نانو سیالها مخلوطهای هستند از پودرهای جامد با ابعاد نانو متر در بستر یک سیال انتقال حرارت معمول که معمولا مایعی است قطبی نانو سیالها در واقع پاسخ اولیه ولی عملی ای هستند به نیاز روز افزون صنعت به سیالهای انتقال حرارتی که در عین حال که تا حد ممکن مانند آب بی خطر و بی دردسر بوده و چندا ن هم گران نیستند موثر تر از آن و سایر سیالهای انتقال حرارت معمول مانند الکل و روعن بود تا برای یک انتقال حرارت مشخص به سطح انتقال حرارت کمتری نیاز داشته باشند و بتوان از آنها در مینیاتوری کردن تجهیزات انقتال حرارت بهره برد با وجودیکه اکنون بیش از یک دههه از معرفی نانو سیال به جهان علم می گذرد لیکن هنوز هیج تیوری جامعی توسعه ینافته است که قادر باشد مشاهدات به ظاهر متناقض درباره رفتار آنرا توجیه نموده و پیش بینی نماید در این میان بحث به روی نقش حرکات براونی در بهبود خواص ترموفیزیکی نانو سیالها با جدلهای بیشتری همراه بوده است بوده است که این مسیله بحثی محکم به لحاظ ساختار منطقی و ریاضی را در مورد آن می طلبد و پروژه حاضر نیز به تلاش در همین زمینه اختصاص داده شده و تعریف گشته است. به طور خاص در این پایان نامه نشان داده خواهد شد که در سایه فرضهایی چند که برای حفظ استحکام منطقی بحث لازم می باشند حتی با وجود یکه مایع همراهی کننده ذرات در حرکات براوتی آنها نیز لحاظ می شود امام باز هم حرکات براونی نمی تواند مستقیما روی ضریب هدایت حرارتی نانو سیال تاثیر قابل توجهی بگذارند با این وجود این احتمال که حرکات براونی بتوانند با نقض شدن فرضهای مدلسازی حاضر مثلا اگر نانو سیال چنان غلیظ باشد که نتوان از اثرگذاری با متقابل مایع اطراف هر ذره با مشابه آن روی ذره همسایه صرفنظر نمود اختلاط ریز ماکروسکوپی) یا با اثر گذاری غیر مستقیم (مثل پدیده توده ای شدن ذرات آبدوست در مایع قطبی بهبود ضریب هدایت حرارتی در نانو سیالهارا زیر چتر کنترل خود بگیریند به هیچ وجه دور از ذهن نیست اگر جه جز به صورت اشاره در پایان نامه حاضر به آن پرداخته نخواهد شد. در کنار بحث اصلی همچنین در این پایان نامه موضوعاتی چند نیز مورد بررسی قرار می گیرند که مورد اختلاف نگارنده این اثر و منابع موجود می باشند که اتفاقا دو اختلاف از این اختلافات در هسته مدلسازی پروژه حاضر نیز می باشد یکی مدلسازی مایع همراه ذرات که باید از دیدگاه زیر ماکروسکوپی صورت پذیرد و دیگری تقسیم کردن ذرات در هر لحظه از حالت ترمودینامیک غیر تعادلی بین حداقل دو حرکت فروتیک برانگیخته شده در میدان نانو سیال

در خودروهای مجهز به یخچال کمپرسور سیکل تبرید توسط موتور حرکتی خودرو و یا یک موتور مجزا به حرکت در می آید اگر این موتور از حرکت بازایستد عمل سرمایش دیگر ممکن نخواهد بود و مواد غذایی داخل کانتینر فاسد خواهد شد به همین علت رانندگان این خودروها برای استراحت در حین سفر باید موتور را روشن نگه دارند که این امر علاوه بر افزایش استهلاک قطعات مکانیکی خودرو و افزایش مصرف سوخت باعث ایجاد آلودگی هوا و آلودگی صوتی نیز می شود. همچنین اگر در حین سفر به هر علتی موتور گرداننده کمپرسور خراب شود سلامت مواد غذایی داخل کانینر با خطر جدی روبرو خواهد شد. تحقیق حاضر با هدف بررسی امکان استفاده از واحد ذخیره سازی انرژی سرمایشی در خودروهای مجهز به کانتینر یخچال تهیه گشته است. در این تحقیق سعی شده تا علاوه بر مدلسازی انتقال حرارت درون واحد ذخیره سازی جنبه های متفاوت تاثیر استفاده از واحد ذخیره سازی انرژی بر عملکرد واحد چگونگی ذخیره سازی و یا تخلیه انرژی مورد توجه بوده که برای برآورد آن معادلات انتقال حرارت برای هوا لوله ها و ماده تغییر فاز دهنده به روش عددی حل گردیده اند. با بهره گیری از مدل انتقال حرارتی بدست آمده برای کانتینر-یخچال تاثیر پارامترهای مختلف مانند عدد رینولذز، قطر خارجی لوله، ضخامت ماده تغییر فاز دهنده اطراف لوله) بر عملکرد واحد مطالعه شده است. همچنین بار برودتی تحمیل شده به کانتینر بر حسب شرایط مختلف محیطی و خصوصیات سامانه کانتینر و خودرو محاسبه شده و نتایج آن با محصولات موجود در بازار مقایسه گردیده است. در نتیجه این مدلسازیها خصوصیات واحد ذخیره سازی لازم برای کانینر مشخص شده و برآورد اقتصادی از تاثیر استفاده از این واحدها بر مصرف سوخت خودروهای مجهز به کانتینر - یخچال ارایه گردیده است. همچنین با استفاده از مدلهای انتقال حرارتی بدست آمده برای واحد ذخیره سازی و کانتینر و با مدلسازی شرایط محیطی حاکم بر کانتینر در طول یک سفر بین شهری برآوردی از امکان شارژ کردن واحد ذخیره سازی در طول سفر ارایه گردیده است. در راستای مطالعات انجام شده در این تحقیق این نتیجه حاصل شد که استفاده از واحد ذخیره سازی انرژی در کانتینر - یخچالهای متحرک ممکن بوده و برای راننده این امکان را فراهم می آورد که در هنگام توقف خودرو موتور گرداننده سیکل تبرید را خاموش کند و همچنین سبب کاهش استهلاک موتور افزایش راندمان عملکردی موتور و کاهش مصرف سوخت خودرو گردد.

جریانهای آشفته گاز همراه با ذرات جامد در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و زیست محیطی نظیر صنایع معدنی، شیمیایی، تبدیل انرژی و کنترل آلودگی هوا کاربرد دارد. در این پایان نامه برای پیش بینی خواص جریان آشفته گاز-جامد رو به بالا در یک لوله عمودی با شار ثابت و یک لوله افقی، مدلی سه بعدی به روش چهارطرفه اویلرین-لاگرانژین ارائه شده است. فاز گاز با معادلات متوسط زمانی رینولدز مومنتوم و انرژی و الگوی جریان آشفته k?-t?, k-t و فاز ذرات به صورت لاگرانژین و برخورد غیر الاستیک با روش مستقیم در نظر گرفته شده است. معادلات فاز گاز با الگوریتم سیمپل در مختصات سه بعدی استوانه ای روی یک شبکه جابجا شده حل شده اند. نتایج محاسباتی لوله عمودی در مورد سرعت گاز و ذره وانرژی توربولانس گاز برای ذرات 243um و 500 و نتایج حرارتی برای ذراتی با قطر 200um با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است و سپس خواص مهم هر دو فاز از قبیل پروفیل های سرعت، دما، شدت انرژی توربولانس هیدرودینامیکی و حرارتی گاز، شدت اغتشاشات هیدرودینامیکی و حرارتی ذره و توزیع غلظت شعاعی در نسبت بارها و رینولدزهای مختلف و در دو وضعیت بدون برخورد و با برخورد مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که برخورد ذرات تاثیر قابل ملاحظه ای بر مسیر حرکت ذرات می گذارد. در نسبت بارهای نسبتا پایین توزیع شعاعی سرعت و دمای ذرات و سرعت گاز در اثر برخورد یکنواخت تر می شود. برخورد ذرات در نسبت بارهای کم سبب کاهش عدد ناسلت می شود. ولی بطور کلی اثر برخورد ذرات روی میدان هیدرودینامیکی بسیار بیشتر از میدان حرارتی است. نتایح محاسباتی لوله افقی در مورد سرعت گاز و ذره و انرژی توربولانس گاز برای ذرات 200um با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است و سپس کمیتهای مهم هر دو فاز از قبیل پروفیل های سرعت، شدت انرژی توربولانس هیدرودینامیکی گاز، توزیع غلظت ذرات در نسبت بارها و رینولدزهای مختلف مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که افزایش نسبت بار و کاهش سرعت گاز ورودی، عدم تقارن نمودارهای کمیت های جریان را در مقطع لوله تشدید می کند و غلظت ذرات را در نزدیکی دیواره پایینی لوله افزایش می دهد.

اثر برخورد بین ذرات جامد در جریانهای گاز – جامد در بسیاری از موارد حتی در نسبت بارهای پایین قابل چشم¬پوشی نیست. در این پایان¬نامه برای شناخت و بررسی تاثیر و اهمیت برخورد ذرات, یک جریان مغشوش گاز- جامد رو به بالا در یک لوله عمودی با شار ثابت به روش چهارطرفه اویلرین- لاگرانژین شبیه سازی شده است. در این الگو علاوه بر در نظر گرفتن تاثیر دوفاز گاز- جامد روی هم در تبادل مومنتوم, انرژی, شدت توربولانس هیدرودینامیکی و حرارتی, تاثیر غلظت حجمی ذرات با متوسط¬گیری حجمی نیز در معادلات گاز وارد شده است. فاز گاز با الگوی جریان آشفته و حل معادلات مومنتوم و انرژی و دینامیک ذرات به صورت لاگرانژین و برخورد غیر الاستیک با روشهای مستقیم و آماری در نظر گرفته شده است. جهت بررسی تاثیر برخورد حرارتی ذرات در روش آماری عدد بی¬بعدی برای تعیین اثر پذیری حرارتی ذرات از میدان حرارتی گاز تعریف شده و یک رابطه تصادفی برای تولید مولفه اغتشاشی دما ذرات مجازی برای استفاده در روش آماری بدست آورده و نیز تابع احتمال برخورد ذرات برای برخورد حرارتی ذرات توسعه داده شده است. معادلات فاز گاز با الگوریتم سیمپل در مختصات استوانه¬ای روی یک شبکه جابجا شده حل شده¬اند. نتایج محاسباتی در مورد گاز و ذره و انرژی توربولانس گاز برای ذرات 243 و 500 و نتایج حرارتی برای ذراتی با قطر 200 با نتایج تجربی موجود مقایسه شده¬است. هدف اصلی پایان¬نامه شناخت دقیق پدیده برخورد ذرات و مشخص شدن تاثیر آن روی میدان هیدرودینامیک و حرارت هر دو فاز بخصوص در نسبت بارهای بالا که سرعت برنامه¬های برخورد مستقیم محدودیت دارد, است. در راستای رسیدن به این هدف، خواص مهم هر دو فاز از قبیل پروفیل¬های سرعت, دما, شدت انرژی توربولانس هیدرودینامیکی و حرارتی گاز, شدت اغتشاشات هیدرودینامیکی و حرارتی ذره و توزیع غلظت شعاعی ذرات در مدل¬های برخورد مستقیم و آماری در نسبت بارها, قطرها و رینولدزهای مختلف مقایسه شده¬اند. پس از اطمینان از دقیق بودن روش آماری, (که سرعت بیشتری از روش برخورد مستقیم دارد) از آن برای استخراج داده¬ها در نسبت بار بالا استفاده شده¬است. بررسی خواص حرارتی ذرات یک جریان آشفته برای ذراتی با چگالی و ظرفیت حرارتی-های مختلف شبیه سازی و نتایج مقایسه شده¬اند. برای بررسی افزایش شدت انرژی توربولانس در جریانهای با قطر ذره بالا از ترم منبع مدرن برای معادله انرژی توربولانس استفاده و برای معادله مقیاس زمانی توربولانس رابطه ترم منبع براساس ترم منبع کلاسیک استخراج و نتایج با ترم منبع کلاسیک مقایسه شده است. نتایج نشان می¬دهد که برخورد ذرات تاثیر قابل ملاحظه¬ای بر مسیر حرکت ذرات می¬گذارد. در نسبت بارهای نسبتا پایین توزیع شعاعی سرعت و دمای ذرات و سرعت گاز در اثر برخورد یکنواخت¬تر می¬شود. برخورد ذرات در نسبت بارهای کم سبب کاهش عدد ناسلت و در نسبت بارهای بالا سبب افزایش ناسلت می¬شود. ولی بطور کلی اثر برخورد ذرات روی میدان هیدرودینامیکی بسیار بیشتر از میدان حرارتی است. ذرات به لحاظ هیدرودینامیکی بیشتر از برخورد تاثیر می¬پذیرند تا از جریان ولی در میدان حرارتی ذرات بیشتر از میدان حرارتی پیروی می¬کنند و با این واقعیت که تمام ذراتی که با فرض جسم تکدما بررسی می¬شوند, در محدوده ذرات کوچک به لحاظ حرارتی محسوب می¬شوند, همخوانی کامل دارد. بنابراین استفاده از ترم منبع کلاسیک برای معادله انرژی توربولانس حرارتی درست است. کاهش ظرفیت حرارتی ذرات سبب افزایش شدت اغتشاشات حرارتی, دمای سیال و ذره می¬شود. کاهش چگالی ذرات سبب افزایش شدت اغتشاشات حرارتی, دمای سیال و ذره می¬شود. استفاده از ترم منبع مدرن کوپل کننده ذرات و انرژی توربولانس, افزایش توربولانس هیدرودینامیکی را بخوبی پیش¬بینی می¬کند. همچنین افزایش تاثیرات حرارتی ذرات بر سیال پیش بینی می¬کند.

اخیرا استفاده از نانوسیال ها که در حقیقت سوسپانسیون پایداری از نانوفیبرها و نانو ذرات جامد هستند، به عنوان راهبردی جدید در فرآیندهای انتقال حرارت مطرح شده است. تحقیقات اخیر روی نانوسیالات، افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیال پایه (سیال بدون ذرات) و یا سیالهای دارای ذرات دانه درشت تر (ماکروذرات) نشان می دهد. پژوهش های گوناگونی برای بررسی انتقال حرارت جابجایی در نانوسیال ها و اثر ذرات نانو بر ضریب انتقال حرارت جابجایی صورت گرفته است و نتایج مختلفی ارائه شده است. برخی از محققان حتی کاهش ضریب انتقال حرارت جابجایی را گزارش کرده اند ولی بیشتر پژوهشگران از طریق پژوهش های انجام شده اضافه کردن ذرات نانو را عاملی برای بهبود ضریب انتقال حرارت جابجایی معرفی کرده اند. پروژه حاضر تحت عنوان " بررسی تجربی افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی در نانوسیال ها" به طراحی و ساخت مجموعه آزمایشگاهی می پردازد که توسط آن اثر اضافه نمودن ذرات نانو به سیال پایه و اثر آن بر روی ضریب انتقال حرارت جابجایی مطالعه می شود. برای دستیابی به این هدف پس از ساخت مجموعه آزمایشگاهی، تعداد زیادی آزمون انجام شده است. سپس نتایج آزمایش های انجام شده با تعدادی نتایج ارائه شده توسط پژوهشگران دیگر مقایسه شده است تا سازگاری نتایج نشان داده شود. و در انتها مقادیر عدد ناسلت برای آزمایش های انجام شده محاسبه و ارائه و این نتایج در قالب روابط تجربی برای جریان آرام و آشفته معرفی می شوند.

استفاده بهینه از منابع موجود انرژی و تلاش در جهت کاهش اتلاف انرژی همواره از سرفصلهای مهم تحقیقاتی درجهان صنعتی بوده است .دراین راستا، فن سیلان و کاربردهای آن در زمینه انتقال حرارت به صور مختلف ازجمله خشک کردن،مبدلهای حرارتی، بازیافت حرارت و...از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشد.پس از بحران دهه 1970 تحقیقات نظری و عملی دراین زمینه به سرعت روبه رشد نهاده ودر زمان حاضر به اوج خود رسیده است .شاید بنظر برسد که درکشورهایی نظیر ایران، باوجود منابع فراوان از نفت و گاز،تحقیق دراین زمینه ضرورت نداشته باشد.ولی بررسی اجمالی سیرصعودی رشد جمعیت و همچنین کاهش منابع زیرزمینی هشداردهنده این نکته است که می بایست از ذخایر انرژی تا سرحدامکان، بطرزی مطلوب استفاده گردد وا اینجا اهمیت تحقیقات عملی و نظری درزمینه استفاده بهینه و جلوگیری از اتلاف انرژی مشخص خواهد شد.پایان نامه حاضر نتیجه بررسی تجربه استفاده از سیستم بستر سیلان چرخشی به منظور بازیافت حرارت از گازهای گرم در دمای پائین می باشد. دراین پروژه باساخت دستگاهی به همین منظور که درآن ذرات بعنوان واسطه انتقال حرارت بین دو بستر سیال مجاور توسط نازلهای تزریق هوای فشرده جابجا می گردند، آزمایشهایی برروی چند نوع ذره مختلف و همچنین بعضی از پارامترهای مطرح در عملکرد این سیستم انجام شده است .نتایج بدست آمده نشان می دهد که دراین سیستم بازدهی تا حدود 75 حداکثر بازده یک مبدل موازی ایده آل بدست آمده است واین د حالی است که هنوز امکان بهبود عملکرد دستگاه وجود داشته و رسیدن به نتایج بهتر مسلما" دور از دسترس نخواهد بود .