردد. مقدار عدد ناسلت میانگین نیز با افزایش نسبت شعاع ها افزایش می یابد این در حالی است که با افزایش عدد هارتمن از مقدار آن به شدت کاسته می شود. در حرکت جابه جایی ترکیبی ,با افزایش مقدار رینولدز انتقال حرارت جابه جایی تضعیف می گردد و با اعمال میدان مغناطیسی ضعیف تر انتقال حرارت هدایتی غالب می گردد.

در این مطالعه انتقال حرارت جابجایی در جریان سه بعدی آرام و پایدار حول دو مانع مکعبی قرار گرفته روی صفحه توسط نانوسیال آب - مس به عنوان خنک کننده، مورد بررسی قرار گرفته است. از روش حجم محدود و الگوریتم simple برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی که در آن ضریب رسانندگی گرمایی موثر نانوسیال تابع دماست، استفاده شده است. مکعب ها تحت شار حرارتی ثابت بوده و با آرایش های مختلف هم راستا و غیرهم راستا روی صفحه ی پایه عایق قرار گرفته اند. مسأله برای فواصل طولی (l) و عرضی (m) مختلف، اعداد رینولدز در محدوده 150 الی 300 و کسر حجمی های مختلف در محدوده 0 تا 05/0 بررسی شده و تأثیر هر یک از پارامترهای فوق بر خطوط جریان، ضریب درگ، توزیع دما در صفحه ی پایه و وجوه مکعب ها و اعداد ناسلت محلی و متوسط روی موانع، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بررسی نشان می دهد که توزیع دما شدیداً وابسته به ساختار جریان بوده و با تغییر ساختار جریان در آرایش های مختلف تغییر خواهد کرد. همچنین بدلیل پیچیده تر و بزرگتر بودن گردابه ها حول موانع در آرایش غیرهم راستا ضریب درگ که بیشتر تحت تأثیر نیروی فشاری قرار دارد، نسبت به آرایش هم راستا بیشتر خواهد بود. این گردابه ها سبب به دام انداختن حرارت صفحات گرم توسط جریان شده و انتقال حرارت روی نقاطی از وجوه که به نقطه ی تمرکز گردابه ها نزدیک تر است، کمتر می باشد. علاوه بر این مشاهده شده است، با افزودن نانوذرات به سیال پایه و افزایش درصد حجمی ذرات جامد، نرخ انتقال حرارت سیال افزایش می یابد.

در این پایان نامه حل عددی جریان دو بعدی آرام و انتقال حرارت جابجایی اجباری در جریان بر روی یک سیلندر مربعی گرم در داخل کانال افقی به کمک روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. سپس به بررسی اثر چرخش مانع و ایجاد نوسان در پروفیل سرعت ورودی پرداخته شده است. برای مدل کردن جریان و انتقال حرارت بر روی مرز منحنی از مدل جدیدی که دارای دقت مرتبه دوم می باشد استفاده شده است. شبیه سازی برای عدد پرانتل 71/0 و عدد رینولدز 160 انجام گرفته است. نتایج شامل خطوط جریان، ضرایب آنی و متوسط درگ و لیفت، کانتور دما و گردابه، توزیع محلی و متوسط ناسلت می باشد و در ادامه اثر چرخش مانع، تغییرات دامنه نوسان و فرکانس ورودی بر روی هر یک از پارامترهای فوق بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با چرخش مانع مقدار ضریب درگ متوسط افزایش می یابد و نرخ انتقال حرارت کاهش می یابد. همچنین در اثر ایجاد نوسان در سرعت ورودی طول ناحیه چرخشی ماندگار تشکیل شده در پشت مانع تغییر پیدا می کند، اغتشاشات جریان بیشتر شده و انتقال حرارت نسبت به حالت قبل از ایجاد نوسان افزایش می یابد که در دامنه های نوسانی بالاتر این اثر مشهود تر می باشد، مقایسه نتایج این پژوهش با نتایج عددی منتشر شده قبلی نشان می دهد که این روش از دقت بالایی برخوردار می باشد.

در این تحقیق پدیده کاویتاسیون در پمپ آب برج خنک کن نیروگاه مشهد به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این تحلیل جریان بصورت اغتشاشی و تراکم ناپذیر در نظر گرفته شده است. طراحی پروفیل پره های پمپ با استفاده از نرم افزار cfturbo، شبکه بندی هندسه با استفاده از نرم افزار gambit و حل معادلات حاکم با استفاده نرم افزار تجاری fluent صورت گرفته است. الگوریتم simplec برای برقراری ارتباط بین سرعت و فشار، مدل rng k-? برای مدل کردن اغتشاشات و مدل چهارچوب مرجع متحرک برای اعمال چرخش سیال استفاده شده اند. برای شبکه بندی هندسه مسأله از شبکه های غیر سازمان یافته مثلثی استفاده شده است. در این تحقیق تاثیر دور پمپ، دبی سیال و دمای سیال روی پیدایش کاویتاسیون بررسی شده است. کانتورهای فشار برای دبی های مختلف پمپ نشان دادند که با کاهش دبی طبق رابطه برنولی، فشار مجموعه بالا می رود. خطوط جریان ناحیه حل نشان دادند که در قسمت نوک پره ها گردابه های نوک پره بوجود می آیند. در قسمت پره های ثابت نیز تغییر انرژی جنبشی سیال به انرژی فشاری موجب پیدایش گردابه و جریان ثانویه می شود. خطوط جریان مقاطع برش خورده در دبی های مختلف و دورهای مختلف پمپ نواحی شکل گیری گردابه ها را نشان داده اند. افزایش دور پمپ ناحیه کاویتاسیون را از قسمت مکش پمپ به لبه انتهایی پره ها سوق داده است. افزایش دمای سیال تاثیر بسیار ناچیزی در منطقه کاویتاسیون روی پره داشته است. برای جریان با دبی کم ، کاویتاسیون از نوک مخروط پمپ شروع شده و با افزایش دبی به نوک پره ها رسیده است. با افزایش بیشتر دبی، منطقه کاویتاسیون روی پره وسیع تر شده است.

در مطالعه حاضر روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی جریان هوا در یک کانال با وجود مانع و جریان نوسانی ورودی بکار گرفته شده است. با استفاده از میدان سرعت گذرای بدست آمده، رفتار ذرات با دیدگاه لاگرانژی مورد بررسی قرار گرفته است. جریان آرام، تراکم ناپذیر، گذرا و دوبعدی در نظر گرفته شده است. نیروهای پسار ، برار سافمن ، وزن، شناوری و براونی در معادله حرکت ذره در نظر گرفته شده-اند. در تحقیق حاضر اثرات گرانش، فرکانس و دامنه نوسان و قطر ذرات بر روی ته نشینی و پخش ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. در شبیه سازی حاضر عدد رینولدز ثابت و برابر با 150 می باشد. نسبت چگالی ذرات به چگالی جریان برابر با 1000 و عدد استوکس بین 001/0 تا 4 در نظر گرفته شده است. نتایج به صورت نمایه های گردابه، توزیع لحظه ای ذرات و نمودارهای ته نشینی روی مانع و ته نشینی کل ارائه شده است. نتایج نشان می دهند با زیاد شدن دامنه نوسان در فرکانس پایین، محل تشکیل گردابه ها به پشت مانع نزدیک تر می شود. در فرکانس 3 برابر فرکانس طبیعی ریزش گردابه افزایش دامنه اثر قابل توجهی در محل تشکیل گردابه ها نمی گذارد. طول ناحیه ی چرخشی پشت مانع با افزایش نسبت فرکانس تا 2 کاهش می یابد اما با افزایش بیش تر تا 3 طول ناحیه ی چرخشی افزایش می یابد. در تمام فرکانس های ورودی طول ناحیه ی چرخشی پشت مانع با افزایش دامنه افزایش می یابد که بیش-ترین آن در نسبت فرکانس 2 و کم ترین آن در نسبت فرکانس 3 می باشد. نتایج شبیه سازی حرکت ذرات نشان می دهند ته نشینی ذرات با اعداد استوکس 1/0 و کم تر از آن روی مانع ناچیز است. با زیاد شدن عدد استوکس از 5/0 تا 4 ته نشسینی روی مانع زیاد می شود. البته نرخ رشد ته نشینی بین اعداد استوکس 5/0 تا 2 بیش تر از نرخ رشد ته نشینی از عدد استوکس 2 تا 4 می باشد. با قرار گرفتن کانال در حالت افقی ذرات بیش تری روی سطح پایینی کانال تهنشین می شوند. با افزایش عدد استوکس ذرات بیش تری روی سطح پایینی کانال تهنشین می-شوند. در فرکانسی برابر با فرکانس طبیعی ریزش گردابه و عدد استوکس 01/0 ذرات بیش تری با افزایش دامنه ی نوسان وارد هسته های نواحی چرخشی می شوند. ذرات با عدد استوکس 1/0 با افزایش دامنه ی نوسان بیش تر وارد ناحی ی چرخشی پشت مانع می شوند. در نسبت فرکانس 3 ذرات با عدد استوکس 1 توزیع یکنواخت تری با افزایش دامنه پیدا می کنند. با زیاد شدن دامنه نوسان در نسبت فرکانس ورودی ثابت ته نشینی ذرات روی مانع زیاد می شود. برای ذرات با عدد استوکس کم تر از 3، افزایش فرکانس تا نسبت فرکانس 2 ته نشینی افزایش می-یابد و بعد از آن کاهش می یابد. برای ذرات با اعداد استوکس 3 و 4 با افزایش فرکانس جریان ورودی در دامنه ی نوسان ثابت، ته نشینی ذرات را روی مانع کاهش می یابد.

در این پایان نامه تاثیر پروفیل سرعت نوسانی بر انتقال حرارت جابجایی اجباری و میدان جریان یک نانوسیال در کانالی موجی شکل به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در مطالعه حاضر از روش شبکه بولتزمن برای مدلسازی میدان جریان و دما استفاده شده است که قوانین پرش به عقب برای دیواره های صاف و روش انطباق مرزها برای دیواره های منحنی شکل را بکار گرفته است. روش عددی بیان شده، دقتی مرتبه دو را برای میدان های جریان و دما به ارمغان می آورد. این پژوهش به مطالعه پارامتر های هندسی دیواره موجی شکل ، پارامترهای فیزیکی جریان نوسانی ورودی و همچنین تاثیر حضور نانوذرات مس و اکسید آلومینیوم بر سیال پایه آب در اعداد رینولدز 50 ، 100 و 150 می پردازد. تاثیر عدد استروهال، دامنه نوسانات پروفیل سرعت ورودی ، دامنه دیواره موجی شکل و نیز کسر حجمی نانوذرات از جمله پارامترهای مورد بررسی بر میدان جریان و انتقال حرارت جابجایی آزاد سیال آب در یک کانال موجی شکل با پروفیل سرعت نوسانی در یک رژیم جریان آرام، غیر پایا و تراکم ناپذیر می باشد. نتایج شامل خطوط جریان و دما ، مقادیر ناسلت محلی آنی و متوسط زمانی بر روی دیواره ، مقادیر ناسلت متوسط مکانی آنی و متوسط زمانی، مقادیر درصد افت فشارآنی و متوسط زمانی در طول کانال برای یک پریود نوسانی جریان ورودی می باشد. نتایج بدست آمده از این پایان نامه نشان می دهد که اعمال پروفیل سرعت نوسانی در کانال های موجی شکل باعث بهبود چشمگیر نرخ انتقال حرارت در این نوع از کانال ها می شود. با توجه به کاربرد فراوان کانال های موجی شکل در مبدل های حرارتی، نتیجه حاصله می تواند ارزشمند باشد. نتایج بیان می دارند که افزایش عدد رینولدز سبب افزایش تاثیر جریان نوسانی بر میادین جریان و دما شده و نیز این افزایش سبب افزایش نرخ انتقال حرارت و کاهش افت فشار نسبی در کانال جریان می شود. افزایش دامنه نوسانات باعث افزایش مقدار ناسلت متوسط زمانی-مکانی برای تمام اعداد استروهال و رینولدزهای مورد بررسی می شود. این افزایش منجر به افزایش افت فشار نسبی در طول کانال برای اعداد استروهال کمتر از 25/0 و کاهش آن برای اعداد استروهال بزرگتر از 25/0 می شود. مطالعه تاثیر عدد استروهال در مسئله مورد بررسی نشان می دهد که روند تغییرات نرخ انتقال حرارت بر حسب عدد استروهال ابتدا صعودی بوده و پس از رسیدن به یک نقطه اکسترمم روند تغییرات نزولی می شود. مطالعه حاضر نشان می دهد که حضور نانوذرات در سیال پایه باعث بهبود مقدار عدد ناسلت شده که در این میان تاثیر حضور نانوذرات مس بیشتر از نانوذرات اکسید آلومینیوم است.

در این رساله انتقال حرارت در رژیم جریان آرام داخل مبدل های حرارتی پوسته و لوله به صورت آزمایشگاهی و عددی با بکارگیری نانوسیال بررسی شده است. مبدل حرارتی از یک لوله مسی مارپیچ و پوسته ای از جنس پلکسی گلس ساخته شده است. طراحی مبدل حرارتی به گونه ای است که محور مارپیچ و محور پوسته در راستای افق قرار گیرند. در مبدل حرارتی پژوهش حاضر سیال گرم (آب) از داخل لوله مارپیچ عبور کرده و حرارت خود را به سیال خنک کننده (آب / نانوسیال) که در سمت پوسته جریان دارد می دهد. کل مبدل حرارتی عایق شده است تا از اتلاف انرژی به محیط جلوگیری شود. در مجموع 9 مبدل حرارتی با هندسه های گوناگون ساخته و مورد آزمایش قرار گرفته است. با استفاده از روش دومرحله ای نانوسیالات تولید و خواص موردنیاز اندازه گیری شدند. مدت زمان هم زدن و ویبراسیون آلتراسونیک بر پایداری نانوسیال و درنتیجه بر توانایی نانوسیال در دفع حرارت تاثیرگذار است. آزمایشات بر روی مبدلهای حرارتی با هندسه های گوناگون، در دبی های مختلف جریان سمت پوسته و لوله، دماهای ورودی مختلف، انواع مختلفی از نانوسیال و نیز غلظت های حجمی مختلف نانوذره صورت گرفته است. جهت محاسبه ضرایب انتقال حرارت جابجایی اجباری در پوسته و لوله روش ویلسون پلات بکار گرفته شده است. از طرفی جهت بدست آوردن پروفیل و کانتورهای دما در مبدل با استفاده از نانوسیالات از نرم افزار تجاری استفاده شده است. نتایج نشان دهنده افزایش ضریب انتقال حرارت داخل لوله مارپیچ با افزایش عدد دین داخل لوله و افزایش ضریب انتقال حرارت سمت پوسته با افزایش عدد رینولدز می باشد. با افزایش نسبت انحنا جریان های پیچشی شدیدتری در لوله ایجاد شده و ضریب انتقال حرارت سمت لوله افزایش می یابد، در صورتیکه باعث کاهش ضریب انتقال حرارت سمت پوسته می گردد. اما تغییرات ضرایب انتقال حرارت با تغییرات نسبت انحنا بسیار کم است. با افزایش گام مارپیچ ضریب انتقال حرارت سمت لوله کاهش و سمت پوسته افزایش می یابد اما همچنان تاثیرات گام مارپیچ در تغییرات عدد ناسلت بارز نیست. توانایی دفع گرمای نانوسیال آب/آلومینا بیشتر از آب/تیتانیا و آب/سیلیکا می باشد. با افزایش درصد حجمی نانوذرات کارایی حرارتی نانوسیال نیز بیشتر می شود. با این حال این یک اصل کلی نیست و در نانوسیالات اصل پایداری می تواند بر این روند تاثیرگذار باشد. در نانوسیالات آب/آلومینا و آب/تیتانیا با افزایش درصد حجمی نانو ذره عدد ناسلت سمت پوسته افزایش می یابد. در نانوسیال آب/سیلیکا با افزایش درصد حجمی نانوذرات در درصد های حجمی پایین، عدد ناسلت افزایش و در درصد حجمی 1% و 2% با کاهشی ناگهانی به عدد ناسلت آب خالص نزدیک می شود.

در این رساله انتقال حرارت و افت فشار در یک مبدل حرارتی با لوله با موج مارپیچی بهمراه نانوسیال سیلیکا و آلومینا به صورت تجربی بررسی شده است. متغیرهای موجود شامل عدد رینولدز جریان، درصد حجمی نانوذرات، عمق و گام موج مارپیچی لوله ها می باشد. محدوده عدد رینولدز بین 5000 تا 20000، عمق موج مارپیچی بین 5/0 تا 5/1 میلی متر، گام موج مارپیچی بین 5 تا 8 میلی متر و غلظت نانوذرات بین صفر تا 1 درصد حجمی بوده است. نتایج به صورت عدد ناسلت، ضریب بی بعد اصطکاکی، عدد ناسلت نسبی و ضریب انتقال حرارت برای انرژی پمپاژ یکسان ارایه شده است. نتایج نشان دهنده افزایش انتقال حرارت با افزودن نانوذرات به سیال پایه می باشد بطوریکه تاثیر آن برای لوله ها با موج مارپیچی با عمق بزرگ تر و گام کوچک تر چشمگیرتر است. استفاده از لوله های با موج مارپیچی و نانوذرات به طور همزمان در اعداد رینولدز کوچک تر دارای راندمان انتقال حرارت ( انتقال حرارت برای انرژی پمپاژ یکسان) بهتری می باشند. در صورتیکه استفاده از نانوذرات در لوله صاف در اعداد رینولدز بالاتر دارای راندمان بهتری می باشد. عدد ناسلت و راندمان انتقال حرارت با استفاده از نانوذرات آلومینا بیشتر از نانوذرات سیلیکا می باشد. مقدار انتقال حرارت و راندمان انتقال حرارت برای نانوسیال سیلیکا با درصد حجمی 1% کمتر از درصد حجمی نیم درصد می باشد. علت آن تاثیر نامطلوب خوشه شدن نانوذرات سیلیکا می باشد. ماکزیمم مقدار انتقال حرارت برای انرژی پمپاژ یکسان (r3) برای لوله با موج مارپیچی حدود 240% می باشد. حل عددی برای سه لوله مختلف تحت شار حرارتی ثابت بوسیله یک نرم افزار تجاری و با روش دوفازی مخلوط جهت مدلسازی نانوذرات آلومینا انجام شده است که نتیجه حائز اهمیت آن مشاهده جریان ثانویه در این لوله ها بوده است. نتایج عددی روند کلی تغییرات ضریب انتقال حرارت بدست آمده در نتایج تجربی را تایید می کنند.

چکیده هدف اصلی این پایان نامه بررسی همزمان جریان آشفته ی عبوری از دسته لوله و استفاده از نانوسیالات، در یک دسته لوله با هندسه ی معین و مشاهده ی رفتار حرارتی و هیدرولیکی جریان، است. هندسه ی مورد بررسی شامل هفت ردیف لوله ی افقی با آرایش شطرنجی و مقطع دایره ای و قطر خارجی "7/21 mm" ، گام طولی "5/22 mm" ، و گام عرضی "45 mm" است. مطالعه ی عددی با استقاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی(cfd) fluent صورت گرفته است. مدل سازی جریان به صورت دو بعدی بوده و از معادلات متوسط زمانی ناویر استوکس (rans) با بکارگیری مدل آشفتگی "k-?" realizable در بررسی عددی جریان استفاده شده است. ابتدا شبیه سازی جریان برای جریان آشفته سیال خالص عبوری از دسته لوله جهت اعتبارسنجی و مقایسه ی حل عددی حاضر و کارهای پیشین، صورت گرفته است. سپس جریان آشفته ی عبوری نانوسیالات از دسته لوله مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه از سه نانوسیال "(cuo," ?"al" ?_"2" "o" _"3" ",ti" "o" _"2" ")" در مخلوط آب و اتیلن گلیکول، با خواص ترموفیزیکی مختلف استفاده شده است. شبیه سازی عددی در سه عدد رینولدز 104×8/1،104×3/2 و104×3 انجام شده و نتایج حاصل از آنها با هم مقایسه شده است. همچنین با تغییر گام های طولی و عرضی بین لوله ها تاثیر تغییر این پارامتر بر جریان و انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج حاصل از اعتبارسنجی انجام شده حاکی از مطابقت بسیار خوب نتایج مطالعه ی حاضر و مطالعات عددی پیشین و اندازه گیری های انجام شده است. شبیه سازی عددی جریان نشان می دهد با افزایش گام های طولی و عرضی عدد ناسلت میانگین روی لوله 1/8% کاهش و با افزایش عدد رینولدز از 104×8/1 به 104×3 عدد ناسلت 48% افزایش می یابد. پیش بینی جریان نانوسیالات نیز نشان دهنده ی افزایش انتقال حرارت با افزایش عدد رینولدز است. نانوسیال "cuo" -اتیلن گلیکول/آب با غلظت حجمی نانوذرات 6% بیش از بقیه نانوسیالات تحت تاثیر عدد رینولدز قرار دارند، به طوریکه عدد ناسلت، با افزایش عدد رینولدز از 104×8/1 به 104×3، حدود 5/49% رشد، نشان می دهد. با افزودن نانوذرات به سیال پایه نیز عدد ناسلت افزایش می یابد، چنانکه بیشترین افزایش برای ?"al" ?_"2" "o" _"3" -اتیلن گلیکول/آب با غلظت حجمی نانوذرات 6%، در عدد رینولدز 104×3 مشاهده شده است که نسبت به سیال پایه 13/1 برابر می شود، همچنین با افزایش غلظت حجمی نانوذرات عملکرد حرارتی نانوسیالات بهبود می یابد به طوریکه نتایج نشان دهنده ی بیشترین تاثیر افزایش غلظت حجمی بر عدد ناسلت، برای ?"al" ?_"2" "o" _"3" -اتیلن گلیکول/آب، در عدد رینولدز 104×3 (4/8%) است. افت فشار روند مشخصی نسبت به میزان غلظت حجمی نشان نمی دهد اما برای همه ی نانوسیالات با افزایش عدد رینولدز افت فشار افزایش می یابد و این افزایش با تغییر عدد رینولدز از 104×8/1 به 104×3 برای نانوسیال "cuo" -اتیلن گلیکول/آب، با غلظت حجمی 4%، 2/14% می-باشد که بیشترین تغییر در افت فشار میان نانوسیالات استفاده شده با غلظت های حجمی متفاوت است. در نهایت نتایج نشان می دهد که نسبت عملکرد حرارتی هیدرولیکی همه ی نانوسیالات بالاتر از یک است که حاکی از عملکرد مناسب تر همه ی نانوسیالات نسبت به سیال پایه است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که نانوسیال ?"al" ?_"2" "o" _"3" -اتیلن گلیکول/آب با غلظت حجمی 6% در عدد رینولدز 104×8/1 بهترین عملکرد حرارتی هیدرولیکی را نسبت به دیگر نانوسیالات بررسی شده در اعداد رینولدز مختلف دارند.

سیستم خنک کاری در موتور احتراق داخلی از دو بخش رادیاتور و فن تشکیل شده است. این سیستم نقش مهمی در عملکرد و راندمان موتور ایفا می کند، از این رو طراحی بهینه رادیاتور که در اصل یک مبدل حرارتی فشرده می باشد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پایان نامه انتقال حرارت در رژیم جریان درهم داخل یک مبدل حرارتی فشرده (رادیاتور خودرو) به صورت آزمایشگاهی با به کارگیری نانوسیال بررسی شده است. مبدل حرارتی مورد بررسی از 34 لوله ی آلومینیومی موازی به ارتفاع 32 سانتی متر و سطح مقطع بیضوی به قطرهای 3 و 20 میلی متر ساخته شده است. طراحی مبدل حرارتی به گونه ای است که سیال گرم از پایین ترین قسمت رادیاتور وارد شده و توسط فن خنک می شود و از بالاترین قسمت خارج می گردد. کل مسیرهای عبور سیال گرم توسط عایق ایزوله شده تا از اتلاف انرژی به محیط جلوگیری شود. آزمایش ها با نانوذرات مختلف در دو سیال پایه ی آب و مخلوط آب/ پروپیلن گلیکول (20:80) با غلظت های وزنی متفاوت تکرار شده است. نانوسیال با پایداری مناسب با استفاده از روش دو مرحله ای تولید شده است. مدت زمان هم زدن و آلتراسونیک بر پایداری نانوسیال و در نتیجه بر توانایی نانوسیال در دفع حرارت تاثیرگذار است. نانوذرات استفاده شده در این تحقیق شامل sio2, tio2, zno, sic بوده که در سه دمای ورودی 43، 52 و 60 درجه سانتی گراد و دبی جریان ورودی 3، 4، 5 و 6 لیتر بر دقیقه مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج به صورت عدد ناسلت متوسط ارائه گردید. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد نانوذره ی sic با افزایش 5/29 درصدی در غلظت وزنی 1% بیشترین تاثیر را بر عملکرد حرارتی رادیاتور دارد و sio2, tio2, zno به ترتیب در مرتبه های بعدی قرار دارند. همچنین تاثیر نانوذرات بر افزایش انتقال حرارت سیال آب/ پروپیلن گلیکول بیشتر از آب خالص بوده است. با افزایش درصد وزنی نانوذرات، کارایی حرارتی نانوسیال افزایش می یابد، میزان این افزایش به نوع نانوذره، دبی و دمای ورودی سیال بستگی دارد. با این حال افزایش غلظت از نظر تجربی و عملی با محدودیت هایی همراست؛ بدین معنی که با افزایش غلظت از میزان پایداری نانوسیال کاسته می شود و این عدم پایداری موجب برهم خوردن عملکرد نانوسیال در سیستم خواهد شد؛ بنابراین در هنگام افزایش غلظت نانوذرات، می بایست تمامی جوانب در نظر گرفته شود.

در این پایان نامه ضریب انتقال حرارت و ویسکوزیته ی نانو ذرات اکسید آلومینیوم (al2o3)، سیلیکا (sio2)، تیتانیوم دی اکسید (tio2)، اکسید روی (zno) و سیلیکون کاربید (sic) در پنج نوع سیال پایه؛ آب دی یونیزه، اتیلن گلیکول (eg)، پروپیلن گلیکول (pg)، مخلوط آب/ اتیلن گلیکول با نسبت وزنی (60:40) و مخلوط آب/ پروپیلن گلیکول با نسبت وزنی (60:40) در بازه ی دمایی 20 تا 60 درجه ی سانتی گراد و در درصدهای حجمی 0 تا 3 مورد آزمایش قرار گرفت. ویسکوزیته توسط ویسکومتر مرتعش vl700 و ضریب هدایت حرارتی به روش منبع حرارتی خطی گذرا توسط دستگاه kd2 اندازه گیری شده است. نانو سیال با پایداری مناسب با استفاده از روش دو مرحله ای تولید شده است. مدت زمان هم زدن و آلتراسونیک بر پایداری نانو سیال و در نتیجه بر توانایی نانو سیال در دفع حرارت تأثیرگذار است. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد نانو ذره ی al2o3 با افزایش 25 درصدی در غلظت حجمی 3% بیش ترین تأثیر را بر روی ضریب هدایت حرارتی نانو سیال دارد. در نانو سیالات حاوی al2o3 و sic بیش ترین افزایش ضریب هدایت حرارتی مشاهده شده وsio2, tio2, zno به ترتیب در مرتبه های بعدی قرار دارند. با افزایش دما ضریب هدایت حرارتی نانو سیال افزایش و ضریب لزجت کاهش می یابد. با افزایش غلظت حجمی نانو ذرات، ضریب هدایت حرارتی و ضریب لزجت نانو سیال افزایش می یابد که مقدار این تغییرات وابسته به جنس نانو ذره، نوع سیال پایه و نحوه ی پراکندگی نانو ذرات در سیال پایه است. نانو ذرات ,al2o3 sic , tio2, zno بیش ترین افزایش ضریب هدایت حرارتی را در سیال پایه ی آب/اتیلن گلیکول و کمترین مقدار را در سیال پایه ی آب دارا هستند. نانو سیال حاوی نانو ذره ی sio2 به ترتیب بیش ترین و کمترین مقدار افزایش ضریب هدایت حرارتی را در سیالات پایه ی اتیلن گلیکول و آب دارد. در نانو سیالات آب اتیلن گلیکول/آلومینا، آب اتیلن گلیکول/سیلیکون کاربید، آب اتیلن گلیکول/اکسید تیتانیوم و آب اتیلن گلیکول/سیلیکا حداکثر افزایش ضریب هدایت حرارتی در 3 درصد حجمی و به ترتیب برابر با 25% ، 23%، 15% و 7% بوده است. بیش ترین مقادیر ویسکوزیته در نانو سیالات در سیال پایه ی پروپیلن گلیکول مشاهده شده است. بیش ترین افزایش ویسکوزیته با افزایش غلظت نانو ذره در نانو سیال sic/pg,w در بازه ی 5/0 تا 3 درصد حجمی از 30 تا 150 درصد نسبت به سیال پایه مشاهده شده است. همچنین مقدار کاهش ویسکوزیته به صورت نمایی با افزایش دما در سیال پایه ی پروپیلن گلیکول برای نانو ذره ی sio2 در 3 درصد حجمی به مقدار 70% مشاهده شده است.

نتایج پژوهش های گذشته نشان می دهد چنانچه از نرخ کرنش و چرخش در محاسبه لزجت مقیاس های زیرشبکه استفاده شود، دقت شبیه سازی نسبت به زمانی که تنها از نرخ کرنش استفاده می شود افزایش می یابد.در میان مدل های ادی های بزرگ مدل بر اساس تابع ساختاری (sf) از هر دو نرخ فوق جهت شبیه سازی مقیاس های زیر شبکه استفاده می نماید اما این مدل بدلیل استفاده از یک ضریب ثابت (که ضریب فوق برای جریان ایزنتروپیک محاسبه شده است) بسیار اتلاف کننده می باشد. لذا جهت بهبود روش فوق برخی از محققین روش های انتخابی (ssf)را معرفی نمودند که در این روش مدلsf تنها به بخش های مغشوش جریان اعمال می شود. این امر توسط تعریف یک زاویه بحرانی انجام می گیرد که مشخص نمودن این زاویه بحرانی و همچنین تابع انتخابی خود از نقاط ضعف این مدل می باشد. در این تحقیق سعی شده است تا مدلsf به دو طریق توسعه داده شود. 1) محاسبه ضریب مدل sf بصورت شبه دینامیکی. 2) معرفی تابع جدیدی برای مدل انتخابی که مستقل از زاویه بحرانی بوده و تنها وابسته به ویژگی های محلی سیال باشد. بدین منظور به ترتیب مدل های جدید nssf و msf در این پژوهش معرفی شده اند. عملکرد مدل های نوین برای هندسههای مختلف همچون جریان داخل کانال، جت صفحه ای، جریان اطراف یک مانع مربعی چسبیده به کف کانال،جریان اطراف سیلندر مربعی در جریان آزاد، جریان اطراف سیلندر مستطیلی با نسبت طول به عرض کم درداخل کانال و نهایتاً جریان اطراف دو مانع مربعی چسبیده در کف کانال در دو آرایش خطی و غیر خطی مورد مطالعه قرار گرفت.

هیدروژن به¬عنوان سوختی پاک و جایگزین برای سوخت¬های معمول هیدروکربنی شناخته شده است. این عنصر به¬عنوان بهترین گزینه و اقتصادی¬ترین سوخت در دراز مدت به منظور استفاده در سیستم¬های پیل سوختی از پتانسیل بسیار بالایی برخوردار است.در این پژوهش با استفاده از یک مدل دوبعدی و ساختار d2q9 در روش شبکه بولتزمن، رفتار بستر هیدرید فلزی از در انتقال حرارت و جرم به هنگام آزادسازی هیدروژن مورد شبیه¬سازی قرار گرفته و پارامترهای موثر بر عملکرد بستر هیدرید مورد بررسی قرار گرفته¬اند. نتایج نشان داده است که با افزایش دما و ضریب هدایت حرارت بستر، عملکرد مخزن بهبود می¬یابد. از طرفی کاهش فشار تخلیه هیدروژن نیز موجب می¬شود بستر در زمان کمتری هیدروژن را واجذب کند. با افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی سیال گرم کننده اطراف مخزن تا اندازه¬ای مشخص، زمان واجذب هیدروژن کاهش پیدا می¬کند. با افزایش نسبت ارتفاع به شعاع بستر انتقال حرارت به بستر بهبود یافته و واجذب هیدروژن بیشتر می¬شود.

در این مطالعه تاثیر میدان مغناطیسی ناشی از سیم حامل جریان الکتریسیته بر جریان سیال بیومغناطیس در یک کانال بصورت سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این شبیه سازی از نرم افزار انسیس فلوئنت با اضافه کردن زیربرنامه مناسب به آن استفاده شده است. نتایج نشان می دهد، در حضور این میدان مغناطیسی، انتخاب شبکه ی محاسباتی مناسب، بسیار با اهمیت است. در این مطالعه، چگونگی انتخاب یک شبکه ی محاسباتی مناسب بیان شده است و شبکه ی مناسبی که نیروی مغناطیسی را بصورت تقریبا دقیقی پوشش می دهد انتخاب گردیده است. تاثیر جداگانه ی نیروی لورنتس و نیروی برآمده از مغناطیس پذیری این میدان مغناطیسی بر جریان سیال در محدوده ای از اعداد مغناطیسی (mn) و استوارت (n) که مطابق با خواص سیال می باشد ( تا 0.06065=n) بررسی شده است. نتایج نشان می دهد نیروی لورنتس تاثیر قابل ملاحظه ای بر جریان سیال نداشته و جریان سیال تحت تاثیر نیروی مغناطیسی برآمده از مغناطیس پذیری قرار می گیرد. وجود این میدان مغناطیسی سبب ایجاد جریان ثانویه می گردد که این جریان، تغییر قابل ملاحظه ای روی توزیع سرعت می گذارد. نتایج نشان می دهد که وجود جریان های ثانویه موجب افزایش تنش های برشی غیر محوری بر روی دیواره های کانال می گردد. همچنین این بررسی نشان می دهد که اعمال این میدان مغناطیسی، می تواند موجب کنترل ناحیه های چرخشی شود. در صورت وجود موانع در کانال، اعمال میدان مغناطیسی، نیروی درگ اعمالی بر موانع را افزایش می دهد.

در این پایان نامه یک سیستم شامل مخزن متال هیدرید و اکسیژن مایع و مبدلهایی جهت پیش گرم کردن اکسیژن و هیدروژن و همچنین خنک نمودن استک پیل سوختی، می باشد. در این پژوهش شاهد تاثیر عواملی همچون استوکیومتری و دمای اکسیژن و هیدروژن ورودی به استک پیل سوختی و .. بر روی توان تولیدی پیل و آب مورد نیاز برای خنک نمودن استک و .. میباشیم.

در این مطالعه به بررسی عددی انتقال حرارت جابه جایی درهم درون لوله با نوار تابیده شده پرداخته می شود. شبیه سازی صورت گرفته با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت بصورت جریان سه بعدی در ناحیه متلاطم انجام می شود. هدف از این بررسی مشاهده شکل میدان جریان، توزیع انتقال حرارت، نهایتا بدست آوردن افت فشار و عدد ناسلت به ازای اعداد رینولدز مختلف می باشد. در ادامه پارامترهای هندسی نوار تابیده از قبیل نسبت پیچش، طول نوار، ارتفاع صفحه تابیده شده و همچنین نوار تابیده شده با وجود سوراخ مورد ارزیابی قرار می گیرد. برای شبیه سازی اغتشاش از مدل های k-? standard, rng k- ?, realizable k- ?, sst k-?, standard k-? استفاده شده که نهایتاً با مقایسه نتایج آزمایشگاهی مدل realizable k- ? انتخاب شده است. با کاهش 25% نسبت پیچش، انتقال حرارت 25% و افت فشار 50% در مقایسه با نوار تابیده شده معمولی افزایش می یابد. با کاهش 50% عرض نوار، انتقال حرارت 40% و افت فشار 85% و همچنین با کاهش71% طول نوار، انتقال حرارت 65% و افت فشار 105% در مقایسه با نوار تابیده شده معمولی کاهش می یابد. ایجاد تغییرات خاص بر روی نوار تابیده شده ازجمله سوراخ کردن نوار، بریده شدن لبه نوار و همچنین دندانه دار کردن نوار اثرات متفاوتی بر روی انتقال حرارت و افت فشار در مقایسه با نوار تابیده شده ساده دارد. در نوار تابیده شده با وجود سوراخ، انتقال حرارت 20% و افت فشار 13% و همچنین با ایجاد لبه بریده شده بر روی نوار، انتقال حرارت 10% و افت فشار 7% در مقایسه با لوله با نوار تابیده شده معمولی کاهش می یابد. نتایج نشان می دهد که نوار دندانه دار تابیده شده موجب افزایش20% انتقال حرارت و همچنین افزایش افت فشار به میزان 23% در مقایسه با لوله با نوار تابیده شده معمولی می باشد.

در این پایان نامه، تأثیر رشته های الاستیک در کانال با استفاده از روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی وجود رشته های الاستیک روی دیواره کانال با روش مرز غوطه ور ترکیب شده است؛ که به آن روش شبکه بولتزمن- مرز غوطه ور گفته می شود. برای اطمینان از صحت کد نوشته شده میدان جریان حول استوانه شبیه سازی شده و نتایج قابل قبولی بدست آمده است. همچنین جریان داخل کانال با وجود رشته های الاستیک متوالی که از یک سمت روی دیواره های کانال ثابت شده اند، شبیه سازی شده است. نوسان های مشاهده شده در رشته های الاستیک به علت برگشت جریان در پشت رشته ها بوده است. این نوسانات سبب نوسان در ضریب درگ و لیفت شده است.

در پروژه پیشرو فرآیند بهینه سازی شکل آیرودینامیک یک قطار تندرو، با هدف یافتن بهترین هندسه از نقطه نظر نیروی درگ و لیفت، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در این راستا پس از تعیین مقدار شیب گذار از بدنه اصلی به دماغه، مقدار باریکی دماغه، ارتفاع قسمت بالایی و پایینی نوک و موقعیت نقطه پیشانی به عنوان متغیر در طراحی شکل بدنه، از روش نربس برای تعریف هندسه بدنه به صورت پارامتریک استفاده شده است. برای مدل سازی جریان روی بدنه و یافتن مقادیر ضریب درگ و لیفت هندسه های مختلف در این پروژه، از معادلات ناویراستوکس متوسط گیری شده در زمان و برای مدلسازی آشفتگی از مدل اسپالارات-آلماراس استفاده گردیده و به منظور کاهش تعداد تحلیل ها در طول فرآیند بهینه سازی و به دنبال آن کاهش زمان فرآیند بهینه سازی، از مدل جانشین بر پایه شبکه عصبی مصنوعی به جای استفاده از شبیه سازی عددی در فرآیند بهینه سازی استفاده شده است. در پایان نتایج بهینه سازی با استفاده از چهار الگوریتم nsga-ii، mopso، mopso-cd و moica ارائه و با یکدیگر مقایسه شده و مجموعه هندسه های بهینه و شکل جریان برخی از این اشکال ارائه شده اند. نتایج نشان دادند که فرآیند ارائه شده در این پروژه، از عملکرد بسیار مناسبی برخوردار بوده است و توانسته تمامی طرح های بهینه را به درستی پیش بینی کند. همچنین در میان الگوریتم های بهینه سازی چندهدفه مورد بررسی در این پروژه، الگوریتم moica عملکرد مناسب تری از سایر الگوریتم ها در زمینه مورد بررسی در این پروژه از خود نشان داد.

انجام آزمایش برروی مبدل های انرژی موج مطمئن ترین راه برای ارزیابی سناریو های مختلف عملکردی، طراحی و بهینه سازی است. استخر موج از جمله تجهیزات آزمایشگاهی است که سناریوهای مختلف برهم کنش مبدل های انرژی موج و امواج در آن آزمایش می شود. اما هزینه ی بالای ساخت مدل های مختلف و همچنین ایجاد چینش های آزمایشگاهی متفاوت، معضل مهمی در استفاده از روش آزمایشگاهی است. جایگزینی روش های آزمایشگاهی با ابزارهای تئوری راه حل مطلوبی برای کاهش هزینه ی مطالعه بر سناریو های مختلف می باشد. در تحقیق حاضر ابزاری عددی توسعه داده شده است تا بتواند در چارچوب فرضیات و مدل های تئوری، رفتار اجسام شناور در استخر موج سه بعدی را شبیه سازی کند. فرضیات جریان غیرلزج و غیرچرخشی بر مدل مکانیک سیالاتی و امواج-کوچک دامنه بر رژیم امواج حادث، حاکم است. بر پایه ی این فرضیات مدل حاکم بر مکانیک سیالات مسئله به معادله ی لاپلاس سه بعدی کاهش می یابد. برای حل معادله ی لاپلاس سه بعدی از روش معادله ی انتگرال مرزی خطی، که قابلیت اطمینان آن در ادبیات هیدرودینامیک دریایی اثبات شده است، استفاده شده است. برای مطالعه ی دینامیک گذرای جسم شناور آزاد، حرکت گذرای جسم با معادله کامینز مدل سازی می شود. این معادله با سیستم های دینامیکی در نرم افزار سیمیولینک جایگزین شده است. برای تعیین هویت این سیستم ها از ارتباط بین ضرایب معادله کامینز با ضرایب هیدرودینامیکی وابسته به فرکانس، حاصل از حل معادله ی انتگرال مرزی سه بعدی استفاده شده است. بالاآمدگی امواج تولید شده توسط موج ساز در مکان جسم در استخر، به عنوان تحریک (ورودی) سیستم دینامیکی و جابجایی جسم به عنوان خروجی آن در نظر گرفته شده است. برای محاسبه ی بالاآمدگی آب مسئله ی تولید امواج در استخر موج توسط موج ساز فلپ به روش معادله ی انتگرال مرزی و در چارچوب فرضیات قبلی حل شده است. ویژگی روش های استفاده شده هزینه ی محاسباتی اندک آن ها برای شبیه سازی طیف وسیعی از سناریو های آزمایشگاهی است. برای نمایش کاربرد رویه ی پیشنهادی، دو نوع تست آزمایشگاهی تباهی آزاد و حدوث امواج بر جسم شناور آزاد در حال هیو مورد مطالعه قرار گرفت. از جمله نتایج مهم به دست آمده در تست مجازی جسم شناور آزاد هیو آن است که در کورس ثابت موج ساز با افزایش دور موتور جسم جابجایی و نیرو های بزرگتری را تجربه می کند. از سوی دیگر در دور موتور ثابت با افزایش کورس موج ساز، جسم جابجایی و نیرو های بزرگتری را تجربه می کند که نسبت بزرگی این کمیت ها با نسبت بزرگی کورس هم مرتبه است.

در این تحقیق اثر پارامترهای هندسی ازقبیل فاصله بین لوله ها، تعداد لولهها، و چگونگی قرار گرفتن آنها بر روی انتقال حرارت جابجایی 1 در جریان آرام 2 روی یک سری از لولهها در شرایط مرزی دما ثابت و شار ثابت به صورت عددی، با استفاده از نرم افزار فلوئنت 3 مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا انتقال حرارت جابجایی آزاد بر روی یک لوله با مقطع بیضوی با شار حرارتی ثابت مورد مطالعه قرار گرفته و در ادامه اثر قرار گرفتن لوله و ابعاد هندسه بر روی انتقال حرارت بررسی شده و نتایج با مقادیر آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته که از همخوانی خوبی بر خوردار می باشد. با اضافه نمودن تعداد لوله ها ، آرایش دو لوله ای و پنج لوله ای در شرایط مختلف مرزی دما ثابت و شار ثابت مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل نشان داده است که در شرایط دو لوله ای ، استوانه اول دارای شرایط استوانه تنهاست و استوانه ثانویه تحت تاثیر فاصله از استوانه اولی قرار دارد . از سوی دیگر تغییر وضعیت قرارگیری لوله ها شدیدا بر روی انتقال حرارت موضعی لوله تاثیر گذار بوده و افزایش فاصله میان لوله ها باعث افزایش انتقال حرارت می گردد. در انتها شرایط مختلف آرایش پنج لوله ای در فاصله و زوایای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است . نتایج نشان داده است که در ردیف های عمودی انتقال حرارت از استوانه های پایین دست نسبت به استوانه تنها کاهش می یابد