این مطالعه با هدف دست یابی به یک کد عددی برای شبیه سازی جریان سیال خواص متغیر داخل لوله، انجام شده است. معادلات در دستگاه استوانه ای به صورت بدون بعد و با حضور تمامی مولفه ها با روش حجم معیار محدود انتگرال گیری شده اند. ترم های دیفرانسیلی جابه جایی با تقریب پس رو مرتبه یک و مولفه های دیفرانسیلی پخش با تقریب مرکزی مرتبه دو گسسته سازی شده اند. تمامی خواص متغیر فرض شده و به صورت بی بعد در معادله ظاهر می شوند. مقایسه بین نتایج حاصل از مطالعه حاضر بر روی جریان سیال خواص متغیر و پژوهش پیشین محققین هماهنگی خوبی را نشان می دهد. با توجه به متغیر بودن خواص و شکل گیری نیروهای شناوری، جریان ثانویه ای بر روی مقطع لوله که شامل دو گردابه است و به صورت متقارن در هر نیمه چپ و راست سطح مقطع شکل می گیرد. این جریان سبب بر هم خوردن تقارن دامنه سرعت و دما می شود و توزیع غیریکنواخت دما بر روی سطح مقطع لوله مشاهده می شود. در یک مسأله گرمایش نیمه بالایی سطح مقطع گرم تر از نیمه پایینی خواهد بود. به دلیل اختلاف دمای سیال نزدیک به دیواره و هم چنین دمای دیواره در نقاط مختلف محیط لوله، ضریب انتقال حرارت و عدد نوسلت برای هر نقطه متفاوت از نقطه دیگر است. در نیمه بالایی سطح مقطع لوله به دلیل گرم تر بودن سیال و در نیمه پایینی لوله به دلیل حضور سیال سرد تر، ضریب انتقال حرارت و عدد نوسلت به ترتیب کاهش و افزایش پیدا می کند. سیال فوق بحرانی سیالی است که خواص آن در نزدیکی نقطه بحرانی به شدت متغیر است. تغییر شدید خواص در نزدیکی دمای بحرانی باعث افزایش شدید در ضریب انتقال حرارت جابه جایی سیال می شود. برای دماهای بزرگتر از دمای بحرانی مجدداً مقدار ضریب انتقال حرارت کاهش پیدا می کند.

خون اصلی ترین سیالی است که در سیستم های حیاتی مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. بررسی شکل جریان و رفتار حرارتی خون از اهمیت بسیاری برخودار است. در این تحقیق جریان سیال کیسون به عنوان مدلی مناسب برای توصیف رفتار خون، در دو فرم مختلف مورد بررسی قرار گرفته شده است. حالت اول سیال خون در حالت جریان آرام، توسعه یافته و پایدار با فرض رفتار مشابه جریان کیسون در یک لوله ی حاوی محیط متخلخل ، با تخلخل متغیر مورد بررسی قرار گرفته است. مدل برینکمن به عنوان معادله ی مومنتوم در نظر گرفته شده است. این تحلیل می تواند جهت مدلسازی جریان خون وقتی که پلاک های چربی کلسترول و لخته های خونی در جداره ی عروق تشکیل می شوند، به کار رود. معادله ی کلی حرکت به صورت مزدوج با معادله کیسون جهت پیدا کردن توزیع سرعت تحلیل شده است و به مقایسه ی نتایج حاصل از شرایط عددی جریان نیوتنی و گذردهی ثابت با نتایج سایر محققین پرداخته شده است. در حالت دوم رفتار حرارتی سیال خون بین دو صفحه ی موازی و با فرضیاتی چون سیال غیر قابل تراکم در جریان جابجایی اجباری، پایدار، توسعه یافته و آرام مدل شده است. معادله ی انرژی از طریق بالانس انرژی به دست آمده و بدون صرفنظر کردن از تلفات لزجت به دو روش تحلیلی و عددی در حالت شار ثابت حل شده است و در نهایت رفتار حدی عدد نوسلت و میدان درجه حرارت بررسی و با مقادیر موجود مقایسه شده است.

روش چبی شف- تاو به عنوان یکی از زیر مجموعه روش های طیفی در حل معادلات دیفرانسیل خطی و غیرخطی به کار می رود. استفاده از این روش در حل معادلات دیفرانسیل به خصوص در حل معادلات دیفرانسیل غیرخطی می تواند به دلیل خواص چندجمله ای های چبی شف تا حد زیادی از پیچیدگی های مسئله بکاهد. در این پایان نامه به حل دو مسئله نمونه از پایداری هیدرودینامیکی به کمک روش چبی شف- تاو پرداخته شده است. پایداری مسئله اول که جریان رو به پایین فیلم مایع روی یک صفحه شیب دار است به حل معادله معروف اور- سامرفیلد، همراه با شرایط مرزی منجر می شود که از تحلیل پایداری خطی برای جریان لزج موازی به دست می آید. معادله پایداری حاکم بر مسئله دیگر که جریان رو به پایین سیال بین جامد متخلخل شیب دار است برای اولین بار در این پایان نامه با استفاده از تئوری خطی شده پایداری استخراج و تحت شرایط مرزی حل شده است. در مورد معادله اور- سامرفیلد نتایج به دست آمده از حل چبی شف- تاو با نتایج حاصل از حل این معادله به کمک سایر روش ها مقایسه شده اند که این مقایسات به خوبی قابلیت بالای روش چبی شف- تاو در حل مسائل پایداری هیدرودینامیکی را نشان می دهند. سپس با توجه به مناسب بودن این روش در حل مسائل پایداری هیدرودینامیکی، معادله پایداری استخراج شده برای مسئله دوم که به مراتب پیچیده تر از معادله اور- سامرفیلد می باشد نیز با استفاده از همین روش حل شده است.

توربین های گازی یکی از ماشین های تولید توان به شمار می آیند. این توربین ها نقش بسیار مهمی را در تامین برق مورد نیاز کشور بخصوص در ساعات پیک دارا می باشند. یکی از معایب اصلی این توربین ها کاهش توان و راندمان آن در اثر افزایش دمای محیط می باشد. به عبارتی دیگر، در حالی که بیشترین تقاضا برای مصرف برق در فصول گرم سال اتفاق می افتد، در همین زمان واحدهای گازی با افت شدید توان و راندمان مواجه خواهند بود. بنابراین اتخاذ روش هایی جهت سرمایش هوای ورودی به کمپرسور این توربین ها و بازیابی توان از دست رفته آنها ضروری می باشد. با توجه به شرایط اقلیمی محل احداث نیروگاه، روش های مختلفی جهت خنک کاری هوای ورودی به کار گرفته می شوند که بطور خلاصه می توان به روشهای تبخیری (فاگ و مدیا)، روشهای تبریدی (تراکمی و جذبی) و روش ذخیره سازی سرما (یخساز) اشاره نمود. در این پژوهش، به بررسی فنی و اقتصادی انواع روش های خنک کاری هوای ورودی توربین گازی در شرایط مختلف اقلیمی کشور پرداخته شده است. بدین منظور توربین گازی v94.2 جهت ارائه محاسبات انتخاب گردیده است. شهر یزد به عنوان نماینده هوای گرم و خشک، بندرعباس به عنوان نماینده هوای گرم و مرطوب و تهران به عنوان نماینده هوای معتدل جهت مقایسه فنی و اقتصادی انواع روش های خنک کنندگی هوای ورودی انتخاب گشته است. با استفاده از نرم افزار ترموفلو و به کمک داده های هواشناسی، میزان انرژی تولیدی حاصله از بکارگیری انواع روشهای سرمایش هوای ورودی محاسبه می شود. در ادامه هزینه های اولیه و جاری هر یک از تکنولوژی های بکار رفته بدست آمده، سپس با مقایسه میزان افزایش تولید و قیمت برق اضافی تولیدی در مورد انتخاب روش بهینه تصمیم گیری می شود. نتایج حاصل از بررسی فنی و اقتصادی روش های خنک کاری هوای ورودی نشان می دهد که گرچه می توان روش های فاگ و مدیا را بعنوان سیستم های با کمترین سرمایه گذاری اولیه، روش های مناسبی تلقی نمود؛ ولی انتخاب سیستم مناسب به ویژه در مناطق گرم و مرطوب نیازمند بررسی مقتضیات کارفرما، انتظارات اولیه و به ویژه میزان نیاز به کیلووات اضافه جهت رفع نیاز در ساعات پیک دارد. همچنین به منظور امکان سنجی اعمال سیستم فاگ، به شبیه سازی فرآیند تبخیر قطرات آب در داکت هوای ورودی توربین پرداخته شد. اندازه قطره خود به تنهایی یک فاکتور بحرانی برای فرآیند خنک کاری هوای ورودی به روش فاگ می باشد. قطرات باید به اندازه ی کافی کوچک باشند تا قبل از رسیدن به دهانه ی کمپرسور تبخیر گردند. بدین منظور با استفاده از نرم افزار فلوئنت به بررسی فرآیند تبخیر قطرات 25 و 30 میکرونی خروجی از نازل های فاگ پرداخته شد. نتیجه آنکه با تعبیه نازل های فاگ در بخش گذرگاه داکت هوای ورودی، قطرات قبل از رسیدن به دهانه کمپرسور تبخیر می گردند.

اکسایش آب فوق بحرانی یکی از جدیدترین فناوری های موجود در زمینه تصفیه پساب است. در این فناوری آب فوق بحرانی به عنوان یک حلال غیرقطبی عمل می کند. بنابراین ترکیبات آلی غیرقطبی و گازهایی مثل اکسیژن کاملا قابل امتزاج با سیال فوق بحرانی می شوند و واکنش به صورت تک فاز انجام می شود. از آنجا که در این فرایند در بسیاری از شرایط، داده های آزمایشگاهی موجود نیست و به سبب برخی محدودیت ها امکان آزمایش وجود ندارد، توسعه فناوری اکسایش آب فوق بحرانی از ابعاد پژوهشی و آزمایشگاهی به مقیاس های کاربردی بزرگتر و تجاری برای ضایعات گوناگون صنعتی و شهری در گرو پیشرفت شبیه سازی های نظری و عددی این فرایند می باشد. در این پایان نامه، یک راکتور لوله ای تصفیه پساب که حاوی آلاینده فنول است، مدل سازی گردیده است. بدین منظور، معادلات بقای جرم (پیوستگی)، بقای مومنتوم (نویر-استوکس)، بقای انرژی و بقای اجزاء شامل 7 معادله دیفرانسیل حاکم بر جریان، استخراج گردیده اند. مجموعه معادلات حاصل، به دلیل تغیـیرات شدید خواص آب فوق بحرانی به یکدیگر وابـسته بوده و به طور همزمان حل شده اند. مقایسه توزیع دمای حاصل از مدل سازی در شرایط پایا با مراجع، حاکی از دقت بالای مدل می باشد. با استفاده از مدل حاضر تاثیر تغییرات پارامترهای مختلف نظیر اثر غلظت فنول بر روی چگالی مخلوط و اثر پارامترهای سینتیکی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین می توان اثر هرگونه تغییر مانند میزان فنول ورودی، دبی ورودی و شرایط عملیاتی را در طول راکتور تعیین نمود. دستگاه معادلات برای حالات ناپایا حل گردیده است، تا بتوان پاسخ کارکرد سیستم به تغییرات وابسته به زمان را که ممکن است ناخواسته و ناگهانی در یک راکتور رخ دهد، به دست آورد. سه مورد افزایش ناگهانی نرخ جریان جرمی ورودی هوا و جریان آلاینده و افزایش ناگهانی دمای ورودی، به عنوان نمونه مورد بررسی قرار گرفته است.

جریان سیال همراه با سطح آزاد از جمله مباحث مهم در سیالات به شمار می رود. در این نوع از جریان ها ، موقعیت مرز، تنها در آغاز کار مشخص بوده و مکان های بعدی آن باید در طول زمان محاسبه گردد. استفاده از معادلات و شرایط مرزی این کار را میسر می سازد. این معادلات معمولاً به روش های عددی حل می شوند. روش عددی مورد استفاده در این تحقیق شامل سه مرحله کلی می باشد: شبکه بندی سیال، حل معادلات حاکم و محاسبه سطح آزاد. میدان حل با استفاده از گرید یکجا و مش های یکنواخت شبکه بندی می گردد. سپس معادلات ناویر استوکس با روش حجم محدود و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل می شوند تا میدان سرعت و فشار محاسبه گردد. در نهایت مقادیر کسر حجمی محاسبه شده و شکل سطح آزاد رسم می گردد. نتایج به دست آمده از حل عددی با استفاده از matlab با نتایج حاصل از مدل سازی در نرم افزار فلوئنت و موارد مورد استناد دیگر صحه گذاری شده است. جریان ناشی از شکست سد، به عنوان یکی از مسائل مرجع در مدلسازی عددی مسائل هیدرولیک مورد بررسی قرار گرفته است. برنامه کامپیوتری تهیه شده قادر به بررسی سایر جریان های شامل سطح آزاد نیز بوده و قابلیت ارتقاء به حل های پیچیده تر را نیز دارد.

در بسیاری از نیروگاههای بخار قدیمی ، بمنظور رفع پاره ای از مشکلات امکان بهره برداری بهتر ، تغییراتی در مشخصات بویلر ایجاد شده ، بعنوان مثال تغییر در نوع سوخت مصرفی و یا تغییرات در ساختار فیزیکی می-باشد. خارج شدن بویلر از شرایط پیش بینی شده طراحی اولیه ، چه به لحاظ تغییرات برنامه ریزی شده و چه به لحاظ تغییرات حاصل از کارکرد طولانی مدت بویلر ، سبب می شود که بهر بردار در خصوص تعیین شرایط بهینه کارکرد ، دچار مشکلات عدیده ای گردد. کارکرد بویلر در بارهای نزدیک به بار نامی باعث ایجاد آسیب های پریودیک در نقاط مختلف بویلر از جمله سوپرهیترها ، ری هیترها و .. می گردد، ضمن آنکه کاهش بار بویلر بمنظور احتراز از این صدمات ، سبب کاهش توان تولیدی واحد و در نتیجه آسیب های اقتصادی می گردد. در این تحقیق ، یک شبیه ساز برای بویلر تدوین شده ضمن آنکه با اخذ داده های تجربی به انجام مانورهای لازم بروی یک نیروگاه بخار ، شرایط این واحد تا حد امکان بررسی شده است. در مدلسازی بویلر از ناحیه بندی منطقه ای برای کوره و در هر منطقه از روشناحیه ایاستفاده شده است و برای روابط و معادلات بکار گرفته شده در دیگر بخش ها از روابط نیمه تجربی استفاده شده است. در پایان ، با تهیه و اجرای یک نرم افراز شبیه ساز به ازای تغییر پارامترهای اصلی ورودی از جمله تیلت مشعل، تاثیر آنها بر خروجی های بویلر بررسی شده است و از نتایج خروجی ، بمنظور یافتن بهتر شرایط عملکرد بویلر ، از لحاظ کارکرد بهینه و کارکرد در شرایط ایمن ، استفاده گردیده است.

یکی از منابع تولید انرژی، نیروگاه های برق است. این نیروگاه ها نیاز اساسی انسان ها را تأمین می کنند و از اهمیت خاصی برخوردار می باشند. آلاینده هایی که توسط نیروگاه های برق تولید می گردد سلامت انسان ها را در معرض خطر قرار می دهند. مدلسازی پخش آلاینده های گازی یکی از اصلی ترین و مهم ترین مرحله در کنترل آلودگی های موجود در محیط می باشد. با توجه به رشد مستمر صنایع آلوده کننده محیط زیست، انگیزه برای مدلسازی کیفیت هوا بالا رفته است. نشر آلاینده ها در اطراف دودکش نیروگاه های حرارتی و میزان و نحوه توزیع آن ها یکی از مسائل زیست محیطی مربوط به این گونه نیروگاه هاست. در این تحقیق هدف بررسی نحوه ی توزیع آلاینده ها در اطراف دودکش نیروگاه بعثت با ملاحظه تأثیرات باد، وجود ساختمان ها و ارتفاعات در نزدیکی نیروگاه می باشد، که با استفاده از نرم افزار برای بررسی نحوه ی گسترش آلاینده های نیروگاه بعثت استفاده و سپس با نتایج تجربی محیط اطراف نیروگاه و همچنین با روابط ارائه شده از مدل گوسی مقایسه شده است. مطابقت نسبتا خوبی میان نتایج حاصل و نتایج تجربی وجود دارد. همچنین نتایج نشان می دهد که وجود موانع و ساختمان ها، سبب می شود برآورد میزان توزیع آلاینده ها از طریق روابط نیمه تجربی چندان قابل اعتماد نباشد.

نیاز به سیستم های تولید قدرت با راندمان بالا و آلودگی کم درسال های اخیر توجه زیادی را به استفاده از تکنولوژی پیل های سوختی معطوف نموده است. در این میان پیل های سوختی اکسید جامد، به علت دمای عملکرد بالا و ساختار فیزیکی تماماً جامد، به منظور تولید قدرت بسیار مناسب هستند. الکترودهای پیل سوختی اکسید جامد از جنس مواد متخلخل است و بدلیل دمای بالای کارکرد در این نوع پیل سوختی، اجزای واکنش گر و فرآوده در فاز گازی می باشند. با توجه به این خصوصیات، انتخاب روش مناسب برای مدل سازی پدیده نفوذ گاز در محیط متخلخل الکترود پیل سوختی اکسید جامد بسیار حائز اهمیت است. در این رساله از یکی از روش های عددی نوین دینامیک سیالات محاسباتی به نام روش شبکه بولتزمان برای بررسی پدیده انتقال ذرات گازی استفاده می شود. روش شبکه بولتزمان بر پایه دیدگاه متفاوتی با روش های مرسوم دینامیک سیالات محاسباتی می باشد. در این روش به جای حل معادلات ناویراستوکس، معادلات گسسته بولتزمان حل می شود. این در حالی است که معادله ناویر استوکس را می توان از الگوی ماکروسکوپی روش شبکه بولتزمان بدست آورد. سادگی برنامه نویسی، امکان استفاده از الگوریتم های موازی و توانایی اعمال شرایط مرزی پیچیده از مزایای بارز این روش است. در این رساله نحوه شکل گیری و معادلات مدل شبکه بولتزمان، روش های اعمال این مدل در محیط متخلخل و گازهای چند جزئی، و همچنین نحوه اجرا و اعمال شرایط مرزی مختلف مدل شبکه بولتزمان ساده و چند جزئی در محیط متخلخل به تفصیل توضیح داده می شود. در ادامه فیزیک آند پیل سوختی اکسید جامد دقیق تر بررسی می شود و جریان گاز دو جزئی(h2 و h2o) در آن به روش شبکه بولتزمان مدل می شود. توزیع درصد مولی این اجزاء در آند بدست می آید و با استفاده از آن افت ولتاژ غلظتی در آند محاسبه می گردد. نتایج این افت ولتاژ در چگالی جریان های مختلف با نتایج مدل سازی های تجربی پیشین معتبرسازی می شود. پس از آن تاثیر پارامترهای مختلف مانند تخلخل و چگالی جریان بر نفوذ گازهای h2 و h2o، و به دنبال آن افت ولتاژ غلظتی در آند متخلخل بررسی می شود. مطالعات این رساله نشان می دهد، در یک چگالی جریان بی بعد معین، با کاهش تخلخل تغییرات غلظت h2 در طول آند و افت ولتاژ غلظتی افزایش می یابد. برای انجام محاسبات، از برنامه کامپیوتری نوشته شده در محیط متلب استفاده شده است.

نگرانی های جهانی درباره ذخایر انرژی و محیط زیست نشان می دهد که انرژی باید به صورت کارآمدتر استفاده شود. به همین ترتیب، با رشد تقاضای جهانی برای lng و کشف منابع جدید گاز طبیعی، کارخانه های تولید lng بیش از گذشته توسعه یافتند. گاز مایع طبیعی (lng) یک منبع پرطرفدار سوخت پاک فسیلی است و جزء فرآیندهایی است که انرژی زیادی مصرف می کند، از این رو افزایش راندمان فرآیند مایع سازی، کاهش مصرف انرژی و صدور گازهای گلخانه ای را نتیجه می دهد. به علاوه چون کمپرسورها اغلب زیر خط بهینه کار می کنند، این خود دلیلی بر مصرف بیشتر انرژی در این پروسه خواهد بود. فرآیند "پیش سردسازی با پروپان- مخلوط سرد" (c3mr) شرکت apci به صورت گسترده به عنوان سیکل مایع سازی در خطوط تولید lng مورد استفاده قرار می گیرد. در این پروژه راهکارهایی جهت افزایش بازدهی سیکل و مصرف کمتر انرژی ارائه شده است که بدین ترتیب فعالیت کمپرسورها برای سیکل تبرید دوگانه c3mr بهینه شد. در ابتدا سیکل مایع سازی را در نرم-افزار اسپن پلاس مدل شده، سپس با به دست آوردن مقادیر بهینه اجزای مبرد مختلط، مجموع کار کمپرسورهای سیکل تبرید مورد مطالعه به حداقل رسانده شد.

ناپایداری جریان سیالات یکی از مباحث عمده و کلاسیک مکانیک سیالات به شمار می رود. گذر از جریان آرام به آشفته و ناپایداری سطح آزاد در سیال از مشهورترین مسائلی است که در این زمینه مطرح بوده است. بررسی ناپایداری جابه جایی دو سیال به صورت قابل امتزاج و یا غیرقابل امتزاج به ویژه در محیط های متخلخل، از آن جا که دارای مصداق های متعددی در صنایع می باشد، از دهه 50 میلادی به عنوان یک موضوع اساسی در زمینه ناپایداری مورد توجه بسیاری از محققین قرارگرفته است[1]. وقتی سیال با لزجت کمتر جایگزین سیال با لزجت بیشتر می شود، غالباً فصل مشترک دو سیال دچار اغتشاش خواهد شد. تولید زبانه ناشی از گسترش اغتشاش معمولاً به نام پدیده انگشتی شدن شناخته می شود. از زمان آزمایش ها و تحلیل های اولیه هیل در سال 1952، رشد قابل توجهی در مقالات چاپ شده در مورد ناپایداری لزج به وجود آمده است[2]. مصداق های متعدد این پدیده در مهندسی مخازن نفت، هیدرولوژی آب های زیرزمینی، چاه های ژئوترمال، احتراق، رسوب گیری الکتروشیمیایی، سیلاب زنی امتزاجی به هنگام بازیافت نفت، منطقه گذرا بین آب شور و آب تازه در سفره های آب زیرزمینی، دفن ضایعات معمولی و هسته ای و نشت آن ها به سفره های آب زیرزمینی می باشد. در بیشتر کاربردها، ناپایداری لزج پدیده نامطلوبی است زیرا باعث کاهش بازده فرآیند جابه جایی می گردد. هر فرآیندی که در جهت حذف ناپایداری ها یا کنترل نرخ رشد زبانه های لزج پیش رود، به لحاظ فنی دارای اهمیت می باشد. از مدل سازی اولیه توسط هیل و سافمن-تیلور تا کارهای هومسی در سال های اخیر، بررسی تأثیرات عوامل مختلف در این پدیده مدنظر بوده است. در بررسی های اولیه حتی تا دهه گذشته به دلیل عدم امکان بررسی دقیق عددی، مساله ناپایداری جابه جایی سیالات قابل امتزاج محدود به تأثیر انگشتی شدن لزج بوده است[3]. مبدأ ناپایداری سیالات در محیط متخلخل در سال 1958 توسط سافمن و تیلور شناخته شد[5]. آن ها مطالعات خود را به وسیله سلول هل- شاو انجام دادند. آن ها نشان دادند که وقتی سیال با لزجت کم جایگزین سیال با لزجت بالا می شود، ناپایداری در مرز مشترک باعث رخ دادن پدیده انگشتی شدن، می گردد. در این حالت در طی پیشروی مرز مشترک اگر یک تحدب کوچک به دلیل تصادفی بودن سیستم به وجود آید، گرادیان فشار در قسمت تحدب یافته دارای شیب بیشتری در مقایسه با قسمت های دیگر مرز مشترک خواهد بود. با ارائه یک روش عددی جدید [47] مساله تن و هومسی [14]، مورد بررسی مجدد قرار گرفت و براساس مقایسه نتایج خروجی کارایی روش محاسباتی مورد تأیید قرار گرفت. حل تحلیلی برای زمان به صورت کامل ارایه گردید و پاسخ تن و هومسی [14] باز تولید شد. تأثیر پدیده کانالیزه شدن و تغییرات نفوذپذیری با اعمال یک رابطه نمایی برای بیان نفوذپذیری به معادلات حاکم مدل شد. معادلات حاکم جدید به فضای فوریه انتقال داده شد و معادله موجی حاصل جهت بررسی پایداری جریان لزج در محیط متخلخل با معرفی یک روش عددی جدید مورد تحلیل قرار گرفت. بررسی نتایج نشان داد که بیشترین ناپایداری در زمان t=0 رخ خواهد داد و این اتفاق در فرآیند با ملاحظه تأثیر ترم کانالیزه شدن نیز تغییری نخواهد کرد. در عین حال افزودن ترم کانالیزه شدن سبب پایدارتر شدن جریان در تمام مقاطع عرضی مجرا خواهد شد و تأثیر در نقاط نزدیک مرکز کانال به وضوح بیشتر خواهد بود به گونه ای که با گذشت زمان در نسبت های تخلخل نزدیک به 1 در مرکز کانال به ازای همه مقادیر عدد موج پایداری برقرار خواهد بود، این در حالی است که برای نسبت های تخلخل بزرگتر از 1 حتی در زمان t=0 جریان در مرکز کانال تقریباً پایدار است.

در این پروژه سعی شده است از سه طریق کاهش فشار گاز بررسی می گردد: 9-1-1 حالت اول بدون هیچگونه تغییری در طرح فرضی و تنها با کاهش فشار خروجی از tbs ، تغییرات سرعت و فشار را در گره ها تا دورترین مصرف کننده را بررسی کردیم البته تا جائیکه فشار کمتر از psi 0.25 نشود. شایان ذکر است که رگلاتور های کنونی اگرچه فشار خروجی psi 0.25 خواهند داشت ولی در صورت کمتر شدن فشار ورودی از psi 15 جریان گاز را قطع می کنند ( جهت امنیت) . البته امکان استفاده از رگلاتورهایی با محدوده کاری مناسب تر برای شبکه توزیع با فشار پایین تر وجود دارد. نمودار و جدول (7-7) نشان میدهد که در فشار های پایین تر همواره افت فشار بیشتری در مسیر tbs تا مصرف کننده اتفاق می افتد.این مورد خود به معنای هدر رفت انرژی بیشتر و البته خود کنترلی و خود رگلاتور بودن لوله ها نیز می باشد. ضمنا مطابق جدول 7-8 ، بیشترین سرعت در ستون اول مربوط به لوله a-b می باشد حال آنکه با کاهش فشار در شبکه طراحی شده فروض با توجه به دبی ثابت ، سرعت بیشینه به لوله های انتهایی منتقل شده و با افزایش فاصله آن از مرز 10 متر بر ثانیه ( تا حدود 30 متر بر ثانیه ) شاهد افت فشار بسیار بالا خواهیم بود. لذا به نظر میرسد با ثابت بودن تمامی پارامتر های شبکه می توان با کاهش فشار (در صورت دوام لوله ها در سرعت بالاتر گاز ) و استفاده از رگلاتورها در محدوده کاری پایین تر ، فشار شبکه را تا حد زیادی کاهش داد و به نحوی بخشی از وظایف رگولاتور را در طول مسیر بوسیله لوله ها انجام داد. 9-1-2 حالت دوم همزمان با کاهش فشار خروجی از tbs ، قطر لوله های گاز را محاسبه و شبکه را از نو طراحی کنیم. نتایج طراحی شبکه ( تعیین قطر لوله ها ) برای فشار های 60 تا 10 پوند بر اینچ مربع با گام های 10 تایی با استفاده از فرمول ها و استاندارد های igt مطابق محاسبات انجام شده در جدول 7-15 خلاصه شده است. همانطور که ملاحظه می شود برای طراحی شبکه توزیع با فشار پایین تر لازم است قطر لوله ها به نحو چشمگیری افزایش یابد که این مورد از لحاظ اقتصادی محدودیت هایی ایجاد می کند که قابل اهمیت است. نمودار (7-14) و جدول(7-16) نشان میدهد که در فشار های بالاتر همواره افت فشار بیشتری در مسیر tbs تا مصرف کننده اتفاق می افتد. این مورد خود به معنای هدر رفت انرژی بیشتر است. لذا طراحی شبکه با فشار پایین تر از لحاظ فنی و کاهش مصرف انرژی توجیه پذیر است اما به لحاظ اقتصادی باید مورد بررسی قرار گیرد و هزینه های انرژی و هزینه های لوله کشی در تقابل هم قرار گیرد تا نقطه بهینه فشار شبکه و قطر لوله ها پیدا شود و در این راستا نیز در مقالاتی با بهره گیری از الگوریتم ژنتیک [3] تلاش هایی صورت گرفته که می تواند راهگشا باشد. 9-1-3 حالت سوم در این مرحله با توجه به کاهش مصرف مشترکین در تابستان ها ( یا حذف برخی مشترکین) فرض بر این است که مصرف مشترکین تا 50 درصد کاهش یابد. بنابراین بدون تغییر در مشخصات دیگر شبکه و تنها با کاهش فشار خروجی از tbs تغییرات سرعت و فشار را در گره ها تا دورترین مصرف کننده بررسی شده است البته تا جائیکه فشار کمتر از psi 0.25 نشود. نمودار (7-24) و جدول (7-26) نشان میدهد که در فشار های پایین تر همواره افت فشار بیشتری در مسیر tbs تا مصرف کننده اتفاق می افتد.این مورد خود به معنای هدر رفت انرژی بیشتر و البته خود کنترلی و خود رگلاتور بودن لوله ها نیز می باشد. ضمنا مطابق جدول 7-27 ، همانند حالت اول بررسی کاهش فشار ، بیشترین سرعت در ستون اول مربوط به لوله a-b می باشد حال آنکه با کاهش فشار در شبکه طراحی شده فروض با توجه به دبی ثابت ، سرعت بیشینه به لوله های انتهایی منتقل شده و با افزایش فاصله آن از مرز 10 متر بر ثانیه ( تا حدود 30 متر بر ثانیه ) شاهد افت فشار بسیار بالا خواهیم بود. لذا به نظر میرسد با ثابت بودن تمامی پارامتر های شبکه می توان با کاهش فشار (در صورت دوام لوله ها در سرعت بالاتر گاز) و استفاده از رگلاتورها در محدوده کاری پایین تر ، فشار شبکه را تا حد زیادی کاهش داد و به نحوی بخشی از وظایف رگولاتور را در طول مسیر بوسیله لوله ها انجام داد. 9-2 نتیجه گیری کلی از آنجا که کاهش فشار از لحاظ فنی و اقتصادی قابل انجام است به نظر میرسد می توان با کاهش فشار و استفاده از رگلاتورها در محدوده کاری پایین تر ، فشار شبکه را تا حد زیادی کاهش داد ضمنا لازم به ذکر است اگرچه تلاش های عملی نیز در راستای کاهش فشار توزیع در کشورهای مختلف مانند ژاپن[14] صورت گرفته است باید توجه داشت که اگر تمامی مصرف کننده گان در حالت پیک مصرف قرار بگیرند و دما و مشخصات گاز را در سرد ترین روزهای سال و همچنین افزایش مصرف کنندگان با توجه به ساخت و ساخت و ساز های جدید را در نظر بگیریم این ضریب اطمینان برای طراحی تا حدی قابل قبول به نظر میرسد. مگر آنکه مشترکین ثابت باشند و مصرف گاز آنها نیز با بالاترین صرفه جویی(تغییر فرهنگ مصرف) [15] و عایق بندی و دستگاههای استاندارد صورت پذیرد ، آنگاه لزوم اقدام عملی جهت کاهش فشار ورودی لازم به نظر می رسد. [16]،[17]

در اکثر واحد های پالایشگاهی همواره مقداری از گاز به دلیل مسایل فرآیندی و یا نقص تجهیزات، از خط فرآوری خارج شده و در مشعلهایی دور از واحد سوزانده می شود. به دلیل مسائل زیست محیطی و همچنین با ارزش بودن گازهای ارسالی به مشعل، بازیافت این گازها مورد توجه قرار گرفته است. در این پروژه، پس از بررسی روشهای متداول بازیافت گازهای ارسالی به مشعل، روش جداسازی تقطیری گازها برای دستیابی به محصولات قابل فروش و ارزشمند مورد تحلیل قرار گرفته است. به این منظور ابتدا فرآیندی شامل دو برج تقطیر دما پایین، برای بازیافت هیدروکربن های موجود در گاز طراحی شد. این فرآیند برای فشار های مختلف، طراحی و شبیه سازی شد تا محدوده فشار مناسب انتخاب گردد. سپس طراحی مکانیکی تجهیزات طرح، بر اساس محدوده فشار بهینه انجام گرفت تا با تحلیل فنی اقتصادی، توجیه پذیری اقتصادی طرح بررسی شود. هزینه های عملیاتی سالانه، هزینه سرمایه گذاری و درآمدهای ناشی از فروش محصولات طرح محاسبه و بر اساس آن نتایج، سودآوری طرح مورد بررسی ارزیابی قرار گرفت. میزان سرمایه گذاری لازم برای فشارهای مختلف بین 6 تا 9 میلیون دلار است. درآمد حاصل از فروش محصولات بازیافت، سالانه 3.5 تا 4 میلیون دلار خواهد بود. محدوده بهینه فشار از نظر اقتصادی، بین 5 تا 15 بار است و بازگشت سرمایه در این محدوده، در نرخ های بهره 8 تا 15 درصد، 3 تا 4 سال خواهد بود. در نهایت با استفاده از تحلیل اکسرژی اکونومیک، اتلاف اکسرژی تجهیزات مختلف و نقاط بحرانی اتلاف اکسرژی شناسایی و روش هایی برای افزایش راندمان طرح ارائه شد.

مسائل بهینه سازی امروزه بخش مهمی از مسائل مهندسی را شامل می شوند. در اینگونه مسائل هدف پیدا کردن مقادیر بهینه یک تابع هدف وابسته به ضرایب شکلی و متغیرها و پارامترهای فیزیکی و هندسی مسئله می باشد. روش های متعددی جهت مسائل بهینه سازی مطرح شده است. از آنجایی که معمولا کلیه این روش ها مستلزم حل مستقیم و سعی و خطا جهت یافتن پارامترهای بهینه مسئله می باشد، تدوین رویه ای که عملیات تحلیل را کاهش دهد می تواند مقرون به صرفه باشد. در این پایان نامه، نخست ضمن معرفی روش های مختلف بهینه سازی روش اپراتور الحاقی (adjoint) به تفصیل بیان شده است. سپس جهت حل مستقیم، بر روش wrm تمرکز بیشتری صورت گرفته است. در پایان یک رویه مبتنی بر روش wrm (وزن دادن به باقیمانده ها) برای حل مستقیم و روش الحاقی تدوین و از آن برای حل یک مسئله نمونه استفاده شده است. نتایج نشان می-دهد که روش از کارایی مناسبی برخوردار است. مثال مورد نظر جهت کاربرد این روش، بهینه سازی یک کانال خنک کاری جامد با کانال های موازی با عرضd می باشد که از یک طرف تحت شار q”=100kw/m2 قراردارد و از سوی دیگر سیال آب به منظور خنک کاری با دمای t=300 k از درون کانال ها عبور می کند استفاده شده است. دمای ماکزیمم ماتریس جامد در سمت مواجهه با شار و در وسط ماتریس جامد است که باید کمینه شود. مقادیر بهینه h (عرض ماتریس جامد) و d (عرض کانال سیال) برای ورودی های فشار آب با اعداد بژن be=106 be=107 و be=108 تعیین شده است.از آنجایی که هرچه ? (نسبت فضای خالی d/h) افزایش یابد، دمای ماکزیمم کمتر می شود، یک محدوده متعارف (بین 1/0 تا 3/0) برای آن در نظر گرفته شد و مشاهده شد که در ?=0.3 کمترین دما حاصل شد و برای ?=0.3 و در فشار ورودی با عدد بژن be=106 مقدار بهینه h/l برابر 3/0 و در be=107 برابر 15/0 و در be=108 برابر 05/0 می باشد. همانطور که مشخص است با افزایش عدد بژن، مقدار h/l بهینه و همچنین دمای ماکزیمم کاهش می یابد.

در سالهای اخیر نیاز به تولید انرژی پاک با توجه به بحرانهای زیست¬محیطی موجود در جهان، سبب توجه روزافزون به روشهای مختلف تولید هیدروژن گشته است. از سوی دیگر وجود منابع عظیم گازی، اهمیت تکنولوژیهای تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن را در کشورمان دوچندان ساخته است. روشهای متعددی جهت تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن وجود دارد، در این پایان¬نامه از بین این روشها به تولید هیدروژن از احتراق ناقص گاز طبیعی در محیط متخلخل پرداخته شده است.

در پایان نامه حاضر با استفاده از روش الحاقی (adjoint) میزان گرمای خروجی از پوست در شرایطی که پوست تحت محافظت لباس محافظ چند لایه بوده و هوا امکان جریان یافتن در فاصله بین پوست و لباس محافظ را داشته باشد، بهینه سازی شده است.

استفاده از لوله گرمایی برای صفحات لانه زنبوری در این پایان نامه بررسی شده است. در این راستا توزیع دما در دیواره لوله گرمایی استوانه ای استخراج شده و برای سه سیال به طور جداگانه موردبررسی و مقایسه قرار گرفته است. امروزه صفحات لانه زنبوری به دلیل دارا بودن نسبت سختی به جرم بالا کاربردهای گسترده ای در صنایع فضایی و سازه های ماهواره ای یافته اند. یکی از مهم ترین مشخصه های طراحی ماهواره کنترل دمای آن و جلوگیری از به وجود آمدن نقاط گرم در آن است که این مورد نیاز به هدایت گرمایی مناسبی را برای سازه های استفاده شده در ماهواره طلب می کند. علی رغم مزیت ذکرشده برای صفحات لانه زنبوری، این صفحات ازنقطه نظر هدایت گرمایی ضعیف هستند و بنابراین نیاز به طراحی سازوکار مناسبی جهت کنترل دما در این سازه ها وجود دارد. یکی از راهکارهای افزایش هدایت گرمایی استفاده از لوله گرمایی در این صفحات است. لوله های گرمایی به طور گسترده در میکروالکترونیک، ذخیره انرژی گرمایی و تهویه استفاده شده و حل مدل تحلیلی آن موجود و قابل پیاده سازی است. پیاده سازی لوله های گرمایی در صفحات لانه زنبوری اشاره شده با در نظر گرفتن مشخصات منحصربه فرد آن و حل مدل ریاضی آن به منظور کنترل دما هدف از انجام این پایان نامه است. به این منظور ابتدا معادلات حاکم ریاضی که منجر به معادلات دیفرانسیل پاره ای می شود، برای حل دوبعدی و سه بعدی به دست می آیند. به منظور پیاده سازی این معادلات برای صفحه لانه زنبوری لازم است تا شرایط مرزی مطابق با شرایط این صفحات تعیین گشته تا معادلات ذکرشده در این شرایط محیطی حل گردند. نهایتاً به منظور حل معادلات دیفرانسیلی پاره ای با شرایط مرزی مشخص شده، روش حل عددی coupled و simplec پیشنهاد و پیاده سازی شده است و پس از اطمینان از صحت مدل سازی ها، مابقی نتایج شبیه سازی به کمک آنالیز مقایسه ای در محیط نرم افزار راستی آزمایی شده اند. نتیجه شبیه سازی ها نشان می دهد که کاهش تخلخل در صفحه لانه زنبوری منجر به کاهش اختلاف دما می شود. همچنین تغییر پوشش روی صفحه لانه زنبوری و افزایش ضریب صدور در کاهش حداکثر دمای صفحه لانه زنبوری از تغییر جرم کل صفحات تاثیرگذارتر است.

علیرغم توسعه روزافزون تکنولوژی ساخت و کاربردافزودنیهای شیمیایی بتن درکشورهای توسعه یافته، در کشور ماهنوز مشکلاتی دراین رابطه وجود دارد. اگر چه موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران نسبت به استاندارد کردن بخشی از افزودنیها گامهای موثری برداشته کوشش بعضی از تولید کنندگان داخلی نیز درجهت نیل به تکنولوژی پیشرفته ساخت این مواد کارساز بوده است اما کنترل کیفیت افزودنیها ر قبل از بکارگیری باید یک ضرورت فنی بشمار آورد . باتوجه به مطالب فوق، مسئله افزودنیهای شیمیایی درارتباط با تکنولوژی بتن در کشورمان محتاج بذل توجه بیشتر و انجام پروژه های پژوهشی در زمینه های تولید و بکارگیری آنها می باشد. واین درحالی است که هنوز بسیاری از تولید کنندگان داخل حاضر به کنترل کیفیت محصولاتشان از سوی مراجع معتبر نیستند . دراین کار تحقیقاتی دو نوع از پرمصرفترین افزودنیهای شیمیایی یعنی تقلیل دهنده های آب)sp(و تسریع کننده ها)rc(که از محصولات یکی از شرکتهای تولید کننده داخلی انتخاب شده اند، مورداستفاده قرار گرفته است . با بکارگیری این افزودنیها در بتنهای معمولی و بتنهای حاوی پوزولان 15(درصد تراس جاجرود بصورت جایگزین)، خواص مهندسی و دوام آنها مورد مطالعه قرار گرفته است بدین ترتیب که با تعیین خواص مهندسی (شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی و انقباضی) و جنبه های دوام (شامل عمق کربناتاسیون و دوام در محیط سولفاتی) نمونه ها و مقایسه آنها با مشخصات بتن کنترل ضمن بررسی تاثیر افزودنیها، کیفیت آنها نیز کنترل می شود. کمیت و کیفیت تاثیرگذاری افزودنیها برخصوصیات بتن با مشخصات ارائه شده در استاندارد astm برای افزودنیهای تقلیل دهنده با قدرت بالا(نوع)f و افزودنیهای تسریع کننده (نوع)c مقایسه شده است .

بیشتر قابهای سازه ها، دربرگیرندهء دیوارهایی با مصالح بنایی می باشند که وظیفهء اصلی آنها جداسازی فضاها جهت تامین شرایط کاربردی ساختمان می باشد. از سوی دیگر در اثر قرارگیری دیوارها در قابها اندر کنشی بین قاب و دیوار به وجود می آید که در حال حاضر از این اثر در تحلیل و طراحی سازه ها صرفنظر می شود. در این پایان نامه به منظور بررسی اثرات دیوارهای بنایی غیر سازه ای بر رفتار کلی قاب فولادی تحت بار جانبی در تراز سقف آزمایش هایی با مقیاس کوچکتر انجام شده و نتایج بدست آمده با نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از مدلسازی قاب میان پر به روش اجزاء محدود و تحلیل تئوریک مقایسه گردیده است . آزمایشها بر روی قابهایی یک دهانه و یک طبقه با انواع دیوارهای بنایی متداول در ایران انجام شده است . نتایج آزمایشها نشان می دهد که وجود دیوارها در قاب به شدت سختی و مقاومت قاب را تحت تاثیر قرار می دهد و توجه به تاثیر قرار می دهد و توجه به تاثیر دیوارها در بررسی رفتار سازه ها از جنبه های ایمنی و اقتصادی بسیار مهم می باشد. با مقایسهء نتایج تجربی و تئوریک ملاحظه می شود که امکان مدلسازی رفتار قابهای میان پر و در نظر گرفتن اثرات آنها در تحلیل و طراحی سازه ها با دقت و اطمینان خوبی وجود دارد.