این پایان نامه نتایج شبیه سازی یک راکتور لوله ای بسترثابت مقیاس پایلوت جهت انجام واکنش های کراکینگ مواد نفتی را ارائه می کند، که در طی آن ترکیبات آروماتیک و غیرآروماتیک (یک برش نفتی) به عنوان خوراک راکتور به محصولات میانی دیزل و کروسین تبدیل شده و در صورت ادامه واکنش ها محصولات نامطلوب نفتا و گاز تولید می شوند. با توجه به اینکه توزیع سرعت خوراک و ترکیبات تولیدی، فشار، دما و غلظت تاثیر بسزایی بر روی بازده تولید دیزل و کروسین به عنوان محصول مطلوب دارد، و تنها با در نظر گرفتن یک مدل ساده سینتیکی دستیابی به دقت مناسب برای تخمین غلظت اجزا ممکن نیست، بنابراین مدلسازی و شبیه سازی میدان جریان در کنار مدل سینتیکی می تواند به کسب اطلاعات دقیق تر در سیستم مورد مطالعه کمک کند. بدین منظور شبیه سازی به روش دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان یک روش جدید تخمین توزیع غلظت اجزا هیدروکربوری در راکتور هیدروکراکینگ، توسط نرم افزارهای gambit 2.3 و cfx 11 جهت به دست آوردن دینامیک سیالات عبوری از بستر راکتور، خطوط جریان و بردارهای سرعت، و نحوه توزیع غلظت در سرعت های فضایی و دماهای مختلف عملیاتی در امتداد راکتور انجام گرفت. برای این منظور از ابعاد ، شرایط عملیاتی و مدل سینتیکی واکنش های یک راکتور مقیاس پایلوت در پژوهشگاه صنعت نفت تهران استفاده شد. شبیه سازی در سرعت های فضایی 5/0، 0/1، 5/1، و 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست و دماهای 380، 400، 420، و 440 درجه سانتیگراد انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت فضایی از 5/0 به 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست در دمای عملیاتی 380 درجه سانتیگراد بازده تولید دیزل و کروسین به ترتیب از 5/32 به 3/26 درصد و از 1/8 به 3/2 درصد و در دمای عملیاتی 400 درجه سانتیگراد از 4/26 به 7/19 درصد و از 5/24 به 2/10 درصد کاهش می یابد، اما در دماهای عملیاتی 420 و 440 درجه سانتیگراد با افزایش سرعت فضایی بازده تولید دیزل به ترتیب 3/20 و 1/13% افزایش می یابد. بازده تولید کروسین در دمای 420 درجه سانتیگراد با افزایش سرعت فضایی نیز سیر نزولی 1/5 درصدی دارد، در حالیکه بازده این محصول با افزایش دما به 440 درجه سانتیگراد 5/15% افزایش می یابد. در دماهای 380، 400، 420، و 440 درجه سانتیگراد با افزایش سرعت فضایی از 5/0 به 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست بازده تولید نفتا به ترتیب 9/1، 4/6، 7/14، و 6/8% کاهش یافته و بازده تولید گاز نیز به ترتیب 5/11، 8/8، 5/24، و 8/21% کاهش می یابد. نتایج شبیه سازی نشان دهنده افزایش بازده تولید باقیمانده واکنش ها با افزایش سرعت فضایی از 5/0 تا 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست در دماهای مختلف عملیاتی در دامنه 8/3 تا 4/25% می باشند. افزایش دما از 380 به 440 درجه سانتیگراد در سرعت های فضایی 5/0 تا 5/1 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست منجر به کاهش بازده تولید محصول دیزل در دامنه 18 تا 30% می شود. ولی منجر به افزایش بازده تولید کروسین در سرعت های فضایی 5/0 تا 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست در محدوده 3/10 تا 6/29% می گردد. اعمال این شرایط به ترتیب منجر به افزایش بازده تولید نفتا و گاز در دامنه 18 تا 34% و 21 تا 32% می گردند. بازده تولید باقیمانده با افزایش دما از 380 تا 440 درجه سانتیگراد در سرعت های فضایی 5/0 تا 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست منجر به کاهش در محدوده 39 تا 61% می گردد. تغییرات غلظت اندازه گیری شده در راکتور نیمه صنعتی نشان دهنده وجود حداکثر 22% خطای نتایج شبیه سازی در مقایسه با نتایج تجربی است.

در پالایش گاز طبیعی، نم زدایی یکی از فرآیندهای مهم می باشد و به همین منظور روش های بسیاری برای نم زدایی وجود دارد، اما امروزه استفاده از روش جذب سطحی به عنوان یک فرآیند مناسب در نم زدایی از گاز طبیعی رو به گسترش است. در این رساله، مدل سازی و شبیه سازی جذب سطحی بستر نم زدایی از گاز طبیعی بر روی غربال مولکولی 3a و 5a انجام شده است. این فرآیند هم اکنون در پالایشگاه سوم پارس جنوبی مورد استفاده قرار می گیرد وغربال مولکولی مورد استفاده در این واحد 5a می باشد که مشکل آن جذب همزمان مرکاپتان است. در مدل سازی فرآیند جذب سطحی در بستر ، با در نظر گرفتن مدل پراکندگی محوری برای رژیم جریان گاز در بستر، معادلات موازنه جرم استخراج شده است. در این مدل برای غربال مولکولی 5a جذب آب و مرکاپتان با هم و برای غربال مولکولی 3a فقط جذب آب در نظر گرفته شده، چون مرکاپتان جذب این نوع غربال مولکولی نمی شود. برای هریک از اجزاء قابل جذب در بستر، یک معادله انتقال جرم جزئی و معادله موازنه جرم کلی برای سیستم نوشته شده است. رابطه بین غلظت فاز جامد و سیال نیز با مدل نیرو محرکه خطی تقریب زده شده است. برای برقراری ارتباط بین داده های تعادلی گاز-جامد از مدل لانگمویر و برای محاسبه افت فشار در بستر معادله ارگان استفاده شده است. شبیه سازی به صورت همدما انجام گرفته شده است. برای به دست آوردن تغییرات غلظت هر یک از اجزاء و تغییرات فشار، معادلات فوق الذکر بایستی در هر نقطه از بستر حل شوند. برای حل از روش عددی تفاضلات محدود استفاده شده که با حل همزمان این معادلات پروفایل تغییرات غلظت وفشار حاصل شده است. برای بررسی صحت شبیه سازی، نتایج مدل با داده های عملی واحد نم زدایی مقایسه شد که برای غربال مولکولی نوع 5a خطا برابر با36/2 % بود که نشان دهنده تطابق نزدیک مدل با داده های عملیاتی است. مقایسه نتایج دو نوع غربال مولکولی در شرایط عملیاتی نشان دهنده این است که غربال مولکولی 5a اگرچه تا حدودی میزان جذب بیشتری از غربال مولکولی 3a دارد ولی به علت جذب همزمان مرکاپتان برای نم زدایی مناسب نیست و بهتر است از غربال مولکولی 3a در این فرآیند استفاده شود. سپس برای مقایسه تاثیر پارامترهای مهم عملیاتی بر عملکرد سیستم، برای هر یک از غربال مولکولی ها 9 مورد مطالعاتی در نظر گرفته شد که با مقایسه نتایج ملاحظه می شود که تاثیر دما و فشار بر میزان جذب آب ناچیز است ولی با افزایش ارتفاعی از بستر که اندازه غربال مولکولی بزرگتری دارد، مخصوصا در حالتی که کل بستر با غربال مولکولی بزرگتر پر شده است میزان جذب به شدت کاهش می یابد مثلا برای غربال مولکولی 5a وقتی کل بستر با ذرات 6/1 میلیمتری پر شده است درصد اشباع 28/75 است و وقتی که بستر با ذرات 2/3 میلیمتری پر شده است درصد اشباع به 92/12 می رسد.

در این پژوهش حرکت حباب در میدان جریان آرام و آشفته شبیه سازی شده است. همزمان با پیشرفت امکانات محاسباتی و به دلیل اهمیت سطح مشترک میان دو فاز و زمان ماند حباب در صنایع شیمیایی، بخصوص در موارد توام با انتقال جرم و حرارت، در طی دهه اخیر شبیه سازی حرکت حباب توجه بسیاری از محققین را به خود معطوف ساخته است. هدف از این کار نیز مطالعه حرکت حباب به منظور بررسی تغییرات شکل و سرعت آن توسط دینامیک سیالات محاسباتی می باشد. جهت انجام شبیه سازی از کد تجاری fluent و الگوریتم چندفازی دربرگیرنده سطح مشترک موجود در آن(روش حجم سیال) استفاده شد. پیش از این به دلیل ضعف امکانات محاسباتی حرکت حباب حتی در سیال ساکن نیز به ندرت به صورت سه بعدی شبیه سازی شده و شبیه سازی ها عمدتا به صورت دوبعدی انجام شده اند و مقایسه نتایج آنها نیز معمولا به صورت کیفی و تنها با مقایسه شکل با نتایج تجربی انجام می شد، ولی در این پایان نامه پس از شبیه سازی حرکت حباب به طور کاملا سه بعدی نتایج بدست آمده نیز هم به صورت کیفی و هم به صورت کمی با نتایج محققین پیشین مقایسه شده اند. این پایان نامه در سه فاز و مرحله کلی انجام شده است به طوری که نتیجه هر مرحله در تهیه مدل و هندسه مرحله بعد نقش به سزایی داشته است. مرحله اول شبیه سازی سه بعدی حرکت حباب در سیال ساکن، مرحله دوم شبیه سازی میدان جریان آشفته در مخزن همزن دار مجهز به چهار بافل عمودی و پروانه شش تیغه توربینی نوع راشتون به صورت تک فاز و سپس دوفازی(تحت روش vof) بوده و در نهایت مرحله پایانی شبیه سازی حرکت حباب در مخازن مرحله دوم می باشد. در مراحل اول و دوم پس از مقایسه نتایج با نتایج تجربی خطای متوسط 2/1% در پیش بینی سرعت حد حباب در سیال ساکن و همچنین 18% کاهش خطای متوسط در پیش بینی انرژی جنبشی آشفته (k) در مخزن همزن دار نسبت به نتایج شبیه سازی انجی و همکاران(1998)(38%) مشاهده شد. اما در مرحله سوم (حرکت حباب در مخزن همزن دار) به دلیل عدم وجود نتایج تجربی جهت حرکت تک حباب و همچنین عدم امکان انجام آزمایش به صورت تجربی به دلیل پیچیده بودن میدان جریان و نبود تجهیزات دقیق، این نتایج تنها به صورت کیفی و بر مبنای ملاحظات فیزیکی جریان و هندسه تانک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و نتایج بر مبنای الگوی جریان تقریبا قابل پیش بینی و معقول می باشند.

با وجود کاربرد گسترده برج های پرشده معمولی در صنایع جداسازی، ثابت شده است که محدودیت های افت فشار و انتقال جرم قابل توجهی در این برج ها ، وجود دارد. یکی از ایده هایی که در دهه های اخیر در جهت رفع این محدودیت ها مطرح شده و در موارد زیادی کارایی آن ثابت شده است، استفاده از بستر پرشده چرخان (rpb) می باشد. ایده اصلی بسترهای پرشده چرخان، جایگزینی میدان گرانش زمین با میدان گریز از مرکز است. اگر بتوان شتاب ناشی از گرانش را درون دستگاه افزایش داد، در این صورت نیروی محرکه جدیدی برای حرکت فازها درون دستگاه فراهم می شود. در چنین شرایطی طغیان درون برج به سختی اتفاق می افتد. در نتیجه، دبی های بالاتر گاز و مایع می توانند مورد استفاده قرار گیرند، سطح ویژه برج افزایش می یابد و فیلم های مایع نازکتر می شوند. تحت این شرایط، ضرائب انتقال جرم حجمی بالایی بدست می آیند که بشدت ابعاد فیزیکی مورد نیاز دستگاه را کاهش می دهند.با توجه به پتانسیل بالای بسترهای پرشده چرخان برای تقویت فرایند، از دینامیک سیالات محاسباتی برای فهم بهتر و دقیق تر هیدرودینامیک جریان سیال درون این بسترها استفاده شد. به همین منظور، در مرحله اول، جریان گاز درون یک بستر پرشده چرخان بدون حضور مایع و با استفاده از دو روش محیط متخلخل و چیدمان نامنظم پرکننده ها، با استفاده از نرم افزار fluent شبیه سازی شد. در مرحله دوم، با استفاده از مدلی بر اساس روش انتگرال مومنتوم، پروفایل سرعت های مماسی و شعاعی مایع، ضخامت فیلم مایع، میزان تجمع مایع درون بستر و نهایتاً میزان افت فشار جریان گاز در حالت دوفازی بدست آمد.نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان دادند که افت فشار کل دستگاه rpb در حالت خشک، با افزایش سرعت زاویه ای بستر و افزایش دبی جریان گاز، افزایش می یابد. از آنجاییکه طراحی ورودی جریان گاز، نحوه توزیع گاز درون محفظه ثابت rpb را تعیین می کند، برای بررسی اثر زاویه ورودی گاز بر روی توزیع جریان درون بستر پرشده چرخان، سه هندسه مختلف با زوایای 90، 45 و 0 درجه لوله ورودی گاز نسبت به بدنه محفظه، ایجاد شدند. نتایج مربوطه نشان دادند که در مورد ورودی مماسی، توزیع نامنظم جریان گاز درون محفظه ساکن، همچنین در محل الحاق بستر و محفظه، نسبت به سایر طراحی ها کمتر می باشدبیشترین میزان ضریب توزیع نامنظم سرعت های شعاعی و مماسی درون محفظه ساکن، برای ورودی مماسی به ترتیب حدوداً برابر 64/0 و 65/1 بدست آمد که کمتر از سایر طراحی ها بود. نتایج حاصل از مرحله دوم پژوهش نشان دادند که در یک سرعت زاویه ای مشخص، افزایش دبی جریان مایع منجر به افزایش میزان تجمع مایع درون بستر می گردد. افت فشار جریان گاز درون بستر پرشده در حالت دوفازی، بخصوص در سرعت های زاویه ای بالاتر، کمتر از افت فشار بستر خشک بدست آمد. بنابراین، نتیجه گرفته شد که حضور جریان مایع درون بستر پرشده باعث کاهش افت فشار جریان گاز می شود. این امر به این دلیل است که جریان مایع در حضور میدان گریز از مرکزی به صورت یک روان کننده عمل می-کند و باعث سهولت حرکت جریان گاز از بین پرکننده ها می گردد. علاوه بر این، حضور مایع باعث کوتاه شده مسیر حرکت گاز می گردد.

با پیشرفت روش های عددی و وجود ابزاری همچون دینامیک محاسباتی سیالاتی، امکان شبیه سازی جذب سطحی اجزا شیمیایی درون ستون های پرشده از ذرات جامد بوجود آمده است. در این پژوهش با استفاده از این ابزار روش جدیدی برای شبیه سازی حالت سه بعدی پدیده های انتقال (مومنتوم و جرم) و جذب فیزیکی در داخل یک ذره کاتالیست ارائه می شود. معادلات حاکم بر روی ذره ونیز معادلات انتقال جرم درون ذره همزمان با شرایط مرزی مناسب بر روی ذره کاتالیست در نرم افزار تجاری6.3.26 fluentشبیه سازی شده اند. از یک (udf) برای تعیین شرایط مرزی بر روی دیواره ذره کاتالیست استفاده شده است. به این ترتیب در سطح مشترک سیال – جامد سرعت عمودی جزء جذب شونده از فلاکس ورودی به جامد محاسبه شده و مشکلات ناشی از شار جابجایی سطح مشترک ذره- سیال و همچنین ضرایب نفوذ مرتفع شده اند. برای صحت سنجی نتایج ، اعداد بدون بعد sh حول ذره کروی مقایسه می شوند.همچنین تغییرات عدد شروود بر حسب زاویه از نقطه سکون بررسی شده و منحنی های رخنه به صورت کیفی نمایش داده شده و تاثیر سرعت و اندازه شبکه بر این نمودارها ارائه شده است. نتایج نشان دهنده آن است که از این مدل می توان برای شبیه سازی جذب سطحی بسترهای متخلخل استفاده کرد. مسیرهای سرعت و پروفیل های غلظت پیرامون ذره و نیز درون کاتالیست نشان دهنده آن است که استفاده از مدل های معمول محیط متخلخل نمی تواند حل دقیقی از مسئله را ارائه دهد. در مرحله بعد به تحلیل هیدرودینامیکی وشبیه سازی برج های پرشده ، برای چیدمان های 8 ، 14 و سه نوع چیدمان 20 تایی(روشdem) از ذرات کروی شکل پرداخته و کانتورهای مربوط به فشار و سرعت مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مربوط به افت فشار با روابط تجربی مقایسه می شود.از طرفی تاثیر عدد رینولدز بر نمودارهای افت فشار برای ستون های پرشده 14 و 20 تایی نشان داده شده است. بردارهای سرعت وکانتورهای فشار در مقطع های مختلف دیوار ستون و در رینولدزهای مختلف نمایش داده شده است . نتایج حاکی از آن بود که مقدار سرعت در نزدیکی دیوارها و در بعضی از فضاهای بین کره ها بیشتر شده و با افزایش عدد رینولدز امکان تشکیل چرخانه ها بیشتر شده که باعث بوجود آمدن جریان های برگشتی در خروجی از بستر می شوند. همچنین با افزایش عدد رینولدز مقدار سرعت شعاعی در نزدیکی دیواره بستر نسبت به مرکز آن بیشتر شده و به شدت بر روی ضرایب انتقال حرارت و جرم دیواره(nu_w,sh_w)اثر گذاشته و باعث افزایش آن ها می شود.در انتها معادلات مربوط به انتقال مومنتوم ، انتقال جرم فاز سیال و جامد ، و همچنین جذب فیزیکی در داخل ذرات کروی برای یک برج پرشده با چیدمان 8 تایی حل شده و به دلیل کمبود نتایج آزمایشگاهی برای این نوع هندسه و همچنین عدم امکان انجام آزمایش به صورت تجربی ، فقط به صورت کیفی به تجزیه و تحلیل نتایج و منحنی های رخنه پرداخته می شود.

با پیشرفت روش های عددی و وجود ابزاری همچون دینامیک محاسباتی سیالاتی، امکان شبیه سازی جذب سطحی اجزا شیمیایی درون ستون های پرشده از ذرات جامد بوجود آمده است. در این پژوهش با استفاده از این ابزار روش جدیدی برای شبیه سازی حالت سه بعدی پدیده های انتقال (مومنتوم و جرم) و جذب فیزیکی در داخل یک ذره کاتالیست ارائه می شود. معادلات حاکم بر روی ذره ونیز معادلات انتقال جرم درون ذره همزمان با شرایط مرزی مناسب بر روی ذره کاتالیست در نرم افزار تجاری6.3.26 fluentشبیه سازی شده اند. از یک (udf) برای تعیین شرایط مرزی بر روی دیواره ذره کاتالیست استفاده شده است. به این ترتیب در سطح مشترک سیال – جامد سرعت عمودی جزء جذب شونده از فلاکس ورودی به جامد محاسبه شده و مشکلات ناشی از شار جابجایی سطح مشترک ذره- سیال و همچنین ضرایب نفوذ مرتفع شده اند. برای صحت سنجی نتایج ، اعداد بدون بعد sh حول ذره کروی مقایسه می شوند.همچنین تغییرات عدد شروود بر حسب زاویه از نقطه سکون بررسی شده و منحنی های رخنه به صورت کیفی نمایش داده شده و تاثیر سرعت و اندازه شبکه بر این نمودارها ارائه شده است. نتایج نشان دهنده آن است که از این مدل می توان برای شبیه سازی جذب سطحی بسترهای متخلخل استفاده کرد. مسیرهای سرعت و پروفیل های غلظت پیرامون ذره و نیز درون کاتالیست نشان دهنده آن است که استفاده از مدل های معمول محیط متخلخل نمی تواند حل دقیقی از مسئله را ارائه دهد. در مرحله بعد به تحلیل هیدرودینامیکی وشبیه سازی برج های پرشده ، برای چیدمان های 8 ، 14 و سه نوع چیدمان 20 تایی(روشdem) از ذرات کروی شکل پرداخته و کانتورهای مربوط به فشار و سرعت مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مربوط به افت فشار با روابط تجربی مقایسه می شود.از طرفی تاثیر عدد رینولدز بر نمودارهای افت فشار برای ستون های پرشده 14 و 20 تایی نشان داده شده است. بردارهای سرعت وکانتورهای فشار در مقطع های مختلف دیوار ستون و در رینولدزهای مختلف نمایش داده شده است . نتایج حاکی از آن بود که مقدار سرعت در نزدیکی دیوارها و در بعضی از فضاهای بین کره ها بیشتر شده و با افزایش عدد رینولدز امکان تشکیل چرخانه ها بیشتر شده که باعث بوجود آمدن جریان های برگشتی در خروجی از بستر می شوند. همچنین با افزایش عدد رینولدز مقدار سرعت شعاعی در نزدیکی دیواره بستر نسبت به مرکز آن بیشتر شده و به شدت بر روی ضرایب انتقال حرارت و جرم دیواره(nu_w,sh_w)اثر گذاشته و باعث افزایش آن ها می شود.در انتها معادلات مربوط به انتقال مومنتوم ، انتقال جرم فاز سیال و جامد ، و همچنین جذب فیزیکی در داخل ذرات کروی برای یک برج پرشده با چیدمان 8 تایی حل شده و به دلیل کمبود نتایج آزمایشگاهی برای این نوع هندسه و همچنین عدم امکان انجام آزمایش به صورت تجربی ، فقط به صورت کیفی به تجزیه و تحلیل نتایج و منحنی های رخنه پرداخته می شود.

جذب گاز فرایندی است که در آن یک مخلوط گاز را در تماس با مایعی قرار می دهند تا یک یا تعداد بیشتری از سازنده ها در مایع حل شده و محلولی از آن سازنده ها در مایع حاصل شود. به طور کلی سه روش برای افزایش جذب وجود دارد: روش مکانیکی، روش شیمیایی و روش نانوتکنولوژی.در این پایان نامه بررسی تجربی استفاده از نانوسیالات در فرایند جذب گاز دی اکسید کربن در یک برج دیواره مرطوب آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است.برای انجام آزمایشات در شرایط مختلف و اندازه گیری پارامترهای موردنظر، ابتدا برج دیواره مرطوب طراحی و ساخته شد.قطر داخلی این برج 28 میلی متر، قطر خارجی 32 میلی متر و ارتفاع برج 45/1 متر می باشد. در این پروژه از نانوسیال آب- اکسید تیتانیم، نانوسیال آب- اکسید آلومینیم و نانوسیال آب-اکسیدآهن به عنوان حلال برای بررسی فرایند جذب استفاده شد. اثر دبی فاز مایع ودبی فاز گاز بر روی فرایند انتقال جرم نانوسیالات آب-اکسید آلومینیم، آب-اکسید آهن و آب-اکسید تیتانیم درغلظت های مختلف وهمچنین تأثیر میدان مغناطیسی بر روی فرایند جذب گاز دی اکسید کربن توسط سیال پایه (آب) و نانوسیال آب-اکسید آهن بررسی شد. نانوسیال آب- اکسید آلومینیمبا غلطت های 01/0، 05/0، 1/0، 5/0 و1 درصد حجمی، نانوسیال آب-اکسید تیتانیم با غلظت های 05/0، 1/0 و 5/0 درصد حجمی و نانوسیال آب-اکسید-آهن با غلظت های 005/0، 008/0 و 024/0 درصد حجمی استفاده شد. اثر میدان مغناطیسی برای سیال پایه در شدت جریان های 0، 5/0،1و 5/1در دو جهت، خلاف جهت فیلم ریزان و هم جهت با فیلم ریزان، بررسی شد. دبی فاز مایع برای تمام آزمایشات 1/3، 68/4 و 66/6 میلی لیتر بر ثانیه و دبی فاز گاز 1 و 5 لیتر بر دقیقه می باشد. اثر میدان مغناطیسی بر روی نانوسیال آب-اکسید آهن و آب بررسی شد. آزمایشات آب-اکسید آهن با میدان مغناطیسی در شدت جریان 1 آمپر و در جهت فیلم ریزان انجام شد. اثر میدان مغناطیسی برای سیال پایه در شدت جریان های 0، 5/0،1و5/1 آمپر در دو جهت، خلاف جهت فیلم ریزان و هم جهت با فیلم ریزان، بررسی شد.نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که نانوسیال آب-اکسید آلومینیم عملکرد انتقال جرمی بهتری نسبت به سیال پایه از خود نشان می دهد. برای نانوسیال آب-اکسیدآلومینیم ضریب انتقال جرم و شار انتقال جرم افزایش پیدا کرده و این افزایش نسبی با افزایش غلظت نانوذرات بیشترمی گردد. افزایش ضریب انتقال جرم در 1% حجمی نانوسیال آب-اکسید آلومینیم 55 % و شار انتقال جرم 90 %افزایش داشته است. استفاده از نانوسیال های آب-اکسید تیتانیم باعث کاهش انتقال جرم شده است. ضریب انتقال جرم در 05/0 % حجمی نانوسیال آب-اکسید تیتانیم 16 درصد و شار انتقال جرم 5 درصد کاهش داشته است. ضریب انتقال جرم در شدت جریان الکتریکی 5/1 آمپر 59 % و شار انتقال جرم 22 % افزایش می یابد.استفاده از میدان مغناطیسی هنگامی که جهت میدان مغناطیسی با جهت فیلم ریزان یکسان باشد، ضریب انتقال جرم سیال پایه (آب) را افزایش داده است و در حالتی که جهت میدان مغناطیسی خلاف جهت فیلم ریزان باشد ضریب انتقال جرم کاهش می یابد.با افزایش غلظت نانوسیال آب-اکسید آهن ضریب انتقال جرم و شار انتقال افزایش می یابد ولی همه این مقادیر نسبت به سیال پایه کمتر است. نانوسیال آب-اکسید آهن و در حضور میدان مغناطیسی در شدت جریان 1 آمپر ضریب انتقال جرم 53%افزایش داشته است.

امروزه باگسترش صنایع و افزایش جمعیت استفاده از منابع طبیعی مخصوصاً آب بیشتر شده و همچنان مسیر صعودی دارد . با توجه به ثابت بودن میزان آب بایستی آب مصرف شده را دوباره بهبود بخشید و به چرخه آب طبیعی برگشت داد . پساب یا فاضلاب ، آب مصرف شده در زمینه مختلفی از قبیل : خانگی ، کشاورزی و صنعتی می باشد که حامل مواد آلاینده و خطرناک می باشد که بایستی تصفیه شود تا بتواند وارد محیط شود . بشر همیشه به دنبال این بوده که روش تصفیه ای انتخاب کند که هم به صرفه باشد و هم راندمان بالایی داشته باشد . در این تحقیق، مطالعه ای درمورد حذف فلزات سنگین zn2+ , cr3+ از پساب صنعتی واحد گالوانیزه شرکت فولاد مبارکه انجام شده است . درشرکت های فولاد سازی محصولات جانبی نیز در حین فرایند تولید اصلی آن ها تولید می شود . محصول فرعی کارخانجات فولاد ، سرباره فولاد می باشد . با بررسی های انجام شده مشخص شد که سرباره فولاد قابلیت استفاده به عنوان جاذب به منظور استفاده در امر تصفیه پساب های صنعتی حاوی فلزات سنگین را دارد . این تحقیق به صورت نیمه صنعتی – آزمایشگاهی انجام شده است . نمونه های تست شده توسط دستگاه های جذب اتمی و icp آنالیز شده اند و با بهینه کردن شرایط پساب تصفیه شده بر اساس استاندارد آب کشاورزی و آب سطحی مجوز ورود به محیط را داراست . همچنین توسط دستگاه های xrf – xrd – sem آنالیزهای سرباره انجام شده است تا بتوان عامل های جذب یون های+ zn2+ , cr3 را شناسایی کرد . سرباره فولاد به علت داشتن قابلیت تبادل یون می تواند جذب یون های zn2+ , cr3+ را انجام داده و همچنین بستر متخلخل سرباره به عنوان فیلتر طبیعی عمل کرده و یون ها را گیر می اندازد . نتایج این کار با نتایج دیگر محققان مقایسه شده است . درصد حذف برای یون کروم سه مثبت برابر 93/91درصد می باشد و برای یون روی دو مثبت 89/99 درصد می باشد .در مورد مقدار جذب شده یون فلزات سنگین در واحد جرم جاذب در حالت تعادل برای یون کروم سه مثبت برابر 2/9 (mg/g ) و برای یون روی دو مثبت برابر 10 (mg/g ) می باشد.

یکی از روش های تولید اکسیژن از هوا که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف از جمله صنایع هواپیمایی و پزشکی دارد، استفاده از فرآیند جذب سطحی با تناوب فشار (psa) می باشد. در این فرآیند، در اثر عبور جریان هوا با فشار بالا از روی یک بستر فشرده که حاوی دانه های زئولیت می باشد، نیتروژن هوا جذب می شود و در نتیجه، اکسیژن غنی شده در خروجی بدست می آید. در کار حاضر، برای اولین بار فرآیند جذب نیتروژن با در نظرگرفتن جزئیات جریان با استفاده از روش شبکه بولتزمن (lb) شبیه سازی شده است. با توجه به اینکه نیتروژن حدود 79/0 هوا را تشکیل می دهد، جذب آن قطعاً باعث تغییر میدان سرعت جریان خواهد شد و لذا با روش های متداول lb نمی توان این شبیه سازی را انجام داد. لذا، برای انجام این مهم، ابتدا یک برنامه کامپیوتری برای حل جریان دوجزئی اکسیژن و نیتروژن در یک بستر فشرده بر پایه روش شبکه بولتزمن چندجزئی انتروپیک تهیه و تدوین و سپس فرآیند جذب بصورت شرط مرزی بر روی مرز دانه ها اعمال گردیده است. برای پیاده سازی فرآیند جذب دو روش مورد استفاده قرار گرفته است. در روش اول، فرآیند جذب به کمک شرط مرزی فشار متغیر با زمان بر روی مرز دانه ها مدل شده است. در راستای انجام این هدف، یک روش جدید برای اعمال شرط مرزی فشار روی مرزهای منحنی در روش شبکه بولتزمن ارائه گردیده است. بررسی های انجام شده نشان می دهد که این شرط مرزی تقریباً از مرتبه دوم دقت می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام شده با اعمال این شرط مرزی در حالت دوبعدی و سه بعدی نشان می دهد که این روش توانایی مدل سازی فرآیند جذب را دارد. در روش دوم، فرآیند جذب با استفاده از مدل نیرو محرکه خطی (ldf) و همدمای لانگمویر پیاده سازی شده است. صحت پیاده سازی روش با حل چند مسأله مختلف بررسی شده است. به کمک این روش، سه مرحله اصلی یک فرآیند psa یعنی فشارزنی، جذب و رهاسازی شبیه سازی شده اند. با وجود تغییرات شدید در فشار، برنامه تدوین شده این مراحل را به خوبی شبیه سازی نموده است. در شبیه سازی های انجام شده، تغییرات گرانروی و ضریب پخش در نظرگرفته شده است. تنها فرضیاتی که در نظرگرفته شده است، ثابت بودن دما و یکسان بودن جرم ملکولی اکسیژن و نیتروژن می باشد.

ضرایب انتقال جرم در طراحی دستگاههای انتقال جرم مانند برج های تقطیر، برج های جذب و دفع و برج های خنک کننده آب نقش مهمی دارند. افزایش ضریب انتقال جرم سبب افزایش راندمان، کاهش اندازه و هزینه ساخت تجهیزات می شود. در این پایان نامه، بررسی تجربی استفاده از نانوسیالات در فرایند جذب گاز دی اکسید کربن در یک برج پرشده آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای انجام آزمایشات، ابتدا برج پرشده طراحی و ساخته شد. قطر برج 30 میلی متر و ارتفاع برج 90 سانتی متر است. در این پروژه از نانوسیالات آب- اکسید سیلیس، آب- اکسید آهن و آب اکسید نیکل به عنوان حلال در فرآیند جذب استفاده شد. اثر دبی فاز مایع و فاز گاز بر روی فرایند انتقال جرم نانوسیالات ذکر شده، در غلظت های مختلف و همچنین تاثیر میدان مغناطیسی بر روی فرایند جذب گاز دی اکسید کربن توسط سیال پایه (آب) و نانوسیالات مغناطیسی آب- اکسید آهن و آب اکسید نیکل بررسی شد. نانوسیال آب – اکسید سیلیس با غلظت-های 05/0، 1/0، 2/0، 5/0، 1 و5/1 درصد حجمی و نانوسیالات آب- اکسید آهن وآب- اکسید نیکل با غلظت های 002/0، 005/0، 01/0، 05/0 و 1/0 درصد حجمی استفاده شدند. دبی فاز مایع برای تمامی آزمایشات 2/0، 26/0 و 32/0 لیتر بر دقیقه و دبی فاز گاز 1 و 5/1 لیتر بر دقیقه می باشد. اثر میدان مغناطیسی برای سیال پایه و نانوسیالات مغناطیسی در شدت میدان های 240 و350 گاوس در جهت حرکت مایع بررسی شد. برای نانوسیال آب- اکسید سیلیس ضریب انتقال جرم و شار انتقال جرم نسبت به آب خالص افزایش پیدا کرده و این افزایش نسبی با افزایش غلظت نانوذرات بیشتر می گردد. ضریب انتقال جرم در 5/1 درصد حجمی نانوسیال آب اکسید سیلیس نسبت به آب خالص 17 % و شار انتقال جرم 36 درصد افزایش داشته است. برای نانوسیال آب- اکسید آهن یک غلظت بهینه وجود دارد که پس از آن شار انتقال جرم کاهش می یابد. ماکزیمم افزایش شار انتقال جرم و ضریب انتقال جرم نانوسیال آب- اکسید آهن نسبت به آب خالص به ترتیب برابر 12 % و 10 % است که در غلظت حجمی 005/0 درصد می باشد. همچنین برای نانوسیال آب- اکسید نیکل ماکزیمم افزایش شار انتقال جرم و ضریب انتقال جرم نسبت به آب خالص به ترتیب برایر 9 % و 6% است که در غلظت حجمی 01/0 درصد اتفاق می افتد. استفاده از میدان مغناطیسی هنگامی که جهت میدان مغناطیسی با جهت حرکت مایع یکسان باشد، ضریب انتقال جرم سیال پایه (آب) را افزایش می دهد. هنگامی که میدان مغناطیسی اعمال می شود شار انتقال جرم برای نانوسیالات آب- اکسید آهن و آب- اکسید نیکل افزایش می یابد. اثر میدان مغناطیسی با افزایش غلظت نانوذره و افزایش شدت جریان الکتریکی بیشتر می شود. برای نانوسیالات آب- اکسید آهن و آب- اکسید نیکل در غلظت حجمی 1/0 درصد و شدت میدان 350 گاوس، شار انتقال جرم نسبت به حالتی که میدان مغناطیسی اعمال نشده است به ترتیب 5/6 و 4 درصد و ضریب انتقال جرم به ترتیب 9 و 6 درصد افزایش می یابد.

یکی از بهترین انرژی های تجدید پذیر نور خورشید است که در همه جا در دسترس می باشد. کلکتورهای خورشیدی وسیله ای برای استفاده از این انرژی در صنعت، کشاورزی و مصارف خانگی به شمار می آیند. از متداول ترین انواع کلکتورهای خورشیدی میتوان به کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت اشاره کرد. از مزایای این نوع کلکتورها می توان به سهولت ساخت این کلکتورها و در دسترس بودن آنها اشاره نمود. یکی از معایب این نوع کلکتورها راندمان حرارتی کم و وزن زیاد آنها می باشد. در این رساله، برای رفع این معایب از دینامیک سیالات محاسباتی کمک گرفته شده و پیشنهاداتی برای ایجاد هندسه بهینه در این نوع کلکتورها ارائه شده است. برای این منظور راندمان حرارتی این کلکتورها با تغییر موقعیت لوله حامل سیال نسبت به صفحه جاذب، تغییر شکل سطح مقطع لوله حامل سیال از دایره به شش ضلعی، مربعی و مثلثی، تغییر ضریب جذب صفحه جاذب، تغییر ضریب عبور شیشه و دبی های متفاوت سیال محاسبه و گزارش شده است. همچنین با استفاده از نانو سیال های مختلفی همچون نانولوله های کربنی، اکسید مس و اکسیدآلومینیوم با سیال پایه آب به عنوان سیال عامل در کلکتور در غلظتهای مختلف، تاثیر استفاده از این مواد بر راندمان کلکتور مورد بررسی قرار گرفته و کارایی کلکتور در این موارد با یکدیگر و با سیال آب مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند استفاده از نانو سیال درکلکتورهای خورشیدی باعث افزایش ضریب انتقال حرارت و راندمان حرارتی کلکتور می شود به صورتی که راندمان حرارتی کلکتور خورشیدی صفحه تخت با نانو سیال کربن با غلظت سه درصد وزنی، 5/14 درصد بیشتر از راندمان حرارتی کلکتور با سیال عامل آب می باشد.

آب یکی از عناصر ضروری حیات بر روی کره زمین است. متاسفانه تنها 1% از آب های روی کره زمین قابل استفاده هستند و همین مقدار کم نیز بطور یکسان بر روی سطح زمین پراکنده نشده اند. تامین آب مورد نیاز انسان، حیوانات و گیاهان یکی از چالش های اساسی در مناطق خشک و کم بارش است. یکی از منابع تجدیدپذیر تامین آب در مناطق کم آب بخصوص در فصول کم بارش استفاده از رطوبت موجود در هوا است. تحقیقات زیادی تاکنون در این زمینه توسط پژوهشگران صورت گرفته است و نتایج بدست آمده در بعضی مناطق قابل توجه بوده است. برای چگالش رطوبت موجود در هوا از سطوحی استفاده می شود که قابلیت انتشار بالایی داشته باشند و بدلیل تابشی که با آسمان در طول شب دارند گرما از دست می دهند. سرد شدن این سطوح باعث سرد شدن هوای در تماس با آن ها و چگالش رطوبت موجود در هوا می شود. مزیت استفاده از این سطوح عدم نیاز به منبع خارجی برای تامین انرژی لازم برای سرمایش است.در این تحقیق فرایند چگالش رطوبت هوا بر روی این سطوح به کمک نرم افزار fluent 13.0 شبیه سازی شده و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی بازده بررسی شده است. عملکرد سه چگالنده مختلف شبیه سازی شده است: 1- صفحه صاف 2- چگالنده مخروطی شکل 3- چگالنده صفحه موجدار که برای اولین بار در این تحقیق برای چگالش رطوبت هوا پیشنهاد شده است. نتایج بدست آمده نشان دادندکه بازده چگالنده صفحه موجدار به دلیل این که ساختار این نوع چگالنده ها مانع از تماس مستقیم جریان هوا با سطح می شود و از گرم شدن سطح بوسیله انتقال حرارت جابجایی جلوگیری می کند، بیشتر از چگالنده تخت است. در سرعت های کمتر از m/s 1 نیز بازده این نوع چگالنده از بهترین چگالنده ای که تا کنون ساخته شده است، چگالنده مخروطی شکل بهتر است.

اقتصاد و مسایل زیست محیطی سبب شده تا در دو ده گذشته، تکنولوژی مربوط به انرژی خورشیدی در حوزه های مختلف رشد و توسعه قابل توجهی پیدا کند. یکی از زمینه های کاربرد انرژی خورشیدی، استفاده در سیستم های سرمایش و گرمایش خانگی می باشد.کلکتورها اصلی ترین جزء یک سیستم گرمایش خورشیدی هستند و وظیفه ی جذب انرژی خورشیدی و انتقال آن به جریان سیال با کمترین اتلاف حرارتی را دارند. پر کاربرد ترین نوع آنها کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت هستند. در این تحقیق در مرحله اول در بخش آزمایشات به شناخت پارامترهای موثر روی کلکتور خورشیدی صفحه تخت به منظور افزایش بازده و بهبود عملکرد آن پرداخته و پارامترهایی نظیر دمای ورودی و خروجی سیال، دمای محیط، شدت تابش محیط و میزان اثر آنها روی کلکتور بررسی و نمودارهای بازده کلکتور صفحه تخت رسم شده است. نتایج آزمایشات نشان داد که با افزایش دمای ورودی سیال به کلکتور بازده آن کاهش می یابد و هم چنین با افزایش شدت تابش و افزایش دمای هوای محیط، بازده نیز زیاد می شود. در بخش عددی، با استفاده از نرم افزار ees شبیه سازی برای کلکتور های صفحه تخت انجام شد و برای اطمینان از صحت نتایج بدست آمده، نمودار بازده توسط نرم افزار نیز رسم گردید. متوسط خطا بین نتایج شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی در حدود 8% گزارش شد. در ادامه به بررسی پارامتر های مختلف محیطی و فیزیکی موثر روی کلکتور به منظور بهبود عملکرد آن پرداخته شد. پارامترهایی نظیر میزان شدت تابش، زاویه نصب کلکتور، سرعت باد، ضریب عبور شیشه، ضریب جذب و صدور صفحه جاذب، ضخامت عایق پشت و عایق کنار و فاصله رایزرها بررسی گردید.

ضرایب انتقال جرم در طراحی دستگاه های انتقال جرم مانند برج های تقطیر، برج های جذب و دفع و برج های خنک کننده آب نقش مهمی دارند. افزایش ضریب انتقال جرم سبب افزایش راندمان، کاهش اندازه و هزینه ساخت تجهیزات می شود. در این پژوهش، بررسی تجربی استفاده از نانوسیالات در فرایند جذب گاز دی اکسید کربن در یک برج حبابی در مقیاس آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای انجام آزمایش ها، ابتدا برج حبابی طراحی و ساخته شد. در این پروژه از نانوسیالات آب- اکسید آلومینیم و آب- اکسید آهن به عنوان حلال در فرآیند جذب استفاده شد. به منظور بررسی اثر سه پارامتر دبی جریان گاز، غلظت نانوسیال و شدت میدان مغناطیسی، به روش تاگوچی طراحی آزمایش¬ها با استفاده از نرم افزار minitab برای هر دو نانوسیال صورت گرفت. با توجه به محدودیت در تهیه مواد، جدولی با 9 آزمایش و دو بار انجام آن انتخاب شد. برای پارامتر دبی جریان گاز سه سطح 0.15 ، 0.28 و 0.35 لیتر بر دقیقه و برای پارامتر غلظت نانوسیال سه سطح 0.005، 0.01 و 0.1 درصدحجمی و برای پارامتر شدت میدان مغناطیسی سه سطح 0 ، 613 و 1133 گوس در نظر گرفته شدند. با انجام آزمایش ها و ارائه جدول تحلیل واریانس داده های نانوسیال اکسید آلومینیم، دو پارامتر دبی جریان گاز و غلظت نانوذره مهم اعلام شدند و پارامتر شدت میدان مغناطیسی غیرمهم شناخته شد. با توجه به دردسترس بودن نانوذره اکسید آلومینیم آزمایش هایی افزون بر آزمایش های طراحی شده توسط نرم افزار انجام شد تا اثر این دو پارامتر به صورت جزئی تر بررسی شود. در محدوده مورد بررسی غلظت 0.005درصدحجمی برای نانوسیال اکسید آلومینیم به عنوان غلظت بهینه شناخته شد و با افزایش غلظت روند کاهشی در ضریب انتقال جرم مشاهده شد. در تمامی آزمایش¬ها، افزایش دبی جریان گاز، سبب افزایش در ضریب انتقال جرم حجمی شد. در شرایط غلظت 0.005 درصدحجمی و دبی جریان گاز 0.35 لیتر بر دقیقه و شدت میدان مغناطیسی 1133 گوس، ضریب انتقال جرم حجمی نسبت به سیال پایه 27.8% افزایش داشت. با توجه به جدول تحلیل واریانس داده¬های نانوسیال اکسید آهن، هر سه پارامتر مهم شناخته شدند. در محدوده مورد بررسی با افزایش غلظت نانوسیال، روند افزایشی در ضریب انتقال جرم حجمی مشاهده شد و شدت میدان مغناطیسی 613 گوس به عنوان شدت میدان بهینه معرفی شد. در شرایط بهینه برای نانوسیال اکسید آهن، غلظت 0.1درصد حجمی نانوسیال، دبی جریان گاز 0.35 لیتر بر دقیقه و شدت میدان مغناطیسی 613 گوس، افزایش 15.6% در ضریب انتقال جرم حجمی نسبت به سیال پایه مشاهده شد.

تخلیه پسابهای سمی از صنایع مختلف اثرات زیانباری بر روی منابع آبی، حاصلخیزی خاک، موجودات زنده آبزی و تمامیت اکوسیستمها می گذارد. از میان روش های تصفیه، جذب سطحی یکی از موثرترین روش های حذف رنگ از پساب می باشد. هدف از پژوهش انجام شده استفاده از نانو ذرات اکسید آهن fe3o4 کپسوله شده با مهره های آلژینات و بررسی کارایی آن در حذف رنگ متیلن بلو از محلول آبی می باشد. در این پژوهش، نانو ذرات اکسید آهن fe3o4 ابتدا توسط یون سیترات پوشش دار می گردند و سپس با سدیم آلژینات کپسوله می شوند. برای تعیین ترکیب درصد مهره های سنتز شده از طیف سنجی جذب اتمی (aas) و از طیف سنجی مرئی-فرابنفش برای اندازه گیری میزان جذب رنگ استفاده شد. جذب رنگ متیلن بلو در دو حالت پیوسته و ناپیوسته انجام پذیرفت و مطالعات مربوط به ایزوترم و سینتیک جذب در حالت پیوسته جذب صورت گرفت. در حالت ناپیوسته عامل های غلظت اولیه رنگ، مقدار جاذب بر مبنای خشک، زمان تماس، ph و بزرگی میدان مغناطیسی توسط طراحی آزمایش به روش تاگوچی و آرایه متعامد شامل 16 آزمایش مورد بررسی قرار گرفتند. شرایط بهینه انجام آزمایش ها در حالت ناپیوسته توسط روش تاگوچی بدین صورت به دست آمدند: غلظت اولیه رنگ:ppm 20، مقدار جاذب بر مبنای خشک: 1 گرم، زمان تماس: 180 دقیقه، ph : 11و بزرگی میدان مغناطیسی: 293 گوس. در این شرایط تخمین تاگوچی برای مقدار متوسط حذف رنگ برابر 122/59% بود که پس از انجام آزمایش های تایید کننده، مقدار متوسط حذف رنگ 8/60% به دست آمد. در حالت پیوسته عامل های غلظت اولیه رنگ، مقدار نانو ذرات اکسید آهن به کار برده شده در جاذب، زمان تماس و بزرگی میدان مغناطیسی توسط طراحی آزمایش به روش تاگوچی و آرایه متعامد شامل 16 آزمایش در ph بهینه یکسان 11 و مقدار 10 گرم جاذب مرطوب مورد بررسی قرار گرفتند. شرایط بهینه انجام آزمایش ها در حالت پیوسته توسط روش تاگوچی بدین صورت می باشند: غلظت اولیه رنگ:ppm 20 ، مقدار نانو ذرات اکسید آهن به کار برده شده در جاذب: 1 گرم، زمان تماس: 60 دقیقه و بزرگی میدان مغناطیسی: 440 گوس. در این شرایط پیش بینی روش تاگوچی برای مقدار متوسط حذف رنگ معادل 68/85% بود که مقدار متوسط حذف رنگ 88/86% به دست آمده از آزمایش های تایید کننده تطابق خوبی با مقدار پیش بینی شده داشت. زمان تعادلی جذب رنگ توسط جاذب در حالت پیوسته 90 دقیقه به دست آمد. مدل سینتیکی شبه مرتبه اول تطابق بهتری با داده های آزمایشگاهی نسبت به مدل های شبه مرتبه دوم و نفوذ درون ذره ای داشته است. داده های آزمایشگاهی با ایزوترم فرندلیچ تطابق بیشتری داشتند و جذب رنگ بر سطح جاذب از نوع جذب فیزیکی و به صورت گرمازا می باشد. حداکثر مقدار ظرفیت جذب در دمای 15/293 کلوین معادل mgg-1 106/38 به دست آمد.

اهمیت هدایت گرمایی به عنوان یکی از مهم ترین مشخصه های انتقال گرما و احتمال بهبود آن با بهره گیری از سامانه نانوسیال، توجه بسیاری از پژوهشگران را به موضوع بررسی هدایت گرمایی نانوسیال جلب کرده است. در این پایان نامه هدایت گرمایی نانوسیالهای مختلف در محدوده دمایی c° 45-15با سیال های پایه آب بدون یون، اتیلن گلیکول و ترکیبی از این دو سیال با نسبت برابر با استفاده از دستگاه kd2 اندازه گیری شد و اثر دما، نوع سیال پایه، نوع، غلظت و اندازه خوشه برای نانوذرات آلومینا، سیلیکا، سیلیسیم کربید و اکسید مس بر هدایت گرمایی نانوسیال مورد بررسی قرار گرفت. در اغلب موارد، هدایت گرمایی نانوسیال تحت تاثیر افزایش دما و غلظت نانوذره، افزایش خطی نشان داد. بیشترین میزان تاثیرپذیری هدایت گرمایی نسبت به غلظت ذرات و دما به ترتیب در نانوسیال سیلیسیم کربید و اکسیدمس مشاهده شد. به طوری که هدایت گرمایی نسبی نانوسیال اکسید مس، اتیلن گلیکول 1 درصد حجمی، تحت تاثیر افزایش30 درجه سانتی گرادی دما، 40 درصد افزایش نشان داد. در این مطالعه برای پایدارسازی نانوسیال از دستگاه امواج فراصوت وبرای تایید کیفیت آن از آزمون پتانسیل زتا بهره گرفته شد. نقطه کمینه ای در افزایش هدایت گرمایی نانوسیال با افزایش مدت زمان استفاده از امواج فراصوت و کاهش اندازه¬ی خوشه¬ی نانوذرات مشاهده شده است. به نظر می رسد با توجه به اندازه ذرات، رقابتی بین دو مکانیسم موثر برافزایش هدایت گرمایی نانوسیال پدید می آید که برای خوشه های بزرگ، اثر خوشه ای شدن و برای خوشه های کوچک، حرکت براونی ذرات به عنوان مکانیسم موفق عمل می کند. در ادامه مطالعه، مدلی براساس تئوری فراکتال، مدل وانگ و پراشر و درنظرگرفتن مکانیسم حرکت براونی، اثر نانولایه و خوشه ای شدن ارائه گردید. این مدل توانایی پیش بینی هدایت گرمایی نانوسیال تحت تاثیر دما، غلظت و هدایت گرمایی نانوذره، هدایت گرمایی سیال پایه، حرکت براونی، اندازه ذره، خوشه و نانولایه را دارد.

با رشد تکنولوژی کوچک سازی وسایل الکترونیکی و کاهش اندازه?ی آن?ها در دهه?های اخیر، میزان بار حرارتی تولیدی در این وسایل بسیار افزایش یافته?است که سبب آسیب زدن به این وسایل می?شود. بنابراین تلاش برای حذف هر چه بیشتر این گرما، به یکی از مهم?ترین دغدغه?های عصر حاضر تبدیل شده??است. یکی از مناسب?ترین سیستم?هایی که برای حذف گرمای اضافی تولید شده در طی چند دهه اخیر گسترش یافته?است، سیستم چاه گرمایی میکروکانالی می باشد. این سیستم?ها شامل مجموعه?ای از میکروکانال?ها است که در آرایه ای موازی قرار گرفته?اندو نیز سیالی است که به عنوان خنک کننده از داخل این میکروکانال?ها جریان یافته و حرارت تولید شده در قطعه الکترونیکی را با خود حمل می کند. هندسه میکروکانال?ها و نیز نوع سیال عامل، دو فاکتور مهم هستند که بر روی عملکرد حرارتی سیستم?های چاه گرمایی تأثیر می?گذارند. از این رو مطالعات صورت گرفته بر روی این سیستم?های حذف گرما، بر روی این دوعامل معطوف هستند تا اینکه با بهبود شرایط هریک، عملکرد حرارتی سیستم هر چه بیشتر افزایش یابد. کار حاضر ،یک بررسی عددی است که با استفاده از cfd انجام شده?است و به مطالعه پارامترهای هیدرودینامیکی و حرارتی جریان آب و نانوسیالات آلومینا-آب می?پردازد. شبیه سازی انجام شده بر روی جریان آرام آب و نانوسیالات %1 و %2 حجمی آب/آلومینا در داخل میکروکانالی مستقیم می باشد. دیواره?های کانال تحت شار حرارتی ثابت بوده و توان کل سیستم 100وات می?باشد. مطالعه صورت گرفته به دوبخش تقسیم شده است. در بخش اول شبیه سازی آب و نانوسیالات به روش یک فازی ودوفازی مخلوط در داخل میکروکانال مستقیم انجام شده?است و نتایج بدست آمده با داده?های تجربی موجود در منابع کتابخانه ای مقایسه شده است. نتیجه مقایسه?ها نشان داد که هردو شبیه سازی قادرند پارامترهای هیدرودینامیکی را تقریباً به طور یکسان و با دقت خوبی پیش?بینی نمایند. در رابطه با پارامترهای حرارتی نظیر ضریب انتقال حرارت باید گفت که روش دوفازی دقیق‎تر می‎باشد و تطابق بیشتری با داده?های تجربی داشت به طوری?که متوسط خطای حاصل از شبیه سازی دوفازی برای نانوسیال %1 و %2 به ترتیب %39/11 و % 2بود. در بخش دوم، به منظور بهره گیری از اثر پره?ها در افزایش انتقال حرارت، در داخل میکروکانال مستقیم، دندانه?هایی به عنوان پره در مسیر جریان قرار داده شد. با بررسی عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و نیز فاکتور بهبود حرارتی، تأثیر حضور این دندانه?ها بر روی عملکرد میکروکانال و نیز عملکرد سیال عامل مورد بررسی قرار گرفت . همچنین، اثر اندازه وتعداد دندانه‎ها نیز بررسی شد ودر نتیجه آن، کانال دارای 5دندانه با نسبت ظاهری 857/2 دارای بهترین عملکرد حرارتی بود.

در این پژوهش به بررسی تجربی وعددی تأثیر استفاده از نانوسیال های آلفاآلومینا/آب و گاماآلومینا/ آب به عنوان حلال، به منظور جداسازی دی اکسیدکربن از مخلوط دی اکسیدکربن و نیتروژن، در یک تماس دهنده غشایی الیاف توخالی پرداخته شده است.

در این تحقیق، کاتالیست های موثر و پایدار برای تولید اتیلن و پروپیلن از گاز سنتز تهیه شدند. در تهیه این کاتالیست ها از نمک های نیترات فلزات مورد نظر استفاده شد و کربنات سدیم به عنوان عامل رسوب دهنده به کار رفت. چندین مجموعه کاتالیست های ‏‎fe/al2o3, fe/mno, co/ceo2, cu/mno, co/mno, fe/ti/zno/k2o, cu/co‎‏ با زمان های عمردهی به رسوب بین 0 تا 300 دقیقه با استفاده از روش همرسویی تهیه شدند. طیف ها و عکس های مربوط به کاتالیست ‏‎cu/mno‎‏ با زمانهای مختلف عمردهی توسط پراش اشعه ایکس، میکورسکوپ الکترونی و احیای برنامه ریزی شده دمایی تهیه و تفسیر شد. یک واحد آزمایشگاهی شامل یک واکنشگاه از جنس فولاد ضد زنگ جهت تست کاتالیست در آزمایشگاه ساخته شد. کاتالیست های ساخته شده در شرایط مختلفی مورد آزمایش قرار گرفت و مواد اولیه و محصولات توسط دستگاه گاز کروماتوگراف مدل رویان 3400 تجزیه و شناسایی شدند. تست مجموعه کاتالیست های مختلف نشان داد که کاتالیست هایی بی نظیر ‏‎cu/mno, ‏‎cu/co‎‏ بیشتر نسبت به پارافین های گزینش پذیر هستند، در صورتی که سایر کاتالیست ها، گزینش پذیری بیشتری نسبت به اولفین های سبک نظیر اتیلن و پروپیلن دارند، کاتالیست ‏‎co/mno‎‏، کاتالیست با زمان عمردهی 45دقیقه، دارای گزینش پذیری 85% نسبت به اتیلن و 6/5% نسبت به پروپیلن داشت. از تست مجموعه کاتالیست های آهن این نتیجه حاصل می شد که کاتالیست ‏‎fe/ti/zno/k2o‎‏ درصد تبدیل 46% و گزینش پذیری 2/3% نسبت به اتیلن دارد. معادلعه سینتیکی کاتالیست ‏‎co/ceo2‎‏ بررسی شد.