یکی از رایج ترین روشها برای ایجاد تهویه طبیعی در داخل ساختمانها، استفاده از بادگیر میباشد. روش کار بادگیر بدین صورت است که باد مطلوب را گرفته و آن را به داخل اطاقهای اصلی ساختمان هدایت می کند. عملکرد بادگیرها به شدت وابسته به سرعت و جهت وزش باد میباشد. از اینرو یکی از معایب آنها کاهش دبی هوای ورودی به ساختمان با تغییر جهت باد است. برای غلبه بر این مشکل، محققان بادگیر با سطح مقطع دایره را پیشنهاد کرده اند. این نوع از بادگیرها حساسیت کمتری نسبت به تغییر جهت باد دارند. اما نسبت به بادگیر با سطح مقطع مربع- مستطیل دبی هوای کمتری را القا میکنند. در تحقیق حاضر تلاش شده است با برسی دقیق جریان در داخل بادگیرهای یکطرفه، که ساده ترین نوع از بادگیرها می باشند، معایب این نوع از بادگیرها شناسایی و بر طرف شود. در ادامه هندسه ای از بادگیر یکطرفه که کمترین حساسیت را نسبت به تغییر جهت باد دارد ارائه شده است. از این هندسه می توان در طراحی بادگیرهایی با ساختار پیچیده تر استفاده کرد. در فصل های اول و دوم این پایان نامه، مقدمه ای بر تهویه طبیعی و نیز مروری بر کارهای انجام شده در این زمینه ارائه گردیده است. در فصل سوم، تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در این تحقیق معرفی میگردند. در فصل چهارم، نتایج مربوط به مرئی سازی جریان در داخل و اطراف انواع بادگیر های یکطرفه ارائه شده است. در فصل پنجم، نتایج حاصل از اندازه گیری دبی هوای القایی، ضرایب فشار، ضرایب تخلیه و ضرایب تلفات سه نوع بادگیر یکطرفه ارائه شده است. در انتهای این فصل اثر سازه های بالادست بر عملکرد بادگیرها بررسی شده است. در فصل ششم، به بررسی جریان در اطراف بادگیر یکطرفه ،تحت زوایای مختلف حمله باد، پرداخته شده و نتایج مربوط به سرعت متوسط و شدت توربولانس به تفکیک ارائه شده است. نهایتاً در فصل ششم خطا و عدم قطعیت موجود در آزمایش ها مورد بررسی قرار می گیرند.

امروزه انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی پاک، ارزان و بی‎پایان یکی از مهمترین جایگاه‎ها را در میان منابع مختلف انرژی به خود اختصاص داده است. تحقیق و توسعه کاربردهای انرژی خورشیدی به یکی از دغدغه‎های دنیای حاضر جهت پاسخگویی به نیاز مبرم بشر به انرژی‎های نوین و تجدید‎پذیر تبدیل شده است. در این پژوهش، ابتدا انرژی خورشیدی و جایگاه آن در گروه انرژی‎های تجدید‎پذیر نوین مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این مفاهیم کلی انرژی خورشیدی و اصول تابش‏ خورشید معرفی شدند. از آن جایی که طراحی سیستم‎های تبدیل انرژی خورشیدی، به دانش دقیقی در مورد قابلیت دسترسی تابش‎های کل خورشیدی نیاز دارد و در نبود داده‎های تشعشعی اندازه‎گیری شده، لازم است از روش‎هایی برای تخمین میانگین ماهانه یا روزانه تابش‎های خورشیدی بر اساس داده‎های هواشناسی قابل دسترس در اکثر ایستگاه‎های هواشناسی استفاده نمود. تاکنون مدل‎های بسیاری برای تخمین تابش کل خورشیدی ارائه و در مکان‎های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته‎اند. گستردگی این مدل‎ها و فراوانی پژوهش‎های صورت گرفته در این زمینه بیانگر اهمیت این موضوع می‎باشد. در این تحقیق برای کمک به انتخاب دقیق‎ترین و مناسب‎ترین مدل در هر مکان و برای هر هدف خاص، مطالعه جامعی جهت گردآوری معادلات تابشی موجود، شامل مطالعات انجام شده برای تخمین میانگین ماهانه تابش کل خورشیدی روزانه روی یک سطح افقی، صورت گرفت. پس از گردآوری مدل‎های تابشی موجود، این مدل‎ها بر اساس پارامتر‎های هواشناسی به‎کار رفته در آن‎ها به‎عنوان ورودی مدل، به چهار دسته زیر تقسیم شدند: مدل‎های وابسته به ساعات تابش خورشید، مدل‎های وابسته به ابرناکی، مدل‎های وابسته به دما و مدل‎های وابسته به سایر پارامتر‎های هواشناسی. به سبب کمبود داده‎های تشعشعی تجربی در بیابان‎های مرکزی ایران از جمله یزد (به عنوان یک منطقه مستعد در بهره‎گیری از انرژی تابشی خورشید) و نیز گسترش کاربردهای انرژی خورشیدی به ویژه در ده‎های اخیر، توسعه مدل‎های تابشی قابل اطمینان که امکان استفاده از آن‎ها در مناطق مختلف استان (با توجه به قابلیت دسترسی به پارامتر‎های هواشناسی مختلف) وجود داشته باشد، برای پیش‎بینی انرژی تشعشعی خورشید ضروری به نظر می‎رسد. از این رو در این پژوهش به منظور برآورد میانگین ماهانه تابش کلی خورشید در سطح افقی زمین درشهر یزد از داده‎های مربوط به پارامترهای هواشناسی مختلف برای شهر یزد که از سازمان هواشناسی کشور دریافت شده بود، طی سال‎های 1982-2008 میلادی استفاده گردید. پس از بررسی صحت و کنترل کیفی داده‎ها، از داده‎های موجود در بازه زمانی 1982-2003 میلادی برای مدل‎سازی داده‎ها و از داده‎های اندازه‎گیری شده در فاصله سال‎های 2004 تا 2008 میلادی برای اعتبار‎سنجی روابط استخراج شده استفاده گردید. پس از مقایسه مقادیر محاسبه شده تابش کل با استفاده از مدل‎های واسنجی شده برای شهر یزد با اندازه‎گیری ‎های تابش‎سنجی به‎دست آمده از سازمان هواشناسی کشور و تعیین خطاهای آماری برای هر مدل، مدل‎هایی که دارای بالاترین دقت در هر دسته بودند انتخاب شدند. سپس به منظور دستیابی به دقت بالاتر در تخمین تابش خورشیدی کل در شهر یزد، چندین رابطه ریاضی بین میانگین ماهانه تابش‎ کل خورشید و میانگین ماهانه دیگر پارامترهای هواشناسی مورد بررسی قرار گرفته و روابط جدیدی ارائه شد. با مقایسه عملکرد مدل‎های استخراج شده بر اساس آزمون‎های آماری مختلف، مدل پیشنهادی 1 به دلیل داشتن دقت کافی در تخمین میانگین ماهانه تابش کل خورشیدی روزانه و همچنین استفاده از تنها یک پارامتر هواشناسی ورودی یعنی ساعت آفتابی که در بیشتر ایستگاههای هواشناسی قابل اندازه‎گیری است، به عنوان دقیق‎ترین و مناسب ترین مدل برای تخمین میانگین ماهانه تابش کل خورشیدی روی یک سطح افقی در شهر یزد تعیین شد. علاوه بر این با استفاده از داده‎های اندازه‎گیری شده در بازه زمانی آوریل تا سپتامبر مدل‎هایی برای فصل بهار و تابستان و با استفاده از داده‎های ماه‎های اکتبر تا مارچ مدل‎هایی برای فصل پاییز و زمستان ارائه شد. نتایج به‎دست آمده نشان داد که استفاده از مدل‎های فصلی به میزان زیادی باعث بهبود تخمین تابش کل خورشید در شهر یزد نمی‎شود.

مهمترین مسئله در جهان امروز تأمین انرژی از منابع پاک و کم هزینه است. به همین منظور موضوع انرژی های نو یکی از بحث برانگیزترین مباحث مطرح شده می باشد که تلاش های بسیاری نیز در راستای توسعه آن و توسط افراد مختلف صورت گرفته است. انرژی باد یکی از انرژی های جدید و بدون آلودگی می باشد که توسط توربین هایی به برق تبدیل شده و استفاده می گردد. این موضوع طی چند دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته و کار روی آن به زمان های خیلی دور مربوط نمی شود. کاری که در این پژوهش در دست بررسی است، افزایش سرعت باد از طریق نصب یک بادگیر در مسیر باد می باشد تا به این وسیله توان تولیدی توسط توربین افزایش یابد. این بادگیر با متمرکز کردن باد به وسیله نازلی که در آن قرار گرفته این کار را انجام می دهد. به منظور تحلیل و بررسی این ایده از نرم افزار فلوئنت استفاده شده به این صورت که ابتدا حل دوبعدی صورت گرفته و پس از آزمودن هندسه های مختلف و همچنین شبکه هایی با تعداد گره متفاوت، هندسه و تعداد شبکه محاسباتی بهینه بدست می آید. پس از آن حل سه بعدی آن انجام شده و نتیجه نهایی و مناسب حاصل می شود. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد در هندسه بهینه سرعت هوا در مقاطع نصب توربین باد 1/343 برابر شده که 3/34% نسبت به حالتی که توربین باد به تنهایی در مقابل جریان هوا قرار دارد افزایش داشته و به این معناست که توان تولیدی 2/42 برابر شده است.

در دو دهه گذشته پایداری قطارها و وسایل نقلیه ریلی به عنوان یک مسئله ایمنی شناخته شده است. بهینه سازی عملکرد و افزایش ثبات قطارهای مسافربری که عامل تأثیر گذاری بر تغییرات فشار اطراف بدنه قطار و نیروهای وارد بر آن است، نیاز به آگاهی از رفتارهای آیرودینامیک قطار به خصوص هنگام ورود قطار به تونل دارد. در این پایان نامه با استفاده از حل عددی ابتدا جریان هوا بر روی قطار مسافربری در میدان جریان آزاد هوا بررسی شده، سپس به کمک روش شبکه بندی مجدد در تکنیک شبکه دینامیک، حرکت قطار هنگام ورود به تونل و همچنین عبور دو قطار از کنار هم در تونل شبیه سازی شده است و میدان جریان در زمان های مختلف به دست آمده است. بدین منظور، معادلات ناویر استوکس به همراه معادله انرژی و معادله حالت گاز ایده آل برای جریان سیال لزج تراکم پذیر حل شده است. از مدل تلاطم k-e rrng برای شبیه سازی توربولانس استفاده شده است. جهت بررسی دقت حل عددی ارائه شده، نتایج بدست آمده از حل عددی با داده های آزمایشگاهی و دیگر روش های عددی در تحقیقات گذشته مقایسه شده و انطباق خوبی مشاهده شده است. در مطالعه جریان هوا اطراف قطار متحرک اثر پارامترهایی از قبیل سرعت های مختلف، هود و تهویه در دهانه ورودی تونل بر روی افزایش فشار اولیه و امواج فشاری و انبساطی ایجاد شده ناشی از ورود دماغه و انتهای قطار به تونل، مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی جریان هوا بر روی قطار ساکن نتایج نشان داده است که افزایش تعداد واگن و زاویه انحراف باد جانبی باعث افزایش ضریب پسا و ضریب نیروی جانبی می شود. همچنین نتایج نشان داده است که نیروهای آیرودینامیکی تأثیر بسزایی در میزان مصرف سوخت قطار دارند. در بررسی جریان هوا اطراف قطار در حال ورود به تونل نتایج نشان داد که شکل مقطع تونل بر توزیع فشار درون تونل و شکل مقطع قطار بر بیشینه فشار ناشی از ورود قطار به تونل تأثیری ندارد. در بررسی جریان هوا اطراف دو قطار در حال عبور از کنار هم نتایج نشان داد که بیشینه ضریب پسا هنگام ورود دماغه دو قطار به تونل و کمینه و بیشینه ضریب نیروی جانبی به ترتیب هنگام عبور دماغه دو قطار و عبور دو قطار درست از کنارهم بوجود می آید.

در طبیعت و بسیاری از کاربردهای صنعتی، فرآیندهای همزمان حرارت و جرم بطور گسترده وجود دارد. تحلیل جریان سیال همراه با انتقال حرارت و جرم به دلیل وابستگی بین معادلات حاکم مشکل است. در این پایان نامه از روش شبکه بولتزمن برای حل معادلات حاکم بر جریان سیال، انتقال حرارت و انتقال جرم استفاده شده است. انتقال حرارت با و بدون انتقال جرم درون محفظه به صورت جریان طبیعی، انتقال جرم درون محفظه ای با وجود یک سیلندر درون آن، انتقال حرارت درون محفظه ای با دوران 90 درجه ای، انتقال جرم درون محفظه لرزان و انتقال جرم درون میکسر با وجود موانع مختلف در این پایان نامه بررسی شده است. در مسائل بررسی شده نتایج به دست آمده با نتایج عددی موجود تطابق خوبی داشته است. در گرمایش جزیی درون محفظه افزایش اندازه قسمت گرم، باعث تغییر الگوی جریان و دو گانه شدن گردابه شده است. در محفظه لرزان، لرزش محفظه باعث کاهش مدت زمان اختلاط شده است. در ترکیب انتقال حرارت و جرم با افزایش عدد لوییس مقدار شروود متوسط افزایش یافته در حالی که با افزایش عدد لوییس مقدار عدد ناسلت متوسط کاهش یافته است. ناهمواری درون میکسر باعث افزایش بازده اختلاط درون میکسر می شود و از بین سه شکل ناهمواری مستطیلی، دایره-ای و مثلثی، ناهمواری مستطیلی بیشترین میزان اختلاط را باعث می شود.

پیش گرمکن های هوا به طور گسترده در نیروگاه های حرارتی به منظور پیش گرم کردن هوای ورودی احتراق در بویلر به کار می روند. با این کار از یک طرف از گرمای اتلافی گازهای حاصل از احتراق استفاده می شود و از طرف دیگر مصرف سوخت بویلر کاهش می یابد. در این میان پیش گرمکن های هوای چرخان یانگستروم به دلیل فشردگی بالا، عملکرد مناسب و قابلیت اطمینان بالا نسبت به سایر پیش گرمکن های هوا از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. همچنین به دلیل سادگی ساخت آن ها، بسیار مقرون به صرفه می باشند. به منظور بالا بردن کارایی این نوع از بازیاب های انرژی، نیاز به بررسی تغییرات دما در صفحات خروجی سیال و پارامترهای موثر بر کارایی آن، امری ضروری می باشد. در این پژوهش، جریان سیال درون پیش گرمکن هوای چرخان یانگستروم توسط نرم افزار تجاری شبیه سازی شده است. در ابتدا هندسه ساده سه بعدی به منظور صحت مدل سازی و حل هم زمان سیال و جامد، بررسی شد. به دلیل اهمیت هندسه مجرای عبور جریان، نمونه واقعی موجود در صنعت مورد مطالعه قرار گرفت و صحت استفاده از شرط مرزی عایق بودن دیواره مجرا، در دو مجرای عبور جریان بررسی گشت. با مشاهده نتایج و همچنین جهت کاهش حجم محاسبات، تحلیل یک مجرای عبور جریان مسیر شد. در بررسی و تحلیل انتقال حرارت درون این بازیاب، مقدار میانگین زمانی و مکانی برای ضریب انتقال حرارت جابجایی به دست آمد. نتایج حل وابسته به زمان نشان داد، پس از گذشت زمان در چند دوره عبور هوای سرد و گرم به صورت متناوب، دما در صفحات خروجی به حالت پایدار می رسد. بعد از آن بررسی پارامترهای اساسی انتقال حرارت در مبدل حرارتی چرخان مورد ارزیابی قرار گرفت. در بررسی تأثیر سرعت چرخش بر عملکرد این مبدل مشخص گردید با افزایش سرعت در محدوده ی معین، کارایی بازیاب افزایش می یابد. همچنین با بررسی پارامتر ارتفاع ماتریس، نتایج نشان داد با افزایش 28 درصدی ارتفاع ماتریس بازیاب نسبت به ماتریس اصلی، بازده 5/5% و توان مصرفی مکانیکی 32% افزایش می یابد. در نهایت با بررسی چگالی فشردگی در هسته بازیاب مشخص شد که با دو برابر کردن این پارامتر نسبت به بازیاب اصلی، 6/33% افزایش در بازده این مبدل و 70% افزایش توان مصرفی مکانیکی به وجود می آید.