توربینهای گاز با توجه به نیاز روز افزون بشر به انرژی، مورد توجه محققین بسیاری در سالهای اخیر بوده اند. لذا اطلاع داشتن از پدیده هایی که در عبور جریان از پره های توربین گاز اتفاق می افتد بسیار حائز اهمیت است. بدین منظور در این پروژه اثر تعدادی از پارامترهای مختلف موثر در جریان بر روی پره های استاتور توربین گاز با استفاده از نرم افزار cfx به شکل سه بعدی بررسی شده اند. در اینجا به طور خلاصه به تعدادی از این نتایج اشاره میشود. شبکه عددی بعنوان یکی از پارامترهایی که مورد بررسی قرار گرفته اند تاثیر زیادی بر دقت نتایج دارد. بدین منظور استقلال از شبکه بعنوان نقطه شروع کار برای سه شبکه مختلف بررسی شده است. تعیین مدل جریان مغشوش عامل مهم دیگری است که در این پروژه به آن توجه ویژه شده است. چهار مدل k-?، k-?، sst و rsm برای بررسی خصوصیات انتقال حرارت و آیرودینامیک پره استاتور c3x بدون کانالهای خنک کاری مورد استفاده قرار گرفته اند. در پیش بینی توزیع فشار اطراف پره این چهار مدل نتایج یکسانی را نشان میدهند که همگی با داده های آزمایشگاهی تطابق خوبی دارند. اما در بررسی توزیع دما اطراف پره مدل دو معادله ای sst نتایج بهتری را در مقایسه با نتایج تجربی ارائه میکند بطوریکه خطای آن کمتر از 5/1 درصد است. در این پروژه اثر تغییر شدت اغتشاش ورودی بر روی خصوصیات آیرودینامیک و انتقال حرارت جریان در مقطع میانی و در دیواره های بالا و پایین پره بررسی شده اند. با افزایش شدت اغتشاش انتقال حرارت از پره بهبود می یابد ولی در دیواره های بالا و پایین پره انتقال حرارت کاهش می یابد. عبارت کار لزج بعنوان آخرین پارامتری است که در این پروژه اثر آن بررسی شده است. این عبارت در معادله انرژی حاکم بر سیال وجود دارد و تاثیر آن در جریانات با سرعت بالا قابل ملاحظه است. بررسیهای انجام شده در این پروژه نشان میدهد که هرچه شدت اغتشاش ورودی جریان بیشتر باشد، اثر عبارت کار لزج نیز بیشتر است. از نکاتی که در این پروژه به آن توجه شده است بررسی اهمیت هر کدام از پارامترهای بررسی شده در مقایسه با یکدیگر است. بدین معنی که کدام پارامترهای عمده جریان بهنگام مدلسازی جریان بر روی پره های توربین گاز از اهمیت بیشتری برخوردارند. تعیین مدل مغشوش مناسب کلیدی ترین پارامتر در تحلیل جریان مغشوش توربینهای گازی است و پس از آن شدت اغتشاش ورودی نقش تعیین کننده ای در مدلسازی دارد. شبکه عددی و در نظر گرفتن عبارت کار لزج بترتیب از اهمیت پایینتری برخوردارند. مطلب دیگری که در مقالات علمی کمتر به آن توجه میشود مدلهای مختلف تنش رینولدز rsm است که در این پروژه مقایسه ای بین این مدلها انجام شده است. تفاوت عمده این مدلها بر اساس استفاده از معادله ? یا ? میباشد که نتایج مدل مبتنی بر معادله ? در مقایسه با سایر مدلها بهتر است. اما نتایج این مدل تا حد زیادی به نتایج مدل sst نزدیک است ولی از آنجا که همگرایی در این مدلها سخت تر و زمانبرتر است لذا استفاده از آن بجای مدل دو معادله ای sst توصیه نمیشود.

در کار حاضر اثر زبری سطح بر جریان آرام سیال در میکروکانال مورد بررسی قرار گرفته است. جریان با توجه به مقدار عدد نودسن (1/0 >kn>01/0) پیوسته و با شرایط مرزی لغزشی در دیواره در نظر گرفته شده است. معادلات ناویر استوکس به صورت عددی و با روش حجم محدود حل شده اند. جریان با توجه به مقدار عدد ماخ (3/0 >> ma) و تغییرات ناچیز دما در طول کوتاه کانال، تراکم ناپذیر و با چگالی ثابت فرض شده است. از هوا به عنوان سیال داخل کانال استفاده شده است. نتایج حل های تحلیلی و عددی انجام شده در این پروژه، برای کانال بدون زبری با یکدیگر مقایسه شده اند و خطای قابل قبول کمتر از 1% برای عدد پوازیه و سرعت خط مرکزی جریان بدست آمده است. زبری به صورت یک سری موانع متناوب با هندسه پایه مثلثی، بر روی دیواره کانال دوبعدی مدل شده است. تاثیر تغییر ارتفاع زبری از یک تا شش درصد قطر کانال، تغییر پهنای المان از یک تا سی برابر ارتفاع المان، تغییر فاصله بین المان ها از صفر تا حدود هشت برابر پهنای المان و تغییر پهنای نوک المان از صفر تا پهنای قاعده المان بر روی لغزش و عدد پوازیه کانال مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین اثر تغییر المان دوبعدی به سه بعدی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. تغییر پهنا و ارتفاع المان ها به صورت همزمان و برای المان مثلثی انجام شده است، به عبارت دیگر برای هر ارتفاع حالات مختلف پهنا نیز منظور شده است. در تغییر فاصله بین المان های زبری از یک المان مثلثی با ارتفاع و پهنای قاعده ثابت استفاده شده است. در تغییر پهنای نوک المان زبری از یک المان با پهنای قاعده و زبری نسبی (ra) ثابت استفاده شده است و ارتفاع المان با توجه به تغییر المان از حالت مثلثی به ذوزنقه ای و سپس به مربعی و لزوم ثابت ماندن ra، تغییر می کند. در تغییر المان از حالت دوبعدی به سه بعدی، یک المان زبری مثلثی با ارتفاع، پهنای قاعده، پهنای نوک و فاصله مشخص در راستای z کشده شده است و یک زبری نواری شکل در جهت عمود بر جهت جریان ایجاد شده است. نمونه ای از سطوح واقعی با این نوع زبری نیز معرفی شده است. نتایج نشان می دهد تغییر این پارامتر های زبری می توانند پیش بینی لغزش و عدد پوازیه را در عدد نودسن مشخص به ترتیب تا حدود 100% و 27% با خطا روبرو کنند. نتایج کلیه حالات در قسمت توسعه یافته محلی کانال مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. برای تعدادی از کانال های تحلیل شده مقدار عدد پوازیه کانال در قسمت در حال توسعه با قسمت توسعه یافته مقایسه شده است و حدود 38% اختلاف بدست آمده است. با توجه به این که بسیاری از پروفیل های سطوح واقعی را می توان با المان های مثلثی بدون فاصله تقریب زد، می توان پارامتر های جریان عبور کننده از روی سطوح واقعی را با استفاده از نتایج موجود پیش بینی کرد. اما با توجه به این که المان های مثلثی سطوح واقعی دارای نسبت های قاعده به ارتفاع و ارتفاع های مختلف، حتی در یک نمونه هستند، باید از ارتفاع و پهنای المان های آنها متوسط گیری کرد. سپس با توجه به مقادیر متوسط هندسی، لغزش و عدد پوازیه از روی نتایج موجود بدست می آید. نتایج پیش بینی چند نمونه سطح واقعی، با مقادیر بدست آمده از حل عددی مستقیم این سطوح واقعی، مقایسه شده و خطای کمتر از 10% بدست آمده است.

نانوسیال عبارت است از مخلوط نانوذرات در یک سیال پایه. نانوسیالات، به دلیل هدایت حرارتی بالای غیر عادی ای که دارند، سیالات نوید بخشی برای افزایش انتقال حرارت هستند. در حال حاضر تفاوت های قابل توجهی در داده های رسانش حرارتی و گرانروی نانوسیالات در مطالعات گوناگون وجود دارد و مکانیزم های افزایش رسانش حرارتی نانوسیالات هنوز به طور کامل قابل درک نیستند. در بخش اول این پایان نامه، مروری بر جزئیات مطالعات گوناگون بر روی ویژگی های ترموفیزیکی نانوسیالات صورت گرفته است. مطالعات تجربی زیادی بر حسب تأثیرات بعضی پارامترها نظیر غلظت حجمی ذره، اندازه ذره و دما روی ضریب رسانایی و گرانروی نانوسیالات توسط محققان انجام شده است. در قسمت دوم این پژوهش رابطه ای نیمه تجربی برای رسانایی حرارتی موثر نانوسیالات بر اساس پوشش سطح مشترک ذره- سیال و حرکت براونی به دست آمده است. در مقایسه با مدل های مرسوم، مدل جدید ارائه شده تنها به ضریب رسانایی سیال و ذره جامد و کسر حجمی آن ها وابسته نیست بلکه به اندازه ذرات، دما و ویژگی های نانولایه نیز بستگی دارد. یک رابطه نیمه تجربی نیز برای پیش بینی لزجت دینامیکی نانوسیالات بر اساس تأثیرات دما، اندازه و کسر حجمی ذرات ارائه شده است. نتایج حاصل از مدل های حاضر برای ضریب رسانش حرارتی موثر و گرانروی نانوسیالات آب/ cuo، آب/ al2o3 و آب/ tio2مطابقت خوبی با نتایج تجربی نشان می دهند. تحقیق در مورد جابجایی آزاد نانوسیالات به خاطر کاربردهای عملی آن ها در تجهیزات انتقال حرارت از اهمیت بسیاری برخوردار است. هدف از پایان نامه حاضر بررسی عددی تأثیرات ویژگی های متغیر بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیالات با سیال پایه آب است. در این میان اثرات ترموفورسیز نانوذرات و دوفور بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیالات به طور همزمان بررسی شده است. با استفاده از فرمول بندی دوپخشی، ترکیب اثرات حرکت براونی، ترموفورسیز و دوفور بر تغییرات انتقال گرما و عدد ناسلت جابجایی آزاد در محفظه های مستطیلی با دیواره های دما ثابت نیز به طور عددی بررسی شده است. برای حل عددی معادلات حاکم از روش حجم کنترل استفاده شده است. هم چنین از روش اختلاف مرکزی برای تقریب ترم های دیفیوژن و جابجایی و سایر جمله ها بهره برده ایم. از روش ضمنی با گسسته سازی مرتبه دوم مکانی و الگوریتم simple برای حل معادلات استفاده شده است. نتایج عددی حاصل با نتایج تجربی و عددی دیگران مقایسه شده است و مطابقت خوبی به ویژه با داده های آزمایشگاهی مشاهده می شود. این مطابقت می تواند نشان دهنده اعتبار مدل دو پخشی حاضر در توجیه رفتار انتقال گرمای نانوسیالات باشد.