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 کاربردهای مهندسی انتقال حرارت سیالات از اهمیت ویژه ای برخوردار است، بنابراین مهندسان و پژوهشگران، روشهای متعددی را به منظور افزایش انتقال حرارت پیشنهاد نموده اند. در سال های اخیر روش های نوینی به کار گرفته شده است. یکی از این روش ها استفاده از نانو سیال می باشد. نانو سیالات دارای خواص حرارتی مطلوبی نسبت به سیال پایه هستند. در این تحقیق میدان جریان و انتقال حرارت یک مبدل دولوله ای مورد بررسی قرار گرفته است. به این صورت که رفتار جریان تحت رژیم های آرام و متلاطم در آرایش های موازی و مخالف بصورت عددی بررسی شده است. معادلات حاکم با استفاده از یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن با استفاده از الگوریتم سیمپلر حل شده است. در این الگوریتم از روش حجم محدود با به کارگیری طرح پیوندی استفاده شده است. برای مدل سازی نانوسیال از مدل تک فازی و برای شبیه سازی جریان متلاطم از مدل k-? استاندارد استفاده شده است. سیال داخلی نانوسیال (گرم) و سیال خارجی سیال پایه (سرد) در نظر گرفته شده است. براساس نتایج عددی میزان تاثیر افزایش درصد حجمی نانوذرات al2o3 در رینولدزهای مختلف بر بازده حرارتی، عدد ناسلت، ضریب جابجایی حرارتی، تغییرات دمای سیال پایه، نانوسیال و دیواره بررسی شده است و در نهایت مشاهده شد که: 1- با افزودن درصد حجمی نانوذرات و با افزایش عدد رینولدز بازده حرارتی، عدد ناسلت و ضریب جابجایی حرارتی افزایش دارند. 2- مطابق انتظار عملکرد جریان مخالف بهتر از جریان موازی است. 3- در محدوده آرام بیشترین درصد افزایش عدد ناسلت متوسط 93/67% و بازده حرارتی 50% محاسبه شده است. 4- در محدوده متلاطم بیشترین درصد افزایش عدد ناسلت متوسط 7/32% و بازده حرارتی 30% محاسبه شده است. 5- در همه حالات با افزایش درصد حجمی نانوذرات دمای خروجی سیال و دمای دیواره افزایش می یابد.

در هنگام ریخته گری فلزات، به علت اختلاف دمایی بین دیواره ها و فلز مذاب جریان جابجایی آزاد درون محفظه ریخته گری به وجود می آید که بر ساختار نهایی فلز ریخته گری شونده تاثیر می گذارد. یکی از عوامل تاثیر گذار بر جریان جابجایی، میدان مغناطیسی می باشد که می تواند جریان جابجایی را کاهش دهد. همچنین به علت بزرگ بودن ابعاد محفظه ریخته گری و اختلاف دمایی بالا بین دیواره ها و فلز مذاب جریان جابجایی در محدوده جریان-های متلاطم قرار می گیرد. در این تحقیق، با نوشتن یک برنامه کامپیوتری، به بررسی عددی تأثیر اعمال یک میدان مغناطیسی ثابت بر جریان جابجایی آزاد، میدان دما و میزان آشفتگی در حالت پایدار و متلاطم درون یک محفظه دو بعدی حاوی فلزات مذاب با اعداد پرانتل 011/0، 022/0 و 054/0 برای محفظه ای با دیواره های جانبی دما ثابت پرداخته شده است. علاوه بر بررسی تأثیر قدرت میدان مغناطیسی (عدد هارتمن) بر میدان جریان، میدان دما و میزان آشفتگی، تأثیر تغییرات عدد رایلی و عدد پرانتل بر میدان جریان و میدان دما مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. برای تبدیل معادلات دیفرانسیل به معادلات جبری از روش حجم محدود ارائه شده توسط پاتنکار استفاده شده است. نتایج حاصله بصورت خطوط دما ثابت، خطوط جریان، بررسی روی میزان آشفتگی جریان و همچنین نمودارهای تغییرات ضریب انتقال حرارت و ماکزیمم قدر مطلق تابع جریان ارائه شده است. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد هارتمن، بخاطر تقابل نیروی لورنتز با نیروی شناوری، از مقادیر سرعت درون محفظه کاسته شده و در نتیجه ماکزیمم قدر مطلق تابع جریان و نرخ انتقال حرارت کلی بین دیواره های گرم و سرد محفظه کاهش یافته، جابجایی آزاد تضعیف می شود و از میزان آشفتگی جریان کاسته می شود. همچنین با اعمال یک میدان مغناطیسی مناسب می توان جابجایی آزاد را از بین برده و به سمت هدایت خالص پیش رفت. همچنین با افزایش عدد پرانتل میزان آشفتگی جریان افزایش می یابد و جریان در عدد رایلی پایینتری متلاطم می-شود. با افزایش عدد رایلی نیز تاثیر پذیری جریان از میدان مغناطیسی کاهش می یابد.

با افزایش روز افزون جمعیت، توسعه و کاهش منابع انرژی، مصرف بهینه انرژی در همه زمینه ها از جمله در بخش ساختمان و سیستمهای گرمایش و سرمایش اهمیت پیدا نموده است. سیستم سرمایش تشعشعی یکی از روشهای مدرن در سرمایش ساختمانها می باشد، که در مقایسه با سایر سیستمهای سرمایشی نه تنها در صرفه جویی و بهینه سازی مصرف انرژی، بلکه در مقوله رفاه و آسایش ساکنین ساختمانها دارای نقاط قوت بسیاری می باشد. در این تحقیق میدان جریان و توزیع دما در یک اتاق با پانل سرمایش تشعشعی، با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی عددی شده است. اتاقی با ابعاد 3×3×3 متر با دو دیوار خارجی (شرقی و شمالی)، پنجره ای به ابعاد 1×1 متر روی دیوار شرقی و سایر سطوح به عنوان جداره های داخلی، در نظر گرفته شده است. مدلسازی ها هم برای وضعیتی که تمام سقف یا تمام یک دیوار به عنوان پانل سرمایش تشعشعی باشد، انجام شده و نتایج با هم مقایسه شده اند. همچنین بررسی تاثیر حضور ساکنین با در نظر گرفتن یک مکعب در مرکز اتاق که از آن شار حرارتی ثابتی خارج می شود انجام شده است. به منظور بررسی تاثیر دمای طرح خارج نیز، مدلسازی ها برای دو شهر تهران و سمنان انجام شده است. سرعت هوا داخل اتاق ناچیز و جریان غیرقابل تراکم در نظر گرفته شده است. با حل معادلات حاکم (معادلات پیوستگی، مومنتم و انرژی) همراه با معادله تابش با استفاده از تقریب بوزینسک، مدل تشعشعی جهات مجزا، مدل k-? استاندارد و روش سیمپل، میدان جریان و دما بدست آمده است. نتایج حاکی است برای وضعیت قرارگیری پانل در سقف حداقل 58% از انتقال حرارت از پانل، بصورت تشعشعی صورت می گیرد. مچنین با استفاده از سیستم پانل سرمایش سقفی یا دیواری، توزیع دمای عمودی و افقی در اتاق تقریباً یکنواخت بوده و میانگین سرعت هوا در اتاق کمتر از 2/0 متر بر ثانیه می باشد. برای شرایط مطالعه شده در این تحقیق پانل سرمایشی دیواری، علیرغم مصرف کمتر انرژی، شرایط آسایش حرارتی را بهتر از پانل سرمایشی سقفی تامین نموده است.

جریان جابجایی آزاد آرام نانوسیال بین دو استوانه هم محور افقی با پره های شعاعی روی استوانه داخلی به طور عددی مدلسازی شده است. استوانه داخلی با شعاع ri و استوانه خارجی با شعاع ro به ترتیب در دمای tiو to (ti>to) قرار دارد. معادلات حاکم با شرایط مرزی معین با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. برای گسسته سازی جمله پخش از طرح اختلاف مرکزی و برای جمله جابجایی از طرح پیوندی استفاده شده است. ارتباط میدان سرعت و فشار در معادلات مومنتوم با استفاده از الگوریتم سیمپلر برقرارشده است. در ابتدا میدان جریان و انتقال حرارت در حلقه هم محور بدون پره برای سه نانوسیال مختلف مدلسازی شده و سپس شبیه سازی برای ناحیه حلقوی بین دو استوانه با پنج حالت مختلف از تعداد پره ها و در محدوده اعداد رایلی 103 تا 105، طول بدون بعد پره ها از 1/0 تا 4/0 و کسر حجمی نانوذرات از 0 تا 1/0 انجام شده است. تأثیر تغییر طول بدون بعد پره ها، افزایش عدد رایلی? و افزایش کسر حجمی نانوذرات بر میدان جریان و انتقال حرارت در حلقه بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصله، مشاهده شده است که با افزایش طول بدون بعد پره ها عدد ناسلت کاهش ولی نرخ انتقال حرارت افزایش و با افزایش کسرحجمی نانوذرات عدد ناسلت افزایش می یابد. با افزایش تعداد پره ها نیز عدد ناسلت کاهش می یابد. همچنین با افزایش کسر حجمی نانوذرات ماکزیمم مقدار قدر مطلق تابع جریان کاهش می یابد. افزایش نسبی عدد ناسلت متوسط با افزایش کسر حجمی نانوذرات مس از 0 به 1/0 در طول بدون بعد پره 4/0 در 103=raبیشترین مقدار است. با افزایش کسر حجمی نانوذرات از 0تا 1/0، افزایش عدد ناسلت در اعداد رایلی پایین برای طول بزرگتر و تعداد بیشتر پره ها بیشتر است. درحالیکه در اعداد رایلی بالا، افزایش عدد ناسلت در طول کوچکتر و تعداد کمتر پره ها بیشتر است.

با توجه به نقش مهم محفظه های احتراق در صنایع مختلف و عامل کنترل مصرف سوخت توجه به افزایش راندمان و کاهش آلودگی در این سیستم ها یک ضرورت محسوب می شود. در رساله حاضر احتراق غیرپیش آمیخته به عنوان یک نمونه کاربردی متداول در صنعت مورد مطالعه عددی قرار گرفته است. بدین منظور یک محفظه احتراق استوانه ای با تقارن محوری و هندسه ساده و متداول در صنایع احتراقی درنظر گرفته شده و احتراق آشفته سوخت گازی با هوا یا اکسیژن در آن مورد مطالعه قرار گرفته است. جریان پیوسته سوخت از یک مجرای محوری مرکزی و جریان اکسید کننده از یک مجرای حلقوی اطراف مجرای سوخت وارد محفظه می شوند. معادلات حاکم بر مسئله شامل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت، انرژی و جزءها با استفاده از روش عددی حجم محدود حل شده اند. برای مدل سازی اثر آشفتگی بر احتراق از مدل تأیید اعتبار شده ?-pdf استفاده شده است. به کارگیری این مدل در احتراق آشفته و غیر پیش آمیخته نتایج رضایت بخشی به همراه داشته است. دو مدل دو معادله ای آشفتگی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج هر یک با داده های تجربی مقایسه شده است. شعله های اکسیژن سوز و هواسوز و پارامترهای موثر بر آن ها به طور مجزا بررسی شده اند و راهکارهای مختلف افزایش انتقال حرارت، افزایش راندمان و کاهش آلایندگی مورد مطالعه قرار گرفته اند. همچنین اثر به کارگیری سوخت های مخلوط هیدروژن و هیدروکربن در کاهش تولید آلاینده ها بررسی شده اند. با افزایش مقدار هیدروکربن به هیدروژن از غلظت اکسیدهای نیتروژن تولید شده کاسته شد. مشاهده شده است که تغییر در زاویه ورود و آشفتگی ورودی اکسیدکننده بر نرخ تولید آلاینده اکسید نیتروژن اثرگذار است. همچنین به عنوان یک نتیجه مهم، مشاهده شده است که در شعله های اکسیژن سوز با استفاده از دمای شعله آدیاباتیک و بدون استفاده از شبیه سازی عددی می توان تغییرات تولید آلاینده اکسید نیتروژن را پیش بینی کرد.

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 پژوهش یک تحلیل تئوری- محاسباتی با استفاده از روش ?-ntu، روی انتقال حرارت جریان نانوسیال آب- اکسید مس در یک مبدل حرارتی صفحه ای انجام شده و تأثیر بکارگیری نانوسیال بعنوان خنک کننده بررسی شده است. خواص ترموفیزیکی سیالات، وابسته به دما فرض شده اند. محاسبات از طریق کد کامپیوتری نوشته شده به زبان فرترن انجام گرفته است. در ابتدا نتایج حاصل از کار حاضر، با آنچه که توسط دیگر محققین از طریق آزمایش در هندسه ای مشابه بدست آمده، مقایسه شده است. سپس تأثیر تغییرات دما و کسر حجمی نانوذرات بر خصوصیات ترموفیزیکی نانوسیال بررسی شده است. در ادامه به بررسی تأثیر بکارگیری نانوسیال بر نرخ انتقال حرارت، ضریب انتقال حرارت کلی، بازده مبدل حرارتی، افت فشار و دماهای خروجی سیالات سرد و گرم پرداخته شده است. همچنین تأثیر تغییرات عدد رینولدز، دمای سیال سرد ورودی، اندازه و کسر حجمی نانوذرات بر نرخ انتقال حرارت، افت فشار و بازده مبدل در دو حالت سیال پایه و نانوسیال مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه دو حالت جریان مخالف و موازی در مبدل حرارتی از دیگر مواردی است که به آن پرداخته شده است. همچنین اثر بکارگیری روابط کلاسیک همیلتون-کراسر و برینکمن برای محاسبه ضریب هدایت حرارتی و لزجت نانوسیال بررسی شده که نشان می دهد، این روابط علیرغم کاربرد فراوان، روابط مناسبی برای محاسبه خواص نانوسیالات نیستند. از جمله نتایج بدست آمده افزایش نرخ انتقال حرارت، افت فشار و بازده مبدل حرارتی و در مقابل کاهش دماهای خروجی سیالات سرد و گرم با افزایش کسر حجمی و افزایش رینولدز سیال سرد است. همچنین با افزایش رینولدز سیال گرم، نرخ انتقال حرارت افزایش یافته، اما بازده کاهش می یابد و با بالا رفتن دمای سیال سرد، نرخ انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی کاهش می یابد. در نهایت باید توجه داشت که استفاده از نانوسیالات بدلیل افت فشار زیادی که نسبت به سیالات معمول ایجاد می کنند، همیشه نمی تواند سودمند باشد و باید بهبود انتقال حرارت در مقابل افزایش افت فشار مورد ارزیابی قرار گیرد.

انتقال حرارت جابجایی طبیعی، آرام و پایا، در داخل یک محفظه مربعی یا چهارگوش حاوی مواد متخلخل تحت اثر میدان مغناطیسی، بصورت دوبعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی تحت شرایط مرزی حاکم و استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. برای گسسته سازی جملات پخش از طرح تفاضل مرکزی و جمله جابجایی از طرح قائده توانی استفاده شده و ارتباط میدان سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپلر برقرار شده است. در ادامه با توجه به هندسه حل و شرایط مرزی کد کامپیوتری موجود اصلاح و آماده شده است. اعتبار نتایج عددی با مقایسه نتایج به دست آمده و نتایج مطالعات پیشین بررسی شده است. در این مطالعه با توجه به هندسه مسئله، دیواره پایینی و بالایی عایق بوده و دیواره های عمودی در دمای سرد قرار دارند. همچنین یک منبع گرم با ابعاد ثابت در مرکز محفظه قرار گرفته است. نسبت طول منبع گرم میانی به طول محفظه (w/l)، 5/0 در نظر گرفته شده است. خواص فیزیکی به غیر از دانسیته در جمله بویانسی ثابت و از تقریب بوزینسک استفاده شده است. همچنین فرض شده است که دمای فاز سیال و جامد برابر است و تعادل گرمایی محلی وجود دارد. انتقال مومنتوم در محیط متخلخل، براساس مدل عمومی غیر دارسی بوده و فرض تخلخل بالا نیز در نظر گرفته شده است. مسئله برای عدد پرانتل 71/0، محدوده عدد رایلی از 104 تا 106، عدد دارسی بین 3-10 تا 6-10 و همچنین عدد هارتمن از 0 تا 100 حل شده است. خطوط جریان و دما ثابت برای مقادیر مختلف این اعداد رسم شده اند و به کمک آنها الگوی جریان و دما درون محفظه مورد بررسی قرار گرفته اند. برای بررسی دقیقتر تغییرات عدد ناسلت متوسط بر حسب تغییرات اعداد دراسی و رایلی رسم شده است. نتایج حاکی از آنست که اثر بازدارنده میدان مغناطیسی با افزایش هارتمن، باعث کاهش انتقال حرارت می گردد. همچنین با افزایش دارسی، مقاومت اعمالی از طرف محیط متخلخل بر جریان سیال کاهش یافته و قدرت چرخش سیال، افرایش می یابد. در تمام مقادیر رایلی، روند افزایشی با افزایش میزان نفوذپذیری ماده متخلخل وجود دارد. میزان عدد ناسلت متوسط نیز با افزایش عدد رایلی افزایش می یابد.

در این تحقیق به مطالعه عددی میدان جریان و انتقال حرارت نانوسیال در یک میکروکانال سه بعدی با درنظر گرفتن انتقال حرارت هدایتی در دیواره جامد آن، تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا نحوه مدلسازی خواص فیزیکی نانوسیال مرور شده و سپس با درنظر گرفتن مدل تک فاز، معادلات 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، برنامه کامپیوتری موجود توسعه داده شده است. در این برنامه، روش حجم محدود برای شبکه غیریکنواخت و الگوریتم سیمپلر برای پیوند میدانهای سرعت و فشار به کار رفته است. به منظور تأیید اعتبار برنامه کامپیوتری، نتایج حاصل از بررسی حاضر با نتایج مطالعات عددی قبلی منتشر شده در شرایط 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 نسبت ابعاد سطح مقطع میکروکانال، اعداد رینولدز و هارتمن و زاویه میدان مغناطیسی بررسی شده اند. با تحلیل نتایج حاصل از شبیه سازی عددی مشخص شد که با افزایش اعداد رینولدز و هارتمن، کاهش نسبت ابعاد میکروکانال و زاویه اعمال میدان مغناطیسی، مقدار مقاومت حرارتی در ورود و خروج میکروکانال کاهش می یابد و در نتیجه میزان انتقال حرارت افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که با توجه به کوچک بودن طول مشخصه در میکروکانال ها می توان از اثر انتقال حرارت جابجایی طبیعی در مقایسه با انتقال حرارت اجباری صرفنظر نمود

در این مطالعه عملکرد گرمایی دیواره یک ساختمان متشکل از مواد تغییرفازدهنده به صورت عددی مطالعه شده است. دیواره از سه لایه شامل لایه های بیرونی و داخلی از جنس فایبرگلاس و لایه میانی از جنس ماده تغییرفازدهنده تشکیل شده است. ضخامت مجموع لایه های بیرونی و داخلی و ضخامت لایه میانی ثابت فرض شده است و لذا عملکرد دیواره ترکیبی با توجه به موقعیت لایه میانی قابل بررسی است. دما در سمت داخلی دیواره ثابت و برای آن در سمت خارجی جداره، دو شرط مرزی مختلف درنظر گرفته شده است. در یک شرط مرزی دما در مرز بیرونی بر اساس تغییرات دمای محیط اطراف و به شکل یک تابع سینوسی است و در شرط مرزی دوم، اثر تابش خورشیدی نیز اضافه شده است. معادله بقای انرژی تحت شرایط حاکم با کمک روش تفاضل محدود به صورت صریح گسسته سازی و حل شده است. مدل سازی خواص ترموفیزیکی ماده تغییر فازدهنده در حین تغییر فاز نشان داده است که تغییرات ضریب هدایت حرارتی، بیشترین تاثیر را بر رفتار حرارتی دیواره دارد و تغییرات سایر خواص اثر چندانی بر انرژی خروجی از دیواره ندارند. برای بررسی عملکرد دیواره ترکیبی، تغییرات شار حرارتی خروجی از مرز داخلی دیواره و میزان ذوب شدگی ماده تغییرفازدهنده برای هر یک از شرایط مرزی رسم شده است. نتایج حاکی از آن است که عملکرد مناسب مواد تغییرفازدهنده در دیواره، وابسته به استفاده از ماده تغییرفازدهنده مناسب و موقعیت مکانی مناسب آن است. نتایج نشان داد که برای ایجاد شرایط بهینه، با کاهش دمای متوسط محیط، لایه میانی باید به سطح خارجی دیواره بیرونی نزدیک شود. همچنین مشخص شد که شار حرارتی خروجی از دیواره همزمان با آغاز فرآیند تغییر فاز در لایه میانی، مقدار ثابتی دارد. نتایج حل عددی نشان می دهد با توجه به موقعیت قرارگیری ماده تعییر فاز دهنده در دیواره، استفاده از این مواد موجب کاهش انرژی خروجی بین 11 تا 28% برای شرایط مرزی اول و 8 تا 25% برای شرایط مرزی دوم در ساعات اوج مصرف می شود. این یافته مشخص می کند که دیواره ترکیبی در ساعات اوج مصرف، از ورود انرژی حرارتی به داخل ساختمان جلوگیری می نماید. این امر نقش بسزایی در انتقال بار حرارتی در ساعات اوج مصرف به ساعات دیگر که از اهداف مدیریت انرژی در ساختمان ها است، دارد.

میدان جریان و انتقال گونه های ردوکس در درون یک میکروکانال که تحت میدان مغناطیسی قرار گرفته شده، مطالعه شده است. معادلات حاکم بر مسأله، معادلات مومنتوم برای جریان سیال و معادله نرست پلانک برای انتقال گونه های ردوکس می باشند که با شرایط مرزی معلوم و با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. برای گسسته سازی جملات پخش از طرح تفاضل مرکزی و جمله جابجایی از طرح پیوندی استفاده شده و ارتباط میدان سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپلر برقرار شده است. نتایج برای دو نوع سیال یعنی سیال نیوتنی (آب) و سیال غیرنیوتنی (خون) ارائه گردیده است. سیال غیر نیوتنی با استفاده ار مدل پاور-لا مدل سازی شده است. گونه های مورد استفاده در این تحقیق fecl3 و fecl2 هستند. نتایج برای اعداد پکلت 103، 103×5 و 104 و در دو بخش مجزا ارائه و مقایسه شده است. در بخش نخست، جریان هیدرودینامیک مغناطیسی در حضور گونه های ردوکس به عنوان تقویت کننده جریان سیال و در بخش دوم به عنوان عامل محرک اصلی جریان سیال در نظر گرفته شده است. بر اساس نتایج حاصله، مشاهده شد که زمانیکه عدد پکلت افزایش یابد قدرت جابجایی افزایش یافته و به واسطه آن شار جریان افزایش می یابد. در نتیجه این افزایش، نیروی لورنتز که از برهمکنش این شار جریان و یک میدان مغناطیسی بوجود می آید افزایش یافته و سرعت جریان زیاد می شود. برای سیال غیرنیوتنی (خون) این افزایش سرعت کمتر از سیال نیوتنی بوده است. در قسمت دوم نیز ملاحظه شد که با افزایش عدد پکلت مقدار دبی که از میکروکانال عبور می کند بیشتر می شود.

در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی، جریان و انتقال حرارت نانوسیال در یک میکروکانال تحت شرایط مرزی لغزشی و پرش دمایی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا به بررسی طبقه بندی جریان داخل کانال ها و معرفی میکروکانال ها، روش های ساخت میکروکانال ها و ویژگی های آن ها پرداخته شده است و سپس شرایط لغزشی و پرش دمایی بررسی شده و معادلات حاکم بر آن ها مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه دلایل استفاده از نانوسیال، ویژگی آنها و مدل های موجود برای خواص ترموفیزیکی نانوسیال بیان شده و بهترین مدل که با شرایط فیزیکی مسئله سازگار باشد، انتخاب شده است. سپس جریان نانوسیال در یک میکروکانال با شار حرارتی ثابت در دیواره های بالایی و پایینی، با حل عددی معادلات حاکم به وسیله یک برنامه کامپیوتری مدل سازی شده است. این برنامه بر پایه الگوریتم سیمپلر نوشته شده و معادلات حاکم را به روش حجم محدود حل می کند. برای اطمینان از درستی برنامه کامپیوتری، کارهای انجام شده توسط محققین، مدل سازی شده و نتایج بدست آمده با یکدیگر مقایسه و تطابق خوبی مشاهده شده است. نتایج در دو بخش هیدرولیکی و حرارتی با تغییر عدد رینولدز، عدد نادسن، کسر حجمی نانوذرات و قطر نانوذرات ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که در دهانه ورودی میکروکانال، عدد پویسوله به عدد رینولدز وابسته نبوده و تنها به عدد نادسن وابسته است که با افزایش عدد نادسن کاهش می یابد. همچنین ضریب اصطکاک بیشینه با افزایش عدد رینولدز و یا عدد نادسن، افت می کند. تحلیل ها بیانگر آن است که با لغزشی شدن جریان دمای متوسط سیال کاهش پیدا می کند و با افزایش کسر حجمی نانوسیال دمای متوسط سیال افزایش پیدا می کند. بررسی عدد ناسلت حاکی از افزایش آن با افزایش عدد رینولدز است. همچنین تاثیر قطر نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته و تحلیل ها نشان دهنده افزایش عدد ناسلت با کاهش قطر نانوذرات می باشد.

در این تحقیق میدان جریان و انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم در میکروکانال مستطیلی سه بعدی با شرایط مرزی لغزشی و پرش دمایی به طور عددی مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره ی پایینی میکروکانال تحت شار حرارتی ثابت قرار داشته و سایر دیواره ها عایق می باشند، همچنین مدل به کار رفته جهت محاسبه ی ضریب هدایت حرارتی و لزجت دینامیکی نانوسیال، وابسته به دمای نانوسیال و اندازه ی قطر و کسر حجمی نانوذرات می باشد. معادلات ناویر- استوکس و انرژی با استفاده از روش حجم کنترل حل شده اند. از طرفی نیز، یک ضریب جابجایی- پخش اصلاح شده در سطح مشترک سیال و دیواره تعریف شده تا شرط مرزی پرش دمایی را ایجاد کند. شبیه سازی برای مقادیر مختلف عدد نادسن، ، ضریب شکل و کسر حجمی نانوذرات انجام شده و تأثیر پارامترهای ذکر شده بر میدان جریان و انتقال حرارت و اعداد ناسلت و پویسوله مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد نادسن، ضریب اصطکاک برای میکروکانال مربعی به میزان 42 درصد و برای جریان بین دو صفحه ی موازی 54 درصد در نسبت به جریان غیر لغزشی کاهش می یابد. از طرفی برای مقادیر پایین ، دمای متوسط سیال کمتر از حالت غیر لغزشی بوده و با افزایش انتقال حرارت کاهش می یابد؛ ولی با افزایش با گذشتن از مقدار خاصی، دمای متوسط سیال از حالت غیر لغزشی بیشتر شده و با افزایش عدد نادسن، عدد ناسلت افزایش می یابد. در محدوده ی پارامترهای بررسی شده، مشاهده می شود که عدد ناسلت توسعه یافته در اثر جریان لغزشی می تواند تا 13 درصد افزایش و یا 50 درصد کاهش داشته باشد. همچنین با افزایش کسر حجمی نانوذرات، عدد ناسلت به خصوص در ناحیه ی ورودی افزایش می یابد.

در این تحقیق به مطالعه عددی اثر ضخامت و ضریب هدایت حرارتی رسوب بر میدان جریان و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دو لوله ای دارای جریان متلاطم و غیرهمسو به طول 2m پرداخته شده است. در سمت لوله که آب فرایندی جریان دارد سه عدد رینولدز 35000، 40000 و 45000 و در سمت پوسته که آب خنک کننده جریان دارد رینولدز 50000 در نظر گرفته شده اند. با استفاده از جداول استاندارد، حداکثر ضخامت رسوب در سمت لوله 1.5mm و در سمت پوسته 2mm در نظر گرفته شده اند. با توجه به جنس رسوب، ضریب هدایت حرارتی رسوب در سمت لوله 2.9w/m.k و در سمت پوسته سه ضریب 1.38، 2.14 و 2.9w/m.k در نظر گرفته شده اند. مدلسازی های عددی با استفاده از نرم افزارهای گمبیت و فلوئنت انجام شده است و با انجام یک مطالعه پارامتری مشخص شده است که با افزایش ضخامت رسوب در دو سمت مبدل و نیز با کاهش ضریب هدایت حرارتی رسوب در سمت پوسته، دمای خروجی سیال گرم افزایش و دمای خروجی سیال سرد کاهش می یابند. افزایش ضخامت رسوب موجب کاهش سطح مقطع آزاد جریان سیال و افزایش سرعت جریان سیال و در نهایت منجر به افزایش افت فشار می شود. حداکثر افزایش افت فشار در سمت لوله و سمت پوسته در بین حالت های مختلف ضخامت رسوب نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 42% و 92% می باشند. با افزایش ضخامت رسوب، ضریب انتقال حرارت جابجایی محلی و متوسط در سمت لوله و سمت پوسته نسبت به حالت تمیز افزایش می یابند. حداکثر افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی متوسط در سمت لوله و سمت پوسته در بین حالت های مختلف ضخامت رسوب نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 15% و 22% می باشند. با این وجود، با افزایش ضخامت رسوب، ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی نسبت به حالت تمیز کاهش قابل ملاحظه ای می یابند. با کاهش ضریب هدایت حرارتی رسوب در سمت پوسته، ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی کمتر نیز خواهند شد. حداکثر کاهش ضریب کلی انتقال حرارت و بازده مبدل حرارتی در بین حالت های مختلف رسوب مورد بررسی نسبت به حالت تمیز، به ترتیب 79% و 78% می باشند.

چکیده میدان جریان، انتقال حرارت و انتقال ذرات در جابجایی ترکیبی نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم با فرض مخلوط دوفازی در محفظه مربعی با درپوش متحرک مدل سازی و بصورت عددی مطالعه شده است. دیوار سمت چپ و راست محفظه به ترتیب گرم و سرد، دیوار پایین عایق و دیوار بالا عایق و متحرک به سمت راست است. معادلات حاکم با شرایط مرزی معین با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. برای گسسته سازی جملات پخش از طرح تفاضل مرکزی و جملات جابجایی از طرح پیوندی استفاده شده و ارتباط میدان سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپلر برقرار شده است. برای خواص ترموفیزیکی نانوسیال شامل هدایت حرارتی، ویسکوزیته، چگالی و ضریب انبساط حرارتی مدل های مناسبی منطبق با داده های تجربی بصورت وابسته به دما انتخاب شده است. مکانیزم های انتقال نانوذرات شامل ترموفرسیس و نفوذ براونی که سبب عدم یکنواختی غلظت نانوسیال می شود، تحت عنوان مدل انتقال نانوذرات در نظر گرفته شده و نشان داده شده است که مدل انتقال نسبت به مدل همگن با خواص برگرفته از نتایج تجربی، تطابق بهتری با نتایج تجربی دارد. اثر دوفور یعنی شار متقابل ترموفرسیس، معرفی و بصورت عددی و تحلیلی اثر آن بر انتقال حرارت بررسی شده است. با توجه به تابعیت خواص به کسر حجمی و دما و وابستگی جریان جابجایی ترکیبی به اعداد بی بعد نظیر رینولدز، ریچاردسون و اختلاف دمای دیوار گرم و سرد، جریان جابجایی ترکیبی برای شرایط مختلف کسر حجمی در محدوده 0 تا 04/0، رینولدز در محدوده 1/0 تا 300 و ریچاردسون در محدوده 1/0 تا 100 شبیه سازی شده است. سپس تاثیر وجود و عدم وجود مکانیزم های انتقال بر نحوه تغییر خواص ترموفیزیکی در مدل وابسته به دما بررسی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده مشاهده شده است که افزایش کسر حجمی نانو ذرات در صورتی که سایر شرایط ثابت باشند، منجر به افزایش انتقال حرارت می شود و مدل انتقال نسبت به مدل همگن افزایش بیشتری را پیش بینی می کند. با افزایش رینولدز میزان انتقال حرارت بالا می رود، ولی با افزایش هرچه بیشتر رینولدز اختلاف دو مدل انتقال و همگن در میزان انتقال حرارت کمتر می شود. با افزایش ریچاردسون و به تبع آن افزایش اختلاف دما، هر دو مدل انتقال نانوذرات و مدل همگن، افزایش میزان انتقال حرارت را پیش بینی می کنند؛ به صورتی که با افزایش عدد ریچاردسون میزان اختلاف دو مدل انتقال و همگن کاهش می یابد. در مورد نحوه توزیع ذرات، افزایش کسر حجمی سبب کاهش اختلاف بین کسر حجمی بیشینه و کمینه نسبت به غلظت متوسط نانوذرات و افزایش اختلاف دما سبب عدم یکنواختی هر چه بیشتر غلظت می شود. افزایش قطر نانوذرات سبب کاهش ناچیز میزان انتقال حرارت در مدل همگن و افزایش ناچیز میزان انتقال حرارت در مدل انتقال می شود و با افزایش قطر، اختلاف عدد ناسلت حاصله از دو مدل همگن و انتقال ذرات افزایش می یابد.

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.

هدف از این تحقیق بررسی میدان جریان، انتقال حرارت و تولید انتروپی جابه جایی توام نانوسیال آب – مس با خواص متغیر در محفظه ی ذوزنقه ای در نسبت های منظری مختلف تحت تاثیر میدان مغناطیسی می باشد. دیواره های جانبی محفظه عایق بوده، دیواره ی بالایی سرد و متحرک و دیواره ی پایینی گرم است. مطالعه در عدد گراشف ثابت 104، برای اعداد رینولدز و هارتمن مختلف، زوایه های ?15، ?30، ?45 و ?60 دیواره های جانبی با افق و کسرهای حجمی مختلفی از نانوذرات انجام شده است. معادلات حاکم به کمک روش حجم محدود و الگوریتم سیمپلر به صورت عددی حل شدند. نتایج نشان دادند اعمال میدان مغناطیسی، با توجه به جهت انتخابی آن در این تحقیق، و افزایش آن، سرعت نانوسیال و در نتیجه قدرت جریان را کاهش می دهد. با افزایش عدد هارتمن جابه جایی توام ضعیف شده و با توجه به زاویه ی دیواره های جانبی با افق و عدد رینولدز، رفتار جابه جایی توام نانوسیال به رفتار جابه جایی آزاد نانوسیال و یا رسانایی حرارتی نزدیک می شود. در اعداد رینولدز زیاد نسبت به رینولدزهای کم در اعداد هارتمن بالاتری جابه جایی توام نانوسیال تضعیف می شود. در همه ی اعداد رینولدز و کسرهای حجمی مورد بررسی با افزایش عدد هارتمن، عدد ناسلت متوسط کاهش می یابد. همچنین در حالت های بررسی شده، انتروپی تولیدی ناشی از اصطکاک بسیار ناچیز می باشد و سهم عمده ی تولید انتروپی متعلق به انتروپی تولیدی ناشی از حرارت می باشد. با توجه به این مطلب تقریبا در همه ی حالت های بررسی شده تغییرات انتروپی تولیدی کل مشابه تغییرات عدد ناسلت متوسط می باشد.

با توجه به بالا بودن میزان مصرف سوخت در کشور نسبت به میانگین جهانی، کاهش مصرف سوخت تجهیزات گازسوز از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق با استفاده از مشعل متخلخل (جامدهای فلزی متخلخل و شبکه های سیمی) و مشعل معمولی، بازد ه ی مبدل حرارتی (آبگرمکن مخزنی) مورد ارزیابی قرار گرفت و راندمان دو نوع مشعل مورد مقایسه قرار گرفت. در هر آزمایش، زمان لازم برای رسیدن دمای آب آبگرمکن به دمای مورد نظر (60 درجه ی سلسیوس) ثبت شد. در این پروسه، 4 نوع جامد فلزی متخلخل، مورد بررسی قرار گرفت. نمودار دمای آب داخل مخزن و دمای دودکش بر حسب زمان رسم شد؛ به منظور افزایش دقت، فرمول اصلی گاز طبیعی مورد محاسبه قرار گرفت. سپس با استفاده از نرم افزار gaseq نسبت های هم ارزی و دمای شعله برای هر مشعل محاسبه و به عنوان نمونه برای دو حالت خاص، معادلات واکنش برای مشعل ها نوشته شد. همچنین میزان اکسیژن و دی اکسید کربن موجود در محصولات احتراق اندازه گیری و طبقه بندی شدند. جامد متخلخل بهینه از بین انواع جامدهای متخلخل، انتخاب شد. نتایج نشان داد که با استفاده از مشعل با جامد متخلخل بهینه (جامد متخلخل به طول 10 سانتی متر)، می توان حداکثر، راندمان را تا 10 درصد افزایش داد. این افزایش راندمان، در اثر افزایش انتقال حرارت تابشی، کاهش میزان هوای اضافه و افزایش انتقال حرارت هدایت بین جسم متخلخل و دیواره ی مخزن صورت می گیرد. با توجه به نتایج به دست آمده، به دلیل کم بودن هزینه ی شبکه های سیمی مورد استفاده و در دسترس بودن آنها، طرح از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و دوره ی بازگشت سرمایه در نظر گرفته نمی شود.

در تحقیق حاضر به تحلیل حرارتی یک اتاقک پیش ساخته (کانکس) نمونه با دیوارهای حاوی مواد تغییرفازدهنده پرداخته شده است. برای این منظور، معادلات حاکم شامل معادلات بقای انرژی برای دیوارها و معادله تعادل دمایی اتاق منفصل شده و سپس یک برنامه عددی بر اساس روش اختلاف محدود ضمنی تهیه شد. شبیه سازی با گام زمانی 60 ثانیه برای بازه زمانی یک سال برای پنج شهر مختلف ایران که نماینده پنج اقلیم متفاوت می-باشند، انجام گرفت. با استفاده از نتایج حل عددی تأثیر پارامترهای مختلف، از جمله پارامترهای اقلیمی، دمای ذوب ماده تغییرفازدهنده، ضخامت لایه ماده تغییرفازدهنده، دیوار محل قرارگیری ماده تغییرفازدهنده و نرخ تعویض هوای اتاق، بر روی دمای اتاق و ذخیره-سازی گرمای درون اتاق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با استفاده از مواد تغییرفازدهنده می توان نوسانات دمای اتاق را تا 5 درجه سلسیوس کاهش داد، اما با این وجود میزان تأثیر مواد تغییرفازدهنده به شرایط اقلیمی وابسته است. با استفاده از نتایج شبیه سازی می توان نتیجه گیری نمود که برای فصول گرم ماده تغییرفازدهنده با دمای ذوب بالاتر (28 درجه سلسیوس) مناسب تر است در حالی که برای فصول سرد بهتر است ماده تغییرفازدهنده با دمای ذوب کمتر (22 درجه سلسیوس) انتخاب شود. همچنین برای اکثر شهرها تأثیر استفاده از ماده تغییرفازدهنده در سقف بیشتر از دیوارهای جنوبی، شمالی، شرقی و غربی می باشد. به علاوه، هرچه نرخ تعویض هوای اتاق کمتر باشد، تأثیر استفاده از مواد تغییرفازدهنده در کاهش نوسانات دمایی و صرفه جویی در مصرف انرژی، افزایش می-یابد.

در این تحقیق به مطالعه عددی انتقال حرارت گذرا در یک سیستم ذخیره انرژی پوسته- لوله در شرایط به کارگیری یک ماده و دو ماده تغییرفازدهنده در سمت پوسته طی فرآیندهای ذوب و انجماد پرداخته شده است. سیال مورد استفاده آب و ماده تغییرفازدهنده در شرایط یک ماده، پارافین واکس و در شرایط دو ماده، پارافین واکس و کلسیم کلراید هگزاهیدرات هستند. در زمان دریافت انرژی (فرآیند ذوب) با عبور سیال گرم از داخل لوله، ماده تغییرفازدهنده با تغییر فاز گرما را به صورت نهان در خود ذخیره می کند و در زمان عرضه انرژی (فرآیند انجماد) با عبور سیال سرد از داخل لوله، ماده تغییرفازدهنده با برگشتن به فاز اولیه، گرمای ذخیره شده را آزاد می کند. نتایج در دماهای ورودی و دبی های جرمی مختلف سیال ارائه شدند. هم چنین، در شرایط به کارگیری دو ماده تغییرفازدهنده، طول قسمت پر شده با هرکدام از مواد مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که در فرآیند ذوب در هر دمای ورودی سیال با افزایش دبی جرمی زمان ذوب و گرمای کل ذخیره شده کاهش می یابند. در یک دبی جرمی ثابت با افزایش دمای ورودی سیال زمان ذوب کاهش و گرمای کل ذخیره شده افزایش می یابد. در فرآیند انجماد در هر دمای ورودی سیال با افزایش دبی جرمی زمان انجماد و گرمای کل آزاد شده کاهش می یابند. در یک دبی جرمی ثابت با افزایش دمای ورودی سیال زمان انجماد افزایش و گرمای کل آزاد شده کاهش می یابد. هم چنین نتایج نشان داد که بیشترین سهم از انرژی کل ذخیره یا آزاد شده مربوط به گرمای نهان است. در شرایط به کارگیری دو ماده در سمت پوسته، تغییرات زمان ذوب و انجماد در مقادیر مختلف طول قسمت پر شده با هرکدام از مواد تغییرفازدهنده بسیار کم است. هم چنین در این شرایط با افزایش طول قسمت پر شده با پارافین واکس، میزان گرمای نهان کاهش یافت. با مقایسه نتایج در شرایط به کارگیری یک ماده و دو ماده، نتایج نشان داد که در شرایط به کارگیری یک ماده، زمان ذوب و انجماد کامل به ترتیب بیشتر و کمتر از شرایط به کارگیری دو ماده است. هم چنین گرمای کل ذخیره یا آزاد شده در شرایط به کارگیری یک ماده کمتر از شرایط به کارگیری دو ماده است.

در این مطالعه، عملکرد یک خشک کن خورشیدی کابینتی برای خشک کردن محصولات کشاورزی در شرایط آب و هوای شهر کاشان بررسی شده است. از میوه زردآلو به عنوان محصول مورد آزمایش در دستگاه مذکور استفاده شده و با انجام چندین آزمایش، چگونگی خشک شدن محصول در خشک کن بررسی شده و زمان مورد نیاز برای رسیدن به مقدار رطوبت مطلوب بازار مصرف برگه زردآلو حاصل شده است. بر اساس نتایج آزمایش ها، مشاهده شده است که در فرایند خشک شدن میوه زردآلو برای رسیدن به مقدار رطوبت مطلوب بازار مصرف، حدودا سه روز با میانگین ساعت آفتابی 8 ساعت در هر روز، زمان لازم است. نرخ خشک شدن محصول در ساعاتی از روز که دمای هوای ورودی به محفظه بیشتر است، بیشتر بوده و با کاهش رطوبت محصول، نرخ خشک شدن به ترتیب در روزهای اول تا چهارم کمتر شده است. همچنین مشاهده شده است که در ساعاتی که دستگاه خاموش می باشد نیز کاهش رطوبت محصول اتفاق می افتد و مقدار تبخیر رطوبت در شب اول که رطوبت محصول بسیار بالاست بیشترین مقدار را داشته است. خشک شدن یکنواخت محصول و تولید محصول با ویژگی های کیفی خوب، عطر و طعم و رنگ مطلوب، از ویژگی های خشک کن مذکور می باشد. خشک کن خورشیدی کابینتی بسیار ساده و کم هزینه بوده و می تواند به صورت محلی توسط کشاورزان ساخته شده و با زحمت کم مورد استفاده قرار بگیرد و محصولی با کیفیت قابل قبول را در اختیار آن ها قرار دهد.

تحقیقات نشان داده است که اختلاط در ستون فلوتاسیون کاهش بازیابی ماده معدنی را در پی دارد. در کار حاضر با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی تاثیر نسبت طول به قطر ستون و تیغه گذاری بر اختلاط محوری در ستون فلوتاسیون به صورت دو فازی بررسی شده است. به این منظور از نرم افزارهای گمبیت و فلوئنت برای شبکه بندی و انجام محاسبات استفاده شده است. میدان محاسباتی ستونی با مقطع دایره ای شکل به طول 2/3 متر و قطر 10 سانتی متر است. به منظور کاهش حجم محاسبات و ساده سازی مساله ستون از ابتدا پر از آب فرض شده که هوا از سطح جانبی یک حباب ساز به طول 15 و قطر 1 سانتی متر وارد آن می شود. برای اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی، یک سری آزمایشات تجربی با شرایط یاد شده در آزمایشگاه کانه آرایی دانشگاه کاشان انجام گرفته است. بررسی های عددی و تجربی نشان دادند که استفاده از هندسه سه بعدی برای شبیه سازی جریان در ستون فلوتاسیون لازم است. بنابراین شبیه سازی سه بعدی با مدل دو فازی اولرین برای ستون بدون تیغه و نیز ستونی با تیغه ای عمود بر مقطع آن به طول 8/2 متر و ضخامت 4/0 سانتی متر انجام گرفت. مقادیر فشار روی دیواره در ارتفاع 2/0 و 6/2 متری ستون بدون تیغه با مقادیر اندازه گیری شده در آزمایش تجربی مقایسه و صحت آنها با خطای کم تر از 6/0% محرز شد. مقایسه نتایج شبیه سازی مربوط به ستون با تیغه و بدون تیغه نشان داد که تیغه گذاری سرعت محوری آب را حداکثر تا 17% کاهش می دهد و به دنبال آن اختلاط محوری کاهش می یابد. هم چنین بررسی شبیه سازی های انجام شده برای ستون هایی با نسبت طول به قطر 5 و 10 نشان داد که هر چه نسبت طول به قطر ستون کم تر باشد، اختلاط محوری بیشتر بوده و تیغه گذاری در کاهش آن موثرتر خواهد بود.

در این تحقیق، تاثیر تزریق گاز بر دینامیک سیال و اختلاط درون یک مبدل ذوب مس به صورت آزمایشگاهی مطالعه شده است. برای این منظور، یک مدل سرد آزمایشگاهی در مقیاس 1:5 از یک نوع خاص از مبدل های ذوب مس صنعتی، بر اساس برقراری تشابه هندسی بین مدل و نمونه صنعتی، طراحی و ساخته شده است. به منظور مشاهده رفتار جریان سیال، مدل از جنس پلکسی گلاس انتخاب شده است. همچنین، آب و هوا به ترتیب به عنوان مذاب مس و گاز به کار گرفته شده اند. به منظور اندازه گیری زمان اختلاط درون مدل، از روش تزریق اسید سولفوریک استفاده شده است. آزمایش ها در شرایط دبی هوای 10، 15، 17 و 20 لیتر بر دقیقه و عمق غوطه وری لنس 5/8، 5/9، 5/10 و 5/11 سانتی متر انجام شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دبی هوا و همچنین عمق غوطه وری لنس، زمان اختلاط کاهش می یابد و کمترین زمان اختلاط مربوط به دبی هوای 20 لیتر بر دقیقه و عمق غوطه وری لنس 5/11 سانتی متر می باشد. از طرفی، افزایش بیش از حد دبی هوای تزریقی باعث به وجود آمدن و تشدید اثرات ناخواسته ای مانند پاشش های بیش از حد و موجدار شدن سطح سیال درون مدل می شود. همچنین در عمق غوطه وری لنس 5/11 سانتی متر، جت هوای تزریقی به دیواره کف مدل برخورد کرده که این مطلب بیانگر این است که در نمونه صنعتی واقعی، چنین تزریقی باعث فرسایش آجرهای نسوز کف مبدل ذوب می شود که مطلوب نیست. در نتیجه، با مقایسه بین حالات مختلف دمش و در نظر گرفتن این ملاحظات، حالت بهینه دمش هوا برای مدل، دبی 15 لیتر بر دقیقه و عمق غوطه وری لنس 5/10 سانتی متر انتخاب می شود. با توجه به برقراری تشابه دینامیکی بین مدل و نمونه صنعتی آن، حالت بهینه برای دمش گاز در مبدل ذوب واقعی در نظر گرفته در این تحقیق، دبی گاز 58/191 متر مکعب بر ساعت و عمق غوطه وری لنس 5/52 سانتی متر می باشد.

اخیراً برای تأمین برق مورد نیاز شرکت ذوب آهن اصفهان، یک نیرو گاه 110 مگاواتی در آن احداث و به بهره برداری رسیده است. بعد از مدت کوتاهی از بهره برداری این نیروگاه، مشاهده شد که مشعل های این نیروگاه به شدت دچار سوختگی شده اند. آسیب دیدگی این مشعل ها هزینه تعمیراتی زیادی را به شرکت ذوب آهن تحمیل می کند. هدف از پایان نامه حاضر، پیدا کردن علت این مشکل از طریق شبیه سازی میدان جریان و دما در اطراف یکی از این مشعل ها و ارائه راهکارهایی برای رفع آن می باشد. به این منظور، احتراق گاز طبیعی و هوا در یکی از مشعل های بویلر به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت انجام شده است. برای شبیه سازی ابتدا هندسه مشعل در نرم افزار کتیا مدل سازی شده و سپس با انتقال به پیش پردازنده گمبیت یک شبکه برای آن تولید شده است و پس از مشخص کردن شرایط مرزی، هندسه به نرم افزار انسیس فلوئنت منتقل شده است. پس از انتخاب مدل های مناسب برای جریان، انتقال حرارت و احتراق، معادلات حاکم به روش تکرار حل شده است. در شبیه سازی جریان متلاطم از مدل ?-k rng و برای شبیه سازی احتراق از مدل احتراق غیر پیش آمیخته استفاده شده است. انتقال حرارت تشعشعی با استفاده از مدلp-1 شبیه سازی شده است. به دلیل اهمیت میزان تولید آلاینده های اکسید نیتروژن، بعد از حل میدان جریان و احتراق، معادلات مربوط به آلاینده های اکسید نیتروژن نیز حل شده است. بعد از شبیه سازی کامل احتراق مشخص شد که علت سوختن مشعل ها جدا نشدن شعله از سر مشعل و بالا رفتن دما در سر مشعل می باشد. دمای سر مشعل به حدود k 1600 می رسد که بالاتر از حد مجاز (k 1423) می باشد. در ادامه چندین طرح برای دور کردن شعله از سر مشعل و کاهش دما در نزدیکی سر مشعل مورد بررسی قرار گرفته است. این طرح ها شامل تغییر محل نازل های گاز طبیعی، تغییر شکل هندسی خروجی مشعل و اضافه کردن هوای مرکزی در مشعل می باشد. در پایان یک طرح نهایی که ترکیبی از طرح های مطلوب می باشد، برای رفع مشکل پیشنهاد شده است. در این طرح نهایی، دمای سر مشعل به حدود k 700 می رسد و در نتیجه با اجرای این طرح پیش بینی می شود که مشکل سوختن مشعل برطرف شود.

در این تحقیق تأثیر نوار مارپیچ به عنوان یکی از متداول ترین آشفته سازها، بر انتقال حرارت، افت فشار و میزان رسوب گذاری درون لوله مبدل حرارتی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور هندسه یک نوع نوار مارپیچ جدید در نرم افزار طراحی مدل انسیس تولید و شبکه بندی شده و برای حل به نرم افزار فلوئنت فرستاده شده است. عدد رینولدز جریان در محدوده بررسی در نظر گرفته شده است. برای معتبرسازی نتایج بدست آمده، از روابط معمول برای اعداد ناسلت و ضریب اصطکاک مربوط به جریان آشفته درون لوله استفاده شده است. با توجه به طول لوله در مبدل های حرارتی و تکرار هندسه آشفته ساز در آن، تنها یک گام°180 از آشفته ساز و لوله برای مدلسازی به صورت جریان کاملاً توسعه یافته در نظر گرفته شده است. برای مدلسازی تلاطم از مدل آشفتگی ، نسخه ، در این مسئله استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان دهنده افزایش انتقال حرارت و تنش برشی بر دیواره لوله است. بیشترین درصد افزایش عدد ناسلت مربوط به عدد رینولدز 12000 و به میزان 54 درصد مشاهده شده است. بیشترین درصد افزایش در ضریب اصطکاک مربوط به عدد رینولدز 10000 به میزان 65 درصد است. با محاسبه معیار کلی ارزیابی عملکرد حرارتی، بیشترین عملکرد کلی حرارتی مربوط به عدد رینولدز 20000 به میزان 22/1 می باشد. مقدار ماکزیمم افزایش تنش برشی دیواره لوله در عدد رینولدز 10000 و به اندازه 147 درصد است. نتایج بدست آمده برای تنش برشی نشان می دهد که استفاه از این آشفته ساز می تواند میزان رسوب گذاری در دیواره لوله را به نحو موثری کاهش دهد. بررسی سرعت سیال در ناحیه نزدیک دیواره میان نوار مارپیچ و دیواره افزایش سرعت محوری سیال و ایجاد سرعت مماسی در این ناحیه نسبت به لوله بدون نوار مارپیچ را نشان می دهد که هر دو عامل به کاهش رسوب گذاری کمک می کند.

در این تحقیق، به بررسی عددی تاثیر پره ی هادی u شکل بر جابه جایی ترکیبی و تولید انتروپی نانوسیال آب–آلومینا با خواص متغیر در یک محفظه دو بعدی پرداخته شده است.دمای دیواره های عمودی سرد، دیواره ی پایینی گرم و دیواره ی بالایی آدیاباتیک و متحرک از چپ به راست در نظر گرفته شده اند. معادلات حاکم با در نظر گرفتن مدل تک فاز و سیال نیوتنی، با استفاده از روش حجم محدود برای شبکه ی یکنواخت و الگوریتم سیمپلر برای کوپلینگ سرعت–فشارحل شده اند. با توجه به شرایط مسئله موردنظر، نتایجحاصل از شبیه سازیعددیمیدانجریانوانتقالحرارتنانوسیال باتغییر کسرحجمی، عدد ریچاردسون، ضریب شکل پره و موقعیت پره بررسیشده اند.مطالعه در عدد گراشف ثابت 104، اعداد ریچاردسون 01/0 تا 100، ضرایب شکل پره 25/0، 5/0، 1 و 2 و کسرحجمی هایبین صفر تا 08/0 انجام شده است.نتایج نشان دادند با افزایش عدد ریچاردسون، ناسلت متوسط کاهش می یابد. تاثیر افزایش کسرحجمی ، در اعداد ریچاردسون و ضرایب شکل مختلف، متفاوت می باشد.تغییر ضریب شکل در جابه جایی اجباری تاثیری برانتروپی تولیدی و عدد بیژن ندارد ولی در جابه جایی طبیعی اثرات متفاوتی مشاهده می شود. با فرض خواص ثابت برای نانوسیال، همواره ناسلت متوسط بیشتری نسبت به شرایط خواص متغیر حاصلمی شود. به طور کلی هم در جابه جایی طبیعی و هم در جابه جایی اجباری، ناسلت متوسط در حالت استفاده از پره ی u شکل نسبت به هردو حالت استفاده از پره ی معمولی و محفظه فاقد پره،به دلیل سطح بیشتر انتقال حرارت، بیشتر می باشد.همچنین تاثیر مکان قرارگیری پره ای با ضریب شکل یک بر ناسلت متوسط در سه موقعیت نزدیک به دیواره ی سمت راست، نزدیک به دیواره ی سمت چپ و مرکز دیواره ی پایینیبرای ریچاردسون های مختلف، بررسی و در هر یک از اعداد ریچاردسون، اثرات متفاوتی مشاهده شد.

کنترل دمای خون خارج از بدن در مواردی مانند ابتلا به نارسایی های ریوی و اعمال جراحی قلب باز که برای تأمین اکسیژن مورد نیاز بدن بیمار، باید از ریه مصنوعی استفاده شود، به عنوان مهمترین پارامتر در کنترل دمای بدن مطرح می باشد. علاوه بر این با کنترل دمای بدن می توان میزان مصرف اکسیژن بدن را نیز کنترل کرد. از این رو برای تنظیم دمای بدن از مبدل حرارتی خون به عنوان بخشی از ریه مصنوعی استفاده می شود. شرایط فوق سبب افت حرارت و افت فشار در سامانه گردش خون می شود، بنابراین نیاز به سامانه های ارزیابی آزمایشگاهی کنترل و پایش پارامتر های انتقال حرارت ریه مصنوعی اهمیت ویژه ای یافته است. دستگاه ریه مصنوعی خارج از بدن برای اولین بار در کشور در مرکز پژوهشی فناوری-های نوین در مهندسی علوم زیستی دانشگاه تهران با استفاده از فناوری غشائی طراحی و ساخته شد. بدین منظور برای مطالعه شرایط بهینه انتقال حرارت در ریه مصنوعی، در این پژوهش با بهره گیری از امکانات موجود در کشور با توجه به استاندارد های جهانی در زمینه آزمایش مبدل های حرارتی ریه مصنوعی، سامانه آزمایشگاهی بررسی عملکرد حرارتی ریه مصنوعی خارج از بدن به روش پایش مستقیم برای کنترل و ارزیابی پارامتر های عملیاتی نظیر دبی، درجه حرارت و فشار، برای اولین بار با همکاری محققین این مرکز و دانشکده مکانیک دانشگاه کاشان طراحی و ساخته شده است. با استفاده از سامانه آزمایشی ساخته شده، مطالعه بر روی دو نوع مختلف از ریه های مصنوعی موجود با مبدل های حرارتی پلیمری و فلزی انجام شده است. نتایج نشان داده است که در هر دو مبدل حرارتی، با افزایش دبی سیال سرد (خون)، راندمان حرارتی کاهش یافته و با افزایش دبی سیال گرم (آب)، راندمان حرارتی افزایش می یابد. با افزایش دبی سیال های گرم و سرد، افت فشار در مسیر آنها افزایش می یابد. نرخ تغییرات راندمان حرارتی نیز با افزایش دبی سیال گرم کاهش یافته، در واقع با گذشتن دبی سیال گرم از حدی مشخص، تغییرات راندمان حرارتی ناچیز می شود. همچنین در شرایط یکسان، مقدار راندمان مبدل حرارتی پلیمری نسبت به مبدل فلزی بیشتر می باشد. میزان افت فشار نیز در مبدل حرارتی پلیمری، بیشتر از مبدل فلزی است.

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.

طراحی پره توربین با هدف افزایش راندمان توربین و در نتیجه بهینه سازی مصرف انرژی اهمیت زیادی دارد. در این خصوص این امکان وجود دارد که با تغییر جزئی در شکل هندسی پره های موجود عملکرد آن ها بهبود یابد. در این تحقیق ابتدا الگوریتمی برای بهینه سازی هندسه پره (ایرفویل) توربین ها با استفاده از طراحی مستقیم و به روش حل مکرر توسعه داده شده است، سپس با داشتن اطلاعات وروردی و خروجی جریان و شرایط مرزی حاکم، شبیه سازی عددی پره های توربین توربوشارژر دیزل جی ام انجام و نتایج قابل تحلیل استخراج شده اند. یکی از دلایل اهمیت انجام این تحقیق پایه ریزی اصول طراحی پره های توربین به روش طراحی معکوس در داخل کشور است. مدل سازی های این تحقیق با عنایت به شرایط کارکرد موتور دیزل و شرایط مرزی مربوط به پره توربین و با کوپل کردن معادلات ناویر استوکس و پارامترهای هندسی مقطع ایرفویل انجام شده اند. بدین منظور از یک الگوریتم جابه جایی نقاط مربوط به هندسه پره استفاده شده است و پس از بررسی نتایج مدل سازی، و با توجه به معیارهای عملکردی، هندسه فیزیکی بهینه سازی شده بدست آمده است. توزیع فشار، پروفیل سرعت، میدان جریان و نیروی لیفت یا درگ از جمله معیارهای با اهمیت لحاظ شده هستند. نتایج مربوط به بهینه سازی هندسه اولیه پایه پره توربین توربوشارژر دیزل gm نشان می دهند که عملکرد پره توربوشارژر از نظر افت فشار کلی به میزان 14% بهبود داده شده است.

در پروژه حاضر، اثر استفاده از نوارهای تابیده بر میزان انتقال حرارت و افت فشار در مبدل دو لوله ای به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، هندسه سه بعدی مبدل حرارتی در دو حالت بدون نوار تابیده و با نوار تابیده مدل سازی شد. برای بررسی جزئیات اثر نوارها از دو نوع نوار تابیده با نسبت پیچش 3 و 5 استفاده شد. ابتدا در نرم افزار طراحی گمبیت مدل سازی انجام شد و شبکه بندی ایجاد شده برای حل به نرم افزار فلوئنت فرستاده شد. برای معتبر سازی نتایج بدست آمده، از نتایج تجربی ثبت شده از مبدل حرارتی موجود در واحد پالایشگاه نفت تهران استفاده شد. برای مدل سازی تلاطم از روش نسخه تحقق پذیر استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان داد، بر مبنای دبی جرمی ورودی ثابت، میزان رشد انتقال حرارت با نوارهای تابیده نسبت به حالت لوله خالی در عدد رینولدز 5000 نزدیک به 36 درصد می باشد. از نقطه نظر افت فشار هم بررسی های عددی آشکار کرد، میزان افت فشار لوله های دارای نوار تابیده نسبت به لوله خالی، در عدد رینولدز 5000 با نسبت پیچش 3 به میزان 47 درصد و برای نسبت پیچش 5، به میزان30 درصد ایجاد می کند. علاوه بر موارد ذکر شده انتقال حرارت انجام شده بر مبنای تغییر آنتالپی در فرآیند چگالش روی سطح خارجی لوله میانی بوده که شرایط انجام و تحلیل عددی چگالش با استفاده از کدنویسی برای نرم افزار فلوئنت انجام شده است. تحلیل و بررسی انجام شده به دلیل تراکم شبکه بندی با y+ کمتر از یک صورت گرفته است. علاوه بر این بر مبنای معیار عملکرد مبدل های حرارتی مشخص شد، برای نسبت پیچش 3، در عدد رینولدز 5000 تا 19 درصد افزایش بازدهی نسبت به لوله خالی ایجاد می شود، همچنین افزایش عدد رینولدز هم در افزایش بازدهی نوارهای تابیده موثر بوده است.

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.

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.

هدف از این تحقیق مدلسازی عددی میدان جریان وانتقال حرارت نانوسیال در یک مبدل حرارتی صفحه ای با صفحات صاف به منظور شناخت دقیق ترعملکرد مبدل حرارتی از طریق اصلاح روش های مدلسازی خواص و نیز مدل تلاطم که در پژوهش های قبلی مورد استفاده قرار گرفته بوده است، می باشد. در این پژوهش ابتدا روش های مختلف مدلسازی تلاطم مطالعه می شود و با توجه به هندسه مسئله و تحیل نیاز و هزینه آن، روش مناسب مدلسازی به منظور افزایش دقت پژوهش انتخاب می گردد. در ادامه با مرور بر روابط مدلسازی خواص فیزیکی نانوسیال و با توجه به وابستگی آن ها به دما، مدلسازی خواص بر اساس روش خواص وابسته به دما صورت می گیرد تا دقت پژوهش بالا برده شود. تمرکز این پژوهش بر اصلاح این دو روش مدلسازی می باشد به گونه ای که ضعف های پژوهش های قبلی در پیش بینی دقیقی از پارامتر های انتقال حرارت را برطرف سازد.

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.

این پژوهش تلاش کرده تا تحلیلی بر ارتعاشات لوله ها ی انتقال دریایی حاوی سیال دوفازی تحت اثر نیروی دریا واقع بر بستر الاستیک در سکوهای دریایی پارس جنوبی انجام دهد. وظیفه این لوله انتقال سیالی دوفازی به خشکی که همان مقصد لوله های انتقال است می باشد. برای مدلسازی سیال دوفازی از تئوری دریفت فلاکس استفاده شده است. معادلات حرکت با قانون دوم نیوتن و با در نظر گرفتن تاثیر نیروی امواج دریا و اصطکاک لایه رسوب بدست آمده است. نیروی امواج دریا با تئوری موج ایری مدل گشته که جزء تئوری های اصلی مورد استفاده در اقیانوس ها و دریاهاست که در مهندسی ساحل و معماری دریا از آن بهره مند می گردند و برای نیرویی که اصطکاک در لایه رسوب ایجاد می کند از قانون دارسی استفاده گردیده است. در ادامه توسط روش تحلیلی که ترکیبی از روش جداسازی متغیر ها و تبدیل لاپلاس می باشند، معادلات حرکت حل شده است و فرکانس محاسبه گردیده است. در ادامه با فرض متخلخل بودن بستر دریا و عبور جریان های زیر سطحی در کف دریا میزان جابجایی لوله از راستای اولیه نیز محاسبه گشته است. جنبه های مختلف اثر سرعت سیال دوفازی و عوامل مختلفی چون سرعت امواج، جنس بستر دریا، عمق آب و میزان نفوذ لوله در بستر بر روی فرکانس مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان داد که افزایش سرعت جریان سیال دوفازی منجر به کاهش فرکانس طبیعی سیستم در تمام مودهای ارتعاشی می گردد همچنین وجود محیط الاستیک منجر به افزایش فرکانس طبیعی سیستم در همه ی سرعت های سیال می گردد و با افزایش سرعت دریفت پایداری سیستم ارتعاشی کاهش می یابد. افزایش سرعت امواج موجب کاهش فرکانس سیستم و در نتیجه، کاهش پایداری و انقباض ناحیه امن سیستم ارتعاشی می گردد.

در این پایان نامه جریان همزمان انتقال حرارت و جرم در یک رطوبت گیر هوا توسط جاذب مایع با جریان مخالف مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا توضیحاتی در مورد محلول های جاذب مایع و استفاده از آنها در سیکل های تهویه داده شده است. نحوه مدلسازی و معادلات اساسی حاکم بر فرآیند رطوبت گیری از هوا و شرایط مرزی آن بیان شده و در مورد روش های حل این معادلات بحث شده است. برای حل معادلات حاکم کد کامپیوتری به زبان fortran و بر اساس روش ?-ntu تهیه شده است. نتایج عددی برای شرایط مختلف ورودی هوا و جاذب مایع بدست آمده و صحت این نتایج با مقایسه آنها با نتایج تجربی و نتایج روش اختلاف محدود تائید شده است. مطالعاتی بر روی چگونگی تغییرات مقدار جذب رطوبت از هوای مرطوب ورودی توسط مایع جاذب، با توجه به پارامترهای مختلف طراحی مثل دبی جرمی و دمای هوای ورودی، دبی جرمی و دمای مایع جاذب و غیره صورت گرفته است. بر اساس نتایج حاصله مشاهده شده است که با افزایش ntu کارآیی سیستم افزایش می یابد. همچنین با کاهش دبی جرمی جاذب، توانایی جاذب در جذب انرژی کافی از هوای مرطوب جهت تقطیر بخار آب کاهش یافته و رطوبت کمتری را جذب می کند. غلظت بیشتر جاذب باعث رطوبت گیری بیشتر شده و کارآیی رطوبتی سیستم را افزایش می دهد. این افزایش غلظت با میزان محلولیت نمک جاذب محدود می شود. به علاوه کاهش دمای جاذب ورودی باعث پایین آمدن فشار بخار آن و افزایش رطوبت گیری می شود. همچنین تغییرات دما و رطوبت هوای خروجی با توجه به شرایط آب و هوایی محل مورد نظر مورد بررسی قرار گرفته و بهترین شرایط آب و هوایی محل مورد استفاده به صورت تئوری تخمین زده شده است. بر اساس نتایج حاصله مشاهده شده است که کارآیی سیستم های جاذب مایع در مناطق معتدل و مرطوب بیشتر است. در پایان پس از جمع بندی و نتیجه گیری، پیشنهاداتی جهت بهبود کارکرد و بازدهی سیستم ارائه شده است.

دانشکده مهندسی گروه مکانیک پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در گرایش تبدیل انرژی عنوان: بررسی و مدلسازی عددی فرایندهای انتقال حرارت و جرم در چرخ های دسیکنت اساتید راهنما: آقای دکتر قنبر علی شیخ زاده آقای دکتر مجید سبزپوشانی حمید رضا نورانی شهریور 87? تقدیم به: پدر و مادر مهربان? و همسر دلسوزم که نمونه صبر و فداکاری هستند. تشکر و قدردانی خداوند منان را شکر گزارم که لطف خود را شامل حال من کرد که بتوانم در راه کسب دانش قدم نهم. از اساتید بزرگوار جناب آقایان دکتر شیخ زاده و دکتر سبزپوشانی که به عنوان اساتید راهنما اینجانب را در انجام تحقیق، پژوهش و نگارش این پایان نامه یاری نمودند نهایت تشکر و سپاسگزاری را دارم. فهرست مطالب عنوان صفحه چکیده ج فهرست شکلها و نمودارها ز فهرست جدولها ض فهرست علائم و اختصارات ط فصل اول: مقدمــه 1-1 مقدمــه 2 1-2 انواع روشهای رطوبت زدایی 2 1-3 انواع سیستمهای دسیکنت 3 1-4 مزایای استفاده از سیستمهای دسیکنت 5 1-5 مروری بر مطالعات گذشته 6 1-6 اهداف پایان نامه 8 فصل دوم: چرخ دسیکنت و سیستمهای شامل آن 2-1 مقدمــه 11 2-2 چرخ دسیکنت 11 2-3 معرفی دسیکنتها 12 2-4 جذب کننده های مایع 13 2-5 جذب کننده های جامد 13 2-5-1سیلیکاژل 14 2-5-2 آلومین فعال شده 14 2-5-3 غربال مولکولی 15 2-5-4 کامپوزیتها 16 2-6 بررسی انواع سیستمهای دسیکنت جامد 16 2-6-1 سیستم دسیکنت معمولی 16 2-6-2 سیستم دسیکنت همراه با بازیابی گرما 17 2-6-3 سیستم دسیکنت انشعابی 17 2-6-4 سیستم دسیکنت ترکیبی 18 2-6-5 سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته 19 2-7 اصول سیکلهای متداول سرمایش 20 2-7-1سیکل تهویه 20 2-7-2 سیکل بازگشتی 22 2-8 سیکلهای سرمایش توسعه یافته 24 2-8-1 سیکل سرمایشی revers 24 2-8-2 سیکل سرمایشی dinc 25 2-8-3 سیکل سرمایشی sens 26 2-9 استفاده از انرژی خورشیدی 27 فصل سوم: معادلات حاکم 3-1 مقدمــه 30 3-2 مدلسازی ریاضی 30 3-3 معادلات حاکم 31 3-3-1 معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال 32 3-3-1-1 معادله بقای انرژی 32 3-3-1-2 معادله بقای جرم 37 3-3-2 معادلات حاکم بر ماده دسیکنت 39 3-3-2-1 معادله بقای انرژی 39 3-3-2-2 معادله بقای جرم 41 3-3-3 معادله جذب ایزوترم 46 3-4 شکل بدون بعد معادلات حاکم 47 3-4-1 معادله بقای انرژی در هوا 47 3-4-2 معادله بقای جرم در هوا 48 3-4-3 معادله بقای انرژی در دسیکنت 48 3-4-4 معادله بقای جرم در دسیکنت (قانون فیک) 49 3-5 شرایط مرزی 50 3-5-1 شرایط مرزی برای هوا 50 3-5-2 شرایط مرزی برای ماده دسیکنت 50 فصل چهارم: تحلیل عددی 4-1 مقدمــه 53 4-2 منفصل کردن معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال 54 4-2-1 معادله بقای انرژی در هوا 54 4-2-2 معادله بقای جرم در هوا 55 4-3 منفصل کردن معادلات حاکم بر دسیکنت 57 4-3-1 منفصل کردن معادله بقای انرژی در دسیکنت 57 4-3-2 معادله بقای جرم در دسیکنت (قانون فیک) 58 4-4 تحلیل پایداری پاسخ ها 60 4-5 الگوریتم حل معادلات 62 فصل پنجم: بررسی نتایج 5-1 مقدمــه 65 5-2 شرایط شرایط اولیه و مرزی 65 5-2-1 شرایط اولیه برای هوا 65 5-2-2 شرایط اولیه برای دسیکنت 65 5-2-3 شرایط مرزی برای هوا 66 5-2-4 شرایط مرزی برای ماده دسیکنت 66 5-3 مشخصات چرخ دسیکنت 67 5-4 شبکه بهینه 68 5-4-1 انتخاب شبکه بهینه در راستای محوری 69 5-4-2 انتخاب شبکه بهینه در راستای ضخامت 70 5-5 بررسی صحت نتایج 75 5-6 سرعت دورانی بهینه 79 5-6-1 اثر سرعت دورانی بر عملکرد چرخ دسیکنت 80 5-7 بررسی تغییرات دما و نسبت رطوبت جریان هوای عبوری 83 5-8 اثر عدد واحد انتقال بر عملکرد چرخ دسیکنت 86 5-9 اثر ضخامت دیواره 85 5-9-1 اثر ضخامت دیواره بر بازده رطوبت زدایی 87 5-9-2 اثر ضخامت دیواره بر سرعت دورانی بهینه 88 5-10 اثر سرعت هوای ورودی به کانال بر بازده رطوبت زدایی 89 5-11 اثر طول کانال بر بازده رطوبت زدایی 90 5-12 اثر زاویه قطاع فرایند جذب بر بازده رطوبت زدایی 91 5-13 تاثیر شرایط محیطی بر عملکرد چرخ دسیکنت 92 5-14 بررسی عملکرد چرخ دسیکنت در اقلیمهای مختلف آب و هوایی ایران 94 نتیجه گیری و پیشنهادات 97 مراجع 99 واژه نامه فارسی به انگلیسی 102 واژه نامه انگلیسی به فارسی 104 فهرست شکلها و نمودارها عنوان صفحه شکل1-1: سیستم دسیکنت جامد سرمایشی 4 شکل1-2: سیستم دسیکنت مایع 5 شکل2-1: طرحواره چرخ دسیکنت 12 شکل2-2: بلورهای سیلیکاژل 14 شکل2-3: بلورهای آلومین فعال شده 15 شکل2-4 بلورهای غربال مولکولی 15 شکل2-5 سیستم دسیکنت معمولی 16 شکل2-6 سیستم دسیکنت همراه با بازیابی 17 شکل2-7 سیستم دسیکنت انشعابی 18 شکل2-8 سیستم دسیکنت ترکیبی 18 شکل2-9 سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته 19 شکل2-10 نمونه دیگری از سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته 20 شکل2-11 سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه ای 21 شکل2-12 نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه ای 21 شکل2-13 سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی 22 شکل2-14 نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی 23 شکل2-15 سیکل سرمایشی revers 24 شکل2-16 سیکل سرمایشی dinc 26 شکل2-17 سیکل سرمایشی sens 26 شکل 3-1 نمای روبروی چرخ دسیکنت 31 شکل3-2 نمایی از یک کانال 32 شکل 4-1 شبکه منطبق بر کانال 53 شکل 5-1 طرحواره کانال سینوسی چرخ دسیکنت 67 شکل 5-2 کانال چرخ دسیکنت 69 شکل 5-3 تغییرات نسبت رطوبت دسیکنت بر حسب زمان در نقطه 3 ( به مختصات 99/0 و 5/0 ) با تعداد نقاط مختلف در راستای محوری 70 شکل 5-4 درصد بیشترین اختلاف نسبت رطوبت دسیکنت در نقطه انتهایی نسبت به ریزترین شبکه 71 شکل 5-5 تغییرات نسبت رطوبت هوا بر حسب زمان در نقطه انتهایی کانال با تعداد نقاط مختلف در راستای محوری 71 شکل 5-6 درصد بیشترین اختلاف نسبت رطوبت هوا در نقطه انتهایی نسبت به ریزترین شبکه 72 شکل 5-7 تغییرات نسبت رطوبت دسیکنت بر حسب زمان در نقطه 1 ( به مختصات 033/0 و 5/0 ) با تعداد نقاط مختلف در راستای ضخامت 73 شکل 5-8 تغییرات دمای دسیکنت بر حسب زمان در نقطه 1 ( به مختصات 033/0 و 5/0 ) با تعداد نقاط مختلف در راستای ضخامت 74 شکل 5-9 درصد بیشترین اختلاف نسبت رطوبت و دمای دسیکنت در نقطه 1 ( به مختصات 033/0 و 5/0 ) نسبت به ریزترین شبکه 74 شکل 5-10 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی نسبت دمای دسیکنت در نقطه 1 (به مختصات 033/0 و 5/0 ) 76 شکل 5-11 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی دمای دسیکنت در نقطه 2 (به مختصات 5/0 و 5/0 ) 76 شکل 5-12 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی دمای دسیکنت در نقطه 3 (به مختصات 99/0 و 5/0 ) 77 شکل 5-13 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی نسبت رطوبت دسیکنت در نقطه 1 (به مختصات 033/0 و 5/0 ) 78 شکل 5-14 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی نسبت رطوبت دسیکنت در نقطه 2 (به مختصات 5/0 و 5/0 ) 78 شکل 5-15 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی نسبت رطوبت دسیکنت در نقطه 3 (به مختصات 99/0 و 5/0 ) 79 شکل 5-16 تغییرات بازده رطوبت زدایی برحسب سرعت دورانی و مقایسه آن با نتایج مرجع [21] 81 شکل 5- 17 مقایسه نسبت رطوبت هوا خروجی برای سرعت دورانی های مختلف : الف : 3/0(دور بر دقیقه) 82 ادامه شکل 5- 17 مقایسه نسبت رطوبت هوای خروجی برای سرعت دورانی های مختلف : ب: 6/0(دور بر دقیقه)، ج: 1 (دور بر دقیقه) 83 شکل 5-18 نسبت رطوبت هوای خروجی برحسب تعداد سیکل در فرایند جذب برای سرعت دورانی بهینه 6/0 دور بر دقیقه 84 شکل 5-19 تغییرات دما برای جریان هوا در نقطه خروجی کانال برای فرایند جذب در سرعت دورانی بهینه 6/0 دور بر دقیقه در سیکلهای مختلف 84 شکل 5-20 تغییرات دما برای جریان هوا در سه نقطه مختلف در فرایند جذب با سرعت دورانی 6/. دور بر دقیقه در فرایند جذب رطوبت 85 شکل 5-21 تغییرات دما برای دسیکنت در سه نقطه مختلف در در فرایند جذب با سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه در فرایند جذب رطوبت 86 شکل 5-22 اثر عدد واحد انتقال بر بازده رطوبت زدایی و مقایسه با نتایج مرجع [21] 87 شکل 5-23 اثر ضخامت بر بازده رطوبت زدایی و مقایسه با مدل مرجع[4] 88 شکل 5-24 مقایسه اثر ضخامت بر سرعت دورانی بهینه برای دو کانال با قطرهای متفاوت 89 شکل 5-25 اثر سرعت هوای ورودی به کانال بر بازده رطوبت زدایی در سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه و ضخامت mm 2/0 90 شکل 5-26 اثر تغییرات طول کانال بر بازده رطوبت زدایی در سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه و ضخامت mm2/0 91 شکل 5-27 اثر زاویه قطاع فرایند جذب بر بازده رطوبت زدایی با سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه و ضخامتmm 2/0 در سه دمای احیا مختلف 92 شکل 5-28 اثر شرایط محیطی بر بازده رطوبت زدایی چرخ دسیکنت در سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه 93 شکل 5-29 مقایسه سرعت دورانی بهینه چرخ دسیکنت در برخی شهرهای ایران 96 شکل 5-30 مقایسه بازده رطوبت زدایی چرخ دسیکنت در برخی شهرهای ایران در سرعت دورانی بهینه آنها 96 فهرست علائم و اختصارات شعاع منفذ سطح انتقال عدد بایوت عدد ثابت در منحنی جذب ظرفیت حرارتی و?ژه در فشار ثابت قطر هیدرولیکی یک کانال ضریب دیفیوژن نادسن و معمولی ضریب دیفیوژن سطح نسبت دسیکنت در ماده چرخ ضریب انتقال حرارت جابجایی ضریب انتقال جابجایی جرم آنتالپی ویژه ضریب انتقال حرارت رسانشی طول یک کانال عدد لوئیس وزن مولکولی جرم چرخ دبی جریان هوا سرعت دورانی عدد واحد انتقال محیط فشار گرمای جذب دما زمان حجم محتوای آب در ماده دسیکنت بیشترین آب موجود در ماده دسیکنت جهات مختصات علائم یونانی : زاویه دمای بدون بعد بازده ضریب فضای تخلخل رطوبت نسبی نصف ضخامت کانال محتوای رطوبت (کیلوگرم رطوبت به کیلوگرم هوای خشک) چگالی فاکتور انحنا زمان بدون بعد ضریب مقاومت بالانویس ها : * شکل بدون بعد متغیرها پانویس ها : هوا سرمایش? فرایند رطوبت زدایی دسیکنت? رطوبت زدایی جریان هوا ( هوای خشک و بخار آب) گرمایش هوای احیا برای فرایند رطوبت زدایی ورودی رطوبت خروجی بهینه سطح? محسوس آب جهت محوری جهت شعاعی فهرست جدولها عنوان صفحه جدول 4-1 بررسی پایداری معادلات با تغییر در گام زمانی 61 جدول5-1 مشخصات چرخ دسیکنت 68 جدول 5-2 مختصات نقاط ابتدایی، میانی و انتهایی 69 جدول5-3 عملکرد چرخ دسیکنت در اقلیمهای مختلف ایران 95 چکیده در این تحقیق به معرفی انواع سیستمهای دسیکنت و مقایسه آنها پرداخته شده است. سپس مدلسازی ریاضی و شبیه سازی عددی دو بعدی چرخ دسیکنت انجام شده است. در مدل مورد مطالعه، پخش حرارت و رطوبت در دو جهت محوری و ضخامت دیواره دسیکنت در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم و انرژی می باشند که برای جریان هوای عبوری و ماده دسیکنت نوشته شده و به روش تفاضل محدود صریح منفصل شده اند. همچنین در این تحقیق برخی عوامل موثر بر بازده رطوبت زدایی مورد بررسی قرار گرفته است. این عوامل شامل سرعت دورانی چرخ دسیکنت، عدد واحد انتقال، ضخامت دیواره دسیکنت، سرعت هوای ورودی به کانال، طول کانال، زاویه قطاع فرایند جذب، دمای احیا و شرایط محیطی می باشند. نتایج بررسی نشان داد که چرخ دسیکنت مورد مطالعه، در سرعت دورانی 6/0دور بر دقیقه دارای بالاترین بازده رطوبت زدایی می باشد. همچنین در سرعت دورانی بهینه، هنگامی که ضخامت دیواره دسیکنت بیشتر از 2 شود، افزایش ضخامت بر بازده رطوبت زدایی تاثیر کمتری دارد. تاثیر زاویه قطاع فرایند جذب روی بازده رطوبت زدایی نشان داد، در سرعت دورانی بهینه، چرخ با زاویه قطاع 108 درجه، بالاترین بازده رطوبت زدایی را دارد. عملکرد چرخ دسیکنت در اقلیمهای مختلف آب و هوایی ایران برای رسیدن به یک شرایط خاص (رطوبت نسبی 20 %) نیز مورد مطالعه قرار گرفته که نشان میدهد چرخ دسیکنت در اقلیم معتدل و مرطوب دارای بالاترین بازده رطوبت زدایی و در اقلیم گرم و خشک دارای کمترین بازده است. فصل اول مقدمـــه 1-1 مقدمــه امروزه با توجه به رشد روز افزون جمعیت در جهان و تقاضا برای سیستمهای تهویه مطبوع بهینه، توجه مهندسان و طراحان سیستمهای تهویه به استفاده از سیستمهای رطوبت زدا معطوف شده است. از اهداف اصلی ساخت و بکارگیری این سیستمها، دستیابی به کنترل دقیقتر رطوبت، دما، جلوگیری از مصرف بیهوده انرژی و بازیابی انرژی تلف شده می باشد. سیستمهای دسیکنت (رطوبت زدای جذبی) می توانند رطوبت هوا را تا دمای نقطه شبنم پایین تر از حد معمول کاهش دهند، در حالیکه سیستمهای رطوبت زدای مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی و یا سیکل هوای فشرده قادر نیستند رطوبت هوا را تا این حد کاهش دهند. بنابراین در مناطقی که دارای رطوبت بالا هستند استفاده از سیستمهای رطوبت زدای جذبی بسیار موثر است. با توجه به اینکه در این سیستمها ادوات مختصر و موثری را می توان بکار برد، هزینه های عملیاتی و تجهیزاتی کاهش می یابد. نکته دارای حائز اهمیت در این سیستمها طراحی و بهینه سازی آنها است. با بکارگیری روابط حاکم پدیده شامل روابط بین انتقال جرم، انرژی و مومنتم بین جریان هوا و ماده جاذب در هر دو فرایند جذب و احیا، می توان مشخصه های سیستم را بررسی و پارامترهای طراحی را به شکل بهینه انتخاب نمود. 1-2 انواع روشهای رطوبت زدایی در سرمایش تبخیری، هدف کاهش دمای خشک محیط می باشد. برای این منظور می بایست رطوبت موجود در هوا را کاهش داد. برای رطوبت زدایی سه روش عمده وجود دارد: 1-سرد کردن هوا تا زیر دمای نقطه شبنم: با کاهش دمای هوا تا زیر دمای نقطه شبنم، رطوبت موجود در آن تقطیر می شود. 2-فشرده کردن هوا: با افزایش فشار هوا، ظرفیت هوا برای نگه داشتن رطوبت کاهش می یابد. 3-استفاده از مواد شیمیایی جاذب رطوبت: مواد شیمیایی جاذب رطوبت بصورت جامد یا مایع می باشند. این جاذبها تمایل به جذب مولکولهای آب دارند. آنها بخار آب را به صورت سطحی یا حجمی جذب می کنند. دو روش اول معمولا مصرف انرژی بالایی دارند و برای مصارف تهویه مطبوع هزینه بالایی دارند. اما روش سوم در مقایسه با دو روش اول دارای هزینه های کمتری است. از طرفی سیستمهای دسیکنت توانایی کنترل مجزای بار گرمایی محسوس و نهان را نیز دارند. این سیستمها می توانند انرژی حرارتی مورد نیاز خود را از انرژی خورشیدی و یا انرژیهای اتلافی تامین کنند. روش سوم برای مصارف تهویه مطبوع مناسب می باشد. در ادامه به بررسی انواع سیستمهای دسیکنت پرداخته شده است. 1-3 انواع سیستمهای دسیکنت سیستمهای دسیکنت به دو صورت سیستمهای دسیکنت جامد و یا سیستمهای دسیکنت مایع می باشند. بطور کلی دسیکنتها (به شکل جامد یا مایع) رطوبت را از هوا می گیرند و گرمای نهان را آزاد می کنند. در نتیجه هوا را گرم می کنند. در واقع این سیستمها گرمای نهان را به گرمای محسوس تبدیل می کنند. در سیستمهای دسیکنت جامد معمولا یک چرخ دوار رطوبت زدا وجود دارد. هوا در اثر تماس با چرخ دوار بصورت خشک و گرم از آن خارج می گردد. با توجه به بالا بودن دمای هوای خروجی از چرخ در صورت نیاز لازمست هوا خنک شود که برای این کار می توان از یک سیستم خنک کننده تبخیری مستقیم با کویل خنک کن استفاده نمود. در شکل (1-1) سیستم دسیکنت جامد سرمایشی نشان داده شده است. شکل1-1 سیستم دسیکنت جامد سرمایشی سیستمهای دسیکنت مایع (شکل1-2) دارای دو محفظه می باشند. در محفظه اول عمل رطوبت زدایی از هوا و در محفظه دیگر عمل احیا مایع دسیکنت انجام می شود. پس از اینکه رطوبت هوا توسط دسیکنت مایع گرفته شد از محفظه اول وارد فضای مورد نظر می شود. دسیکنت که حاوی رطوبت جذب شده است (اشباع) از محفظه رطوبت زدایی خارج شده سپس وارد یک مبدل حرارتی می شود. در آنجا در اثر افزودن حرارت، رطوبتش را از دست داده و دوباره احیا می شود. دسیکنت مایع در مواقعی که عملیات رطوبت زدایی نیاز باشد دائما بین دو محفظه پمپ می شود. شکل1-2 سیستم دسیکنت مایع 1-4 مزایای استفاده از سیستمهای دسیکنت برخی از مزایای استفاده از سیستمهای دسیکنت عبارتست از: 1- کنترل رطوبت موجود در ساختمان بصورت کاملا مستقل از دمای آن. 2- قابلیت دستیابی به نقطه شبنم پایین تر از حد معمولی که با دیگر سیستمهای تهویه مطبوع قابل دسترسی نیستند. 3- فراهم آوردن شرایط مطلوب تنفسی و آسایشی در اقلیم سرد و مرطوب و اقلیم گرم و مرطوب. 4- مصرف بسیار پایین انرژی الکتریکی. 5- هزینه عملکرد کمتر نسبت به دیگر سیستمها. 6- قابلیت استفاده از انرژی حرارتی ارزان قیمت برای کنترل همزمان رطوبت و دما. 7- دستیابی به کانالهای هدایت جریان هوای عاری از رطوبت به منظور جلوگیری از رشد باکتری و جانوران ذره بینی مضر سلامتی انسان (کاربرد بیمارستانی). 8- عدم استفاده از مواد و ترکیبات شیمیایی همچون گاز فرئون و یا مواد دیگر بکار رفته در صنعت تهویه مطبوع که به محیط زیست آسیب می رسانند. 1-5 مروری بر مطالعات گذشته مطالعات صورت گرفته روی سیستمهای دسیکنت بسیار گسترده است. این مطالعات در زمینه های متفاوتی ازجمله مدلسازی ریاضی از نظر انتقال حرارت و جرم، اثر ضخامت دیواره بر میزان رطوبت زدایی چرخ دسیکنت، استفاده از منابع جدید انرژی و مقرون به صرفه در تامین گرمای احیا دسیکنت، استفاده از مواد جاذب جدید در زمینه کاهش دمای احیا و بهبود عملکرد چرخ صورت گرفته است. کانگ و مکلاین- کراس نشان دادند که جاذب رطوبت در سیستمهای دسیکنت سرمایشی یکی از مهمترین عوامل موثر برضریب عملکرد می باشد که باید به درستی انتخاب شود[1] . کاوشیک و یاداو با مطالعه دسیکنتهای ترکیبی نشان دادند که این سیستمها در مقایسه با سیستم تراکمی بخار در حدود 25 درصد مصرف انرژی را کاهش می دهند [2]. دای و همکارانش مقایسه ای بین سیستمهای تبرید ترکمی و تبرید تراکمی به همراه دسیکنت و سرمایش تبخیری انجام دادند[3]. مطالعات آنها نشان داد که در صورت استفاده از سیستم تبرید تراکمی به همراه دسیکنت و سرمایش تبخیری، ضریب عملکرد در حدود 20 تا 30 درصد افزایش می یابد. نیو و ژانگ با ارائه مدل ریاضی انتقال حرارت و جرم دوبعدی برای چرخ دسیکنت به بررسی اثر ضخامت دیواره چرخ دسیکنت بر سرعت دورانی بهینه، انتقال حرارت و رطوبت در آن پرداختند[4]. مطالعات آنها نشان می دهد که سرعت بهینه چرخش دسیکنت به ضخامت دیواره وابسته است. ژانگ و همکارانش انتقال حرارت و جرم را در سیکل زمانی 512 ثانیه ای (در 128 ثانیه اول فرایند احیا در چرخ دسیکنت صورت می گیرد) مورد بررسی قرار دادند[5]. بررسیهای آنها نشان داد که در ابتدای فرایند رطوبت زدایی از هوا، بدلیل بالا بودن دمای سطح دسیکنت، هوا مقداری از رطوبت را جذب می کند. ژیمینگ و همکارانش به مطالعه پارامتری شکل المانهای دسیکنت پرداختند [6]. آنها نشان دادند شکل مقطع المانهای چرخ دسیکنت تا 20 درصد در ظرفیت رطوبت زدایی اثر دارد‍. نتایج آنها دلالت بر آن دارد که شکل المانهای سینوسی بیشترین میزان ظرفیت رطوبت زدایی را دارد و پس از آن المانهای مثلثی و شش ضلعی دارای ظرفیت رطوبت زدایی بالایی هستند. کامارگو و همکارانش نشان دادند که با افزایش نسبت هوای احیا به هوای برگشتی، رطوبت هوای خروجی از چرخ دسیکنت کاهش می یابد در حالی که دمای هوای خروجی از آن افزایش می یابد[7]‍. همچنین افزایش دمای احیا باعث کاهش نسبت رطوبت هوای خروجی از دسیکنت می شود. پاسن و همکارانش به مدلسازی یک بعدی چرخ دسیکنت پرداختند و برای حل معادلات از نرم افزار استفاده کردند [8]. آنها پارامترهای خروجی مختلف را با 2 درصد اختلاف نسبت به داده های آزمایشگاهی بدست آوردند. همچنین اثر عوامل مختلف بر بازده رطوبت زدایی چرخ دسیکنت را در شرایط مختلف مورد بررسی قرار دادند. پهلوانزاده و زمزمیان ، به مدلسازی دو بعدی چرخ دسیکنت پرداخته و به بررسی اثر سرعت هوای ورودی و ضریب تصحیح آکرمن پرداختند[9]. بررسیهای آنها نشان داد که سرعتهای هوای ورودی بین 1 تا 10 متر بر ثانیه، تاثیر بسزایی روی نسبت رطوبت هوای خروجی دارد. همچنین تاثیر ضریب تصحیح آکرمن برای انتقال حرارت، در حدود 4 درصد می باشد. وانگ و همکارنش بررسیهایی را در زمینه دسیکنتهای کامپوزیتی انجام دادند و آن را با دسیکنتهای معمول (سیلیکاژل) مقایسه نمودند [10]. بررسیهای آنها نشان داد که میزان رطوبت زدایی دسیکنتهای کامپوزیتی نسبت به دسیکنتهای سیلیکاژلی به ازای دماهای ورودی یکسان، تقریبا دو برابر می باشد‍. دلفانی و همکارانش، سیکل سرمایشی دسیکنت را مدلسازی کردند [11]. آنها امکان سنجی استفاده از این سیکل را در برخی از شهرهای ایران مورد بررسی قرار دارند. مطالعات آنها نشان داد که سیکل سرمایشی دسیکنت در بسیاری از مناطق ایران با هدف دستیابی به آسایش حرارتی، می تواند مورد استفاده قرار گیرد. 1-6 اهداف پایان نامه هدف این تحقیق آشنایی اولیه با انواع سیستمهای شامل چرخ دسیکنت و نیز تحلیل رفتار چرخ دسیکنت در شرایط مختلف است. برای تحلیل رفتار چرخ دسیکنت، مدلسازی ریاضی و شبیه سازی عددی دوبعدی انجام می شود. لازمه تحقق این هدف شناخت کامل اجزاء سیستم و بررسی چگونگی انتقال جرم و حرارت در چرخ دسیکنت می باشد. با استفاده از شبیه سازی عددی معادلات حاکم، موارد زیر مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرند. 1- یافتن سرعت دورانی بهینه چرخ. 2- اثر ضخامت دیواره بر عملکرد چرخ دسیکنت. 3- اثر سرعت هوای ورودی بر بازده رطوبت زدایی. 4- یافتن طول بهینه کانال. 5- اثر زاویه قطاع فرایند جذب، بر بازده رطوبت زدایی. 6- تاثیر دمای احیا بر عملکرد چرخ دسیکنت. 7- اثر شرایط محیطی بر بازده رطوبت زدایی چرخ دسیکنت. 8- عملکرد چرخ دسیکنت در اقلیمهای مختلف آب و هوایی ایران. در فصل بعد به معرفی چرخ دسیکنت پرداخته شده است. فصل دوم چرخ دسیکنت و سیستمهای شامل آن 2-1 مقدمــه با توجه به اهمیت شناخت کامل سیستم دسیکنت، در این فصل به بررسی چرخ دسیکنت، انواع جذب کننده های جامد و مایع و انواع سیستمهای دسیکنت جامد پرداخته شده است. 2-2 چرخ دسیکنت چرخ دسیکنت از مواد ریز جاذب که معمولا سیلیکاژل ، اکسید کلسیم، سولفات کلسیم، سیلیکاتهای تیتانیوم و یا برخی از زئولیت ها (یک ماده معدنی شامل سیلیکاتهای آبدار) می باشد، ساخته شده است. مواد خشک کننده در یک سازه نگهدارنده فیبری که شبیه مقوای چین دار و خمیده است، انباشته می شود و شکل آن شبیه به یک چرخ و یا یک روتور چرخ مانند با سازه سبک وزن با هسته مشبک یا لانه زنبوری و مواد دیر سوز می باشد [12]‍. شکل (2-1) طرحواره چرخ دسیکنت را نشان می دهد. چرخ دسیکنت به آرامی می چرخد و در حین چرخش دو فرآیند رطوبت زدایی و احیا در آن صورت می گیرد. چرخ در فرآیند جذب، رطوبت موجود در هوا را براساس اختلاف فشار جزئی بخار بین سطح دسیکنت و هوا جذب می کند. هنگامی که فشار جزیی بخار سطح دسیکنت پایین تر از فشار جزئی بخار هوای عبوری از آن باشد، تا هنگام برقراری تعادل فشار، رطوبت موجود در هوا توسط دسیکنت جذب می شود. دسیکنت پس از جذب رطوبت اشباع می شود و دیگر قادر به رطوبت زدایی از هوا نخواهد بود. شکل2-1 طرحواره چرخ دسیکنت در فرآیند احیا قسمتی از چرخ که به حالت اشباع رسیده در معرض هوایی با دمای بالاتر قرار می گیرد. هوا با دمای بالاتر، دارای فشار جزیی بخار پایین تری نسبت به فشار جزیی بخار سطح دسیکنت است. این اختلاف فشار سبب می شود تا انتقال رطوبت از مواد جاذب اشباع به هوای گرم صورت گرفته و در نهایت دسیکنت احیا شود. 2-3 معرفی دسیکنتها همانطور که درفصل قبل بیان شد دسیکنتها زیر مجموعه ای از جذب کننده ها هستند که تمایل به جذب مولکولهای آب دارند. آنها بخار آب را به صورت سطحی یا حجمی جذب می کنند. در هر دو حالت، رطوبت را در دماهای معمول جذب و در خود حفظ می کنند. دسیکنتها هنگامی که گرم می شوند رطوبت را به صورت بخار آب آزاد می کنند. با این تعریف می توان تقریبا تمام مواد را جزء دسیکنتها دانست، زیرا بخار آب را جذب می کنند. ولی از آنجایی که ظرفیت لازم برای جذب بخار آب در مقیاسهای مورد نیاز را ندارند به عنوان دسیکنت شناخته نمی شوند. بعنوان مثال تارهای الیاف قالی می تواند تا 23% (بر اساس جرم خشک) رطوبت را جذب کند، در حالی که یک ماده دسیکنت بسته به نوع و میزان رطوبت موجود در محیط می تواند تا بیش از ده برابر جرم خشک خود بخار آب را جذب نماید [13]. مواد جاذب رطوبت سطحی به آن دسته از مواد جاذب رطوبت اطلاق می شود که معمولا جامد هستند و در فرایند رطوبت زدایی طبیعت فیزیکی و شیمیایی آنها تغییر نمی کند. این مواد رطوبت را از روی سطح خود جذب می کنند و اصطلاحا جذب رطوبت توسط این مواد را جذب سطحی فیزیکی می نامند. مواد جاذب رطوبت حجمی به مواد جاذب رطوبتی که بیشتر به صورت مایع هستند و تغییر در آنها در حین فرایند جذب صورت می گیرد، اطلاق می شود. در این تحقیق مواد جاذب رطوبت سطحی مورد بررسی قرار می گیرند. 2-4 جذب کننده های مایع همانطور که در معرفی دسیکنتها بیان شد این جاذبهای رطوبت از نوع حجمی هستند. کلرید لیتیم، کلرید کلسیم و تری اتیلن گلیکول از انواع جاذبهای مایع می باشند. این مواد در ابتدا به صورت پودر یا جامدهای نرم هستند که آب مستقیما در آنها تقطیر می شود. این افزایش رطوبت تا زمانی ادامه می یابد که این مواد در آب جذب شده حل شوند. برای خشک کردن این مواد محلولهای غلیظ را در هوا اسپری می کنند. در این حالت رطوبت جذب شده محلول را رقیق می کند و در ادامه با گرم کردن، این رطوبت به کلی خارج شده و در نهایت با خنک کردن قابلیت جذب ماده احیا بالا می رود. 2-5 جذب کننده های جامد همانطور که قبلا بیان شد این جاذبهای رطوبت از نوع سطحی هستند. سیلیکاژل، آلومین فعال شده، غربال مولکولی و کامپوزیتها از انواع جاذبهای جامد می باشند. میزان جذب رطوبت توسط این مواد متفاوت می باشد و به شرایط کارکرد و خواص هر یک از این جاذبها بستگی دارد [14]. در ادامه به توضیح مختصری در مورد برخی از جاذبهای جامد پرداخته شده است. 2-5-1 سیلیکاژل سیلیکاژل یک ماده معدنی است که به شکل خالص متبلور شده است. به عنوان یک خشک کننده دارای منافذی با اندازه متوسط 24 می باشد. این ماده تا دماهای بالاتر از 105 نیز خاصیت رطوبت زدایی دارد. شکل (2-2) بلورهای سیلیکاژل را نشان می دهد. شکل 2-2 بلورهای سیلیکاژل بهترین محدوده دمایی که می توان از این جاذب استفاده نمود در دماهای بین 21 تا 32درجه سانتیگراد می باشد. همچنین استفاده از این جاذب در رطوبتهای نسبی بالا (بین60 تا90 درصد) مناسب می باشد. 2-5-2 آلومین فعال شده این جاذب متخلخل از نظر عملکرد بسیار به سیلیکاژل شباهت دارد ولی در دماهای پایین نسبت به سیلیکاژل ظرفیت رطوبت گیری کمتری دارد. آلومین فعال شده علاوه بر اینکه برای خشک کردن هوا استفاده می شود برای خشک کردن اکثر گازها با رطوبت نسبی بالا هم استفاده می شود. در شکل (2-3)، بلورهای آلومین فعال شده نمایش داده شده است. شکل 2-3 بلورهای آلومین فعال شده 2-5-3 غربال مولکولی این جاذب برای رطوبت نسبی های پایین (بین 30 تا 35 درصد) موثر می باشد. دمای احیا برای این مواد بین 96 تا 157 درجه سانتیگراد می باشد. علاوه بر این، غربال مولکولی قادر است به پایین ترین دمای نقطه شبنم ( 85-) برسد [15]. شکل (2-4) نمونه ای از این جاذب را نشان می دهد. شکل 2-4 بلورهای غربال مولکول 2-5-4 کامپوزیتها این نوع جاذبها موادی هستند که دارای دو لایه می باشند، یک زمینه اصلی مشبک از جنس سیلیکاژل و یک ماده رطوبت گیر دیگر (کلرید لیتیم) که منافذ آن را پوشانده است. بخاطر ساختار فیزیکی این نوع مواد، می توان آنها را حد وسط بین خشک کننده های جامد و یک نمک خالص رطوبت گیر در نظر گرفت. 2-6 بررسی انواع سیستمهای دسیکنت جامد با توجه به نیازهای طرح، سیستمهای دسیکنت جامد مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. در این بخش به بررسی انواع سیستمهای دسیکنت جامد پرداخته می شود. 2-6-1 سیستم دسیکنت معمولی طرحواره سیستم دسیکنت معمولی در شکل (2-5) نشان داده شده است. در این سیستم، هوای بیرون توسط فن به داخل بخشی از چرخ دسیکنت هدایت می شود. پس از جذب رطوبت هوا توسط جاذب، هوای خشک از آن خارج می گردد. با گردش چرخ، قسمتی از آن که دارای مواد جاذب مرطوب می باشد روبروی کانال هوای داغ قرار می گیرد. سپس با عبور جریان هوای داغ از داخل آن، رطوبت مواد جاذب توسط هوا جذب شده و هوای مرطوب خارج می گردد. شکل2-5 سیستم دسیکنت معمولی 2-6-2 سیستم دسیکنت همراه با بازیابی گرما در این سیستم گرمای محسوس ذخیره شده در چرخ، طی مرحله احیا بعنوان پیش گرم کن مرحله احیا استفاده می شود. همانطور که در شکل (2-6) مشاهده می شود هوای احیا قبل از عبور از هیتر، از بخشی از چرخ که مرحله احیا را پشت سر گذاشته عبور می کند و در این بخش گرمای چرخ را جذب و پیش گرم می شود. در نتیجه گرمای کمتری برای رسیدن به دمای احیای نهایی توسط هیتر مورد نیاز خواهد بود. همچنین در این سیستم هوای خشک خروجی (هوای فرایند)، نسبت به سیستم دسیکنت معمولی خشک تر و خنک تر خواهد بود. شکل2-6 سیستم دسیکنت همراه با بازیابی گرما 3-6-3 سیستم دسیکنت انشعابی این سیستم نیز دارای مکانیزم بازیابی حرارت است و از یک فن برای هوای خشک و مرطوب استفاده شده است. این سیستم در شکل (2-7) نشان داده شده است. علاوه بر خصوصیات سیستم قبلی، بکارگیری یک فن برای دو جریان از خصوصیات بارز این سیستم می باشد. شکل2- 7 سیستم دسیکنت انشعابی 2-6-4 سیستم دسیکنت ترکیبی از این سیستم در مواردی می توان بهره برد که نمی توان هوای مرطوب تولید شده در مرحله احیا را به فضای بیرون منتقل کرد. شکل (2-8) سیستم دسیکنت ترکیبی را نشان می دهد. شکل2-8 سیستم دسیکنت ترکیبی در این سیستم یک پمپ حرارتی وجود دارد که با سیستم ساده ترکیب شده است. در واقع هوای داخل با عبور از کندانسور گرم می شود و به عنوان هوای بازیاب از بخش احیا عبور می کند. سپس با عبور از اواپراتور تا زیر نقطه شبنم سرد می شود و تا حدودی رطوبتش کم می گردد. در نهایت با عبور از چرخ دسیکنت رطوبتش به حداقل می رسد. 2-6-5 سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته در این سیستم هوای مرطوب خروجی به خارج از ساختمان فرستاده می شود. هوایی که قرار است تا حد مطلوب خشک شود، در ابتدا از کندانسور عبور می کند. در این مرحله تا حدودی رطوبتش را از دست داده و در نهایت از دسیکنت عبور می کند. این سیستم را از جهت توسعه یافته بودن از لحاظ صرفه جویی بیشتر در مصرف انرژی نسبت به سیستم ترکیبی، بصورت سیستم رطوبت زدایی ترکیبی توسعه یافته نامگذاری کرده اند. در شکل (2-9) سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته نشان داده شده است. شکل2-9 سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته از جمله سیستمهای دسیکنت ترکیبی توسعه یافته، شکل (2-10) می باشد. این سیستم برای مواردی مناسب است که نمی توان هوای مرطوب حاصل از فرایند احیا را به فضای بیرون ساختمان منتقل کرد. هوای خشک ساختمان از دو منبع فراهم می شود: 1- هوای خشک شده توسط دسیکنت 2- هوایی عبوری از کندانسور. در واقع بخشی از هوای عبوری از کندانسور، توسط فن برای هوای داخل و بخشی برای فرایند احیا استفاده می شود. شکل2-10 نمونه دیگری از سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته 2-7 اصول سیکلهای متداول سرمایش معمولا سیستمهای دسیکنت سرمایشی به دو صورت متداول هستند. 1- سیکل تهویه 2- سیکل بازگشتی هوای فرایند و احیا را می توان از دو منبع تهیه نمود: هوای خارج و یا هوای برگشتی برای احیا و هوای خارج و یا هوای برگشتی برای فرایند. در این بخش سعی بر آن است که برای وضعیتهای مختلف بررسی ترمودینامیکی نیز انجام پذیرد. 2-7-1 سیکل تهویه در این سیکل هوای خارج منبع هوای فرایند بوده و هوای برگشتی برای احیا مورد استفاده قرار می گیرد (شکل2-11). بطور کلی سیکلهای سرمایشی دسیکنت از دو بخش رطوبت گیری و احیا تشکیل شده است. در شکل (2-12) نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه نشان داده شده است. در این سیکل هوای فرایند در دمای هوای بیرون (نقطه 1) وارد چرخ دسیکنت می شود و در نتیجه دمای آن افزایش و رطوبتش کاهش می یابد. این هوا از یک مبدل حرارتی عبور می کند و با ثابت ماندن میزان رطوبت، دمایش کاهش می یابد (نقطه 3). شکل2-11 سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه ای هوا در نقطه 3 دارای دمای پایین تری نسبت به هوای خارج است. با انجام فرایند سرمایش تبخیری روی این هوا دمای آن تا نقطه 4 (دمای هوای ورودی به ساختمان) کاهش می یابد. شکل2-12 نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه ای هنگامی که هوا وارد ساختمان می شود دمایش تا نقطه 5 افزایش می یابد. برای تامین هوای احیای چرخ دسیکنت نیز از هوای برگشتی از ساختمان استفاده می شود. این هوا در ابتدا با رطوبت زنی دمایش کاهش می یابد تا در مبدل حرارتی برای پیش سرد کردن هوای خروجی از چرخ دسیکنت استفاده شود. هوای خروجی از مبدل حرارتی (نقطه 7) با عبور از هیتر تا رسیدن به دمای احیای چرخ دسیکنت گرمادهی می شود (نقطه 8). مشاهده می شود که اگر هیتر در این سیستم لحاظ نمی شد، دما تا نقطه 7 افزایش می یافت که این دما مناسب برای خشک کردن دسیکنت نمی باشد. با عبور هوای احیا از چرخ دسیکنت، رطوبت چرخ جذب شده و هوا مرطوب می گردد. هوای مرطوب پس از خروج از چرخ به محیط خارج تخلیه می گردد. 2-7-2 سیکل بازگشتی در این سیکل هوای بازگشتی از فضای مورد تهویه، منبع هوای فرایند می باشد و هوای خارج برای احیا مورد استفاده قرار می گیرد. شکل (2-13) طرحواره سیکل دسیکنت در حالت بازگشتی را نمایش می دهد. شکل2-13 سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی در سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی، جریان هوای احیا از هوای محیط تامین می شود و هوای خروجی از ساختمان در یک سیکل بسته برای رطوبت گیری به چرخ دسیکنت (نقطه 1) بازگردانده می شود. در شکل (2-14) نمودار سایکرومتریک فرایندهای سرمایشی جاذب رطوبت در حالت بازگشتی نشان داده شده است. رطوبت هوای برگشتی از ساختمان با عبور از چرخ دسیکنت کاهش یافته و دمای آن افزایش می یابد (نقطه 2). دمای این نقطه با عبور از مبدل حرارتی بدون اینکه رطوبتی به آن اضافه شود، کاهش می یابد (نقطه 3). بعد از این مرحله طی یک فرایند سرمایش تبخیری مستقیم، دمای آن تا نقطه 4 (دمای ورودی به ساختمان) کاهش می یابد. در فرایند احیا ابتدا دمای هوای محیط طی یک فرایند سرمایش تبخیری مستقیم کاهش می یابد (نقطه 6). این هوا در مبدل حرارتی برای پیش سرد کردن هوای خروجی از چرخ دسیکنت استفاده می شود و دمایش با عبور از مبدل حرارتی افزایش می یابد. دمای خروجی از مبدل( نقطه 7) با عبور از گرم کن تا رسیدن به دمای احیا افزایش می یابد تا برای خشک کردن و احیای چرخ دسیکنت استفاده شود. شکل2-14 نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی 2-8 سیکلهای سرمایش توسعه یافته سیکلهای توسعه یافته در واقع اصلاح شده سیکلهای استاندارد سرمایش دسیکنت (تهویه و بازگشتی) هستند و روی اجزای مختلف سیکل تغییراتی اعمال شده تا بتوان به ضریب کارایی بالاتری دست یافت. در این قسمت به معرفی چند نمونه از این سیکلها پرداخته شده است. 2-8-1 سیکل سرمایشی revers این سیکل سرمایشی در سال 1985 توسط مکلاین-کراس معرفی شد. در این سیکل بجای سیستمهای تبخیری خنک کننده متداول هوا، از برج خنک کننده و کویل سرد استفاده شده است. همانند سیکلهای قبلی رطوبت هوا با عبور از چرخ دسیکنت کاهش می یابد. سپس با عبور از مبدل حرارتی طی یک فرایند نسبت رطوبت ثابت، دمایش کاهش می یابد. شکل2-15 سیکل سرمایشی revers پس از این مرحله همانطور که در شکل (2-15) نشان داده شده، هوای خروجی از مبدل با هوای برگشتی ترکیب شده تا باز هم دمایش کاهش یابد. برای اینکه دمای هوا مجددا کم شود آنرا از یک کویل سرد نیز عبور می دهند. قسمتی از هوای خروجی از کویل برای استفاده در برج خنک کن استفاده می شود و بقیه به فضای تهویه شونده منتقل می شود. از طرفی هوای منتقل شده به برج سبب می شود دمای آب کاهش یابد تا در کویل سرد مورد استفاده قرار گیرد. این سیکل دارای ضریب عملکرد حدود 25/1 می باشد و نسبت به سیکلهای قبلی دارای ضریب عملکرد بالاتری می باشد [16]. 2-8-2 سیکل سرمایشی dinc واگمن و کتلبرگ در سال 1987 سیکل سرمایشی dinc را معرفی نمودند. در این سیکل علاوه بر یک خنک کننده تبخیری مستقیم، از یک خنک کننده تبخیری غیرمستقیم نیز استفاده شده است. این سیکل دارای ضریب کارایی 1/1 تا 93/1 (بسته به نوع ماده جاذب) می باشد. در این سیکل بخشی از هوای برگشتی با هوای خروجی از مبدل ترکیب می شود و دمایش کاهش می یابد. هوای مخلوط شده به عنوان هوای ثانویه درخنک کننده تبخیری غیرمستقیم استفاده می شود تا دمای هوای مصرفی را کاهش دهد. شکل2-16 سیکل سرمایشی dinc 2-8-3 سیکل سرمایشی sens مکلاین-کراس در سال 1988 سیکل سرمایشی به نام sens معرفی نمودند. این سیکل مشابه سیکل سرمایشی revers می باشد. با این تفاوت که علاوه بر اینکه برای تامین هوای احیا از هوای خارج استفاده می شود، در این سیکل از دو مبدل حرارتی استفاده شده است. هوای خروجی از اولین مبدل حرارتی مجددا وارد مبدل دوم می شود. در واقع با این کار دمای هوای خروجی در دو مرحله کاهش می یابد. شکل (2-17) سیکل سرمایشی sens را نمایش می دهد. استفاده از این سیکل بخاطر داشتن دو مبدل دارای هزینه های اولیه بالاتری نسبت به سیستمهای بیان شده می باشد که با توجه به نیاز به سرمایش قابل بررسی می باشد [14]. شکل2-17 سیکل سرمایشی sens 2-9 استفاده از انرژی خورشیدی امروزه یکی از مهمترین اهداف، صرفه جویی در مصرف انرژی می باشد. در سیکلهای سرمایشی نیز می توان برای تامین گرمای احیا از انرژی خورشیدی استفاده نمود. علاوه بر بحث صرفه جویی در مصرف انرژی به دلیل پایین بودن دمای احیا برای سیلیکاژل ( معمولا 60 تا 77 درجه سانتیگراد) استفاده از انرژی خورشیدی در ساعات آفتابی بسیار مناسب می باشد[14]. البته سیستمهای مجهز به جمع کننده های خورشیدی یک مشکل اساسی دارند. برای داشتن بیشترین بازده لازمست که جمع کننده های خورشیدی روی بام نصب شوند. با توجه به اینکه بقیه تجهیزات سرمایش در زیر زمین قرار می گیرند نیاز به کانال کشی زیادی می باشد. در زمینه استفاده از انرژی خورشیدی مطالعات گسترده ای انجام گرفته که برخی از آنها عبارتست از: فیتلا و همکارانش بر روی سیستمهای بازیافت حرارت مطالعه نمودند. این مطالعه بر روی یک سیستم انرژی خورشیدی بود که بوسیله محلول برمید لیتیم سرما ایجاد می کرد. نتایج بررسیها نشان داد استفاده از انرژی خورشیدی سبب شده ضریب عملکرد در حدود 20 درصد نسبت به حالت معمول افزایش یابد [17]. هنینگ و همکارانش ، استفاده از انرژی خورشیدی برای تامین گرمای احیا در سیستمهای سرمایش دسیکنت را بررسی کردند. نتایج آنها نشان می دهد استفاده از این سیستمها بخصوص در مناطق گرم و خشک مصرف انرژی را به شدت کاهش می دهد. برای سیستمهای ترکیبی مورد مطالعه استفاده از انرژی خورشیدی تا ?? درصد کاهش مصرف انرژی را به دنبال داشته است [18]. هالیدی و همکارانش ، استفاده از انرژی خورشیدی برای تامین گرمای احیا در سیستمهای سرمایش دسیکنت، جهت شرایط آب و هوایی شمال غرب اروپا را مورد بررسی قرار دادند. نتایج تحقیقات آنها نشان می دهد که در مناطق مورد بررسی، سیستم دسیکنت همراه با جمع کننده های خورشیدی موجب کاهش مصرف انرژی می شود [19]. فصل سوم معادلات حاکم 3-1 مقدمــه در دهه های اخیر مطالعات زیادی روی مدلسازی چرخهای دسیکنت صورت گرفته است. تحلیل این چرخها با روشهای تجربی، نظری و عددی امکان پذیر است. نتایج تحلیل عددی به نتایج تجربی نزدیکتر است ولی این اشکال را دارند که برای حل آنها زمان بیشتری صرف می شود ]13 .[در این فصل ابتدا به مدلسازی ریاضی چرخ دسیکنت پرداخته شده و در ادامه معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال و ماده دسیکنت ارائه شده اند. 3-2 مدلسازی ریاضی در شکل (3-1) طرحواره چرخ دسیکنت از نمای روبرو نمایش داده شده است. چرخ به دو بخش جذب رطوبت (نسبت زاویه ) و بخش احیا (نسبت زاویه ) تقسیم شده است. بطور کلی چرخ از تعداد زیادی کانال جریان تشکیل شده است. شکل کانالها بستگی به نوع فرایند ساخت چرخ دارد. کانالها ممکنست به صورت مستطیلی، مثلثی و یا سینوسی باشند. در مدل مورد بررسی شکل کانالها سینوسی می باشد. معمولا جنس کانالها از یک ماده جاذب رطوبت مانند سیلیکاژل، اکسید آلومینیوم فعال شده، غربال مولکولی و... می باشد. نسبت دسیکنت به کل ماده چرخ می باشد و معمولا دارای مقدار 7/0 تا 8/0 است. در مدل مورد مطالعه، پخش حرارت و پخش رطوبت در دو جهت محوری و ضخامت دیواره دسیکنت مورد بررسی قرار می گیرد. انتقال رطوبت به دو صورت پخش سطحی و پخش از نوع بخار (ترکیب پخش نادسن و پخش معمولی ) انجام می شود. این مدلسازی بر پایه فرضیات زیر انجام شده است: - جریان هوا یک بعدی فرض شده است. - از هدایت رسانشی و پخش جرم در جهت محوری در سیال صرفنظر شده است. - هیچ گونه انتقال سیال از یک کانال به کانال دیگر وجود ندارد. - خواص ترمودینامیکی در دسیکنت ثابت در نظر گرفته می شود. شکل 3-1 نمای روبروی چرخ دسیکنت بر اساس فرضیات فوق، مدلی بصورت دو بعدی و گذرا در نظر گرفته می شود. این مدل بصورت طرحواره در شکل (3-2) نشان داده شده است. با توجه به اینکه چرخ از تعداد زیادی کانال تشکیل شده است و در یک امتداد مشخص کانالها روی هم قرار دارند، پس می توان با توجه به شرایط تقارن، وسط ضخامت دسیکنت را عایق در نظر گرفت و تحلیلها را انجام داد. 3-3 معادلات حاکم در این بخش به بررسی و بدست آوردن معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال و معادلات حاکم بر ماده دسیکنت پرداخته شده است. در شکل (3-2) حجم کنترل دیفرانسیلی در یکی از کانالهای چرخ نمایش داده شده است. شکل3-2 نمایی از یک کانال 3-3-1 معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال 3-3-1-1 معادله بقای انرژی با انجام موازنه انرژی روی حجم کنترل در نظر گرفته شده (شکل 3-2)، داریم: نرخ انرژی تولیدی + نرخ انرژی خروجی - نرخ انرژی وروی = نرخ تغییرات انرژی (3-1) نرخ انرژی ورودی به حجم کنترل، شامل نرخ انرژی ورودی توسط هوا