با توجه به افزایش روزافزون محدودیت ها و قوانین موجود برای کاهش آلودگی و حفظ محیط زیست، اقدامات فراوانی از سوی سازندگان خودروها لحاظ می گردد. یکی از این اقدامات، قرار دادن کاتالیست در منیفولد خروجی موتورها به منظور مقدار nox می باشد، اما کاتالیست ها در دماهای بسیار بالا و یا بیش از حد پایین کارایی مناسبی ندارند لذا کنترل دمای گازهای خروجی از موتور و رساندن به یک محدود? مناسب موجب افزایش کارایی و طول عمر کاتالیست و نهایتا کاهش آلودگی می شود. در این راستا یکی از راه های موجود قراردادن مبدل حرارتی در منیفولد خروجی می باشد در نتیجه به طراحی مبدل حرارتی بهینه به منظور قرار دادن در منیفولد خروجی در دو مکان قبل و بعد از کاتالیست و متعاقباً کاهش دمای گاز خروجی در دور بالا و کاهش زمان warm up می-پردازیم. بدین منظور می توان از مبدل های حرارتی گوناگونی استفاده نمود، که مبدل حرارتی مورد بررسی ما مبدل پره ای با فین های مقطع مستطیلی درونی و لوله های شیاردار می باشد. بهینه سازی انجام شده معطوف به ابعاد و تعداد فین ها می باشد و روش اعمالی برای بهینه سازی بکارگیری قانون دوم ترمودینامیک و کاهش آنتروپی تولیدی طی فرآیند خنک کاری می باشد. نهایتا مبدل حرارتی بهینه ای برای مقدار انتقال حرارت مورد نظر بدست می آید که در دور بالا دمای گاز خروجی را کم نموده و موجب افزایش کارایی و طول عمر کاتالیست می گردد و در زمان راه اندازی سرد موتور، موجب کاهش زمان warm up و متعاقباً کاهش آلودگی تولیدی در دو حالت مذکور می گردد.

در این پژوهش بازگشت ناپذیری در یک سیستم ذخیره کننده انرژی حرارتی گرمای نهان مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم تشکیل شده از دو سیلندر هممرکز که در لوله داخلی سیال عامل جریان دارد و سیلندر خارجی از ماده تغییر فاز دهنده پر شده است. نحوه کار سیستم به صورت تناوبی می باشد. یعنی ابتدا سیال گرم وارد سیستم می گردد و سیستم را به صورت کامل شارژ می نماید و سپس سیال سرد از درون سیستم عبور کرده تا ماده تغییر فاز دهنده را از انرژی گرمایی به طور کامل تخلیه نماید. معادله های دیفرانسیل حاکم بر انتقال حرارت در سیال و ماده ذخیره کننده انرژی به صورت عددی حل شده اند. نتایج بدست آمده نیز با دو روش تجربی چک شده است. تأثیر روش شارژ کردن متقاطع سیستم (تعبیه زمان آدیاباتیک در مرحله شارژ سیستم) بر افزایش کارایی آن مورد بررسی قرار گرفته است. اثر افزودن ذرات مختلف نانو به ماده تغییر فاز دهنده از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک بررسی شده است. نتایج حاصل شده نشان می دهد که این دو روش ذکر شده تأثیر قابل ملاحظه ای بر افزایش کارایی سیستم دارند. همچنین اثر افزودن ذرات مختلف نانو به سیال عامل نیز از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک مورد بررسی قرار گرفته است. نهایتاً، پس از تحلیل نتایج پیشنهادهایی برای کاهش بازگشت ناپذیری در راستای بهینه سازی یک سیستم ذخیره کننده انرژی حرارتی ارائه شده است.

کمپرسور و توربین جریان محوری یکی از اجزای اصلی اکثر واحدهای توربین گازی می باشند. لذا پیش بینی عملکرد آن ها در پیش بینی عملکرد مجموعه توربین گازی بسیار حائز اهمیت است. معمولا از روش های مختلفی برای تحلیل جریان در توربوماشین ها استفاده می کنند. در این پژوهش از روش یک بعدی برای تحلیل کمپرسور و توربین جریان محوری و همچنین از روش سه بعدی برای تحلیل توربین استفاده شده است. همچنین با استفاده از روش تحلیل بین پره ایی قابلیت نرم افزار cfx برای مدلسازی جریان گذرا سنجیده شده است. همچنین مدل زاویه انحراف با نتایج عددی مقایسه شده است. روش مدلسازی یک بعدی روشی سریع، ساده و دقیق می باشد و به راحتی برای انواع مختلف توربوماشین ها و با هندسه ها و چیدمان های مختلف قابل استفاده است. در این روش با دریافت شرایط ورودی جریان و هندسه، مثلث های سرعت در ورودی و خروجی روتور و استاتور با در نظر گرفتن افت های مختلف، بدست می آید و مشخصات عملکردی مانند بازده، نسبت فشار و کار مخصوص تعیین می گردد. نتایج مدلسازی با نتایج تجربی دو کمپرسور یک و 10 طبقه و همچنین با توربین یک طبقه مقایسه شده است. با توجه به پیشرفت روش های عددی و پیشرفت های چشمگیر در زمینه سخت افزار محاسباتی این قابلیت وجود دارد که جریان درون توربوماشین ها را به صورت سه بعدی شبیه سازی، شناسایی و تحلیل کرد و سپس، راهکارهایی برای کاهش افت ها و افزایش بازده ارائه شود. در این پژوهش با استفاده از کد تجاری cfx، جریان در توربین محوری تحلیل سه بعدی شده است. در نهایت با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی می توان شرایط آزمایشگاهی را مدل کرد. یکی از مهمترین فاکتورها در دقت روش های تحلیل سطح پایین تر مانند کدهای یک بعدی، دو بعدی و حتی شبه سه بعدی، افزایش دقت و محدوده کاری روابط تجربی است. برای این منظور در این پژوهش جریان دو بعدی پره ای در سه دسته پره بررسی شده است.

در این پایان نامه، یک میکروبویلر یکبارگذر با لوله های حلقوی شکل مورد استفاده در سیکل های تولید همزمان حرارت و توان (chp) و سیکل های تولید همزمان سرما، حرارت و توان (cchp)ارزیابی و طراحی شده است.سیال عامل کارکرد مبرد r123 است. شبیه سازی میکروبویلر به دو قسمت تقسیم شده است. در قسمت اول، میکروبویلر با یک ردیف لوله مارپیچ به صورت تقارن محوری در نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شده است. در این شبیه سازی از مدل پیش مخلوط انتقال اجزاء جهت شبیه سازی احتراق، از مدل k-? جهت مدل سازی جریان توربولانس و از مدل عرض های گسسته جهت مدل سازی انتقال حرارت تشعشع استفاده شده است. در بخش دوم با کمک گرفتن از روابط تحلیلی و تجربی، میکروبویلر با سه ردیف لوله مارپیچ مدل شده است. در ادامه مقدار انتقال حرارت تشعشع مبادله شده بین گازهای حاصل از احتراق و سطح حرارتی داخل کوره و دمای خروجی کوره حاصل از شبیه سازی عددی در فلوئنت و روابط تحلیلی - تجربی با یکدیگر مقایسه شده است. مشخص شد که نتایج حاصل از شبیه سازی عددی از دقت مناسبی برخوردار است. در ادامه با استفاده از نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، روابطی برای محاسبه عدد ناسلت سمت گازها برای سطح داخلی و خارجی کوره به صورت تابعی از عدد رینولدز بدست آمد. در انتها با استفاده از نتایج عددی و روابط حاکم تحلیلی-تجربی و در نظر گرفتن محدوددیت های هندسی و ترمودینامیکی، میکروبویلر مدنظر طراحی و تاثیر قطر لوله، قطرکویل ها و ارتفاع کویل ها بر پارامترهای طراحی از قبیل سطوح حرارتی، بازده بویلر، افت فشار داخل لوله و کیفیت بحرانی در کویل ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده که تاثیر افزایش قطر لوله بر افت فشار و مقدار کیفیت بحرانی محسوس است. اما کاهش قطر و ارتفاع کویل ها تاثیر ناچیزی بر پارامترهای مذکور دارد. واژه های کلیدی: سیکل cchp، میکروبویلر، انتقال حرارت، لوله کویل

استفاده از میکروتوربین های جریان شعاعی در سیکل بخار گام جدیدی در مقوله تولید انرژی است. در فشارهای پایین استفاده از بخار آب به عنوان سیال عامل در سیکل بخار رانکین امکان پذیر نیست و سیالات ارگانیک مثل مبردها و ترکیبات هیدروکربنی به علت داشتن فشار و دمای بحرانی پایین به عنوان سیال عامل در این سیکل ها استفاده می شوند. در این پایان نامه طراحی هندسی کلی توربین جریان شعاعی به همراه تحلیل جریان سیال عبوری از آن به روش یک بعدی انجام می شود. ورودی های مسئله شامل فشار و دمای کل، دبی جرمی، نسبت فشار و سرعت مخصوص است و خروجی های مسئله شامل کار خروجی، راندمان اکسرژی، ابعاد هندسی توربین و غیره می باشد. برای حل معادلات مربوط به آنایز جریان و ابعاد هندسی توربین از نرم افزار ees(engineering equation solve) استفاده شده است. روش حل مسئله یک بعدی در حالت جریان دائم است. توربین مورد نظر برای استفاده در سیکلی با کار خروجی 20 کیلو وات و فشار ورودی 10 بار مورد بررسی قرار گرفته است. در اینجا در خروجی روتور، دیفیوزر در نظر گرفته نشده است و حل پارامترهای جریان و تعیین ابعاد هندسی توربین برای 10 سیال انجام شده است. سیال های بوتان و سایکلوهگزان به دلیل تامین کار خروجی مورد نیاز، راندمان اکسرژی بالا و اندازه روتور کوچکتر سیالات مناسبی برای استفاده در سیکل بخار رانکین هستند. در شرایطی که فشار ورودی خیلی پایین باشد می توان از سایکلوهگزان به دلیل خشک بودن آن، به عنوان سیال عامل در سیکل رانکین استفاده نمود.

یکی از متداول ترین سیستم های تهویه مطبوع مورد استفاده در ساختمان های اداری، مسکونی و ... سیستم گرمایشی جابجایی است. متغیر های طراحی این سیستم های گرمایشی، دمای جریان هوای ورودی، سرعت جریان هوای ورودی، مقدار رطوبت موجود در هوای ورودی و محل قرار گیری ورودی و خروجی جریان هوا است. برای بررسی میدان جریان و انتقال حرارت مطالعات تجربی و عددی گوناگونی تاکنون، توسط افراد مختلفی انجام شده است. در این مطالعه توزیع جریان، انتقال حرارت و انتقال رطوبت در یک اتاق مسکونی که یک مانکن حرارتی مجازی با ابعاد و شکل فیزیولوژیکی واقعی در مرکز آن قرار دارد، به صورت عددی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است تا بهترین مکان برای ورودی و خروجی جریان هوا با توجه انرژی مصرفی و تامین آسایش حرارتی تعیین گردد. این مکان یابی در سه جهت x،y و z به صورت مجزا انجام شده است. در پیدا کردن مکان مناسب، شرایط دمای آسایش، سرعت آسایش، رطوبت نسبی آسایش و تقارن در توزیع جریان در محیط لحاظ شده است که نتایج نشان می دهد هنگامی که ورودی جریان هوا در پایین دیوار روبروی مانکن و خروجی در بالای دیوار پشت مانکن قرار داشته باشد بهترین توزیع دما، رطوبت و سرعت به همراه آسایش حرارتی محلی مانکن بدست می آید . بخش دوم تحلیل مربوط به بررسی تغییرات پارامترهای ورودی بر شاخص pmv (predicted mean vote) و شارهای حرارتی خروجی از سطح بدن اختصاص دارد. نتایج نشان داد با افزایش سرعت جریان از 0.1 تا 1 متر بر ثانیه، شار جابجایی در دماهای کمتر از دمای میانگین تا 30% افزایش و دماهای بیش از دمای میانگین تا 25% کاهش می یابد. به علاوه اثر تغییر سرعت بر افزایش احساس گرما بیش از افزایش برودت بوده به طوری که برای گرمایش pmv از 0تا 1.5 تغییر کرده و برای سرمایش بین 0.6- تا 1.2- متغیر است. همچنین با افزایش سرعت جریان هوای ورودی آسایش حرارتی در دمای هوای ورودی کمتری تامین می گردد. به طوری برای سرعت های 0.25،0.15و 0.5 متر بر ثانیه، دمای ورودی که آسایش را تامین می کند به ترتیب 37 ،33.6 و 33 درجه سانتیگراد است.

موتورهای احتراق داخلی یکی از انواع موتورهای گرمایی هستند که انتقال حرارت و خنک کاری آن ها از مباحث مهم و کاربردی مطرح در این نوع از موتورها می باشد. در سیستم های خنک‏کاری مدرن امروزی، وزن کمتر و اشغال فضای کوچکتر از فاکتورهای مهم طراحی محسوب می شوند. این موضوع مستلزم به کارگیری روش هایی برای افزایش انتقال حرارت می باشد. یکی از روش های افزایش انتقال حرارت در راهگاه خنک کننده ی موتورهای احتراق داخلی استفاده از پدیده ی جوشش است. تحقیقات انجام شده در زمینه ی جوشش نشان داده است که عواملی مانند جنس سطح، دمای سطح، تعداد و اندازه ی حفره های موجود روی سطح، نوع سیال و مواد افزوده شده به سیال، زبری و برخی عوامل دیگر تأثیر مستقیم بر روی میزان انتقال حرارت در پدیده ی جوشش دارند. هدف از این پایان‏نامه، بهبود پیش‏بینی انتقال حرارت در موتور از طریق مدل سازی انتقال حرارت جوشش جریانی و با در نظر گرفتن اثر زبری می‏باشد. با استفاده از روابط موجود برای جوشش جریانی و همچنین روابط جوشش استخری که اثرات زبری در آن ها لحاظ شده اند، مدل جدیدی برای مدل سازی اثرات زبری در انتقال حرارت جوشش جریانی تخمین زده می شود. به منظور صحه گذاری، نتایج حاصل از مدل ارائه شده با نتایج آزمایشگاهی موجود مورد مقایسه قرار می گیرد. مقایسه ی نتایج آزمایشگاهی و مدل ارائه شده تطابق خوبی را نشان می دهد که حاکی از دقت قابل قبول مدل معرفی شده در این پایان‏نامه است.

آلایندگی بالای سوخت هایی چون بنزین و گازوئیل و همچنین کاهش منابع نفتی، محققان را بر آن داشته تا به دنبال سوخت های جایگزین باشند. در بین این سوخت ها گاز طبیعی که بخش اعظم آن را متان تشکیل می دهد، از پتانسیل بالایی جهت جایگزینی برخوردار است. عدد اکتان بالای متان امکان افزایش نسبت تراکم و به طبع آن افزایش راندمان حرارتی را می دهد. به کمک این ماهیت و نسبت کربن به هیدروژن پایین تر، گاز طبیعی به عنوان یکی از بهترین کاندیداها برای کاهش آلاینده co2 معرفی می گردد. با این وجود سرعت سوختن پایین متان باعث تفاوت های چرخه به چرخه بالا و افزایش آلاینده ch4 می شود. همچنین بزرگتر بودن فاصله سرمایش و پایین تر بودن دمای شعله متان باعث کاهش راندمان می گردد. به همین دلیل گاهی از هیدروژن به عنوان افزودنی جهت اصلاح عملکرد سوخت متان استفاده می گردد. اما ذخیره و حمل هیدروژن مشکلات و مخاطراتی به همراه دارد. به همین منظور در این پایان نامه ساخت مبدل تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن جهت استفاده در خودروهای گازسوز بررسی و امکان سنجی شده است. همچنین مبدل مذکور برای یک موتور تک سیلندر ساخته و مورد آزمایش قرار گرفت. درصد تبدیل متان به هیدروژن نسبت به تبدیل کامل در شرایط بدون بار، 25%، 50%، 75% و 100% بار اندازه گیری شده است.مبدل در بارهای فوق به ترتیب موفق به تولید 11.38%، 14.85%، 22.45%، 27.19% و 31.02% هیدروژن شد که به ترتیب 27.77%، 36.24%، 54.78، 66.35% و 75.70% تبدیل کامل می باشند.