پایان نامه حاضر به تحلیل حرارتی و ترمودینامیکی در مبدل هواخنک خشک و تبخیری پرداخته است. قانون اول ترمودینامیک و به طبع آن، بازده قانون اول برای بیان « مناسب بودن یک فرآیند » در یک وسیله کافی نیست و نمی تواند توصیف کاملی از کاربرد انرژی و استفاده بهینه از آن ارائه دهد. به همین منظور با استفاده از قانون اول و دوم ترمودینامیک، برای هر یک از مبدل های هواخنک خشک و تبخیری رابطه ای برای نرخ تولید آنتروپی بدست آوردیم. برای بیان چگونگی تغییر نرخ تولید آنتروپی در مبدل هواخنک خشک، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله عدد رینولدز جریان داخل لوله ها، عدد رینولدز جریان هوا و تغییرات دمای محیط بر روی این وسیله بررسی شده است. سیال داخل لوله ها آب در نظر گرفته شده است و سطح خارجی لوله ها دارای فین حلقوی می باشد. نتایج نشان می دهد که نرخ تولید آنتروپی کل بی بعد شده با تغییرات عدد رینولدز سیال داخل لوله ها دارای یک مقدار مینیمم می باشد. همچنین دیده شد که این مقدار مینیمم و عدد رینولدز متناظر با آن، به پارامترهای هندسی مساله و شرایط دمایی سیال ها و پارامترهای جریان وابسته است. بر اساس تحلیل ترمودینامیکی و بررسی پارامترهای موثر بر تولید آنتروپی، یک عبارت برای محاسبه عدد رینولدز بهینه برای جریان سیال داخل لوله ها پیشنهاد شد که تابعی از خصوصیات ترمودینامیکی سیال داخل لوله ها، خصوصیات ترمودینامیکی هوا، دماهای ورودی و ابعاد هندسی مبدل است. تحلیل بهینه سازی در مطالعه حاضر اطلاعات موثری برای طراحی مبدل هواخنک خشک ارائه می دهد. اگر در شرایط طراحی عملی از عدد رینولدز بهینه استفاده شود، سیستم دارای کمترین بازگشت ناپذیری و در نتیجه بهترین اگزرژی دسترسی پذیر خواهد بود. همچنین دیده شد که با افزایش عدد رینولدز جریان هوا، نرخ تولید آنتروپی بی بعد شده روند افزایشی دارد. نتایج نشان می دهد که هر چه اختلاف دمای بین سیال داخل لوله ها و جریان هوا کاهش پیدا کند نرخ تولید آنتروپی بی بعد شده کاهش می یابد که این بدلیل کاهش نرخ تولید آنتروپی حاصل از اختلاف دما می باشد. همچنین تاثیر کارائی مبدل بر نرخ تولید آنتروپی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد در کارائی صد در صد، نرخ تولید آنتروپی دارای یک مقدار معینی است و صفر نمی باشد و در حالتی که نسبت ظرفیت گرمایی دو سیال برابر با یک باشد دارای کمترین مقدار است و با فاصله گرفتن این نسبت از عدد یک، نرخ تولید آنتروپی نیز افزایش می یابد. می توان نتیجه گرفت که در مبدل های هواخنک که از نوع جریان عمود بر هم می باشند حتی در بهترین حالت نیز بازگشت ناپذیری وجود دارد. در مبدل هواخنک تبخیری مشاهده شد نرخ تولید آنتروپی کل بی بعد شده سمت هوا با تغییرات عدد رینولدز جریان هوا، همواره افزایش می یابد. چون تغییر عدد رینولدز با تغییر دبی هوا حاصل شده است در نتیجه میزان تبخیر آب افزایش یافته که نتیجه آن افزایش بازگشت ناپذیری می باشد. با افزایش دبی هوا، بازگشت-ناپذیری حاصل از اصطکاک نیز افزایش می یابد. همچنین نرخ تولید آنتروپی کل بی بعد شده سمت هوا با تغییرات دمای محیط افزایش می یابد. افزایش دمای محیط باعث افزایش نرخ تبخیر آب به داخل جریان هوا می شود که نتیجه آن افزایش بازگشت ناپذیری می باشد. هنگامی که دمای محیط به دمای سیال ورودی نزدیک می شود، نرخ تولید آنتروپی حاصل از تبخیر آب بیش از 90% از نرخ تولید آنتروپی کل می باشد. در مبدل هواخنک مرطوب، نرخ تولید آنتروپی سمت هوا بر حسب تغییرات دبی آب پاششی، تغییرات اندکی دارد. در مجموع می توان گفت که با تغییر دبی آب پاششی نرخ تولید آنتروپی سمت هوا تغییری نمی کند.

افزایش آگاهی از محدودیت منابع انرژی در دنیا باعث آن شده است که بعضی از دولتها در سیاست خود در مورد انرژی تجدید نظر نمایند و از هدر رفتن انرژی بطور جدی جلوگیری کنند. این امر همچنین باعث شده که جوامع علمی توجه خود را به وسایل تبدیل انرژی معطوف نموده روشهای تازه ای جهت استفاده بهتر از منابع محدود انرژی های موجود ارائه نمایند. استفاده از سوخت های فسیلی به عنوان منابع انرژی، موجب آلودگی هوا می شود. انتشار گاز دی اکسید کربن حاصل از احتراق، نقش اساسی را در میزان اثر گلخانه ای جهانی بازی می کند. امروزه استفاده از منابع انرژی با تاثیر گذاری کم بر روی آلودگی هوا و محیط زیست لازم می باشد و همچنین استفاده قابل توجیه از منابع انرژی را می طلبد. گاز طبیعی به علت داشتن مزایای فراوان جایگاه ویژه ای در بین سایر سوخت های فسیلی دارد. مهمترین عامل جهت استفاده از گاز طبیعی مساله انتقال آن است. استفاده از خطوط لوله بعلت هزینه های سرسام آور و محدودیت های استفاده از آن، همیشه چاره ساز نیست، بلکه گاهی استفاده از کشتی های مخصوص حمل و نقل گاز طبیعی مایع شده راه حل مناسبتریبرای استفاده از مزایای گاز طبیعی است. گاز طبیعی مایع شده یک منبع انرژی نسبتاً پاک است که معمولاً به عنوان سوخت جهت مصارف خانگی و صنعتی استفاده می شود. استفاده از گاز طبیعی مایع شده در سالهای اخیر به صورت صعودی افزایش پیدا کرده بطوریکه آنرا به سومین منبع انرژی پس از زغال سنگ و نفت خام تبدیل کرده است. قانون اول ترمودینامیک به کمیت و بقای انرژی می پردازد. این قانون صرفاً به صورت ابزاری ضروری برای متولیان امور انرژی در ارتباط با یک تحول بروز می نماید، و به مهندسین راهنمایی لازم را نمی دهد. اما قانون دوم به کیفیت انرژی پرداخته و بیشتر به تجزیه و تحلیل انرژی در خلال یک تحول، انتروپی تولید شده و هدر رفتن مجالها و فرصتهای انجام کار می پردازد و میدان وسیعی برای اصلاح و توسعه پیشنهاد می کند. امروزه برای بهبود عملکرد سیکل های توانی رایج، از گاز طبیعی مایع شده به عنوان چاه حرارتی استفاده می کنند. با توجه به پتانسیل بالایی که گاز طبیعی مایع در خود دارد، در پایان نامه حاضر ابتدا به بررسی سیکلهای موجود جهت بازیابی اگزرژی گاز طبیعی مایع شده پرداخته در ادامه سیکل جدیدی را جهت بهبود راندمان انرژی و اگزرژی پیشنهاد کرده و مزایا و معایب آن نسبت به سیکلهای موجود بررسی خواهد شد. در سیکل جدید، ترکیبی از روشهای بهبود راندمان مانند استفاده از توربین انبساطی گاز طبیعی مایع شده، نصب مبدّل های بازیاب در نقاط بهینه و استفاده از سیالات مناسب جهت سیکل واسطه و خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور توسط گاز طبیعی مایع شده مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در نهایت سیکل پیشنهادی با محاسبه هزینه های خرید، تعمیرات و نگهداری اجزاء مختلف سیکل از نظر ترمو-اقتصادی بهینه سازی می شود. در این بهینه سازی نشان داده شده است که سیکل پیشنهادی تقریباً در هر ثانیه یک دلار سود خواهد داشت.

امروزه بدست آوردن سیستم های تولید توان با راندمان بالا و پخش آلودگی کم بسیار حائز اهمیت است. پیل های سوختی اکسید جامد به خاطر انعطاف پذیری در مصرف انرژی های تجدید پذیر و پتانسیل بسیار خوب برای استفاده در ترکیب با نیروگاه های گازی بسیار مد نظر پژوهشگران قرار گرفته است. در این پایاننامه یک سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسید جامد با یک نیروگاه گازی با سوخت ورودی گاز طبیعی به عنوان سیستم پایه در نظر گرفته شده است. از آن جا که تزریق آب به سیکل توربین گاز یکی از فناوری های شناخته شده افزایش کارایی میباشد، در این جا برای افزایش کارایی سیستم پایه بکار رفته است. برای تمام اجزا سیستم تحلیل ترمودینامیکی بطور مجزا انجام شده است. نتایج کارایی سیکل پایه در شرایط عملکرد خاص با تحقیقات گذشته مورد مقایسه قرار گرفت که از تطابق بسیار خوبی برخوردار بود. نتایج نشان می دهد که سیستم ارتقا یافته می تواند به راندمان قانون اول بالاتر از 62% و عملکرد اگزرژی بالاتر از 59% برسد. برای سیستم ارتقا یافته دیده میشود که توان سیستم و بازده قانون اول ودوم به ترتیب 5/6، 5/4و 6/5 درصد افزایش یافته است و میتوان بطورشهودی گفت که یک روش بسیار مفید در جهت هرچه بهینه کردن سیستم پایه برای نیروگاههای آینده خواهد بود. همچنین با مطالعه پارامتری سیستم، تاثیر تغییر نرخ جریان سوخت و فشار عملکرد سیستم و چگالی جریان پیل سوختی بر عملکرد قانون اول، اگزرژی وآلایندگی آن در جو بررسی شده است. نتایج نشان می دهد افزایش نرخ جریان سوخت و چگالی جریان پیل سوختی باعث کارایی ضعیف سیستم شده و افزایش فشار عملکرد پیل سوختی باعث کارایی بهتر سیستم خواهد شد.

به علت محدود بودن منابع سوخت های فسیلی و افزایش روز افزون قیمت آنها امروزه صرفه جویی در مصرف این سوخت ها اهمیت خاصی پیدا کرده و تلاش های روز افزونی برای صرفه جویی در مصرف انواع مختلف انرژی در صنایع مختلف در جهان صورت می گیرد.پالایشگاه های نفت که اصلی ترین مراکز تولید فرآورده های انرژی زای کشور هستند در حدودیک درصد از نفت تصفیه شده را به عنوان سوخت مصرف می کنند. در یک پالایشگاه که روزانه بیش از صد هزار بشکه نفت خام تصفیه می شود بررسی میزان مصرف انرژی پالایشگاه و یافتن راهکارهای صرفه جویی در مصرف انرژی از اهمیت خاص برخوردار است. جریان های چرخشی به دلیل داشتن شعله پایدار به صورت گسترده در مشعل های صنعتی مانند کوره نیروگاه ها و توربین های گاز استفاده می شود. در دو دهه گذشته پیشرفت های عمده ای در زمینه مدل های دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) برای شبیه سازی سیستم های احتراقی صورت گرفته است. در این پایان نامه ابتدا سه مدل توربولانتی و دو مدل تشعشعی در شبیه سازی جریان احتراق چرخشی و جریان احتراقی همراه با بلاف- بادی در مشعل های آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفته و سرعت محوری و زاویه ای، دمای گاز و غلظت اکسیژن در نقاط مختلف کوره با یکدیگر و با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. حل عددی توسط کد تجاری fluent انجام گرفته و مدل های اغتشاشی(standard k-e) ,(rng k-e) و rsm و همچنین دو مدل تشعشعی do و p1 استفاده شده است. نتایج به دست آمده از مدل rsm نسبت به دو مدل k-e انطباق بهتری با داده های تجربی دارد. در ادامه کوره 101 پالایشگاه اصفهان در شرایط تقریباً واقعی شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده با داده های پالایشگاه ارزیابی شده است. در انتها اثرات تغییر درصد هوای اضافی احتراق و پیش گرم کردن هوای ورودی برروی راندمان کوره مورد مطالعه قرار گرفته است. این تحقیق نشان می دهد افزایش هوای اضافه تا 20 درصد باعث افزایش راندمان کوره و افزایش بیش از 20 درصد هوای اضافه باعث کاهش راندمان کوره خواهد شد. همچنین پیش گرم کردن هوا باعث افزایش راندمان کوره می شود.

تولیدکنندگان مبدل های حرارت صفحه ای امروزه به طور گسترده صفحه های چورون، صفحه هایی که دارای ناهمواری چورون باشند، را به عنوان صفحه های مبدل پیشنهاد می کنند. علت این امر تاثیر بسیار زیاد پارامترهای هندسی صفحه های چورون بر ضریب اصطکاک و انتقال حرارت جریان کانال های مبدل می باشد. این پارامترهای هندسی عبارتند از زاویه چورون صفحه، نوع پروفیل چورون و نسبت منظری. امروزه به طور گسترده پروفیل سینوسی برای پروفیل چورون انتخاب می شود. لازم به ذکر است که ناهمواری ها و شیارهای روی صفحه های چورون باعث اختلاط شدید جریان و ازدیاد اغتشاش در جریان کانال می شود به طوریکه جریان سیال در عددهای رینولدز پایین نیز مغشوش است. در این پایان نامه یک کانال مبدل حرارت صفحه ای همراه با صفحه های چورون برای مطالعه ی پارامترهای موثر بر جریان(ضریب اصطکاک)، از جمله نسبت منظری پروفیل چورون، زاویه ی چورون صفحه ها و کانال ترکیبی، که از دو صفحه با زوایای چورون متفاوت تشکیل می شود، مدل سازی شده است و پارامترهای موثر ذکر شده مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه تغییر ماهیت جریان بین صفحه های چورون با تغییر زاویه ی چورون مورد تحقیق قرار گرفته است. همچنین برای بررسی اثر نسبت منظری پروفیل چورون بر میزان انتقال حرارت، دو مبدل با دو زاویه ی چورون متفاوت شامل سه صفحه ی چورون مدل سازی شده است. در کار حاضر حل عددی معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی از طریق یک کد تجاری، به روش حجم محدود انجام گرفته است و پس از مطالعه ی مدل های اغتشاشی k-?، مناسبترین مدل برای شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت بین صفحه های چورون در نظر گرفته شده است. همچنین به دلیل محدوده ی وسیع عدد رینولدز مورد بررسی (بین 500 تا 000,40 ) ، در بخش جریان کار حاضر، تابع دیواره اهمیت پیدا می کند که مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان هر بخش جریان و انتقال حرارت، صحت نتایج به دست آمده توسط نتایج تجربی تحقیق شده است. این تحقیق نشان می دهد که با کاهش زاویه ی چورون یکی از صفحه های کانال با زاویه ی 60 درجه و ایجاد کانال ترکیبی، ضریب اصطکاک(افت فشار) جریان کانال کاهش پیدا می کند اما با کاهش مرحله ای زاویه ی چورون یکی از صفحه ها به مقدار مساوی در هر مرحله، کاهش ضریب اصطکاک به یک مقدار نخواهد بود. به علاوه کاهش نسبت منظری صفحه های کانال با زاویه ی چورون 60 درجه باعث کاهش ضریب اصطکاک می شود به طوریکه در نسبت منظری پایین تر افت ضریب اصطکاک بیشتری مشاهده شده است. همچنین افزایش نسبت منظری در کانال های مبدل حرارت صفحه ای با زاویه های چورون 60 و 30 درجه باعث افزایش انتقال حرارت می شود، به طوریکه افزایش بیشتر نسبت منظری باعث افزایش بیشتر انتقال حرارت شده است.

تئوری ساختاری دیدگاهی است که بیان می دارد تولید پیکربندی جریان یک پدیده فیزیکی است که می تواند بر مبنای یک اصل فیزیکی استوار باشد. تئوری ساختاری می گوید: در یک سیستم جریان با ابعاد محدود برای پایداری و بقا در زمان، پیکربندی آن باید چنان تحول یابد که دسترسی آسانتری را برای جریان هایی که در آن جاری هستند، فراهم نماید. تئوری ساختاری جهت بررسی هر سیستم، ساختار فیزیکی و هندسی آن را مورد بررسی قرار می دهد. امروزه این تئوری به صورت قانون در آمده است طوری که از قوانین اول و دوم ترمودینامیک کاملا" مجزا می باشد. ارتباط میان تئوری ساختاری و قوانین بهینه سازی ترمودینامیکی، در به حداقل رساندن انتروپی تولیدی در سیستم می باشد. امروزه با بکارگیری تئوری ساختاری، طراحی های جدیدی برای قطعات الکترونیکی ، پیل سوختی، شبکه های درختی برای انتقال انسان ها، کالاها و اطلاعات صورت پذیرفته است. این بررسی یک نمونه ی کاربردی کلی و فراگیر در علوم طبیعی، مهندسی وعلوم اجتماعی را بیان می دارد. تئوری ساختاری با توجه به نوع کاربرد دارای چیدمان ها و شبکه بندی های مختلفی است. یکی از معروفترین ساختارها، شبکه بندی درختی بوده که داری دو نوع y و t شکل می باشد. در این پژوهش از تئوری ساختاری برای بررسی و چگونگی پیکربندی هندسی کانال های تعبیه شده در داخل یک دیسک در حضور تولید حرارت داخلی جهت خنک کاری توسط مکانیزم انتقال حرارت جابجایی استفاده شده است. در این مطالعه خنک کاری توسط یک جریان سیال تکفازی که از قسمت داخلی دیسک وارد شده و به سمت محیط هدایت می شود، انجام می گیرد. تلاش بر این است که ساختار درختی بهینه ای جهت خنک کاری قطعات الکترونیکی حلقوی با تولید حرارت داخلی، توسط تئوری ساختاری ارائه شود. برای این منظور ساختار حاصله باید بگونه ای باشد که برای یک توان پمپاژ مشخص، حداکثر دمایی که در قطعه ی موردنظر حاصل می شود، مینیمم باشد. در این پژوهش علاوه بر بررسی نحوه انشعاب کانال ها و طول آنها، به بررسی ابعاد یک کانال مشخص جهت کاهش توان پمپاژ نیز پرداخته شده است. در ادامه علاوه بر حل تحلیلی که دارای تقریبات قابل قبولی است، مسأله بصورت عددی نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته شرایط بهینه یا نزدیک به بهینه پیشنهاد شده است. نتایج عددی حاصل از آنالیز حرارتی در مقایسه با نتایج بدست آمده از روش تحلیلی از دقت بالاتری برخودار هستند. تاثیر شار جرمی جریان بر روی مقاومت کلی جریان ناچیز بوده در حالی که بر روی مقاومت حرارتی بیشترین تاثیر را دارد. افزایش تعداد انشعابات موجب بیشتر شدن مقاومت جریان و کاهش مقدار مقاومت حرارتی شده است. تعداد کانال های مرکزی با مقدار مقاومت جریان رابطه ی مستقیم و با مقدار مقاومت حرارتی رابطه ی عکس دارد. یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار بر روی مقاومت جریان، شعاع داخلی دیسک حلقوی بوده طوری که هر چقدر شعاع داخلی حلقه بزرگتر باشد مقدار مقاومت جریان کاهش می یابد.

انتقال حرارت هدایتی دائم به منظور خنک کاری یک دیسک بر اساس تئوری ساختاری، با استفاده از رگه های با ضریب هدایتی بالا با توزیع ناقص در دیسک، مورد بررسی قرار گرفت. در این جا دو نوع آرایش شعاعی و درختی رگه ها در سطح دیسک مورد مطالعه قرار گرفت؛ به این صورت که مقاومت حرارتی به صورت تحلیلی برای این حالات بدست آمده و عملیات بهینه سازی روی آن انجام گردید. این عملیات برای ساختار درختی از دو مسیر جداگانه با دوپارامتر مختلف دنبال شد. گفتنی است حل تحلیلی ارائه شده، یک حل کلّی بوده که برای حالت خاص که بصورت رگه های کامل است نیز صادق می باشد. در این حالت تحت شرایط خاص، مقاومت حرارتی بهینه دیسک در حالت رگه های ناقص عملکرد بهتری نسبت به رگه های کامل داشت. در این پروژه همچنین از شبکه هائی با ضخامت های متغیردر ساختارهای شعاعی و درختی استفاده شد؛ ضخامت آنها با استفاده از روش آنالیز تغییرات به صورتی به دست آمد تا بالاترین دمای موجود در دیسک کمینه گردد. در ادامه مقاومت حرارتی برای هر دو ساختار با ضخامت های متغیر به صورت تحلیلی بدست آمده و نسبت به پارامترهای موجود بهینه گشت. نتیجه به این ترتیب بدست آمد که با استفاده از رگه های متغیر، مقاومت حرارتی برای تمامی شرایط کاهش یافته اما با افزایش پیچیدگی در سیستم جریان که عبارتست از متغیر در نظر گرفتن رگه های اصلی و فرعی، میزان کاهش در مقاومت حرارتی بهینه نسبت به حالت شعاعی کم تر بدست آمد که غیر موثر بودن افزایش پیچیدگی در سیستم جریانی مذکور را نشان می دهد. در ادامه تأثیر وابستگی به دمای ضرایب هدایتی بر کاهش مقاومت حرارتی دیسک با رگه های ناقص در ساختارهای شعاعی و درختی به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفت. از آن جا که محدوده دمائی در شرایط مسئله محدود می باشد، تابعیت دمائی ضرائب هدایتی به صورت خطی در نظر گرفته شد. در این شرایط رگه ها را به صورت ضخامت ثابت و متغیر در نظر گرفته و تأثیر آن با تأثیر وابستگی دمایی ضرائب هدایتی ادغام گردید. در نهایت از آن جا که در طی حل تحلیلی از یکسری تقریبات استفاده شد و همچنین حل تحلیلی ارائه شده بر مبنای تئوری ساختاری می باشد، بیشینه دمای قطاع دایروی بر مبنای پارامترهای هندسی به صورت عددی نیز بهینه گشته و نتایج حاصل از آن با حل تحلیلی مقایسه شد. نتیجه این مقایسه نشان دهنده رفتار مشابه و سازگاری قابل قبول بین نتایج عددی و تحلیلی بود. از نتیجه آخر این گونه می توان استنباط نمود که استفاده از تئوری ساختاری به منظور بهینه سازی مقاومت حرارتی بسیار سودمند بوده و نتایج حاصل از آن به مقادیر بهینه بسیار نزدیک است که خود عاملی است که می توان از این تئوری برای بهینه نمودن ساختارهائی با چند مرحله انشعاب استفاده نمود تا ساختارهای جریانی مشابه آنچه که در طبیعت موجود است ایجاد گردد.

پایان نامه حاضر به منظور بررسی تجربی افزایش انتقال حرارت و افت فشار توسط نوار پیچیده شده در چگالش بخار r-404a داخل لوله های افقی به انجام رسید. سیستم آزمایشگاهی مورد استفاده یک سیکل تبرید تراکمی بخار r-404a مجهز به کلیه ابزارهای اندازه گیری لازم می باشد که در آزمایشگاه طراحی و ساخته شد. این سیستم شامل یک کندانسور اصلی است که آزمایشات بر روی آن صورت می پذیرد. بعلاوه به منظور دستیابی به کیفیت بخارهای مطلوب و بررسی اثر کیفت بخار روی ضرایب انتقال حرارت و افت فشار هنگام چگالش از پیش کندانسور استفاده شده است. کندانسور دیگری هم برای زیر سرد سازی مبرد بعد از کندانسور اصلی نصب شد. این کندانسورها همگی از نوع دو لوله ای جریان مخالف بوده و از آب به عنوان سیال خنک کن استفاده می کنند. آزمایش-ها بر روی لوله صاف و لوله هایی با 4 نوع نوار پیچیده شده متفاوت، در پنج سرعت جرمی مبرد و نیز در شش کیفیت بخار صورت گرفت. در هر آزمایش پارامترهای گوناگونی از قبیل سرعت جرمی مبرد، دمای آب ورودی و خروجی از کندانسورها، فشار استاتیکی مبرد و غیره اندازه گیری گردید و با استفاده از داده های حاصله، ضرایب انتقال حرارت برای لوله های مختلف محاسبه شد. افت فشار دو سرکندانسور اصلی نیز توسط افت فشار سنج دیفرانسیلی اندازه گیری گردید. به منظور بررسی صحت عملکرد دستگاه مقایسه ای نیز بین دادهای ضریب انتقال حرارت و افت فشار بدست آمده از لوله صاف و روابط ارائه شده توسط محققان مختلف صورت گرفت که انطباق خوبی بین آن ها مشاهده گردید. با بررسی نتایج مشخص شد که برای یک سرعت جرمی یکسان، با کاهش گام نوار پیچیده شده ضریب انتقال حرارت و افت فشار افزایش پیدا می کنند. از طرفی برای یک گام نوار مشخص افزایش سرعت جرمی و کیفت بخار منجر به افزایش ضریب انتقال حرارت و افت فشار می شود. با استفاده از نتایج حاصل از لوله های دارای نوار پیچیده شده رابطه جدیدی برای محاسبه ضریب انتقال حرارت و افت فشار در لوله های مجهز به نوار پیچیده شده بدست آوردیم. در نهایت نیز عملکرد نوارهای پیچیده شده مورد ارزیابی قرارگرفت و این نتیجه حاصل شد که به طور کلی استفاده از نوار پیچیده شده مقرون به صرفه نیست و استفاده از آن داخل لوله ها توصیه نمی شود مگر در مواردی که به علت کمبود فضا و ماده نیازمند استفاده از مبدل های فشرده باشیم.

پایان نامه حاضر به منظور بررسی تجربی افزایش انتقال حرارت و افت فشار توسط سیم پیچ در چگالش بخار r-404a داخل لوله-های افقی به انجام رسید. همچنین مقایسه ای نیز بین لوله صاف و روابط موجود صورت گرفت. سیستم آزمایشگاهی مورد استفاده یک سیکل تبرید تراکمی بخار r-404a مجهز به کلیه ابزار اندازه گیری لازم می باشد که در آزمایشگاه طراحی و ساخته شد. این سیستم شامل یک کندانسور اصلی است که آزمایشات بر روی آن صورت می پذیرد. این کندانسور از نوع دو-لوله ای جریان-مخالف بوده و از آب به عنوان سیال خنک کن استفاده می کنند. بعلاوه به منظور دستیابی به کیفیت بخارهای مطلوب از پیش کندانسور و کندانسور ثانویه استفاده شده است. آزمایشات بر روی لوله صاف و لوله هایی با پنج نوع سیم پیچ متفاوت صورت گرفت. در هر آزمایش پارامترهای گوناگونی از قبیل سرعت جرمی مبرد، دمای آب ورودی مبرد و خروجی از کندانسور، فشار مبرد و ... اندازه گیری گردید. با استفاده از داده های حاصله، ضرایب انتقال حرارت و افت فشار برای لوله های مختلف محاسبه شد. نتایج بدست آمده برای لوله صاف با روابط موجود مقایسه شد و روابطی که بهترین تطابق را با نتایج آزمایشگاهی مربوط به ضریب انتقال حرارت و افت فشار داشت بعنوان رابطه مبنا برای توسعه روابط جدید برای پیش بینی ضریب انتقال حرارت و افت فشار برای لوله های مجهز به سیم پیچ در نظر گرفته شد. با بررسی نتایج حاصله برای لوله های دارای سیم پیچ معلوم شد که با افزایش قطر و همچنین با کاهش گام، انتقال حرارت و نیز افت فشار افزایش می یابد. استفاده از سیم پیچ ضریب انتقال حرارت متوسط و افت فشار را بترتیب تا حدود 60% و 1200% نسبت به لوله صاف افزایش می دهد. در نهایت با استفاده از نتایج حاصل از لوله های مجهز به سیم پیچ و با مبنا قرار دادن روابط مذکور، روابط جدیدی برای محاسبه ضریب انتقال حرارت و افت فشار در لوله های مجهز به سیم پیچ بدست آوردیم

* 8 $ $9* .70" "2 40 "526 0 1 * 2 3 " +, -. / ! - * $7, * $ : $ ;$/ $* * "$2 8 ;6 -"39 -8 8< !=9 8, " > ? $7, #$ - $c d$e $ b * b " #7a * * "2 @ !=9 -"5< @ 6 * k*$& !$7 . $ 8 $ f % " gc h> *, hi5( # j "5 ." a "$ " 9 f* 4 !@n # .*" 2 ! bmc # a " l2 !$ * $ !$ 4 8 7& ! -!@ # ." !m o ? p 8, qn !0 8, % * 8$9 $u9 $ " $ $ : . g$ $t -$ $2 !$r qn 7s 8, * * 82 "7 " : !0 !) 8 $o) 8 o dc w !2 no rc .2 c@ 2 +(7 !7u !* !0 - vn qn -@j

پیشرفت های علمی و نیاز روز افزون به طراحی و ساخت قطعات با ابعاد کوچک تر و کارایی بیشتر، در طول چند دهه اخیر یک تغییر جهت عمومی در سطح جهانی در تحقیقات و تکنولوژی و صنعت را به سمت استفاده از قطعات دارای ابعاد کوچک در حد میکرو و نانو را فراهم آورده است. این قطعات برای استفاده در زمینه های متعدد از جمله الکترونیک و خنک کاری مدارهای به کار رفته در کامپیوتر و سیستم های الکترومکانیکی طراحی و ساخته شده اند. از آن جایی که عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن‏ها در سطح دمای مطمئن بسیار مهم است. روش های گوناگونی برای بهبود فرایند خنک کاری سیستم های الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این روش ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا و نیاز به ماده مبرد کم توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در بهینه سازی ویژگی های هندسی میکروکانال‏ها از الگوریتم‏ها و روش‏های مختلفی استفاده می‏شود؛ یکی از این روش‏ها، تئوری ساختاری می‏باشد. در این پروژه در بخش اول و دوم، مختصری از تئوری ساختاری و دیدگاه آن در بهینه سازی سیستم های زیستی و همچنین کاربرد آن در میکروکانال ها و تجهیزات پیشرفت? ساخته شده توسط بشر سخن به میان آمده است. در بخش سوم انداز? بهینه میکرو کانال های ذوزنقه ای با زاویه گوشه 30، 45، 60 و 75 درجه به صورت تحلیلی به نحوی تعیین شده است که چیدمان میکروکانال های ذوزنقه ای در کنار هم بیشترین انتقال حرارت را در واحد حجم داشته باشد و نتایج تحلیلی با حل عددی مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین نتایج نشان داده اند که به ازای یک افت فشار ثابت، میکروکانال با زاویه گوشه 75 درجه در حالت بهینه، بیشترین انتقال حرارت در واحد حجم را دارد. همچنین با کاهش زاویه گوش? سطح مقطع ذوزنقه ای انتقال حرارت بدون بعد در واحد حجم نیز کاهش می یابد.در بخش چهارم، میکروکانال های جاذب حرارت ذوزنقه ای را به صورت هندسی بهینه نموده تا رسانش گرمایی آن به بیشترین مقدار ممکن برسد. سپس میکروکانال‏های جاذب حرارت ذکر شده در حالت بهینه با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داده اند که برای میکروکانال های ذوزنقه ای جزء کسری از جامد وجود دارد که به ازای آن ماکزیمم دما مینیمم خواهد شد. همچنین با توجه به پارامترها و قیود در نظر گرفته شده برای بهینه سازی میکروکانال های مورد بررسی در این پژوهش، با افزایش زاویه گوشه میکروکانال ذوزنقه ای عملکرد آن بهتر می شود. در انتها، اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال ذوزنقه ای مورد بررسی قرار گرفت به نحوی که با تغییر هندسه داخلی میکروکانال جاذب حرارت دمای ماکزیمم کانال به کمتربن مقدار ممکن برسد. تغییر درجات آزادی داخلی نیز مانند سایر درجات آزادی اثر مهمی بر دمای ماکزیمم میکروکانال جاذب حرارت دارد، دمای ماکزیمم مینیمم شده برای میکروکانال جاذب حرارت بهینه شده با سه درجه آزادی 10% کمتر از دمای ماکزیمم مینیمم شده میکروکانال جاذب حرارت با دو درجه آزادی متغیر می باشد.

چکیده نانوسیالات در سال های اخیر به دلیل ارتقای توانایی های انتقال حرارتی آنها مورد توجه قرار گرفته اند. با اضافه کردن کسر حجمی خیلی کم از نانوذرات به سیالات معمولی ضریب رسانش حرارتی و ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیالات نسبت به سیال پایه آنها به طور قابل توجهی بهبود پیدا می کند. این بهبود خواص در نانوسیالات از این جهت برای ما مهم می باشد که نانوسیالات مشکلات مربوط به سایر محلول های سیال نظیر میکروسیالات، مانند گرفتگی، سایش و ته نشیین شدن را ندارند. بنابراین در این تحقیق یکی از فرایندهای جابجایی در تغییر فاز سیالات، که در فصل مشترک جامد - مایع روی می دهند مطالعه شده است. برای این منظور خواص انتقال حرارت جوشش نانوسیال با نانوذرات اکسید تیتانیوم معلق در آب، برای غلظت های حجمی متفاوت نانوذرات، روی سطح افقی صاف و سه سطح شیار دار دیگر با هندسه های متفاوت و در فشار محیط، بررسی شده است. آزمایش ها جهت بررسی اثر شیاردار کردن سطوح گرمایش بر روی خواص انتقال حرارت جوشش نانوسیال آب - اکسید تیتانیوم انجام شده است. نانوسیال با دو غلظت حجمی متفاوت 2/0 درصد و 4/0 درصد از نانوذرات تیتانیوم اکسید تهیه شده و آزمایش ها بر روی سطوح گرمایش صاف، شیار دار مربعی، شیار دار نیمدایره ای و شیاردارمثلثی با گام یکسان 5/1 میلیمتر در فشار محیط انجام شده است. نمودارهای لگاریتمی شار حرارتی عبوری از سطح گرمایش بر حسب اختلاف دمای سوپرهیت و ضریب انتقال حرارت جوشش بر حسب شار حرارتی عبوری از سطح گرمایش رسم شده و ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال با سیال پایه آن، آب خالص روی تمامی سطوح گرمایش مقایسه شده است و ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال با ضریب انتقال حرارت جوشش آب خالص بر روی تمامی سطوح گرمایش مقایسه شده است. مشاهده می شود که با افزایش غلظت حجمی نانو ذرات معلق در سیال پایه، کاهش در ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال نسبت به آب روی تمامی سطوح گرمایش بیشتر می شود. با ایجاد شیار روی سطح انتقال حرارت، ضریب انتقال حرارت آب و نانوسیال افزایش می یابد. نتایج آزمایش نشان می دهد که در هر شار حرارتی مشخص، برای سیال پایه آب خالص و نانوسیال در هر دو غلظت حجمی یادشده، سطح گرمایش با شیار های مثلثی شکل دارای بیشترین ضریب انتقال حرارت و ضریب انتقال حرارت روی سطح گرمایش شیاردار نیمدایره ای از ضریب انتقال حرارت روی سطح شیاردار مربعی شکل بیشتر است، بطوریکه متوسط افزایش نسبی ضریب انتقال حرارت به ترتیب 79/34 درصد، 15/34 درصد و 33/28 درصد در فرایند جوشش آب خالص و نانوسیال با غلظت های حجمی 2/0 درصد و 4/0 درصد روی سطح گرمایش با شیارهای مربعی شکل می باشد. متوسط افزایش نسبی ضریب انتقال حرارت به ترتیب به مقادیر 58/50 درصد، 85/40 درصد و 68/34 درصد در فرایند جوشش آب خالص و نانوسیال با غلظت های حجمی 2/0 درصد و 4/0 درصد روی سطح گرمایش با شیارهای نیمدایره ای شکل بهبود می یابد. متوسط افزایش نسبی ضریب انتقال حرارت به ترتیب 95/119 درصد، 64/83 درصد و 63/65 درصد در فرایند جوشش آب خالص و نانوسیال با غلظت های حجمی 2/0 درصد و 4/0 درصد روی سطح گرمایش با شیار های مثلثی شکل افزایش یافته است. مساحت تماس سطوح گرمایش با سیال در حال جوشش، با استفاده از نرم افزار سالید ورد محاسبه شده است. این مساحت برای سطوح گرمایش صاف، شیاردار مربعی، شیاردار نیمدایره ای و شیاردار مثلثی به ترتیب 43/1590 میلیمتر مربع، 29/3149 میلیمتر مربع، 70/2499 میلیمتر مربع و 02/3542 میلیمتر مربع می باشد. از نتایج آزمایش مشخص می شود که افزایش مساحت تماس سطح گرمایش با سیال در حال جوشش تنها دلیل افزایش ضریب انتقال حرارت در اثر ایجاد شیار بر روی سطوح گرمایش نمی باشد، زیرا سطح گرمایش شیاردار مثلثی دارای بیشترین مساحت تماس می باشد حال آنکه مساحت تماس سطح گرمایش شیاردار نیمدایره ای از مساحت تماس سطح گرمایش مربعی بیشتراست. کلمات کلیدی : جوشش استخری، نانوسیال، سطوح گرمایش شیاردار، مساحت تماس

در این تحقیق به بهینه سازی یک سیستم پمپ حرارتی منبع زمینی ترکیب شده با سیستم سرمایش جذبی خورشیدی پرداخته شده است. مدل های انرژی، اگزرژی و اقتصادی سیستم ارائه شده اند. مدل اقتصادی برمبنای روش هزینه مخصوص اگزرژی می باشد. از یک تابع هدف ترمودینامیکی برابر کل تخریب اگزرژی سیستم، یک تابع هدف اقتصادی برابر با هزینه نهایی سیستم، پانزده متغیر تصمیم و قیود مربوطه برای بهینه سازی استفاده شده است. فرایند بهینه سازی با استفاده از الگوریتم تکاملی انجام شده است. در مجموع سه طراحی بهینه ارائه می گرددکه شامل یک طراحی بهینه سازی شده تک هدفه با تابع هدف ترمودینامیکی، یک طراحی بهینه سازی شده تک هدفه با تابع هدف اقتصادی و یک طراحی بهینه سازی شده چند هدفه با توابع هدف ترمودینامیکی و اقتصادی می باشد.در مورد بهینه سازی چند هدفه برای انتخاب نقطه بهینه از میان نقاط جبهه بهینه پارتو نیاز به یک فرایند تصمیم گیری خواهد بود. نتیجه شد که بهینه سازی چند هدفه فرم کلی بهینه سازی تک هدفه می باشد که هر دو معیار اقتصادی و ترودینایکی را به طور همزان مورد توجه قرار می دهد و حل نهایی بهینه سازی چندهدفه به فرایند تصمیم گیری بستگی دارد.در هر حال نتایج آن بین نتایج مربوط به بهینه سازی های تک هدفه اقتصادی و ترمودینایکی خواهد بود. نتایج سه طراحی بهینه سازی شده سیستم ارائه شده و مورد بحث و مقایسه قرار خواهند گرفت. نشان داده شد که بهینه سازی ترمودینایکی بر روی منابع انرژی تمرکز می کند در حالی که بهینه سای اقتصادی فقط منابع مالی را مورد توجه قرار می دهد. در مقابل بهینه سازی چندهدفه منابع انرژی و مالی را مورد توجه قرار می دهد. نتایج نشان داده اند که درصد انحراف از مقادیر ایده ال ترمودینامیکی و اقتصادی برای سیستم بهینه ترمودینامیکی به ترتیب % 00/0 و % 356/436 می باشند. این درصدها برای سیستم بهینه اقتصادی نیز به ترتیب % 688/90 و % 00/0 می باشند. ضمنا انحراف از نقاط ایده ال برای طراحی بهینه چندهدفه برای معیارهای ترمودینامیکی و اقتصادی به ترتیب % 772/7 و % 775/49 بدست آمدند.همچنین نتیجه شد که بهینه سازی چندهدفه معیارهای ترمودینایکی و اقتصادی را بهتر از دو طراحی بهینه تک هدفه اقتصادی و ترمودینایکی ارضا می کند.

افزایش انتقال حرارت در تجهیزات انتقال حرارت، ازجمله مبدل های حرارتی، موضوعی است که تاکنون به طور گسترده مورد مطالعه قرارگرفته است.یکی از این تکنیک ها استفاده از محیط متخلخل می باشد.در پایان نامه حاضر، جریان و انتقال حرارت جابجایی سیال در جریان آرام و کاملا توسعه یافته در داخل کانال های شامل محیط متخلخل به کمک نرم افزار فلوئنت انجام شد. اثر پنج متغیر مختلف شامل سه پارامتر هندسی ضخامت محیط متخلخل، فاصله لایه متخلخل از دیواره و تعداد لایه محیط متخلخل به همراه دو متغیر نفوذپذیری محیط متخلخل و نسبت ضریب هدایت حرارتی موثر محیط متخلخل به سیال بر انتقال حرارت و افت فشار درون کانال مرکب شامل محیط متخلخل مورد ارزیابی قرار گرفت.

جریان های دوفازی ازجمله مهم ترین مسائل مهندسی به شمار می آیند و به همین سبب تحلیل این گونه جریان ها بسیار موردتوجه است. در این تحقیق روش های تحلیل جریان های دوفازی بررسی می شود. مدل های شار رانش یکی از روش های تحلیل جریان های دوفازی است که به دلیل سادگی بسیار پرکاربرد بوده و مدل های زیادی نیز در این زمینه ارائه شده است. در این پژوهش تعدادی از مدل های شار رانش و معادلات حاکم بر آن ها برای جریان حبابی رو به بالا شرح داده می شود. شبیه سازی برای جریان های حبابی رو به بالا توسط مدل های شار رانش برای دو نمونه ی آب-هوا و آب-ترمینول انجام شده و نتایج حاصل با نتایج تجربی مقایسه می شود.