در کار حاضر یک ستون حباب دار مکعبی در ابعاد آزمایشگاهی ساخته شد و با استفاده از روش عکسبرداری پرسرعت، مهمترین خواص هیدرودینامیکی حباب ها مانند اندازه، سرعت، مسیر حرکت و نوسان توده حباب ها اندازه گیری شد. سپس اثر عواملی چون سرعت ظاهری گاز، نوع مایع، آرایش توزیع کننده های گاز و وجود مانع مورد مطالعه قرار گرفت . ستون ساخته شده دارای سطح مقطع cm 20*5 و ارتفاع cm 120 است. از سه مایع مختلف ( آب مقطر، گلیسیرین 65% و گلیسیرین 85% ) برای بررسی اثر خواص مایع بر هیدرودینامیک ستون، استفاده شد. از سه دوربین مختلف با سرعت های 20، 500 و 600 قاب در ثانیه برای اندازه گیری خواص حباب ها استفاده شد. با استفاده از این روش جدید فرکانس نوسان توده، مسیر، اندازه، سرعت و جهت حرکت حباب ها با روش عکسبرداری از ستون حباب دار بدست آمد و از روشهایی نو در توسعه روش عکسبرداری استفاده شد. اکثر مراحل اندازه گیری، تحلیل داده ها و محاسبه خواص حباب به وسیله برنامه های نوشته شده در نرم افزار متلب انجام گرفت. طول دوره تناوب از 14-4 ثانیه اندازه گیری و به دست آمد و اندازه حباب ها از 5/6 تا 5/8 میلیمتر محاسبه شد. مقایسه کار حاضر، با کار دیگران نشان داد که علاوه بر صحت عملکرد ستون، روش های ارائه شده نیز به خوبی عمل کرده و می توان به وسیله آن خواص حباب ها را در ستون با دقت به دست آورد.

در این تحقیق، مفاهیم بنیادی و عوامل مهم در فرآیندهای پاششی و تولید افشان مایع، معرفی و انواع افشانه مورد استفاده در صنعت، توصیف و طبقه بندی می شوند. برای بررسی خواص افشانه ها، از ظروف جمع آوری کننده مایع و روش عکسبرداری و پردازش تصویر استفاده شد. عکسبرداری توسط دوربین دیجیتال انجام شد. آزمایش هایی بر روی نیمرخ پاشش قطرات افشانه ها انجام و با استفاده از روش عکسبرداری، سرعت و اندازه متوسط قطرات، محاسبه شد. روش عکسبرداری و پردازش تصویر، روشی نسبتا جدید و مناسب است و با پیشرفت تجهیزات و دانش روز، بهتر شده و توسعه می یابد. از جمله مزایای این روش، سهولت در استفاده، هزینه کمتر و تسریع در انجام آزمایش ها است. در بررسی نیمرخ پاشش افشانه ها، برای کاهش تعداد آزمایش ها، از روش تاگوچی و نرم افزار مینی تب نسخه 15 استفاده شد. الگوی پاشش توسط ظروف جمع آوری کننده حجم مایع، بررسی و دبی حجمی مایع، هوا و ارتفاع از سطح، متغیر بودند. آزمایش ها نشان داد، که با افزایش دبی هوا و ارتفاع افشانه از سطح، گستره و زاویه تحت پوشش افشانه، افزایش می یابد. آزمایش های مربوط به افزایش زاویه پاشش با فشار و دبی هوا، یک افزایش با رابطه ای غیر خطی را نشان داد. با استفاده از روش عکسبرداری و پردازش تصویر، سرعت و قطر متوسط قطرات خروجی از افشانه و عدد چگالی، محاسبه شد. نتایج نشان داد که با فاصله از مرکز پاشش، سرعت متوسط قطرات، کاهش و در نتیجه، تعداد برخوردها کمتر و اندازه متوسط قطرات، افزایش می یابد. نتایج تجربی مربوط به روش عکسبرداری، با نتایج روش lda و نتایج شبیه سازی شده توسط دینامیک سیالات محاسباتی (cfd)، مقایسه شد و مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. نتایج روش عکسبرداری و پردازش تصویر، نشان دهنده قابل قبول بودن روند تغییرات سرعت و اندازه متوسط قطرات است. هدف از انجام این تحقیق، معرفی انواع روش های تعیین خواص افشانه های دو سیاله، مقایسه محدودیت ها، مزایا و معایب هر روش و بررسی عملکرد این نوع از افشانه ها، به علت کاربرد فراوان آنها در صنعت است.

وجود آب در گاز طبیعی باعث کاهش ارزش حرارتی گاز می‎گردد و اگر میعان یابد ممکن است باعث ایجاد مشکلات اساسی عملیاتی مثل خوردگی، افت فشار زیاد، تشکیل هیدرات و سپس ایجاد جریان لخته‎ای و کاهش راندمان ارسال گاز گردد. به همین منظور رطوبت زدایی گاز طبیعی در دهانه خروجی چاههای گازی صورت می گیرد. هدف این پایان نامه شبیه سازی cfd، دستگاه مافوق صوت جداکننده گاز- مایع به منظور خشک کردن گاز طبیعی می باشد. در این پایان نامه سه کار متفاوت صورت گرفته است، در دو مرحله اول به منظور معتبر سازی و حصول اطمینان از میزان دقت تئوری بخار مرطوب، شبیه سازی cfd دو نازل مافوق صوت همگرا- واگرایی به منظور رطوبت زدایی از گاز طبیعی صورت گرفته که به ترتیب داده های حاصل از عملکرد واقعی و نتایج حاصل از شبیه سازی با بسته نرم افزاری مرکب از دو نرم افزار مطلب و هایسیس موجود بود. نتایج حاصل از شبیه سازی های cfd انجام شده با نتایج تجربی و نتایج سایر شبیه سازی ها تطابق و سازگاری قابل قبولی را نشان داد. در مرحله سوم این پایان نامه، پس از حصول اطمینان از عملکرد مناسب تئوری بخار مرطوب، به شبیه سازی cfd دستگاه جداکننده مافوق صوت گاز – مایع در یک دما و فشار مشخص، پرداخته شد و بعد با تغییر پارامترهای کنترلی و آنالیز حساسیت به بررسی عملکرد سیال در دماها و فشارهای مختلف در حین عبور از دستگاه پرداخته شد. دستگاه جداکننده مافوق صوت گاز/ مایع که در این پایان نامه شبیه سازی شده است ساختاری مانند نازل همگرا- واگرا دارد که گاز طبیعی به صورت چرخشی حول محور مرکزی آن وارد می شود و در یک فضای حلقوی به چرخش در آمده و در این فضا پخش می شود. در ابتدا گاز در فضای حلقوی با بیشترین عرض می شود و سپس بدنه داخلی تنگ می شود و به سبب حفظ ممنتوم زاویه ای شدت جریان مماسی به طور چشمگیری افزایش می یابد. جزء محوری سرعت نیز به واسطه شکل محیط عبور گاز که همانا محیط یک نازل مافوق صوت است، افزایش می یابد. گاز در نازل در نتیجه کاهش دما و فشار به سبب سرعت بالا(مافوق صوت) به طور آدیاباتیک منبسط می شود. یک شرایط فوق اشباع حاصل می شود. از نظر ترمودینامیکی این شرایط شبه پایدار است و منجر به هسته زایی خود به خودی(به دلیل نوسانات دمایی) فاز مایع به شکل بسته های مه رقیق با اندازه های زیر میکرونی می شود که بعد از آن به وسیله نفوذ و انعقاد و یا در اثر پیوستن به یکدیگر این بسته ها به قطرات ماکروسکوپیک تبدیل می شوند. این قطرات به سبب نیروهای زیاد چرخشی و اختلاف دانسیته فاز مایع با فاز گاز ، به سمت دیواره دستگاه پرتاب می شوند، و سرانجام از محل دریچه جانبی دستگاه خارج می گردد. گاز خشک بعد از عبور از قسمت پخش کننده، مسیر مستقیم خود را تا انتهای دستگاه ادامه می دهد. با توجه به اینکه هدف این شبیه سازی بررسی راندمان جداسازی دو فاز گاز و مایع بوده است، نتیجه اصلی حاصل از آنالیز حساسیت انجام شده این است که در صورتی که 70 درصد فشار جریان ورودی در خروجی دستگاه بازیابی گردد و دمای گاز ورودی نیز 20 درجه سانتی گراد باشد، فرایند با بیشترین راندمان رطوبت زدایی گاز طبیعی که حدود 68 است، همراه خواهد بود. در این حالت شدت چرخش جریان 77499.69 برابر شتاب جاذبه زمین است. همچنین محل ایجاد موج ضربه ای مکانیکی ناشی از جبهه مافوق صوت، تابعی از دمای جریان، فشار کل سیستم، میزان بازیافت فشار در خروجی و غیره می باشد، در این کار انتخاب طراحی دستگاه به قدری دقیق و مناسب صورت گرفته که تغییر مناسب سطح مقطع مانع افت شدید فشار در محل ایجاد پدیده موج ضربه ای گردیده و قسمت عمده فشار ورودی در بخش پخش کننده دستگاه بازیافت شود. کلمات کلیدی: جریان مافوق صوت، رطوبت زدایی، جداسازی، نازل، همگرا- واگرا، موج ضربه ای،شبیه سازیcfd

از آنجا که ساختمان ها در بخش خانگی و تجاری، حدود 40% انرژی کل کشور را مصرف می کنند، امروزه تحقیقات فراوانی پیرامون روش های بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان انجام می گیرد. یکی از این روش ها که در واقع سبب ذخیره سازی انرژی گرمایی می گردد، استفاده از موادی است که با نام pcm معرفی می شوند. این مواد به هنگام تغییر فاز جامد - مایع، در دمای ثابت، مقدار زیادی انرژی گرمایی را به صورت گرمای نهان در خود ذخیره می کنند. در این پژوهش، نحوه ی عملکرد pcm در دو کاربرد مختلف با استفاده از روش cfd مورد بررسی قرار می گیرد. یکی از این کاربردها بررسی عملکرد سه pcm مختلف در سقف یک ساختمان در شهر سمنان در فصل تابستان است. نتایج نشان می دهند pcm با دمای ذوب و گرمای نهان مناسب، در کاهش دمای ساختمان موثرتر است. همچنین استفاده از pcm برای کنترل دمای فتوولتائیک مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از سلول های فتوولتائیک برای بهینه سازی انرژی در ساختمان در سال های اخیر گسترش یافته است، اما با افزایش دمای فتوولتائیک ها، بازده آنها کاهش می یابد، بنابراین استفاده از pcm ها مفید بوده و باعث جلوگیری از افزایش دمای آنها می شود. یکی از فواید این کاربرد، بهبود عملکرد ضعیف pcm در انتقال گرما است که از طریق قرار دادن پره های فلزی درون pcm انجام می گیرد. برای این منظور دو سیستم فتوولتائیک – pcm مدل سازی شده اند، در یک سیستم دو پره ی فلزی مستطیل شکل درون pcm قرار گرفته است و در سیستم دیگر سلول های فلزی به شکل مثلث، حاوی دو pcm با دمای ذوب مختلف هستند. نتایج نشان می دهند با استفاده از pcm با دمای ذوب مناسب، دمای فتوولتائیک نزدیک به دمای مشخصه اش که °c 25 است، باقی مانده و در نتیجه بازده عملکرد آن بهبود می یابد.

هدف از این پژوهش، مطالعه ی عددی فرآیند ریفرمینگ با بخار متانول درون یک میکروکانال صفحه ای با دیواره ی پوشش داده شده از کاتالیزور است که در آن به مقایسه مقاومت های موجود در برابر واکنش برای تعیین وجود یا عدم وجود محدودیت های انتقال جرم، بررسی اثر پارامترهای سیال- گرمایی و نیز شکل سطح مقطع کانال بر روی بازده میکروکانال پرداخته شده است. برای این منظور معادلات بقا شامل معادله ی انتقال جرم، مومنتوم، حرارت و اجزاء همراه با واکنش شیمیایی با استفاده از دینامیک سیال محاسباتی حل شد. برای حل از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل استفاده شد. برای بررسی اثر شکل مقطع، عملکرد کانال هایی با مقاطع مستطیل، ذوزنقه، مثلث و نیم دایره مقایسه شد. نتایج نشان داد که زاویه ی رأس در کانال مثلثی، همچنین نسبت های قاعده ی بزرگ به ارتفاع و قاعده بزرگ به قاعده کوچک در کانال ذوزنقه ای، مشخصه هایی موثر در تبدیل متانول هستند. به گونه ای که در شرایط مفروض، افزایش زاویه رأس در کانال مثلثی و نسبت قاعده ی بزرگ به ارتفاع در کانال ذوزنقه منجر به کاهش تبدیل متانول شد. همچنین تبدیل متانول در کانال مستطیلی همواره از کانال دایره ای بالاتر بوده و نیز از دو کانال مثلثی و ذوزنقه ی خاصی که فرض شد نیز بالاتر است. برای رسیدن به تبدیل یکسان در کانال های دایره، ذوزنقه و مثلث، نیاز به وزن بیش تری از کاتالیزور در کانال مثلثی است. برای کانال هایی با ارتفاع و پهنای برابر و عدد رینولدز برابر جریان ورودی، تبدیل در کانال مستطیلی با کانال ذوزنقه ای خاص بررسی شده نزدیک به هم و بالاتر از کانال مثلثی است. در این حالت افزایش نسبت قاعده ی بزرگ به قاعده ی کوچک در کانال ذوزنقه، تبدیل متانول را افزایش داد. جمع بندی این نتایج نشان می دهد که سطح مقطع راکتور میکروکانال می تواند در بهبود عملکرد آن موثر باشد و باید در انتخاب راکتور میکروکانال بهینه درنظر گرفته شود.

دامنه موج یکی از مشخصه های هندسی موثر بر عمل کرد مبدل حرارتی فشرده صفحه ای پره موجی است. روابط جدیدی برای لحاظ کردن دامنه موج در طراحی این نوع مبدل ها مورد نیاز است. در این مقاله، اثر دامنه موج بر ضریب کلبرن (j ) و ضریب اصطکاک فانینگ (f ) بررسی می شود. ضریب j معیاری از شدت انتقال حرارت و ضریب f متناسب با افت فشار است. در این بررسی، شبیه سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی کانال موجی یک مبدل انجام شد. این کانال دارای ارتفاع 8 ، گام 2 و طول های2/43 و 8/64 میلی متر است. اطلاعات تجربی منتشر شده در مورد این کانال با دامنه موج 5/1 در دسترس است. بنابراین، ابتدا شبیه سازی با این دامنه موج و در اعداد رینولدز 600 تا 6500 انجام شد. نتایج شبیه سازی با اطلاعات تجربی تطابق خوبی داشته و مقادیر متوسط خطا برای j و f به ترتیب 7 و 4 درصد شد. در مرحله دوم، شبیه سازی کانال با دامنه موج های 5/0، 1، 2 ، 5/2 و 3 میلی متر انجام شد. نتایج نشان می دهد که دامنه موج روی ضرایب j و f موثر است. با افزایش دامنه موج، در جریان های آرام و آشفته، هر دو ضریب بیشتر می شوند. اما، تاثیر دامنه موج بر ضریب f بیشتر است. با روش پردازش منحنی چند متغیره، دو رابطه برای j و f برحسب عدد رینولدز و ابعاد هندسی مختلف کانال موجی به ویژه دامنه موج به دست آمد. برای تعیین هر یک از این روابط از اطلاعات آزمایشگاهی و محاسبه شده قبلی و نتایج محاسبه شده جدید و با لحاظ اثر دامنه موج استفاده شد. این روابط برای مبدل های حرارتی فشرده صفحه ای پره موجی و سیال خنک کننده هوا، قابل استفاده است. نتایج عددی نشان دادند که زمانیکه نوع سیال کاری تغییر کند، مقدار ضریب f تغییری نمی کند، اما مقدار ضریب j مطابق با نوع سیال متفاوت می باشد. بنابراین، روابط کلی برای عمکلرد حرارتی و اصطکاکی برای سیالات خنک کننده متفاوت با اعداد پرانتل مختلف 7/0، 7 و 150، در پره ی موجدار با مشخصه های هندسی مختلف ارتفاع پره، گام پره، دامنه موج، طول پره، ضخامت پره و طول موج پره در محدوده ی وسیعی از عدد رینولدز 200 تا 7500 برای هر دو رژیم جریان آرام و درهم پیشنهاد شدند.

در این پایان نامه مدل سازی جریان سیال و واکنش های شیمیایی در یک پیل سوختی پلیمری به روش دینامیک سیال محاسباتی مورد توجه قرار گرفته است.مدل سازی به صورت دوبعدی، غیر همدما، در حالت پایدار و در نرم افزار فلوئنت صورت گرفته است. واکنش های شیمیایی، در قسمت آند و کاتد به صورت تک فاز و چندجزئی در نظر گرفته شده است. مدل سازی به بررسی رفتار پیل سوختی در دو حالت مختلف (با حضور نانوذرات zro2 و در غیاب نانوذرات در لایه ی غشاء) می پردازد.تاثیر پارامترهایی نظیر دما، فشار، سرعت جرمی جریان کاتد و مقایسه عملکرد سیستم در حضور اکسیژن خالص با هوا در سمت کاتد بر روی نمودار قطبیت بررسی شده است. نتایج بدست آمده درک صحیحی از عملکرد پیل سوختی و یافتن پارامترهای بهینه ارائه می کند که می تواند به عنوان نتایج قابل استناد جهت بهینه سازی پیل سوختی مورداستفاده قرار گیرد. نتایج مدل سازی نشان داد که افزایش دما تا دمای 70 درجه سانتیگراد موجب بهبود عملکرد شده و از این دما هرچه بالاتر می رویم کاهش بازده پیل سوختی را مشاهده می کنیم. بنابراین دمای 70 درجه سانتیگراد را به عنوان دمای بهینه در پیل سوختی حاضر اعلام می شود و اما با اعمال نانوذرات zro2 این میزان به 90 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.در بررسی اثر فشار ورودی، افزایش فشار موجب بهبود بازده شده و البته از فشار 1 تا2 اتمسفر اختلاف چشمگیر تر می باشد. افزایش سرعت جرمی در کاتد نیز موجب بهتر شدن عملکرد پیل سوختی شده است و از طرفی استفاده از اکسیژن خالص سبب بهبود عملکرد به صورت کاملا محسوس شده است.سازگاری خوب نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی صحت این مدل سازی را تایید می کند.

هیدروژن به عنوان ماده اولیه اصلی در بسیاری از صنایع شیمیایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد. هیدروژن می تواند با استفاده از روش های گوناگونی از جمله الکترولیز، تجزیه شیمیایی در اثر حرارت، اکسیداسیون جزئی و تبدیل با بخار از هیدروکربن ها تولید شود. یکی از روش های تولید هیدروژن استفاده از گاز طبیعی و متان می باشد. تبدیل متان با بخار در واقع رایج ترین روش تولید هیدروژن تجاری برای هیدروژن مورد استفاده در واحدهای تولید آمونیاک است. ایالات متحده به تنهایی 9 میلیون تن هیدروژن در سال تولید می کند. واکنش کلی تبدیل متان با بخار در واقع متشکل از دو واکنش، تبدیل گاز آب و تبدیل متان می باشد. از آنجا که ایران با بیش از 6/13 تریلیون متر مکعب دخایر گاز طبیعی شناخته شده یکی از غنی ترین کشورهای جهان به شمار می رود این مقدار گاز که معادل 17 درصد کل ذخایر شناخته شده گاز طبیعی در جهان است ایران را در رتبه دوم قرار می دهد. گاز طبیعی مخلوطی از هیدروکربن ها است که بطور طبیعی در مخازن زیر زمینی یافت می شود و عمدتا از متان و کمی اتان تشکیل شده است. با توجه به فراوانی منابع گازطبیعی در ایران، استفاده از متان برای تولید هیدروژن نسبت به سایر روش ها مناسب تر می باشد. یکی از روش های تولید هیدروژن تبدیل متان با بخار است که در آن متان با بخار آب واکنش می دهد و مخلوطی از هیدروژن، دی اکسید کربن و مونوکسید تولید می کند. امروزه تقریبا تمام هیدروژن توسط تبدیل متان با بخار در پالایشگاه های نفت تولید می شود. در سطح جهانی بیش از 48 ? هیدروژن با روش تبدیل متان با بخار تولید می شود و ماده اولیه برای این منظور گاز طبیعی است. با این حال بهره وری از تبدیل متان با بخار در بهترین حالت 75-65 ? است و تلاش برای افزایش بهره وری این فرآیند، تاثیر قابل توجهی بر اقتصاد هیدروژن دارد. با کاهش مقاومت انتقال جرم و حرارت و غلبه بر محدودیت های ترمودینامیکی می توان به بهره وری بالاتری برای تبدیل متان با بخار دست یافت. میکروراکتورها به عنوان سیستم های واکنش مینیاتوری هستند که مشخصات ابعاد ساختار داخلی آن ها مانند کانال های جریان سیال در رنج میکرومتر تا زیر یک میلیمتر می باشد. میکروراکتورها به علت نسبت بالای سطح به حجم و فواصل انتقال کوتاه، انتقال جرم و حرارت بالایی دارند. در سیستم هایی که با محدودیت در انتقال جرم و حرارت روبرو هستند، میکروراکتور ها برای غلبه بر محدودیت های انتقال مناسب هستند. پیل های سوختی معمولی از هیدروژنی که از تبدیل سوخت های معمول بدست می آید، استفاده می کنند. با این حال توسعه تبدیل کننده های سوخت هیدروکربنی نیاز به درک درستی از مکانیسم ها و مطالعات سینتیکی دارد. به دلیل وجود منابع سرشار گاز طبیعی در ایران، فرآیند تولید هیدروژن از گاز طبیعی در مقیاس کوچک برای پیل های سوختی از اهمیت بسیاری برخوردار است. امروزه با توجه به هزینه های بالای فرآیند های آزمایشگاهی استفاده از مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی می تواند بسیار مفید باشد. هدف در این تحقیق مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی فرآیند تولید هیدروژن از متان در میکروراکتور و بررسی تاثیر پارامتر های فرآیندی از جمله شدت جریان مواد، درجه حرارت و شکل راکتور می باشد. در حقیقت، متان نقطه شروع و پایه اولیه برای درک مترقی از تبدیل هیدروکربن های پیچیده مورد استفاده قرار گرفته است. مدل سازی cfd ابزاری نیرومند در جهت بررسی پدیده های انتقال و طراحی بهینه تجهیزات می باشد. با توجه به هزینه های بالای ساخت تجهیزات آزمایشگاهی و آزمایشات تجربی استفاده از این مدل سازی صرفه جویی در هزینه و زمان خواهد بود. ساخت تجهیزات در مقیاس میکرو نیاز به ابزار و روش های خاص برای ساخت دارند و هزینه ساخت آن ها بسار بالاست. همچنین هزینه ابزار کنترلی مانند کنترل کننده های دما، فشار و جریان در مقیاس میکرو بالاست. با توجه به این شرایط در مواردی که نیاز به بررسی تاثیر شکل و یا شرایط عملیاتی بر روی عملکرد آن تجهیز باشد، هزینه تحقیق بسیار زیاد خواهد شد. در این شرایط استفاده از ابزار های مدل سازی نظیر مدل سازی cfd بسیار مفید و راهگشا خواهد بود. در این تحقیق به مدل سازی تولید هیدروژن از روش تبدیل متان با بخار در میکروراکتور پرداخته می شود. هدف از این مطالعه عددی فرآیند تبدیل متان با بخار با استفاده از مدل سازی سه بعدی cfd و بررسی تاثیر شکل کانال روی میزان تبدیل است. نتایج شبیه سازی می تواند پروفایل های سرعت، دما و غلظت گونه در هر نقطه از راکتور تبدیل را فراهم کند. این اطلاعات در طراحی سیستم برای جلوگیری از مشکلاتی مانند تشکیل نقاط داغ، که می تواند کاتالیست را از بین ببرد، بسیار مفید است چرا که فعالیت کاتالیست به دما حساس است. بنابراین، شبیه سازی cfd به بهینه سازی طراحی راکتور و شناسایی شرایطی که می تواند راندمان تبدیل سوخت را بهبود بخشد، کمک می کند. مدل سازی های cfd همچنین می تواند وقت و هزینه های پیاده سازی ایده ها و طرح های جدید را کاهش دهد.

گرفتگی خطوط لوله توسط هیدرات گازی از زمان کشف هیدرات در خطوط لوله توسط همراشمیت در سال 1934، به عنوان یک مشکل جدی شناخته شد. تا کنون، در ارتباط با تعیین بهترین روش برای حذف گرفتگی، کار زیادی انجام نشده است و بیشتر مطالعات روی موضوع جلوگیری از تشکیل هیدرات، تمرکز داشته است. در هر حال همیشه نمی توان از تشکیل هیدرات جلوگیری کرد و نیاز است تا به روشی تجزیه گردد. در این پروژه، تجزیه حرارتی هیدرات متان با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مدل سازی شده است. در ابتدا فاز هیدرات به صورت جامد متخلخل با تخلخل اولیه 10 درصد در نظر گرفته شد و فرض تخلخل هیدرات در برابر جریان با استفاده از روش اولر- اولر مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به اینکه نتایج به دست آمده با فرض تخلخل هیدرات، نسبت به نتایج تجربی انحراف داشتند، شبیه سازی برای هیدرات به صورت جامد صلب تکرار شد که تجزیه از سطح آن و به کمک واکنش سطحی صورت می پذیرد. تأثیر دمای سیال ورودی بر سرعت تجزیه هیدرات متان برای هر دو حالت، مدل سازی شد و نتایج بدست آمده با داده های آزمایشگاهی، مورد مقایسه قرار گرفت. هم چنین، تأثیر شکل هندسی هیدرات و دمای سیال ورودی بر زمان تجزیه هیدرات متان، بررسی شد. نتایج بدست آمده برای این دو حالت، مورد مقایسه قرار گرفته و ارائه شده اند. این نتایج نشان می دهد، با افزایش دمای سیال عبوری از روی هیدرات، زمان تجزیه هیدرات، کاهش می یابد. هم چنین هیدرات به شکل گلوله با سرعت کمتری نسبت به هیدرات تشکیل شده روی دیواره لوله، تجزیه می شود.

طراحی اکثر تجهیزات شیمیایی به پارامتر های گوناگون از جمله انتقال جرم وابسته هستند، از آنجاییکه قطر حباب ها بر روی انتقال جرم آنها اثر گذار است، بررسی تغییرات قطر حباب بسیار حائز اهمیت است. درکار حاضر ابتدا به چگونگی تغییر قطر حباب در اثر پدیده های بهم پیوستگی که در مسیر حرکت حباب در مایع در ستون حبابی رخ داده پرداخته شد و سپس تاثیر اندازه قطر حباب بر روی فرکانس بهم پیوستگی مورد بررسی قرار گرفت . برای این منظور با استفاده از تکنیک عکسبرداری پرسرعت توسط دوربین کاسیو-اکسیلیم حرکت حباب ها در یک ستون حبابی مستطیلی شکل به ابعاد 5*20*120 و دبی حجمی 0.8lit/min و در ارتفاع 45cmکه از آب به عنوان فاز مایع و از هوا به عنوان فاز گاز استفاده شده، ردیابی شد. تصاویر با استفاده از نرم افزار پردازش تصاویر در مطلب پردازش و قطر حباب ، مساحت حباب ها و سرعت حرکت آنها محاسبه شد.در این مقاله از رابطه فرکانس بهم پیوستگی بیان شده توسط کمپ که به عنوان رابطه مرجع در مقالات بیان شده، استفاده و با داده های به دست آمده مقایسه شد. به طور کلی نتایج نشان داد که با افزایش قطر حباب به دلیل افزایش سطح برخورد بین دو حباب احتمال بهم پیوستگی آنها افزایش یافته است . نتایج همچنین با مدل لیو مقایسه شده و در انتها ضریب رابطه فرکانس برخورد بلنچ برای شرایط موجود به دست آمده است و رابطه کمپ بر اساس اعداد بدون بعد نوشته شده و نیز رابطه ای برای فرکانس بهم پیوستگی با استفاده از روش تحلیل ابعادی به دست آمده است.

بستر سیال ها از جمله تجهیزاتی هستند که امروزه میزان استفاده از آنها، در بسیاری از صنایع به شدت گسترش یافته است. فرآیند پوشش دهی (coating)، یکی از مشهورترین فرآیندها، در ارتباط با این نوع راکتورها است. از جمله اهداف این فرآیند، می توان به اصلاح خصوصیات ظاهری ذرات جامد، آزاد سازی کنترل شده مواد فعال سطحی، محافظت ازذره جامد در برابر اکسیژن و رطوبت محیط و...اشاره نمود. در تحقیق صورت گرفته به منظور حفظ کارایی، ذرات پرکربنات سدیم که به عنوان لکه بر در صنعت شوینده استفاده می شوند و به شدت به دما و رطوبت محیط حساس هستند، پوشش دهی می گردند. در این تحقیق، مواد پوشش دهی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته اند و در نهایت ترکیبی از سولفات سدیم و کربنات سدیم و متا سیلیکات سدیم به عنوان محلول پوشش دهی مطلوب، معرفی گردیده است. در ابتدای انجام کارآزمایشگاهی، با استفاده از طرح آزمایش تاگوچی و نرم افزار minitab14 حالت بهینه برای تعداد مراحل آزمایش‏ تخمین زده شده است. سپس آزمایشات مربوط به فرآیند خشک کردن ذرات پرکربنات سدیم درون راکتور بستر سیال موجود و در شرایط عملیاتی مختلف، صورت گرفته و مدلسازی سینتیکی نتایج انجام شده است. نتایج حاکی از همبستگی مناسب داده های آزمایشگاهی و مدل اصلاح شده هندرسون و پابیس می باشد. در مرحله انتهایی، ذرات پرکربنات سدیم با محلول پیشنهادی، پوشش دار شده اند و در نهایت از لحاظ مشخصه های مربوط به پوشش دهی مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داده است که در شرایط ثابت، راندمان پوشش دهی با افزایش دمای هوای ورودی تا 80 درجه سلسیوس کاهش پیدا می کند و بعد از آن افزایش می یابد.

در این پایان نامه به اصلاح خواص رئولوژیکی و مکانیکی پلی اتیلن بمنظور بهبود خواص آن در کاربردهای مختلف پرداخته شد ، بدین صورت که یک نوع پلی اتیلن خطی تجاری با استفاده از افزایش مقادیر متفاوتی از دی کیومیل پراکساید و کاراساید طی فرایند اختلاط واکنشی مذاب در یک دستگاه اکسترودر اصلاح شد ، بعد از آماده سازی نمونه ها ، اثر افزایش گروه های جانبی بر رفتار رئولوژیکی ( فرایندپذیری ) ، جرم مولکولی و خواص مکانیکی- دینامیکی نمونه های پلی اتیلن سبک خطی از طریق آزمایش های ویسکومتری مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی خصوصیات رئولوژیکی و مکانیکی نمونه ها از دستگاه رئومتر مدل mcr300 ، تست کشش توسط دستگاه mts 10/m آنالیز مکانیکی-دینامیکی توسط دستگاه tritec 2000 و تست آنالیز حرارتی توسط دستگاه viocat استفاده شد . نتایج بدست آمده نشان داد با افزایش شاخه های جانبی ویسکوزیته برش صفر (?0) و همچنین داده های ویسکوالاستیک (مدول ذخیرهg و اتلاف"g ) پلی اتیلن مذاب افزایش یافت . با افزایش شاخه های جانبی و متعاقب آن افزایش جرم مولکولی ، درهم گره خوردگی و کاهش تحرک زنجیرهای پلی اتیلن افزایش یافت . همچنین با افزایش شاخه های جانبی ویسکوزیته ، مدول ، مقاومت حرارتی ، انعطاف پذیری و استحکام کششی پلی اتیلن افزایش و فرایندپذیری بسپار کاهش پیدا کرد .

اختلاط، یکی از واحدهای عملیاتی مهم در ابزار مقیاس میکرو برای همگن سازی و آماده سازی نمونه است. ریز مخلوط کن ها به عنوان ابزار اختلاط حداقل دو فاز مختلف جامد، مایع یا گاز در مقیاس کوچک مورد استفاده قرار می گیرند. در سال های اخیر به دلیل اهمیت زیاد اختلاط سریع و کارآمد در سیستم های میکروجریان در زمینه های بیوشیمیایی و بیوپزشکی، تحقیقات متعددی در زمینه اختلاط در ریزمخلوط کن ها انجام شده است. تاکنون مطالعات عددی و تجربی متعددی در اختلاط سیالات در ریزمخلوط کن هایی با کانال های مستقیم تحت رژیم جریان آرام و متلاطم با شرایط مرزی متفاوت انجام شده اما اختلاط در ریزمخلوط کن های پیچشی در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش از دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان ابزاری در مدل سازی سه بعدی جریان تک فازی درون ریزمخلوط کن های پیچشی با کانال های خمیده استفاده شده است. در این تجهیزات، جریان دین در میکروکانال ها ایجاد می شود و در نتیجه اثر متقابل نیروی گریز از مرکز و حرکت سیال در کانال های خمیده، گرادیان فشار شعاعی ایجاد شده که باعث افزایش اختلاط می شود. هدف از این مدل سازی، بررسی اثر مشخصه های طراحی (ابعاد میکروکانال ها، تعداد جریان های ورودی و تعداد واحدهای اختلاط) بر روی میدان جریان و اثر مشخصه های عملیاتی (عدد رینولدز) بر روی افت فشار و میزان اختلاط است. فرایند مدل سازی با حل همزمان معادلات انتقال جرم و مومنتوم و معادله نفوذ-جابجایی با روش المان محدود توسط نرم افزار کامسول انجام شده است. برای خواص سیال نیز از روابط تجربی منتشر شده در مقالات استفاده شده است. نتایج نشان دادند که برای مقادیر کم رینولدز، نفوذ مولکولی پدیده حاکم بر فرایند اختلاط است اما با تغییر هندسه ریزمخلوط کن و تشکیل گردابه های دین، دستیابی به بازده اختلاط حدود 98% حتی در اعداد رینولدز کم نیز امکان پذیر است. همچنین مقادیر بهینه مشخصه های طراحی برای دستیابی به حداکثر بازده اختلاط تعیین شدند. درنهایت با مقایسه مدل های پیشنهادی با مدل مرجع مشخص شد که مدل های پیشنهادی به دلیل دارا بودن میزان اختلاط بیشتر و سهولت ساخت برای کاربرد در تراشه های آزمایشگاهی مناسب هستند.

مواد فعال سطحی اثرات زیادی بر رفتار حباب های هوا درون آب دارند. در این تحقیق اثر سه نوع ماده فعال سطحی ، آنیونی (سدیم دو دسیل سولفات)، غیریونی (تریتون x-100،توئین20) و آمفوتریک (کوکو آمیدو پروپیل بتائین) بر اندازه حباب های هوا در برج حباب مورد بررسی قرارگرفت. اثر سرعت هوای ورودی و غلظت مواد فعال سطحی بر تعداد حباب های هوا ، اندازه حباب ها مورد مطالعه قرار گرفت. برای این منظور با استفاده از تکنیک عکسبرداری پر سرعت توسط دوربین کاسیو اکسیلیم خواص حباب ها در یک ستون حبابی مسطتیلی شکل به ابعاد 5*20*120 اندازه گیری شد. جنس ستون از نوع پلکسی گلاس شفاف است. از هوا به عنوان فاز گاز استفاده شد و با شدت جریان های مختلف (lit/min 3، 6/1، 8/0) وارد برج شد. از آب مقطر به عنوان یک فاز پیوسته استفاده شد. سیستم در داخل برج، دو فازی مایع – مایع –گاز است . ارتفاع مایع داخل برج cm45 است. تمام مراحل اندازه گیری ، تحلیل داده ها و محاسبه خواص حباب ها به وسیله برنامه های نوشته شده در نرم افزار متلب انجام گرفت. نتایج نشان داد در شرایط یکسان مواد فعال سطحی آنیونی (سدیم دو دسیل سولفات ) حباب هایی با قطر بزرگتر ایجاد می کند. ابعاد حباب ها با افزایش غلظت سدیم دودسیل سولفات ماده فعال سطحی کاهش می یابد.

در این کار مدل هایی از میکروراکتور به صورت عددی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مورد تجزیه تحلیل قرار گرفت. از آرایش هایی با سطح مقطع دایره ای و مستطیلی با کانال های استوانه ای استفاده شده است. در این مطالعه تاثیر پارامترهای مختلف روی تبدیل متانول و بازدهی هیدروژن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مدل سازی بیانگر این است که پارامترهای فاصله دو کانال (l) و فاصله کانال از دیواره (w) و جنس بخش جامد روی بازدهی سیستم موثر هستند. که با افزایش فاصله دو کانال دما در سیستم بالا می رود، و باعث بالا رفتن تبدیل متانول در سیستم می شود. افزایش فاصله کانال تا دیواره باعث افزایش دما در سیستم و در نتیجه افزایش تبدیل متانول می شود. تأثیر ضخامت دیواره جداکننده نیز در این مطالعه بررسی شد که نشان دهنده این است که با انتخاب یک دیواره جداکننده ضخیم به درصد تبدیل بالاتری از متانول و بازدهی بالاتری از هیدروژن می رسیم. مشاهده شد، که با تغییر جنس جامد از کوارتز به آلومینیم درصد تبدیل متانول به اندازه 10% بالاتر رفت که باعث بالاتر رفتن بازدهی هیدروژن می شود. در این مطالعه در آرایش مستطیلی، بازدهی هیدروژن به بیش از 56% رسید. و در آرایش دایره ای به بیش از 62% رسید. مقایسه ای بین آرایش دایره ای و آرایش مرسوم موازی برای مجموعه میکرو کانال ها با سطح مقطع دایره ای انجام شد و مشاهده شد که بازدهی هیدروژن در شرایط عملیاتی یکسان در هر دو آرایش یکسان است، اگرچه آرایش دایره ای حجم کمتری را اشغال می کند و ساخت آن نیز راحت تر است.

در این پایان نامه، عملکرد کاتالیزورهای اکسترود شده پلاتین بر پایه آلومینا در فرایند ریفرمینگ خود گرمایی (atr) با اتانول به طور تجربی مطالعه شد. کاتالیزورهای پلاتین بر پایه آلومینا، در واکنش atr دارای گزینش¬پذیری خوبی برای تولید هیدروژن هستند. آزمایش¬ها با هدف بررسی اثر شرایط عملیاتی مختلف بر میزان تبدیل خوراک و تولید محصول اصلی (هیدروژن)، انجام شد. برای این کار، دستگاه تست کاتالیزور آزمایشگاه هیدروژن و پیل سوختی، مورد استفاده قرار گرفت. این دستگاه قابلیت تنظیم درجه حرارت و شدت جریان¬های مختلف گاز و مایع را داراست. عملیات راه¬اندازی و کالیبره کردن دستگاه و ابزارهای مختلف آن انجام شد. برای انجام واکنش¬ها، از یک میکرو راکتور به حجم 0/636 میلی لیتر استفاده شد. در این آزمایش¬ها، کاتالیزور با 5/2 درصد وزنی پلاتین در بازه دمایی 400 تا 600 درجه سانتی گراد و با نسبت¬های مولی (h_2 o)⁄etoh=3 و o_2⁄etoh=0.3 انجام شد. برای تعیین مقدار تبدیل از دو روش استفاده شد. در روش اول، مقدار آب و اتانول قبل و بعد از واکنش اندازه¬گیری شد. در روش دوم، از دستگاه کروماتوگراف گازی برای اندازه¬گیری مقدار co و co2 استفاده شد. نتایج حاصل نشان می¬دهد که افزایش درجه حرارت از 400 تا 600 درجه سانتی¬گراد، میزان تبدیل را از 11% به 30% می¬رساند. بنابراین، بهترین میزان تبدیل با کاتالیزور pt⁄(〖al〗_2 o_3 ) در دمای600 درجه سانتی گراد حاصل شد.

در این رساله اثر استفاده از دو روش افزایش انتقال حرارت غیرفعال در مبدل¬های حرارتی فشرده صفحه¬پره¬دار به صورت مطالعه آزمایشگاهی و مدل¬سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش مطالعه آزمایشگاهی، یک مجموعه آزمایشگاهی با قابلیت ایجاد شرط مرزی دما ثابت طراحی و ساخته شده است. به عنوان اولین روش افزایش انتقال حرارت غیرفعال، اثر جایگزینی شش کانال صفحه¬ای پیچیده به جای کانال صاف بررسی شده است. در میان کانال¬های مطالعه شده، کانال تولیدکننده گردابه با مقادیر بالائی از ضریب انتقال حرارت جابجائی، دارای بهترین عملکرد بوده و باعث کاهش سطح به میزان 50% در مبدل¬های حرارتی صفحه¬¬پره¬دار می¬شود. به عنوان دومین روش افزایش انتقال حرارت غیرفعال، جریان نانوسیال مس- آب دیونیزه در کانال صاف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می¬دهد، در حالی که افزایش در غلظت نانوذرات مس باعث افزایش در ضریب انتقال حرارت جابجائی درون این کانال می¬شود، عملکرد هیدرولیکی- حرارتی کانال با افزایش در غلظت نانوذرات کاهش می¬یابد. جریان نانوسیال مس- آب دیونیزه درون کانال¬های صفحه¬ای پیچیده به عنوان یک روش افزایش انتقال حرارت ترکیبی در مبدل¬های حرارتی صفحه¬پره¬دار نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این بررسی بیانگر آن است که، کانال¬های تولیدکننده گردابه و موجدار به ترتیب در دبی¬ها و غلظت¬های بالا و پائین از نانوسیالات بهترین عملکرد را به عنوان هسته مبدل¬های حرارتی صفحه¬پره¬دار دارند. علاوه بر این در بخش آزمایشگاهی این پژوهش، اثر نوع نانوذرات و سیال پایه نیز بر عملکرد یک مبدل حرارتی صفحه¬پره¬دار با کانال¬های موجدار مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، از شش نوع نانوذرات اکسیدفلزی شامل sio2، tio2، zno، fe2o3، al2o3 و cuo و مخلوط آب دیونیزه- اتیلن¬گلایکول در سه کسر وزنی متفاوت استفاده شده است. براساس نتایج این بخش¬¬، از نانوذرات sio2 می¬توان به عنوان بهترین افزدونی و از مخلوط 50- 50 آب دیونیزه- اتیلن¬گلایکول به عنوان بهترین سیال پایه یاد نمود. در بخش عددی، از روش دینامیک سیالات محاسباتی به منظور مدل¬سازی جریان نانوسیالات مس- آب دیونیزه درون کانال تولیدکننده گردابه به عنوان بهترین کانال صفحه¬ای و به منظور بررسی اثر پارامترهای هندسی موثر در این کانال استفاده شده است. نتایج حاصل از این بخش نشان می¬دهد که، که مدل مخلوط پیش¬بینی بهتری از جریان نانوسیالات در مقایسه با مدل¬های دیگر در نظر گرفته شده دارد. علاوه بر جریان نانوسیالات، جریان چهار سیالات متداول انتقال حرارت شامل هوا، آب، روغن و اتیلن¬گلایکول، درون کانال¬های صفحه¬ای مختلف با پارامترهای هندسی متفاوت بررسی شده است. در این بخش میزان تاثیر این پارامترها بر روی عملکرد مبدل¬¬های حرارتی صفحه¬پره¬دار در زمان استفاده از سیالات کاری مختلف ارائه شده است. همچنین طرح¬های جدیدی به منظور افزایش عملکرد دو کانال آفست¬استریپ و موجدار پیشنهاد شده است.

در این تحقیق، پایداری نانوسیال اکسید مس با غلظت وزنی 1/0 درصد بر پایه آب یون زدایی شده بطور تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های انجام شده در فاز مطالعاتی این تحقیق نشان داده اند که با توجه به حجم گسترده تحقیقات انجام گرفته بر روی خواص انتقال حرارتی نانوسیالات، تاکنون مطالعات کمتری بر روی پایداری نانوسیالات صورت گرفته است و این در حالی است که امروزه تولید نانوسیال پایدار بسیار ارزشمندتر از نانوسیالی است که پایداری کمی داشته و غیرقابل استفاده در صنعت باشد. لذا ضرورت انجام آزمایش های بیشتر و متمرکزتر در این زمینه احساس می شود. آزمایش ها با هدف بررسی تأثیر عوامل موثر بر پایداری نانوسیال و دستیابی به یک شرایط بهینه پایداری طراحی شده اند. بدین منظور مهمترین عوامل موثر بر پایداری نانوسیال در حین آماده سازی (سرعت دورانی و مدت زمان پخش نانوذرات در سیال پایه)، در حین پایدارسازی نانوسیال (مدت زمان موج دهی فراصوت، نوع و غلظت مواد فعال سطحی) و پس از آماده سازی و پایدارسازی نانوسیال (مقدار اسیدیته) بررسی شده اند. ذرات اکسید مس با اندازه 40 نانومتر به عنوان نانوذره و آب یون زدایی شده به عنوان سیال پایه به منظور آماده سازی نانوسیالات مورد استفاده قرار گرفته اند. همچنین به منظور بهبود شرایط پایداری نانوسیالات از مواد فعال سطحی سدیم دودسیل سولفات و پلی وینیل پیرولیدن-25 استفاده شده است. آزمایش ها با استفاده از روش طراحی آزمون تاگوچی و اجرای نرم افزار qualitek-4 طراحی شده و نتایج حاصل، با استفاده از روش های آماری تحلیل شده اند. در ادامه، از روش های بررسی تصاویر ته نشینی نانوذرات، پتانسیل زتا و اندازه گیری شدت جذب نور به منظور ارزیابی شرایط پایداری نانوسیال استفاده شده است. دلیل استفاده از روش های فوق به ترتیب بررسی سرعت ته نشینی نانوذرات در نانوسیال، بررسی تأثیر تغییرات خواص سطحی نانوذرات بر پایداری نانوسیال و ارزیابی میزان پایداری نانوسیال در معرض تابش نور بوده است. نتایج نهایی نشان داده اند که استفاده از ماده فعال سطحی سدیم دودسیل سولفات با غلظت وزنی 1/0 درصد، یک ساعت موج دهی فراصوت و تنظیم مقدار اسیدیته نانوسیال برابر 72/10، بهترین شرایط را برای پخش نانوذرات اکسید مس در آب یون زدایی شده فراهم آورده اند. در این شرایط، نانوسیال ساخته شده برای مدت زمان حداقل 40 روز بدون مشاهده هیچ اثری از ته نشینی نانوذرات، پایداری خود را حفظ نموده است.

با ناتونی کلیه در پاکسازی خون از مواد سمی و اضافی، از درمان¬هایی مانند همودیالیز به صورت جایگزین استفاده می¬شود. در این پژوهش به بررسی دستگاه همودیالیز پرداخته¬ شده¬ است. در راستای این کار، دو مدل ریاضی ارائه شد، که هر دو مدل به طور همزمان انتقال جرم ناشی از دو پدیده¬ی نفوذ و جریان همرفتی را در نظر می¬گیرد. جریان همرفتی عاملی است که در مطالعات دیگر کمتر در نظر گرفته شده است، اما از لحاظ تقویت پدیده¬ی انتقال جرم در همودیالیز حائز اهمیت است. برای حل هر دو مدل از روش تفاضل محدود استفاده شده است، که پس از گره¬بندی سیستم استوانه¬ای مربوط به فیبر همودیالیز و اعمال شرایط مرزی بوسیله¬ی نرم¬افزار متلب حل شدند. در مدل شماره 1 برای انجام دقیق¬تر محاسبات تغییرات غلظت در فاز محلول دیالیز به عنوان یک پارامتر مهم و مؤثر در جداسازی و نزدیک شدن به واقعیت در نظر گرفته شد، که پیش از این مورد مطالعه قرار گرفته نشده است. در مدل شماره 2 تغییرات غلظت پروتئین در طول فیبر بواسطه¬ی جذب آن بر سطح غشا و ایجاد یک لایه¬ی مشبک منظم بر سطح غشا مورد بررسی قرار گرفت. در واقع عامل جذب پروتئین بر سطح غشا عاملی است که در بررسی¬های دقیق دستگاه همودیالیز در طول درمان باید لحاظ شود. نتایج تئوری بدست آمده از مدل¬ها با داده¬های آزمایشگاهی گرفته شده از کارخانه هلال ایران (سها) مورد مقایسه قرار گرفت و نتایج از سازگاری خوبی برخوردار بودند. بنابراین، مدل¬های توسعه یافته در این مطالعه می¬تواند به عنوان ابزاری توسط پژوهشگران دیگر برای بهینه¬سازی دستگاه همودیالیز یا ساختار غشا مورد استفاده قرار گیرد. تأثیر پارامترهای مختلفی چون شدت جریان خون و محلول دیالیز، طول فیبر و ویژگی¬های ساختاری غشا، سرعت اولترافیلتراسیون، ضریب انتقال جرم، در مدل¬ها بررسی و نتایج آن نشان داده شده است.

این رساله شامل دو بخش مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی (یا به اختصار cfd) و بررسی آزمایشگاهی میکروراکتور تولید هیدروژن است. در بخش مدل سازی cfd، معادلات بقا در میکروراکتور با طرح های متفاوت کانال ها با آرایش موازی و ساختار حلقوی، با روش حجم محدود حل شده است. واکنش ریفرمینگ با بخار به همراه اکسایش درون میکروراکتور مورد بررسی قرار گرفته است. در آرایش موازی اثر شرایط عملیاتی بررسی شد. در ساختار حلقوی علاوه بر بررسی شرایط عملیاتی، تغییر قطر کانال در طول میکروراکتور بررسی شد.

در این پژوهش به مدل سازی فرآیند کلرسیون سیلیکون پرداخته شده است. این فرآیند درون یک راکتور بستر سیال انجام می شود. مدل کردن این فرآیند باعث رسیدن به شرایط عملیاتی بهینه و تولید محصول با کیفیت خواهد شد. برای مدل کردن این فرآیند از مجموعه ای از مدل ها که شرایط هیدرودینامیکی بستر سیال و سینتیک واکنش را شبیه سازی می کنند، استفاده شده است. به طوریکه از مدل ارائه شده توسط ون و موری، برای محاسبه قطر حباب ها، و از مدل دیویدسون و هریسون برای محاسبه سرعت صعود حباب ها و همچنین از روابط کونی و لون اشپیل، برای محاسبه تبادل جرم بین فازی استفاده شده است. مدل jsr ارتفاع بستر سیال را به چند بخش غیر هم اندازه به طوری که ارتفاع هر بخش برابر قطر حباب در همان بخش است، تقسیم می کند. البته این مدل حضور ذرات جامد در حبابها و صعود هر حباب در مجموعه ای حباب ها را لحاظ نمیکند. در ادامه با بسط واکنش گاز جامد به ذرات داخل حباب و جایگزینی سرعت حباب در مجموعه ای از حباب ها به جای سرعت حباب تکین نواقص مدل jsr رفع و مدل حاصل، jsr اصلاح شده نام گرفت. در ادامه از این مدل در توسعه یک روال بهینه برای مدل سازی راکتور بستر سیال کلرسیون سیلیکون استفاده شد. از مقایسه نتایج مدل های کونی و لون اشپیل، کاتو و ون، jsr و jsr اصلاح شده با نتایج تجربی نشان داده شد که نتیجه مدل jsr اصلاح شده نسبت به سایر مدلها به نتایج تجربی نزدیکتر است. در پایان بر اساس مدل به دست آمده و با استفاده از قابلیت های جعبه ابزار gui نرم افزار متلب یک ابزار ارتباطی کاربر پسند تهیه شد که انجام مدلسازی را تسهیل می کند.

در مطالعه ی حاضر، تاثیر مواد افزودنی بر رفتار ترموفیزیکی نانوسیالات و عملکرد حرارتی کویل های مارپیچ، مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش نخست، مقایسه ی تجربی بین عملکرد حرارتی نانوسیال ترکیبی (با 5/97% آلومینا و 5/2% نقره) و نانوسیال تک جزئی، در کویل های مارپیچ در شرایط دمای دیواره ثابت، تحت جریان آرام، انجام شده است. نانوسیال های استفاده شده، با غلظت 1/0، 2/0 و 4/0 حجمی، شامل اکسید آلومینیوم- نقره و اکسید آلومینیوم، برپایه ی آب می باشد. دقت سنجی آزمایش با استفاده از آب مقطر در کویل مارپیچ بررسی شده است، که با نتایج بدست آمده از روابط، مطابقت خوبی نشان داده است. نتایج بدست آمده از بخش نخست حاکی از آن است که، در هردو نانوسیال افزایش غلظت نانوذرات، منجر به افزایش انتقال حرارت می شود و این افزایش در غلظت برابر در نانوسیال ترکیبی، بیشتر می باشد. بیشترین افزایش میزان انتقال حرارت مربوط به نانوسیال ترکیبی با غلظت 4/0% حجمی است که در عدد رینولدز 4687، نسبت به آب خالص، 58/31% و در صورت استفاده از نانوسیال تک جزئی، 42/28% است. در بخش دوم، بررسی عملکرد حرارتی و افت فشار نانوسیال ترکیبی، با افزودن مواد فعال سطحی مختلف و مقایسه بین آن ها، در کویل مارپیچ و با شرایط یکسان انجام شده است. در این بخش از نانوسیال ترکیبی آلومینا-نقره، بر پایه ی آب استفاده می شود. غلظت بکار رفته از نانوسیال ترکیبی، 2/0% حجمی و غلظت سورفکتانت استفاده شده، 1/0%، 2/0% و 4/0% درصد وزنی می باشد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش غلظت سورفکتانت منجر به افزایش پایداری و بهبود عملکرد حرارتی شده است. این افزایش غلظت در حالت سورفکتانت یونی، 1/0% وزنی و درحالت سورفکتانت غیر یونی حدود 4/0% وزنی می باشد. نتایج نشان می دهد که افزایش غلظت سورفکتانت بیشتر از مقادیر فوق، منجر به ته نشینی و کلوخه شدن ذرات شده، که این امر به نوبه خود، باعث کاهش عملکرد حرارتی نانوسیال می شود.

در این مطالعه، تأثیر مولدهای گردابه بر عملکرد هیدرولیکی- حرارتی کانال هائی با سطح مقطع مستطیل شکل با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) بررسی شد. اثر شکل مولد گردابه بعلاوه هفت عامل هندسی موثر در محدوده ی عدد رینولدز 100 تا 1600 مورد بررسی قرار گرفت. تأثیر این عوامل هندسی برای جریان سه سیال متداول انتقال حرارت (آب، روغن و اتیلن گلیکول) درون مبدل های حرارتی صفحه پره دار با مولدهای گردابه بر ضریب کلبرن (j) و ضریب اصطکاک فانینگ (f) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج عددی در تطابق مناسبی با نتایج داده¬های تجربی بودند و مقادیر متوسط خطا برای j و f به ترتیب 6/4% و 1/7% گزارش شد. در پایان رابطه جدیدی برای عدد nu که بتواند پیش¬بینی مناسبی برای ضریب انتقال حرارت و افت فشار اصطکاکی ارائه دهد، پیشنهاد شد. نتایج نشان داد که کانال های جریان مولد گردابه با بزرگترین گام عرضی و بزرگترین عرض مولد گردابه ، با توجه به معیار طراحی در نظر گرفته شده، به ترتیب بیشترین و کمترین مقدار را به خود اختصاص داد. در این مطالعه تأثیر گردابه¬های طولی، عرضی و نرمال بر تغییر ساختار جریان و مکانیزم انتقال حرارت و افت فشار در کانال جریان مورد توجه قرار گرفت.

مواد فعال سطحی اثرات زیادی بر رفتار حباب های هوا درون آب دارند. در این تحقیق اثر ماده فعال سطحی (2و1 پروپان دیول) بر اندازه حباب های هوا در برج حبابی مورد بررسی قرار گرفت. اثر سرعت هوای ورودی و غلظت مواد فعال سطحی بر تعداد حباب های هوا و اندازه حباب ها موردمطالعه قرار گرفت. برای این منظور با استفاده از فن عکس برداری پرسرعت توسط دوربین کاسیو اکسیلیم خواص حباب ها در یک ستون مستطیلی شکل به ابعاد 5 ×20×120 اندازه گیری شد. جنس ستون از نوع پلکسی گلاس شفاف است. از هوا به عنوان فاز گاز استفاده شد و با شدت جریان های مختلف (8/0،6/1 و 3 لیتر بر دقیقه) وارد برج شد. از آب مقطر به عنوان فاز پیوسته استفاده شد. سامانه در داخل برج، دوفازی مایع-گاز است. ارتفاع مایع داخل برج cm 45 است. تمام مراحل اندازه گیری، تحلیل داده ها و محاسبه خواص حباب ها به وسیله برنامه های نوشته شده در نرم افزار متلب انجام گرفت. نتایج نشان داد با افزایش ماده فعال سطحی کشش سطحی مایع کاهش یافته، اندازه حباب ها کوچک تر و تعداد آن ها بیشتر شده که این امر با افزایش سرعت گاز ورودی یا همان دبی به علت درهمی جریان مشاهده شد. همچنین تأثیر غلظت ماده فعال سطحی بر اندازه و تعداد حباب ها از تأثیر سرعت هوای ورودی در غلظت های زیاد به مراتب بیشتر است و پس از تحلیل تصاویر کاهش 35% اندازه حباب در غلظت 4/0% ماده فعال سطحی نسبت به آب خالص مشاهده شد.

در بستر سیال مخروطی، قطر ظرف از پایین به بالا افزایش یافته و بنابراین، رفتاری متمایز با سایر بسترهای سیال، ایجاد می شود. در این کار، از دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان ابزاری برای مدل سازی هیدرودینامیک دو بعدی راکتور بستر سیال مخروطی گاز-جامد استفاده شد. نتایج ناشی از شبیه سازی به کمک نرم افزار شبیه ساز cfd، بسته فلوئنت 26. 3. 6 با داده های تجربی بستر سیالی که حاوی مهره های شیشه ای (کروی) با قطر 2 میلی متر و دولومیت (غیر کروی) با قطر 2/215 میلی متر بوده، مقایسه شد. جریان گاز- جامد با استفاده از مدل اولری- اولری و خواص ذرات جامد نیز با به کارگیری تئوری سینتیکی جریان دانه ای شبیه سازی شد. برای محاسبه ی ضرایب تبادل مومنتوم گاز-جامد نیز از مدل دراگ گیداسپو استفاده شد. انبساط بستر و افت فشار بر حسب سرعت ظاهری گاز و اثر شکل و تغییر قطر ذرات بر این پارامترها مورد بررسی قرارگرفت. نتایج مدل، تطابق خوبی با نتایج تجربی نشان داد. میزان خطا برای افت فشار و انبساط بستر ذرات شیشه ای به ترتیب 3 و 16 درصد و برای ذرات دولومیت 7 و 13 درصد است. در این کار، از مدل ذرات کوچک شونده استفاده شد بدین صورت که شبیه سازی برای ذرات یکسان کروی با قطر مشخص انجام شد و سپس با تغییر قطر ذرات، شبیه سازی تکرار شده و اثر کوچک شدن ذرات بر روی انبساط بستر و افت فشار بررسی شد. مدل سازی برای پنج قطر مختلف ذرات کروی با قطرهای 5، 3، 2، 1 و 0/5 میلی متر انجام شد. نتایج نشان دادند که با کاهش قطر ذرات، انبساط بستر افزایش می یابد. با کاهش اندازه ذرات، سرعت مازاد گاز افزایش یافته و به این دلیل انبساط بستر نیز افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که با کاهش قطر ذرات، افت فشار بستر افزایش می یابد.

راکتور بستر سیال یکی از مهم ترین فناوری¬ها برای عملیات ناهمگن گاز- جامد در صنایع شیمیایی و پتروشیمی (فرآیندهای کاتالیستی و غیرکاتالیستی) است. در کار حاضر، تأثیر تقعر بدنه بر روی هیدرودینامیک بستر مخروطی موردمطالعه قرار گرفته است. بسترهای مخروطی دوبعدی با زاویه مخروطی 37/5، 47/7، 31/11و بستر مخروطی با زاویه مخروطی 31/11 و شاخص تقعر 1/15 با سطح مقطع پایینی یکسان، به منظور بررسی و مقایسه مشخصات هیدرودینامیکی بسترها ساخته شد. بسترهای مخروطی برخلاف بسترهای متعارف دارای گرادیان سرعت در جهت محوری می¬باشند. بسترهای مخروطی جایگزین خوبی برای بسترهای متعارف استوانه ای به منظور حل مشکل لخته¬ای شدن، مخلوط شوندگی کم و سیالیت با محدوده وسیع ذرات هستند. از طرفی، محدودیت انتقال جرم و اندازه حباب و فضاهای مرده از معایب این بستر شناخته می شود. آزمایش¬ها در شرایط محیطی (303 کلوین)، فشار اتمسفر و در سه ارتفاع 3، 5 و 7 سانتی¬متر با 6 بار تکرار انجام شد. از هوا به عنوان گاز سیال¬کننده استفاده شد. حداقل سرعت سیال سازی با استفاده از روش اختلاف فشار، و قطر معادل حباب با استفاده از روش عکس برداری و با معادل قرار دادن سطح مشاهده شده حباب با سطح دایره به دست آمد. نتایج به دست آمده کاهش 48 درصدی سرعت سیال سازی در شرایط یکسان (ارتفاع ساکن بستر و قطر متوسط ذرات) و کاهش 57 درصدی قطر معادل حباب در عدد بی¬بعد یکسان سرعت را برای بستر مخروطی مقعر نسبت به مخروطی متعارف را نشان داد.

چکیده افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی لوله ای با وارد کننده های مولد گردابه به صورت تجربی بررسی شده است. محدوده مورد مطالعه در نسبت فاصله طولی بین باله ها به عرض وارد کننده (33/1، 67/2 و 4) و سه نسبت طول باله ها به عرض وارد کننده (33/0، 67/0 و 1) و سه نسبت عرض باله ها به عرض وارد کننده (2/0، 4/0 و 6/0) و عدد رینولدز بین 5200 و12200 است. سیال مورد آزمایش آب و نانوسیال مس – آب در کسر حجمی 2/0 درصد می باشد. نتایج حاصل از جریان نانوسیال برای افزایش انقال حرارات، افت فشار و معیار طراحی حرارتی درون لوله های با مولد گردابه با نتایج حاصل از جریان آب مقایسه شده است، که وارد کننده مولد گردابه با نسبت فاصله طولی کمتر و نسبت طولی- عرضی بالاتر باله مقدار بالاتری از نرخ انتقال حرارت و افت فشار را باعث می شود. در محدوده مورد مطالعه، حداکثر عملکرد طراحی 83/1 در زمان استفاده از نانوسیال مس- آب در داخل لوله مجهز به وارد کننده مولد گردابه در نسبت طول به عرض 6/0 باله برای ماکزیمم عدد رینولدز می باشد، به صورت همزمان نرخ انتقال حرارت و افت فشار به 24/1برابر و 03/2 برابر نسبت به لوله ساده افزایش می یابد. کلمات کلیدی: افزایش انتقال حرارت، متلاطم کننده مولد گردابه، نانوسیال، جریان توربلانت، روابط تجربی

چکیده: این پژوهش به بررسی عددی انتقال حرارت و افت فشار جریان سیالات آب، اتیلن گلایکل و روغن و همچنین نانوسیالات با سیال پایه آب و اتیلن گلایکل همراه با نانوذرات اکسیدآلومینیوم می پردازد. به منظور افزایش هرچه بیشتر انتقال حرارت، در کنار استفاده ازنانوسیال مناسب، از لوله های کویلی در سه شکل کویل عمودی، کویل تخت و کویل سینوسی بهره گرفته شده است. برای بررسی اهداف پروژه، پارامترهای منحصر بفرد هندسی کویل ها که متغییر می باشند، مورد مطالعه قرار گرفته است. پس از شبیه سازی و حل معادلات حاکم، در هندسه کویلی مارپیچی عمودی انتقال حرارت بیشتری نسبت به دو هندسه دیگر در تمام سیالات عملیاتی دو برابر شده است. در محدوده عملیاتی استفاده از نانوسیال اتیلن گلایکل/ al2o3 (3% وزنی) در لوله مارپیچی عمودی با مدل کاهش قطر کویل، بهترین بازده را داشته است. همچنین میزان افزایش انتقال حرارت در حضور نانوسیالات با پایه آب و اتیلن گلایکل به ترتیب در حدود 99/3-45/4% و 59/1-2/2% بوده است. واژگان کلیدی: لوله های کویلی، افزایش انتقال حرارت، مطالعه عددی، نانوسیال.