در این پژوهش یک مطالعه عددی بر روی انتقال حرارت جریان متلاطم نانوسیال آب – اکسید آلومینیوم در یک مبدل حرارتی صفحه ای انجام شده و تأثیر نانوسیال بعنوان خنک کننده بررسی گردیده است. برای مدلسازی جریان متلاطم از مدل k-? و برای حل از یک کد کامپیوتری به زبان فرترن که بر اساس روش حجم محدود والگوریتم سیمپلر می باشد، استفاده شده است. معادلات حاکم براساس خصوصیات نانوسیال بازنویسی شده و با استفاده از روش ضمنی خط به خط و الگوریتم توماس (tdma) حل گردیده است. ابتدا خصوصیات ترموفیزیکی نانوسیال با افزایش غلظت نانوذرات بررسی شده است. سپس تأثیر عدد رینولدز، دمای سیال گرم، دمای سیال سرد و کسر حجمی نانوذرات بر نرخ انتقال حرارت و بازده مبدل در دو حالت سیال پایه و نانوسیال بررسی شده است. مشاهده گردید با افزایش کسر حجمی و افزایش رینولدز سیال سرد، نرخ انتقال حرارت و بازده مبدل افزایش می یابد. با افزایش رینولدز سیال گرم، نرخ انتقال حرارت افزایش یافته اما بازده کاهش می یابد. با افزایش دمای سیال گرم، نرخ انتقال حرارت و بازده مبدل افزایش یافته، اما با افزایش دمای سیال سرد، نرخ انتقال حرارت و بازده مبدل کاهش می یابد. همچنین در حالت نانوسیال میزان نرخ انتقال حرارت و بازده نسبت به سیال پایه بیشتر می شود. بدین ترتیب در مبدل های حرارتی به دلیل عملکرد حرارتی بالای نانوسیال نسبت به آب، می توان از نانوسیال در فرآیندهای گوناگون برای سرمایش و گرمایش استفاده کرد و با افزایش انتقال حرارت، قدرت پمپاژ و ابعاد مبدل?های حرارتی مورد استفاده در صنایع را کاهش داد.

در این تحقیق، روش پتروف-گالرکین محلی بدون شبکه با تابع آزمون واحد برای حل مسئله جابجایی طبیعی در هندسه های پیچیده به کار رفته است. به این منظور، معادلات پیوستگی و مومنتوم در قالب معادله تابع جریان و معادله چرخش به همراه معادله انرژی، برای مسائل مختلف حل گردیده است. برای استفاده از روش پتروف-گالرکین محلی بدون شبکه، ابتدا مجموعه ای از گره ها در دامنه حل توزیع شده و سپس حول هر گره حجم کنترلی به شکل دلخواه در نظر گرفته می شود. معادلات حاکم با ضرب کردن در تابع آزمون واحد و انتگرال گیری جزء به جزء روی حجم کنترل ها به شکل ضعیف تبدیل می شوند. به منظور محاسبه انتگرال های موجود در شکل ضعیف معادلات حاکم، از روش انتگرال گیری گوسی استفاده شده و متغیرهای میدان حل در هر نقطه گوسی با استفاده از درونیابی حداقل مربعات متحرک، تقریب زده می-شوند. با جایگذاری درونیابی در شکل ضعیف معادلات حاکم، معادله منفصل شده برای هر حجم کنترل حاصل می شود. با سوار کردن این معادلات برای تمام گره های میدان به همراه اعمال شرایط مرزی اساسی با روش درونیابی مستقیم، دستگاه معادلات منفصل شده جبری برای متغیرهای میدان حاصل می گردد که با حل این دستگاه معادلات، مقادیر گره ای متغیرهای میدان به دست خواهند آمد. به منظور صحه گذاری بر برنامه رایانه ای (تهیه شده به زبان فرترن) مسائل مختلفی در هندسه های ساده و پیچیده مانند انتقال حرارت هدایتی پایدار، جابجایی اجباری و جابجایی آزاد به کمک این برنامه حل گردیده و نتایج حاصل با نتایج موجود، مقایسه شده است. در انتها نیز جابجایی آزاد نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم در محفظه های مربعی با دیواره های جانبی موجی شکل، مورد مطالعه قرارگرفته و تأثیر عواملی نظیر کسر حجمی نانوذرات، عدد رایلی، تعداد و دامنه برجستگی های دیواره های موجی شکل بر جریان و انتقال حرارت نانوسیال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهند که ناسلت محلی روی دیواره موجی شکل دارای نموداری مشابه پروفیل دیواره می باشد و ناسلت متوسط در محفظه با دیواره های جانبی موجی شکل کمتر از ناسلت متوسط در محفظه مربعی ساده خواهد بود و افزایش کسر حجمی نانوذرات در تمام اعداد رایلی منجر به افزایش ناسلت و انتقال حرارت می گردد.

در این تحقیق، پایداری شعله ی مخلوط گاز طبیعی و هوا در داخل محیط متخلخل سرامیکی از جنس sic، در شرایط پایا و گذرا به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در آزمایش های انجام شده، رژیم های پایدار شعله ی سطحی، مدفون، زیرسطحی و بالاسطحی مشاهده شده است. بررسی انجام شده به صورت مطالعه ی تأثیر نسبت هم ارزی، میزان تخلخل و نرخ آتش بر فرآیند پایداری شعله می باشد. مشاهدات نشان می دهد که در چهار رژیم ذکرشده شعله در یکی از دو ناحیه ی روی سطح سرامیک و یا در نزدیکی سطح زیرین سرامیک پایدار می شود. رژیم شعله ی سطحی در مخلوط های غنی و رژیم شعله ی بالاسطحی در نسبت های هم ارزی کمتر از 0/5اتفاق می افتد و میزان تخلخل و نرخ آتش تأثیری چندانی بر این دو رژیم ندارد. ولی در یک تخلخل با افزایش نرخ آتش از محدوده ی پایداری شعله (محدوده ی بین رژیم های شعله ی سطحی و بالاسطحی) کاسته می شود. همچنین مشاهده شد که در رژیم شعله ی مدفون، کاهش تخلخل و افزایش نرخ آتش باعث افزایش دمای سرامیک می شود. در این مطالعه پدیده ی برگشت شعله (از سطح بالایی سرامیک به سطح زیرین آن) که ماهیتی گذرا دارد نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهدات نشان می دهند که دو نوع برگشت شعله به حالت زیرسطح وجود دارد. در نوع اول، شعله بدون نفوذ در سرامیک برگشت می کند. در نوع دوم شعله مقداری از ضخامت سرامیک را با سرعتی از مرتبه ی mm/s 0/1 طی کرده و سپس به زیر سرامیک منتقل می گردد. این دو نوع برگشت، باعث تغییر در زمان و دمای برگشت به حالت زیرسطح می شوند. تغییر زمان برگشت شعله با افزایش نرخ آتش، روندی نامنظم دارد. اما مشاهدات نشان می دهد که روند تغییر زمان برگشت شعله با تغییر نرخ آتش، مشابه این روند در دمای برگشت شعله است. نتیجه ی دیگر این است که در هریک از این دو حالت با افزایش تخلخل بر زمان (و دمای) برگشت شعله افزوده شده و با افزایش نسبت هم ارزی، به طور متوسط از زمان (و دمای) برگشت شعله کاسته می شود.

چکیده در این تحقیق جریان توسعه یافته آرام سیال هادی جریان الکتریسیته در یک میکروپمپ مغناطیسی در حالت گذرا بصورت عددی مطالعه شده است. در ابتدا هیدرودینامیک مغناطیسی معرفی شده و سپس اثر نیروی لورنتز نوسانی در میکروپمپ مگنتوهیدرودینامیک بررسی شده است. سپس معادلات مربوط به سرعت و دما در جریان آرام توسعه یافته گذرا در حضور میدان الکتریکی و مغناطیسی اعمالی به همراه شرایط مرزی مناسب برای هندسه مورد نظر ارائه شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش عددی حجم محدود و روش ضمنی منفصل و با استفاده از روش تکرار گوس- سایدل حل شده اند. برای حل معادلات منفصل شده یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن تهیه شده است و با استفاده از آن اثر تغییر پارامترهای مختلف مانند نسبت تناظر، عدد هارتمن، عدد پرانتل و عدد اکرت بر میدان سرعت و دما در حالت گذرا مطالعه شده است. تاثیر تغییر عدد استانتون و زاویه فاز نیز مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین به مقایسه حالتی که میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی اعمالی از نوع جریان متناوب باشند با حالت جریان مستقیم پرداخته شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که کنترل جریان و دما با کنترل اختلاف پتانسیل، شار مغناطیسی و همچنین با انتخاب مناسب هادی الکتریکی قابل دستیابی است. مشاهده شده است که در فرکانس های بالا دبی حجمی ضربان دار کوچک بوده که منجر به ایجاد یک جریان پیوسته به جای جریان نوسانی می شوند و اندازه و جهت جریان با تغییر فاز بین میدان های مغناطیسی و الکتریکی کنترل می گردند. بطور کلی با ثابت نگهداشتن اعداد هارتمن، پرانتل، استانتون و اکرت و با زیاد کردن نسبت ابعاد دما و سرعت نیز زیاد می شوند. این مسئله به آن معناست که با کنترل عرض محفظه می توان کنترل مناسبی را بر روی سرعت و دما انجام داد. با کاهش نسبت ابعاد، دامنه تغییرات سرعت بر حسب زاویه فاز کاهش می یابد. بنابراین با کاهش نسبت ابعاد میدان متناوب به سمت مستقیم شدن تمایل دارد که این نکته به طور حتم بر روی میدان سرعت و دما اثرگذار خواهد بود.

انتقال حرارت جابجایی پدیده مهمی در علم و صنعت به شمار می رود. تحلیل چنین پدیده ای از نقطه نظر ریاضی پیچیده است. به علت ماهیت غیر خطی معادلات دیفرانسیل حاکم بر این پدیده، تحلیل آن در بیشتر موارد، به ویژه در هندسه های پیچیده تنها به صورت عددی انجام می شود. با این حال با در نظر داشتن مزایای حل تحلیلی، در پژوهش حاضر، انتقال حرارت جابجایی بر روی تک صفحه موجی شکل غوطه ور در سیال به صورت تحلیلی بررسی شده است. هدف این پژوهش در انتخاب موج سینوسی به عنوان شکل دیواره، برداشتن اولین گام در راستای پیچیده ساختن هندسه دیواره می باشد. از آنجاییکه هر تابعی را می توان توسط سری فوریه به شکل مجموعی از توابع سینوسی تبدیل نمود، پژوهش حاضر می تواند قدمی در راستای حل تحلیلی جریان لایه مرزی بر روی دیواره های با هندسه پیچیده تر باشد.هر چند به این مسئله برای سیال از منظر عددی و با روش اختلاف محدود، پرداخته شده است با این حال حل تحلیلی این مسئله کاملاً تازگی داشته و علاوه بر آن استفاده از نانو سیال هیچ سابقه ای ندارد. در این پژوهش ابتدا درستی روش تحلیل مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مسئله انتقال حرارت بر روی صفحه صاف غوطه ور در سیال و نانو سیال با ضرایب متغیر با دما حل گشته است. با انطباق پروفیل های بدست آمده در این روش با روش های عددی و مقایسه اعداد ناسلت، درستی این روش اثبات می شود. پس از بی بعد سازی معادلات دیفرانسیل اصلی شامل معادلات مومنتم دردو راستای موازی و عمود بر صفحه و معادله انرژی، ترم فشار از دو معادله مومنتم حذف شده و در نهایت با وارد کردن متغیر های غیر تشابهی، دو معادله دیفرانسیل نهایی بدست آمده است. از معادلات بدست آمده با استفاده از روش تحلیلی هموتوپی جواب حاصل شده سپس جواب ها برای سیال نیوتونی بدست آمده و با حل عددی موجود مطابقت داده شده است. در ادامه با استفاده از همان روش که درستی آن در مراحل پیشین ثابت شده بود مسئله برای نانو سیال حل گردیده است.

در طول سالیان گذشته، همواره ارائه ی یک راه حل تحلیلی برای مسائل مختلف در زمینه ی سیالات و انتقال حرارت مورد نظر محققین بوده است. اما با پیچیده شدن شرایط فیزیکی یک مسئله و یا شرایط مرزی آن، دستیابی به چنین حل هایی به سادگی امکان پذیر نیست. بدین سبب است که راه حل های عددی توسعه پیدا کرده و امروزه به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. اما از طرفی، اعتبار سنجی روش های عددی نیز از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد؛ لذا، ارائه ی یک راه حل تحلیلی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش های تحلیلی موجود که عمدتاً بر پایه ی روش های اختلال و یا غیراختلال می باشند، چندان قابل اطمینان نبوده و کنترل لازم بر همگرایی جواب های حل در آن ها امکان پذیر نمی باشد. روش تحلیلِ هُموتوپی (ham) که اولین بار توسط لیائو ارائه گردید، از جمله روش های بسیار قوی بر پایه ی سری در حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل غیر خطی محسوب می شود که بدون در نظر گرفتن پارامتر های فیزیکی موجود در معادلات، امکان کنترل بر روی ناحیه ی همگرایی جواب های معادلات را فراهم می آورد. در این تحقیق، هدف حل معادلات جریان سیال و انتقال حرارت جابجایی آزاد اطراف یک استوانه دایره ای افقی با استفاده از ham می باشد. از آنجاییکه در کاربردهای مهندسی، انتقال حرارت در سیالات از اهمیت زیادی برخوردار است، در این پژوهش، از نانوسیال به عنوان سیال عامل استفاده می شود. نانو سیالات دارای خواص حرارتی مطلوبی نسبت به سیال پایه هستند. در این راستا، با اعمال آنالیز ابعادی صحیح و همچنین استفاده از متغیّر های غیرتشابهی، معادلات حرکت و انرژی به فرم معادلات کوپل با مشتقات جزیی تبدیل شده و سپس با استفاده از ham حل می شوند. به منظور بررسی همگرایی و اعتبار روش تحلیلی هموتوپی، منحنی پارامتر کمکی (?) برای پارامتر های فیزیکی مسئله ارائه می شود. مشاهده شد که با افزایش کسر حجمی نانوذرات، مقادیر سرعت در داخل لایه مرزی کاهش و در خارج از آن افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که با افزایش کسر حجمی نانوذرات al2o3 و cu، ضریب انتقال حرارت عمدتاً افزایش می یابد.

در این تحقیق به مطالعه عددی میدان جریان و انتقال حرارت نانوسیال در یک محفظه مربعی با وجود یک منبع حرارتی دما ثابت در کف و پره ضخیم متصل به منبع حرارتی پرداخته شده است. با انجام مطالعات پارامتریک، تاثیر استفاده از نانوسیال و وجود پره بر انتقال حرارت مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا نحوه مدلسازی خواص فیزیکی نانوسیال مرور شده و سپس با درنظر گرفتن مدل تک فاز و سیال نیوتنی، معادلات دیفرانسیل و شرایط مرزی حاکم بر جریان نانوسیال و انتقال حرارت در هندسه مورد نظر تعیین شده اند. در ادامه با توجه به هندسه حل و شرایط مرزی، کد کامپیوتری موجود اصلاح و آماده شده است. در کد کامپیوتری توسعه داده شده، روش حجم محدود برای شبکه غیریکنواخت و الگوریتم سیمپلر برای کوپلینگ سرعت- فشار به کار رفته است. به منظور معتبرسازی کد کامپیوتری، نتایج حاصل از کار حاضر با نتایج مطالعات عددی انجام شده توسط محققین قبلی در شرایط حل مشابه مقایسه شده اند و از صحت عملکرد برنامه کامپیوتری اطمینان حاصل شده است. با توجه به شرایط مسئله موردنظر، نتایج حاصل از شبیه سازی عددی میدان جریان و انتقال حرارت نانوسیال در شرایط مختلف با تغییر کسر حجمی نانوذرات، عدد رایلی، طول و ضخامت و موقعیت پره بررسی شده اند. با تحلیل نتایج حاصل از شبیه سازی عددی مشخص شده است که با افزایش کسـر حجمی نانوذرات و عـدد رایلی، عدد ناسلت متوسـط افزایش می یابد. بطور کلی استفاده از پره تاثیر بیشتری نسبت به افزودن نانوذرات بر انتقال حرارت دارد و استفاده از نانوسیال بهمراه پره تاثیر چشمگیری بر افزایش انتقال حرارت ندارد. چنانچه پره با بیشترین طول و ضخامت در ابتدای منبـع حرارتی قرار گیرد بیشترین میزان انتقال حرارت مشـاهده می شود. همچنین مقادیر راندمان پره برای یک ضخامت مشخص نشان می دهـد که با افزایش طول پره در یک عـدد رایلی مشخص راندمان افزایش می یابد و همچنین با افزایش عدد رایلی راندمان پره روندی افزایشی دارد.

در این تحقیق، انتقال حرارت جابجایی آزاد سه بعدی نانوسیال در یک محفظه مکعبی با ‏پره و بدون پره به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم، بر مبنای ‏متغیرهای اولیه فرمول بندی شده و با استفاده از روش بدون شبکه پترف-گلرکین محلی با تابع ‏آزمون واحد حل شده اند. این روش که یک روش واقعاً بدون شبکه است، برای دامنه های دارای ‏شکل هندسی پیچیده و شرایط مرزی دشوار مناسب بوده و می توان توزیع دلخواهی از گره ها را ‏در دامنه محاسباتی به کار برد. از روش تقریب مینیمم مربعات متحرک به منظور تولید توابع ‏شکل استفاده شده است. همچنین به منظور پایدارسازی حل عددی در اعداد پکله (‏pe‏) بالا از ‏یک طرح بالادست استفاده شده است. یک برنامه کامپیوتری برای این روش عددی توسعه داده ‏شده و از صحت روش عددی و برنامه نوشته شده اطمینان حاصل گشته است. در این روش ‏عددی، یافتن اندازه بهینه دامنه محلی و دامنه تأثیر گره، نقش مهمی در همگرایی حل، کاهش ‏خطا و کاهش هزینه محاسبات ایفا می کند. انتقال حرارت جابجایی آزاد با توجه به کار بردهای ‏گسترده در صنایع مختلف همچون صنایع الکترونیکی، هوافضا، انرژی اتمی، نفت و گاز همواره ‏مورد توجه محققین بوده است. یکی از روش های افزایش نرخ انتقال حرارت، تعلیق نانو ذرات ‏جامد فلزی و یا غیر فلزی در سیال پایه می باشد. در این تحقیق سیال پایه آب و سه نانوسیال ‏آب-مس، آب-اکسید آلومینیوم و آب-اکسید تیتانیم با درصدهای حجمی مختلف نانوذرات مورد ‏مطالعه قرار گرفته اند. مقدار ویسکوزیته و ضریب هدایت موثر نانوسیال ها به ترتیب با استفاده از ‏مدل های برینکمن و ماکسول محاسبه شده اند. نتایج حاصل از حل عددی معادلات حاکم ، در ‏محدوده ی متفاوتی از اعداد رایلی، برای سیال پایه آب و سه نانوسیال، در قالب کانتورهای دما و ‏نیز نمودارهای عدد ناسلت ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که افزودن نانوذرات به سیال ‏پایه موجب افزایش نرخ انتقال حرارت، به خصوص در اعداد رایلی پایین (‏ra=103‎‏) که رژیم ‏هدایت، غالب است، می شود. همچنین با افزایش درصد حجمی نانوذرات عدد ناسلت میانگین ‏افزایش می یابد. مطابق انتظار بالاترین مقادیر عدد ناسلت مشاهده شده مربوط به نانوسیال آب-‏مس و کمترین آن مربوط به نانوسیال آب-اکسیدتیتانیم می باشد. ‏

در تحقیق روش بدون شبکه‎ی محلی پترف-گلرکین برای حل معدلات ناویر-استوکس بر مبنای متغیرهای اولیه توسعه یافته و در ادامه از این روش برای بررسی مسئله‎ی انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال در یک محفظه‎ی مربعی با دیواره‎های افقی عایق، دیواره‎های جانبی سرد و یک صفحه‎ی نازک گرم درونی استفاده شده است. بدین منظور در ابتدا یک الگوریتم تکرار کاملاً ضمنی برای کوپل میدان‎های سرعت و فشار در شکل ضعیف معادلات ناویر-استوکس ارائه شده و بر اساس آن یک کد کامپیوتری تدوین شده‎است. پس از اعتبار سنجی کد مذکور به وسیله‎ی حل مسائل نمونه، مسئله‎ی اصلی مورد نظر در تحقیق حاضر مورد بررسی قرار گرفته و اثر پارامترهایی همچون عدد رایلی، کسر حجمی نانوذرات، طول، زاویه‎ی قرارگیری، مکان طولی و ارتفاع قرارگیری صفحه‎ی گرم و انواع مختلف نانوسیال بر الگوی جریان و دما و میزان انتقال حرارت درون محفظه مطالعه شده‎است. نتایج نشان می‎دهند که در تمامی حالات در نظر گرفته شده و در تمامی محدوده‎ی عدد رایلی مورد بررسی، افزایش کسر حجمی نانوذرات منجر به بهبود نرخ انتقال حرارت می‎شود. همچنین مشخص شده‎است هنگامی که موقعیت صفحه‎ی گرم از حالت افقی به عمودی تغییر می‎کند، میزان انتقال حرارت در هر عدد رایلی افزایش می‎یابد. بعلاوه هنگامی که صفحه به صورت عمودی قرار می‎گیرد، در اعداد رایلی بالا حرکت صفحه از میانه‎ی محفظه به سمت دیواره‎های جانبی منجر به کاهش انتقال حرارت می‎شود. این نتیجه برای صفحه‎ی افقی نیز صادق است. در اعداد رایلی بالا برای هر دو حالت صفحه‎ی افقی و عمودی، حرکت صفحه‏ی گرم از نیمه‎ی پایینی محفظه به سمت نیمه‎ی بالایی آن منجر به کاهش انتقال حرارت می‎شود. بررسی نانوسیال‎های مختلف نشان می‎دهد که بکارگیری نانوذرات با ضریب هدایت حرارتی بالاتر منجر به افزایش بیشتر انتقال حرارت می‎شود.

در این پروژه به بررسی تجربی تأثیر قطر نانوذرات بر مشخصه های انتقال حرارت و افت فشار نانوسیال آب-اکسید تیتانیوم در کسرهای حجمی بین 0.002 و 0.02 در جریان مغشوش پرداخته شده است. بدین منظور از نانوذرات اکسید تیتانیوم با قطرهای متوسط 10، 20، 30 و 50 نانومتر برای تهیه نانوسیال استفاده گردیده است. برای انجام آزمایش ها دستگاهی به صورت مبدل دو لوله ای هم مرکز که دو جریان با جهت مخالف در آن ایجاد می شود، طراحی و ساخته شد. برای آن دسته از خواص ترموفیزیکی نانوسیال که امکان اندازه گیری وجود نداشته است از روابط موجود برای محاسبه متغیرهای مورد نظر استفاده شد. همچنین تأثیر روابط مختلف در محاسبه ضریب هدایت حرارتی نانوسیال بر عدد ناسلت متوسط مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که عدد ناسلت متوسط و افت فشار نانوسیال با افزایش کسر حجمی نانوسیال و عدد رینولدز افزایش می یابند. همچنین نانوسیال در تمامی کسرهای حجمی و قطرهای مختلف مورد آزمایش مقادیر ناسلت متوسط و افت فشار بیشتری نسبت به آب دارد. افت فشار نانوسیال در کسرهای حجمی کوچک نزدیک به افت فشار آب می باشد. ضریب انتقال حرارت جابجایی، عدد ناسلت متوسط و افت فشار نانوسیال با تغییر قطر نانوذرات در کسرهای حجمی 002/0 و 005/0 تغییری نمی کنند. اما در کسرهای حجمی بالاتر و بازه خاصی از اعداد رینولدز، ضریب انتقال حرارت جابجایی، عدد ناسلت متوسط و افت فشار نانوسیال با کاهش اندازه نانوذرات از 50 نانومتر تا 20 نانومتر افزایش می یابند. عدد ناسلت متوسط با کاهش بیشتر قطر نانوذرات از 20 نانومتر به 10 نانومتر، کاهش خواهد یافت اما همچنان افزایش در افت فشار نانوسیال با کاهش قطر نانوذرات از 20 نانومتر به 10 نانومتر مشاهده می شود. عدد ناسلت متوسط نانوسیال بسته به عدد رینولدز و نوع رابطه بکار رفته برای محاسبه ضریب رسانندگی حرارتی نانوسیال می تواند تغییر کرده و یا بدون تغییر بماند.

در سه دهه ی گذشته مطالعه جریان سیال و انتقال حرارت ناشی از جابجایی ترکیبی در محفظه ها، بخاطر کاربردهای گسترده مهندسی و صنعتی نظیر خنک سازی تجهیزات الکترونیکی، مبدل های حرارتی، صنایع غذایی، جداسازی آلودگی، دینامیک استخرها و مخازن، رشد بلور، روکش دهی و ریخته گری فلزات، کلکتورهای خورشیدی، استخراج نفت، تکنولوژی روغن کاری، راکتورهای هسته ای و سایر کاربردها اهمیت خاصی پیدا کرده است. خصوصاً در زمینه خنک سازی مدارات الکترونیکی که جابجایی طبیعی قادر به تامین خواسته مورد نظر نباشد، اهمیت جابجایی ترکیبی بیشتر نیز آشکار می شود. اخیراً جابجایی ترکیبی نانوسیال برای دست یابی به راندمان حرارتی بیشتر، مورد توجه محققین فراوانی قرار گرفته است. در این تحقیق به مطالعه عددی میدان جریان و انتقال حرارت جابجایی ترکیبی نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم با خواص متغیر درون محفظه ی c شکل در سه حالت مختلف پرداخته شده است. در حالت (1) دیواره ی گرم پایینی به سمت چپ، در حالت (2) دیواره ی گرم سمت چپ به سمت بالا و در حالت (3) دیواره ی گرم بالایی به سمت راست متحرک است. دیواره های داخل شکاف سرد و بقیه دیواره ها عایق هستند. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپلر حل شده اند. مطالعه برای حالت های مختلف هندسه با تغییر عدد ریچاردسون در محدوده ی 100? ri ? 01/0، کسر حجمی نانوذرات در محدوده ی 09/0? ? ? 0، نسبت های ابعادی شکاف 2/0، 4/0 و 6/0 و عدد گراشف ثابت 104 انجام شده است. نتایج حاصل نشان داده است که در تمام حالت ها با کاهش عدد ریچاردسون و افزایش نسبت ابعادی، عدد ناسلت متوسط روی دیوار ه های گرم افزایش می یابد. افزایش کسر حجمی نانوذرات در شرایط مختلف رفتار متفاوتی نشان می دهد، اما در نسبت ابعادی 6/0 افزایش کسر حجمی سبب افزایش پیوسته نرخ انتقال حرارت می شود. در اعداد ریچاردسون پایین که اثرات جابجایی اجباری بر جابجایی طبیعی غالب می شود، دیواره ی متحرک بیشترین سهم را در افزایش انتقال حرارت دارد. میزان انتقال حرارت در سه حالت مختلف برای ریچاردسون مساوی یکسان نیست و با کاهش عدد ریچاردسون، حالت سوم انتقال حرارت بیشتری را نسبت به دو حالت دیگر موجب می شود. همچنین مقایسه نتایج مدل خواص ثابت و مدل خواص متغیر اختلاف قابل ملاحظه ای در میزان انتقال حرارت نشان می دهد.

در این تحقیق مطالعه ی عددی میدان جریان و انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیال خواص متغیر در محفظه های دو بعدی با هندسه ی پیچیده مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا نحوه ی تولید شبکه به کمک معادلات بیضوی برای هندسه های پیچیده و بهینه سازی آن، مورد بررسی قرار می گیرد. سپس نحوه ی مدل سازی نانوسیال و خواص ترموفیزیکی آن ارائه می شود. در ادامه معادلات حاکم در دستگاه مختصات منحنی الخط غیر متعامد و شرایط مدل سازی مربوط به هندسه های پیچیده و شرایط مرزی حاکم بر جریان و انتقال حرارت نانوسیال بیان می شود. در بخش بعد گسسته سازی معادلات حاکم به روش حجم کنترل و الگوریتم حل عددی clearer در شبکه ی هم مکان تشریح می شود. در پایان، با استفاده از برنامه ی کامپیوتری نوشته شده پس از اعتبارسنجی، برای نمونه مسئله ی شبیه سازی عددی جابجایی طبیعی بین دو استوانه ی گرم و سرد که درون یک محفظه ی استوانه ای شکل عایق و پراز نانوسیال آب- اکسیدآلومینیوم قرار دارند، انتخاب شده است. نتایج برای اعداد رایلی 106-103 و کسر حجمی 09/0???0 و قطر نانوذرات 13، 36، 80 و131 نانومتر و موقعیت های عمودی مختلف استوانه های سرد و گرم ارائه شده اند. با تحلیل نتایج حاصل از مطالعه ی عددی مسئله ی نمونه مشاهده شد که برای تمامی اعداد رایلی، موقعیت های عمودی و کسر حجمی نانوذرات، دو جریان چرخشی، باعث انتقال حرارت جابجایی از استوانه ی گرم به استوانه ی سرد می گردد. همچنین در عدد رایلی103، مسئله ی هدایت غالب بوده و با افزایش کسرحجمی، مقدار ناسلت متوسط افزایش می یابد؛ ولی برای اعداد رایلی بزرگتر، با افزایش کسر حجمی تا 01/0 مقدار ناسلت متوسط افزایش یافته و برای کسر حجمی های بیشتر، مقدار ناسلت متوسط کاهش می یابد و حتی در بعضی موارد از سیال پایه(0=?) کمتر می گردد. تأثیر موقعیت های عمودی مختلف قرارگیری استوانه های گرم و سرد در انتقال حرارت در اعداد رایلی بزرگتر، بیشتر محسوس بوده و موقعیت های مختلف، تقریباً روند مشابهی را برای تغییرات ناسلت متوسط با افزایش کسر حجمی نشان می دهند.

در این تحقیق، ذوب و انجماد نانوسیال در یک دامنه مربعی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم فرمول بندی شده و با استفاده از روش بدون شبکه پترف-گلرکین محلی حل شده اند. این روش که یک روش واقعاً بدون شبکه است، برای دامنه های دارای شکل هندسی پیچیده و شرایط مرزی دشوار مناسب بوده و می توان توزیع دلخواهی از گره ها را در دامنه محاسباتی به کار برد. یک برنامه کامپیوتری برای این روش عددی توسعه داده شده و از صحت روش عددی و برنامه نوشته شده اطمینان حاصل گشته است. در این روش عددی، یافتن اندازه بهینه دامنه محلی و دامنه تأثیر گره، نقش مهمی در همگرایی حل، کاهش خطا و کاهش هزینه محاسبات ایفا می کند. کاربردهای مهندسی متعدد مسئله مرز متحرک ذوب و انجماد در مسائلی چون تولید بسیاری از مواد و سیستم های ذخیره انرژی بررسی این مسئله توسط محققان را مهم ساخته است. نانوسیالات که از تعلیق نانو ذرات جامد فلزی و یا غیر فلزی در سیال پایه به دست می آیند روش جدیدی برای بهبود انتقال حرارت است. در این تحقیق رفتار سیال پایه آب و نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم با درصدهای حجمی مختلف نانوذرات را مورد مطالعه قرار گرفته است. ضریب هدایت موثر نانوسیال ها با استفاده از مدل ماکسول محاسبه شده است. گرمای نهان ذوب با استفاده از داده های تجربی به دست آمده است. نتایج حاصل از حل عددی معادلات حاکم ، در قالب نمودار حاصل از محل جبهه تغییرفاز در زمان های مختلف ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که افزودن نانوذرات به سیال پایه موجب کم شدن زمان انجماد می شود.

هدف اصلی پژوهش حاضر، بررسی جریان سیال و انتقال حرارت نانوسیال آب - مس در یک کانال دو بعدی فین دار، تحت تأثیر میدان مغناطیسی می باشد. روش مورداستفاده برای به دست آوردن معادلات انفصال، استفاده از حجم کنترل می باشد که با الگوریتم سیمپلر در کد کامپیوتری نوشته شده است. دیوار بالایی عایق و دیوار پایینی گرم شده و در دمای ثابت قرار دارد. این مطالعه در اعداد رینولدز 5 و 50 و 100، اعداد ریچاردسون 0.01 و 1 و 10، اعداد هارتمن 5 و 50 و 100، کسر حجمی نانوذرات 0 و 0.03، هدایت حرارتی فین ها از 0 تا 400 و فاصله ی بین فین ها 0.25 و 0.75 و 1.25 و 2 انجام شده است. نتایج حاصل از یافته ها نشان می دهند که با افزایش عدد رینولدز سرعت و قدرت جریان افزایش می یابد و موجب افزایش انتقال حرارت می شود، همچنین با افزایش عدد ریچاردسون جابجایی طبیعی غالب می شود و انتقال حرارت افزایش می یابد، اما با افزایش عدد هارتمن سرعت نانوسیال و درنتیجه قدرت جریان کاهش می یابد. همچنین با افزایش عدد هارتمن جابجایی ترکیبی تضعیف و در همه ی موارد موردمطالعه، افزایش کسر حجمی نانوذرات موجب بهبود در انتقال حرارت می شود، هرچند که میزان آن برای اعداد ریچاردسون، هارتمن و رینولدز مختلف با هم متفاوت است. با افزایش هدایت حرارتی فین ها، نرخ انتقال حرارت کاهش یافته، اما با افزایش فاصله ی بین فین ها، انتقال حرارت افزایش می یابد. این تأثیر بر جریان نانوسیال و انتقال حرارت برای اعداد ریچاردسون و هارتمن و رینولدز مختلف با هم متفاوت و در برخی موارد ناچیز است. با توجه به نتایج به دست آمده می توان گفت که روش مورد استفاده ، دارای دقت و پایداری مطلوبی است.

با توجه به نزدیکی مفاهیم موجود در روش های اجزاء محدود و بدون شبکه بسیاری از ایده-های موجود در روش اجزاء محدود در روش های بدون شبکه نیز بکار گرفته شده و در مسائل مشابه جواب های بسیار دقیقی نسبت به روش اجزاء محدود می دهد. در این تحقیق نیز بر آن شدیم با اعمال تکنیک های موجود در روش اجزا محدود در روش های بدون شبکه به حل معادلات دیفرانسیل بپردازیم.

در پایان نامه حاضر به بررسی انتقال جرم و حرارت به روش انتگرالی در جریان جابجایی طبیعی سیال با پرانتل خیلی کم در مجاورت دیواره مایل موجی شکل و تحت میدان مغناطیسی پرداخته شده است. دیواره نفوذپذیر بوده و در نتیجه می توان سیال را به درون دیواره مکش یا از درون آن دمش نمود. میدان مغناطیسی عمود بر دیواره و به سمت داخل و جریان الکتریکی عمود بر صفحه تشکیل شده توسط میدان مغناطیسی و سرعت سیال می باشد تا بتوان نیروی مغناطیسی ای در جهت جریان یا خلاف آن ایجاد نمود. جریان آرام و تراکم ناپذیر بوده و شرط عدم لغزش بین سیال و دیواره برقرار است. برای حل معادلات حاکم ابتدا با اعمال یک تبدیل مختصات در پارامترهای x و y صفحه موجی شکل را مسطح کرده و آنگاه توسط روش انتگرالی معادلات pde را به معادلات ode تبدیل نموده و در نهایت دستگاه معادلات حاکم را به روش رانگ کوتا مرتبه چهارم و با استفاده از نرم افزار میپل حل می نماییم.

در این تحقیق میدان جریان، انتقال حرارت و انتقال ذرات نانوسیال آب-آلومینیوم اکسید به عنوان مخلوط دوجزئی در داخل یک محفظه مربعی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. مکانیزم های حرکت براونی، ترموفرسیس و ته نشینی بین نانوذرات و سیال پایه درنظرگرفته شده است. دیواره سمت چپ محفظه مورد نظر گرم ، دیواره سمت راست آن سرد و دیواره های افقی آن عایق می باشند. به منظور لحاظ تغییرات کسر حجمی نانوذرات با گذشت زمان از مدلی تجربی استفاده شده است. معادلات مومنتوم، انرژی و انتقال ذرات با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. خواص ترموفیزیکی نانوسیال نیز بر اساس مدل های منطبق بر داده های تجربی وابسته به دما درنظرگرفته شده اند. نتایج حاصل شده نشان می دهند که در رایلی های پایین با گذشت زمان و ته نشینی کسر حجمی نانوذرات، ضریب بهبود کاهش می یابد و با افزایش عدد رایلی تاثیر به کارگیری نانوذرات در افزایش انتقال حرارت کاهش می یابد. در مورد توزیع کسر حجمی نانوذرات نیز مشاهده می شود با افزایش عدد رایلی، توزیع یکنواخت تری از نانوذرات در محفظه ایجاد می گردد. همچنین مشاهده می شود که با افزایش مدت زمان قرارگیری تحت امواج فراصوت، قطر متوسط نانوذرات کاهش یافته و سرعت ته نشینی کاهش می یابد. از طرفی با افزایش قطر نانوذرات اهمیت سرعت ته نشینی نانوذرات در معادلات حاکم بر مساله افزایش می یابد. لحاظ کردن سرعت ته نشینی نانوذرات منجر به کاهش بیشینه تابع جریان شده و این عامل باعث کاهش عدد ناسلت متوسط می شود. سرعت ته نشینی نانوذرات همچنین باعث افزایش ضخامت لایه‎مرزی جرمی می شود که این عامل نیز باعث کاهش میزان انتقال حرارت می شود.