در این پایان نامه از روش کسر حجمی سیال برای شبیه سازی جریان سیال تحت رژیم های مختلف آرام و آشفته در شرایط دو فازی (گاز- سیال) و به صورت متغیر با زمان در درون مخزن با سطح زیرین متحرک استفاده شده است. مخزن را دو بعدی به ابعاد 1m 1m با شبکه بندی 100 100 با تعریف شرایط مرزی به صورت دیواره های مجانب ساکن و دیواره زیرین متحرک و سطح بالایی را تحت شرایط فشار اتمسفریک در نظر میگیریم. تمام گردابه های ایجاد شده در مخزن به صورت عددی مدل و آنالیز شده است. نتایج بدست آمده از نرم افزار فلوئنت درحالت شبیه سازی تحریک سینوسی مخزن تطابق خوبی را با داده های آزمایشگاهی و کد نشان می دهند. مدل استفاده شده برای شبیه سازی جریان توربولانت مدل استاندارد می باشد و حل معادلات ممنتوم با روش بالاوزش مرتبه دوم و معادلات کسر حجمی به روش بازسازی سطح آزاد و معادلات انرژی جنبشی و اتلافی اغتشاشی از روش بالاوزش مرتبه اول و روش کنترل حل پیزو استفاده شده است. جریان آرام مطابق انتظاردر زمان زودتر به حل پایدار می رسد ، حال آنکه جریان آشفته در زمان مشابه در بخش میانی حل می باشد. از مقایسه جواب های حالت های پایدار در می یابیم که سیرکولاسیون حاصله در حالت آرام به دیواره سمت راست نزدیک تر و جریان در گوشه پایینی سمت راست تیزتراست . سیرکولاسیون ایجاد شده در جریان آرام متقارن تر است که این نتیجه از نمودارهای توزیع مولفه افقی سرعت نیز حاصل می شود. سرعت سطح آزاد در حالت آشفته در ارتفاع بیشتری به صفر می رسد. در این پایان نامه نتایج حاصله از تغییرات ضریب درگ و تنش برشی در طول صفحه زیرین متحرک و تغییرات ضریب درگ در طول دیواره جانبی سمت چپ در حالت آرام و آشفته بدست امده اند. پروفیل خطوط جریان وسطح آزاد در بازهای زمانی مختلف تا رسیدن به حالت دائمی شبیه سازی و با هم مقایسه گردیده اند. همچنین با تغییر سرعت سطح زیرین و میزان ارتفاع سیال مخزن رفتار جریان سیال مورد بررسی قرار گرفته است.

جریان و انتقال حرارت در سیالات بین دو استوانه ی هم مرکز که یکی یا هردو دارای حرکت دورانی حول محور استوانه ها هستند، همراه با تغذیه سیال عمود بر سطح مقطع استوانه ها، که رژیمی مرکب از حرکت های محوری و دورانی سیال را به وجود می آورد، از بعد علمی و فنی دارای اهمیت بسیاری است. جریان هایی به این صورت، در بسیاری از سیستم های مکانیکی، مانند یاتاقان ها، موتورهای الکتریکی با تهویه محوری ( جریان هوا بین روتور و استاتور )، مبدل های حرارتی دوار، مته های چاه های نفت و ... کاربرد دارند. در این تحقیق سعی شده است که با شبیه سازی شرایط یک سیستم صنعتی ( رولیک های خنک شونده با آب مورد استفاده در صنعت فولاد )، جریان آرامی از سیال که ابتدا وارد یک لوله ( استوانه داخلی ) و سپس وارد یک حلقوی با دیواره خارجی داغ در حال دوران می شود، مدل سازی شده و شرایط تغییرات دمایی و نرخ انتقال حرارت در طول جریان بررسی شود. بررسی ترموفلوید چنین سیستمی، با حداقل تغییرات نسبت به هندسه سیستم صنعتی و شرایط مرزی آن تا حد امکان، از جنبه های جدید پژوهشی این تحقیق است. فصل های اول و دوم به مروری بر تحقیقات انجام شده پیشین و معرفی مسأله و معادلات حاکم اختصاص دارد. در فصل سوم یک روش حل تحلیلی برای حل معادلات مومنتوم سه بعدی در ناحیه توسعه یافته هیدرودینامیکی جریان و یک روش برای حل معادله انتقال حرارت در ناحیه توسعه یافته هیدرودینامیکی - در حال توسعه دمایی، ارائه شده است. بخش عمده کار که به روش عددی است، به صورت یک مدل جامع برای کل جریان می باشد که روش آن در فصل چهارم و نتایج آن در فصل پنجم ارائه شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در سرعت های دورانی پایین، چرخش دیواره حلقوی تاثیر ناچیزی روی نرخ انتقال حرارت دارد. همچنین تاثیر این چرخش روی پروفیل جریان محوری نیز کم است که این تاثیر در نواحی ورودی جریان نسبت به ناحیه توسعه یافته چشم گیرتر می باشد.

در این کار اثر استفاده از نانوسیال اکسیدمس به عنوان سیال عامل بر بازده کلکتور خورشیدی صفحه تخت به طور آزمایشی مورد بررسی قرار گرفت. غلظت حجمی نانوذرات 0/4درصد و اندازه ذرات 40نانومتر بود. دبی جرمی سیال عامل از 1تا3کیلوگرم بر دقیقه تغییر می کرد. استانداردashrae به منظور محاسبه بازده مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از نانوسیال اکسیدمس در مقایسه با آب به عنوان سیال عامل بازده را افزایش می دهد. برای دبی 1کیلوگرم بردقیقه افزایش 21/8درصدی در بازده کلکتور را شاهد بودیم. همچنین نتایج نشان داد که انتخاب دبی بهینه تاثیر مهمی بر عملکرد کلکتور دارد.

آیرودینامیک علمی است که عبور جریان هوا را از اطراف اجسام بررسی می کند. روش های تحقیق در این علم در سه شاخه تئوری، عددی و تجربی گسترش یافته است. طراحی بدنه خودرو از نظر آیرودینامیکی و بهبود مستمر آن نیز همواره مورد توجه پژوهشگران و خودروسازان بوده و در این زمینه تحقیقات گسترده ای انجام شده است. علت این توجه تأثیر بسزای یک طراحی آیرودینامیکی خوب در بازده وچگونگی عملکرد خودرو می باشد. در واقع هر موفقیتی که در طراحی آئرودینامیک بدنه خودروها صورت گیرد را می توان به عنوان کمکی در جهت کاهش مصرف سوخت آن خودرو در طول مدت استفاده از آن به حساب آورد. در این تحقیق آیرودینامیک خودرو سمند مورد بحث قرار گرفته و سعی شده است که ضریب درگ آن از دو روش عددی و تجربی محاسبه گردد. هریک از این روش ها مزایا و معایب خود را دارند و در واقع مکمل یکدیگر می باشند. در روش تجربی از تونل باد استفاده شد و سعی گردید با مشابه سازی جریان ضریب درگ خودرو محاسبه شود. مدل استفاده شده در این تحقیق از جنس پلاستیک و با مقیاس می باشد. این کار در رینولدزهای مختلف انجام شد تا صحت انجام کار تأیید شود. در ادامه خودرو سمند به صورت عددی (نرم افزار فلوئنت) مدل شده و ضریب درگ آن از این روش نیز محاسبه شده است. برای مقایسه بهترین روش حل، متدهای مختلف در فلوئنت با هم مقایسه شدند. همچنین ضریب درگ در چند رینولدز مختلف محاسبه و استقلال مش نیز مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به مقایسه نتایج در روش عددی و تجربی پرداخته شده و نمودارها و نتایج کامل ذکر شده است.

مطالعه جریان لایه مرزی یکی از مسائل بنیادی در مکانیک سیالات بشمار می رود، که از دیرباز مورد توجه پژوهشگران این رشته قرار داشته است. تا کنون تحقیقات بسیار زیادی روی جریان لایه مرزی صورت گرفته است که اکثر آنها در خصوص سیالات نیوتنی بوده و سهم اندکی از آنها به سیالات غیر نیوتنی و به ویژه سیالات ویسکوالاستیک پرداخته اند. هدف اصلی این پژوهش شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک، بر مشخصه های لایه مرزی می باشد. در این تحقیق با دو رویکرد عددی و تحلیلی به لایه مرزی ایجاد شده توسط جریان ویسکوالاستیک روی یک صفحه تخت پرداخته شده است. در رویکرد عددی، برای شبیه سازی این جریان، از نرم افزار منبع باز openfoam، که یک جعبه ابزار دینامیک سیالات محاسباتی(cfd) می باشد، استفاده شده است. این نرم افزار از شیوه عددی حجم محدود (fvm) برای حل معادلات با مشتقات جزئی استفاده می کند. در حل عددی از مدل گزیکس، به عنوان مدل ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. جهت اطمینان از پاسخ های روش عددی، استقلال نتایج از شبکه محاسباتی بررسی شده و همچنین پاسخ ها در حالت نیوتنی با حل بلاسیوس مقایسه شده اند. در رویکرد تحلیلی از اصول روش انتگرالی فون کارمن، که یک روش تقریبی در بررسی لایه مرزی سیالات نیوتنی می باشد، استفاده شده است و سعی گردیده روش فوق به سیالات ویسکوالاستیک نیز تعمیم داده شود. برای این کار از مدل cef برای شبیه سازی میدان تنش استفاده شده است. نتایج بدست آمده در هر دو روش مبنی بر ایجاد یک ضخامت محدود در نقطه ابتدایی صفحه بر اثر خاصیت الاستیک، در سیال ویسکوالاستیک می باشد. همچنین ضخامت لایه مرزی و میزان تنش برشی روی صفحه در سیال ویسکوالاستیک کمتر از سیال نیونی می باشد. در حل عددی نشان داده شد که با افزایش عدد الاستیک میزان تنش برشی و اختلاف تنش های نرمال اول و دوم روی دیواره کاهش می یابد و ضرایب درگ در اعداد الاستیک مختلف گزارش شده است. تاثیر ضریب تحرک پذیری در مدل گزیکس روی مشخصه های لایه مرزی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

در این تحقیق، فرآیند تغییر فاز و انتقال حرارت در فرآیند ریخته گری پیوسته مورد تحلیل قرار گرفته است. مختصات قالب ریخته گری که در این مسئله در نظر گرفته شده است بصورت ستونی و با سطح مقطع مربعی شکل است. همچنین شار خروجی از قالب و شرایط آب خنک کننده از قبیل دمای ورودی و پروفیل تغییر دمای آن در طول فرآیند معلوم فرض می شود. در ابتدا برای قالب، با تغییر مختصات کارتزین به مختصاتی که مشابه مختصات قطبی است، معادلات انرژی حاکم برای قسمت های مذاب و جامد و قالب را از حالت دوبعدی به یک بعدی تبدیل می کنیم که با این کار حل معادلات به شکل ساده تری انجام می گیرد و حتی می توان این معادلات را به شکل تحلیلی نیز حل نمود. چون میدان حل در قسمت های مایع و جامد مدام در حال تغییر هستند، معادلات بدست آمده را با انتقال مناسب دستگاه مختصات بصورتی تبدیل می کنیم که میدان حل در مذاب ثابت و بدون تغییر شود. برای انتقال دستگاه مختصات از روش تثبیت مرز استفاده شده است. در نهایت معادلات بدست آمده با استفاده از روش تفاضل محدود گسسته سازی و بصورت عددی مورد تحلیل قرار گرفته اند. همچنین یک حل تحلیلی و با استفاده از روش تکرار متغیر برای این مسئله ارائه شده است. در فصل اول مقدمه ای برای ریخته گری پیوسته و مسائل با مرز متحرک بیان شده است و همچنین مروری بر تحقیقات انجام شده قبلی صورت گرفته است. در فصل دوم به بیان مسئله و معادلات حاکم بر فرآیند تغییر فار در ریخته گری پیوسته پرداخته شده است. در فصل سوم به حل عددی مسئله اختصاص دارد و در فصل چهارم نتایج بدست آمده از این روش ارائه و مورد تحلیل قرار داده شده است. در فصل پنجم و ششم حل تحلیلی مسئله و نتایج آن گزارش شده است. در نهایت در فصل هفتم به نتیجه گیری و پیشنهادات پرداخته شده است. در این تحقیق نتایج برای مقادیر مختلف عدد استفان و سرعت ریخته گری به منظور بررسی تاثیر این پارامترها بدست آورده شده اند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با تغییر مختصات می توان مسئله دوبعدی کارتزین را به یک بعدی تبدیل کرد و مسئله را به شکل ساده تر مورد تحلیل قرار داد. در این تحقیق پارامترهای تاثیرگذار در فرآیند انجماد عبارتند از عدد استفان و سرعت ریخته گری؛ و در اینجا اثر این پارامترها مورد بررسی قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده می توان به این اشاره کرد که با افزایش عدد استفان ضخامت لایه جامد و سرعت انجماد نیز افزایش می یابد.

نیاز روز افزون جهان رو به پیشرفت امروزی به منابع انرژی، و همچنین آلودگی های زیست محیطی ناشی از این تحولات، باعث شده تا نگاه ها به سمت پاک ترین و مناسب ترین منبع انرژی باشد. گاز طبیعی به عنوان یکی از تمیزترین سوخت های فسیلی در جهان شناخته شده و منابع گوناگونی از آن در کره خاکی شناخته شده است. دوری تعداد زیادی از کشورهای صنعتی از این منابع گازی، منجر به پدید آمدن بحث صادرات گاز طبیعی به این مناطق می شود. به طور عمده دو روش برای صادرات گاز طبیعی وجود دارد که مایع سازی گاز طبیعی و کاهش حجم آن به یک ششصدم نسبت به صادرات بوسیله خط لوله در مسافت های طولانی ارجحیت دارد. پژوهش و مطالعه بر روی واحدهای مایع سازی گاز طبیعی جهت بهبود آن ها و کاهش مصرف انرژی در این واحدها اهمیت ویژه ای دارد. اساس کار چیلرهای جذبی بر مبنای استفاده از حرارت برای تولید سرما می باشد که در مواردی این چیلرها توانایی استفاده از تلفات حرارتی جهت تأمین حرارت مورد نیاز خود دارند. بررسی استفاده از چیلر جذبی در نقاط مختلف واحد مایع سازی گاز طبیعی صورت خواهد گرفت و سعی بر کاهش توان مصرفی و یا افزایش میزان تولید گاز طبیعی مایع شده خواهد بود. جهت انجام این مهم، نیاز به شبیه سازی نرم افزاری یک واحد مایع سازی گاز طبیعی می باشد. از چیلر جذبی برای خنک کاری، طی دو طرح استفاده خواهد شد. در طرح اول، اقدام به پیش سرمایش گاز طبیعی نموده و پس از آن گاز طبیعی وارد واحد مایع سازی خواهد شد. این امر موجب سردتر شدن محصول نهایی یا همان گاز طبیعی مایع شده در شبیه سازی شده که می توان با افزایش دبی جریان گرم یا همان گاز طبیعی، شرایط را به وضع اولیه برگرداند که نتیجه آن، افزایش تولید گاز طبیعی مایع شده خواهد بود. در طرح دیگر، چیلر جذبی برای خنک کردن جریان مخلوط مبردها استفاده خواهد شد که منجر به افزایش توان تبرید واحد مایع سازی شده و می توان با افزایش دبی گاز طبیعی، از این میزان توان تبرید اضافی استفاده نمود که منجر به افزایش دبی گاز طبیعی مایع شده خواهد شد. برای اعمال این تغییرات و استفاده از چیلر جذبی در واحد مایع سازی، نیاز به تعدادی از تجهیزات و در مواردی، انرژی مصرفی خواهد بود که هزینه هایی را به واحد تحمیل خواهند کرد. از نتایج حاصله می توان جهت تخمین مدت زمان بازگشت سرمایه های تحمیلی استفاده نمود.

در این تحقیق به بررسی فنی و اقتصادی ایجاد یک ساختمان صفر انرژی پرداخته شده است. در ابتدا به معرفی سیستم های انرژی تجدیدپذیر پرداخته شده است، سپس به تعاریف موجود در مقالات در مورد ساختمان صفر انرژی و بالانس انرژی و معیار ها و دوره های بالانس در این گونه ساختمان ها پرداخته شده است. در ادامه به توصیف روابط حاکم بر تابش خورشیدی و معادلات مربوط به سیستم های فتوولتائیک و کلکتور های خورشیدی پرداخته شده و سپس به معرفی معادلات حاکم بر توربین های بادی و سیستم های انرژی بادی پرداخته شده است. در آخر نیز نتایج محاسبات، بر اساس معادلات حاکم ارائه شده، توسط نرم افزار retscreen برای یک ساختمان نمونه ارائه شده و برای هر مورد آنالیز اقتصادی مفصلی ارائه شده و دوره بازگشت سرمایه و درآمد های حاصل از نصب چنین سیستم های انرژی ای ارائه شده است.

از روش های کاهش اکسیدهای ازت می توان به روش scr که باعث کاهش nox به وسیله تزریق آمونیاک و کاتالیزور می شود و همچنین فرآیند scr با تزریق آمونیاک و اوره اشاره کرد. با توجه به آنکه روش scr هزینه بالاتری نسبت به روش sncr دارد و حمل و نقل و انبارش آمونیاک نسبت به اوره سخت تر می باشد، روش sncr با تزریق اوره کاربردی تر می باشد. با توجه به دلایل فوق به بررسی این روش (sncr با تزریق اوره) و راههای افزایش راندمان آن، که به صورت درصد کاهش nox به nox اولیه تعریف می شود، پرداخته شده است. در این پایان نامه کنترل اکسیدهای ازت خروجی از یک زباله-سوز، به روش یکی از فرآیندهای کاهش اکسیدهای ازت به نام sncr با استفاده از تزریق اوره به کمک شبیه سازی در نرم افزار انسیس فلوئنت انجام گرفته شده است. جهت اعتبار سازی نتایج شبیه سازی از مقاله آقای یانگ ایل لیم که در سال 2009 منتشر شده است استفاده شده است. آقای یانگ در این مقاله به بررسی میزان خطای بدست آمده در شبیه سازی با نتایج تجربی با فرض قطر قطرات تزریق شده یکنواخت باشند یا غیر یکنواخت پرداخته است. در این مطالعه یک مدل سه بعدی از محفظه ی احتراق ثانویه یک زباله سوز مورد مطالعه قرار گرفته است. در تمامی مطالعات انجام شده، تئوری احتراق استفاده شده، مدل آرنیوس بوده است، که این مدل قادر به بررسی اثرات توربولانسی بر سرعت واکنش ها نمی باشد. در این تحقیق مدل احتراقی استفاده شده edc (eddy dissiption concept) می باشد. این مدل قادر به پیش بینی اثر سینتیک واکنش و توربولانسی بر سرعت انجام واکنش می باشد. هدف از این مطالعه بررسی اثر پارامترهای تزریق اوره مانند دمای تزریق، قطر ذرات، سرعت تزریق و زاویه نازل های تزریق بر nox خروجی در نسبت nsr=1.8 می باشد. پس از بررسی انجام شده بر پارامترهای فوق به این نتیجه رسیدیم که تغییرات در زاویه مخروطی نازل ها تاثیری بر کاهش nox ندارد. در بررسی به عمل آمده بر روی اثر تغییرات دمای ورودی نازل در کاهش nox خروجی از زباله سوز، شاهد آن بودیم که با افزایش دما، میزان nox خروجی کاهش پیدا می کند. با افزایش سرعت تزریق اوره میزان nox خروجی از زباله سوز کاهش پیدا می کند ولی به دلیل کاهش زمان اقامت میزان ایزوسیانوریک اسید (hnco) و n2o افزایش پیدا می کند. افزایش قطر ذرات، با توجه به شرایط محفظه احتراق، امکان دارد باعث کاهش یا افزایش nox خروجی شود. اندازه قطر ذرات بر میزان نفوذ ذرات، دمای انجام واکنش و همچنین زمان انجام واکنش تاثیر گذار می باشد.

در ایستگاه های تقلیل فشار گاز طبیعی، قبل از فرآیند افت فشار، گاز طبیعی پیش گرم می شود تا از تشکیل هیدرات گازی جلوگیری شود. گرمکن های غیرمستقیم حمام آب پیش گرمایش گاز طبیعی را انجام می دهند. این گرمکن ها راندمان حرارتی پایینی دارند و مقدار قابل توجهی گاز طبیعی را برای پیش گرمایش استفاده می کنند. با توجه به فراوان بودن ایستگاههای تقلیل فشار گاز در ایران کاهش مصرف انرژی در این بخش از صنعت گاز ضروری است. در این پژوهش سه سیستم برای کاهش مصرف انرژی گرمکن پیشنهاد شده است. پیشنهاد اول، استفاده مستقیم از سیال گرم شده در مبدل های حرارتی زمینی است. پیشنهاد دوم، ترکیب همزمان سلول های خورشیدی با پمپ حرارتی منبع زمینی است تا برق موردنیاز سیستم پمپ حرارتی ازطریق سلول های خورشیدی تامین شود. پیشنهاد سوم، امکان ترکیب پمپ حرارتی منبع زمینی و توربین انبساطی را مورد بررسی قرار میدهد. گاز ورودی به ایستگاه تقلیل فشار، در حین افت فشار از پتانسیل بالایی برای تولید توان برخوردار است به همین منظور استفاده همزمان از پمپ حرارتی و توربین انبساطی در این طرح مد نظر قرار گرفته است. با توجه به اینکه قیمت گاز طبیعی بر توجیه¬پذیری اقتصادی طرح¬ها تاثیر گذار است دو قیمت برای آن در نظرگرفته شده است، یکی منطبق بر قیمت گار طبیعی در داخل کشور و دیگری قیمت جهانی گاز طبیعی می¬باشد تا چنانچه سیستم پیشنهادی با قیمت گاز داخلی اقتصادی نبود از قیمت جهانی استفاده شود. نرخ تنزیل در تمامی محاسبات 12 درصد فرض شده¬است. سیستم پیشنهادی اول برای دو شهر کوهدشت و الیگودرز به ترتیب 65/17 و 4/38 درصد کاهش مصرف سوخت ایجاد کرد. دوره بازگشت سرمایه تنزیل یافته نیز برای دو ایستگاه به ترتیب 8 و 35/2 محاسبه شد. سیستم پیشنهادی دوم صرفه اقتصادی نداشت. ولی با اجرای سیستم پیشنهادی سوم دوره بازگشت سرمایه تنزیل یافته برای دو ایستگاه کوهدشت و الیگودرز به ترتیب 1/10 و 1/9 سال محاسبه¬شد.

با افزایش روند مصرف منابع انرژی، خطوط انتقال گاز طبیعی و ایستگاه های تقویت فشار نیز پیچیده و پیچیده تر می شوند. بدلیل طولانی بودن خطوط انتقال گاز، فشار و انرژی گاز بسبب اصطکاک بین گاز و دیواره داخلی لوله ها از دست می رود، برای غلبه بر این کاهش انرژی در خطوط انتقال، ایستگاه های تقویت فشار در مسیر نصب می شوند. مدلسازی ریاضی یکی از مهم ترین ابزارهای استفاده شده در جهت کمک به طراحی و عملکرد مطالعات می باشد. در این پژوهش، معادلات مدلسازی جریان گذرا، تراکم پذیر درخطوط لوله گاز، در دو حالت جریان همدما و غیرهمدما با استفاده از روش تفاضلات محدود ضمنی حل شده است. نمایش معادلات به فرم تفاضلات محدود ضمنی، پایداری را در گام های زمانی بزرگ تضمین کرده و در صنایع گاز بسیار مفید می-باشد. برای حل معادلات تفاضل محدود غیر خطی لوله، از روش نیوتن-رافسون استفاده شده است. در این پژوهش شبکه اصلی انتقال شامل خطوط انتقال، شیرهای نصب شده در ایستگاه های تقویت فشار و خطوط انتقال گاز، گره های اتصال (گره جمع کننده و پخش کننده) و ایستگاه تقویت فشار به صورت گذرا مدل سازی شده است. در تمامی معادلات به کار رفته علاوه بر تغییرات فشار و دبی تغییرات دما نیز در نظر گرفته شده است. برای معتبر سازی نتایج از مقایسه نتایج این پژوهش با سایر پژوهش های علمی و همچنین با مقادیر ثبت شده در ایستگاه تقویت فشار رضوی استفاده شده است. همچنین مشخص شد برای ایستگاه تقویت فشار رضوی با در نظر گرفتن محدودیت ها، هرچه دمای ورودی به ایستگاه کمتر و فشار ورودی به ایستگاه بیشتر باشد، ایستگاه سوخت کمتری مصرف می کند و نیز اگر برای یک شرایط خاص بتوان از چندین چیدمان مختلف برای کمپرسورهای ایستگاه استفاده کرد، چیدمانی که تعداد واحد در حال کار کمتری دارد، سوخت کمتری مصرف می کند.

رشد روز افزون صنعت، بهبود پارامترهای انتقال حرارت و افزایش بازده ترمودینامیکی را جهت خنک کاری بهتر و بیشتر ضروری ساخته است. امروزه صنعت توانایی تولید سیستم هایی با تراکمی بالا از تراشه-های کامپیوتری را دارد. این دستگاه ها اغلب به دلیل تولید گرمای زیاد در سطحی کوچک، نیازمند روش-های نوین و مفید به منظور خنک کاری می باشند. یکی از سیستم هایی که می توان برای انتقال حرارت در این موارد از آن ها استفاده نمود، هیت سینک های حرارتی هستند که متشکل از میکروکانال ها با سطح مقاطع متفاوت و جنس های گوناگون می باشند.در این پژوهش به بررسی یک میکروکانال مدور از یک هیت سینک حرارتی که تحت شار حرارتی ثابت قرار دارد، پرداخته شده است. با در نظر گرفتن سیال بینگهام داخل میکروکانال جهت خنک کاری سطح موردنظر، به بررسی پارامترهای موثر در انتقال حرارت و نیز تولید آنتروپی پرداخته شده است. هم-چنین نتایج به دست آمده و پارامترهای مختلف از جمله بهبود انتقال حرارت و بازده ترمودینامیکی نیز در هر بخش با سیالات نیوتونی مقایسه شده است.نتایج این پژوهش نشان می دهد که سیالات نیوتونی در جهت جذب گرمای وارد بر دیواره موثرتر از سیالات بینگهام عمل کرده و علاوه بر این از تحلیل آنتروپی انجام شده نیز مشخص می شود که سیالات نیوتونی به دلیل تولید آنتروپی کمتر نسبت به سیالات بینگهام دارای بازده ترمودینامیکی بیشتری بوده و انرژی مفید بیشتری جهت تولید کار دارا می باشند که می تواند مورد توجه محققان جهت بررسی های آزمایشگاهی واقع شود.هم چنین با تحلیل لغزش سیال روی دیواره ی میکروکانال نیز مشاهده شد که با افزایش ضریب لغزش سیال، ظرفیت سیال برای جذب گرمای وارد بر دیواره افزایش یافته و هم چنین تولید آنتروپی سیال نیز کاهش چشم گیری خواهد داشت.

خواص ترمودینامیکی در تحلیل و بررسی فرآیندهای انجام گرفته بر روی یک سیال و در فرآیندهای تغییر فاز مانند فرآیندهای مایع سازی هیدروکربن ها، تاثیر ویژه ای دارند. از این رو محاسبه دقیق خواص ترمودینامیکی در فازهای مختلف و به خصوص در حالت تعادلی، همواره مورد توجه محققان و صنعتگران قرار گرفته است. دستگاه های اندازه گیری بخشی از این نیاز را به خوبی برآورده می کنند اما در محاسبه بسیاری از خواص غیرقابل اندازه گیری نظیر انرژی داخلی ، آنتالپی و آنتروپی و همچنین در هیدروکربن های پیچیده، ناچار به استفاده از معادلات حالت و به کارگیری روابط ترمودینامیکی هستیم. بکارگیری معادلات حالت ترمودینامیکی یکی از کم هزینه ترین و سریع ترین روشها در تعیین خواص ترمودینامیکی می باشد. به همین دلیل تاکنون معادلات حالت متعددی توسط دانشمندان شیمی- فیزیک ارائه شده است. با پیشرفت مکانیک آماری و همچنین با استفاده از روابط بدست آمده از ترمودینامیک آماری، در سالهای اخیر معادلات حالت بر پایه تئوری مولکولی رواج بسیاری یافته است. یکی از پرکاربردترین آنها، معادله حالت pc-saft می باشد که از توجه بسیاری نزد پژوهشگران برخوردار است. در تحقیق حاضر، با استفاده از معادله حالت pc-saft و با بکارگیری روابط بدست آمده از ترمودینامیک آماری، خواص ترمودینامیکی هیدروکربنهای خالص و مرکب محاسبه و جهت اعتبار سنجی با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. حاصل این اعتبار سنجی توسط پارامتر درصد انحراف مطلق میانگین(aad) ، برای محاسبات چگالی 0/9474، برای محاسبات ضریب تراکم پذیری 0/6141، برای محاسبات آنتالپی 0/4358، برای محاسبات آنتروپی 0/3512، برای محاسبات انرژی داخلی 0/5500، برای محاسبات ظرفیت حرارتی در حجم ثابت 0/6961، برای ظرفیت حرارتی در فشار ثابت 2/269، برای محاسبات سرعت صوت 4/5724 و برای محاسبات ضریب ژول-تامسون 4/5881 درصد می باشد. این اعتبار سنجی نشان می دهد معادله حالت pc-saft از دقت قابل قبولی برای محاسبه خواص ترمودینامیکی عناصر ساده و ترکیبات پیچیده نظیر گاز طبیعی در شرایط فازی مختلف برخوردار می باشد. در این تحقیق سعی شده است خواص ترمودینامیکی مواد در محدوده وسیعی از دما و فشار (خصوصا دماهای پایین و فشارهای بالا) مورد ارزیابی قرار گیرد. در پایان با حصول اطمینان از دقت قابل قبول نتایج، یک نمونه سیکل مایع سازی گاز طبیعی شبیه سازی شده است.

مطالعه جریان لایه مرزی یکی از مسائل بنیادی در مکانیک سیالات بشمار می¬رود که از دیرباز موردتوجه پژوهشگران این رشته قرار داشته است. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی روی جریان لایه مرزی صورت گرفته است که اکثر آن ها در خصوص سیالات نیوتنی بوده و تعداد کمی از آن ها به سیالات غیرنیوتنی و به ویژه سیالات ویسکوالاستیک پرداخته¬اند. هدف اصلی این پژوهش شناخت بهتر اثرات خواص ویسکوالاستیک، بر مشخصه¬های لایه مرزی با وجود اثرات گرادیان فشار می¬باشد. در این تحقیق با رویکرد عددی به انتقال حرارت و لایه مرزی ایجادشده توسط جریان سیال ویسکوالاستیک باوجود جمله گرادیان فشار پرداخته شده است. در رویکرد عددی، برای شبیه سازی این جریان، از دینامیک سیالات محاسباتی به صورت ضمنی با استفاده از نرم افزار متلب استفاده شده است. جریان در دو حالت وابستگی پارامترهای جریان به دما سیال و عدم وابستگی به دما مورد بررسی قرار گرفته است. در واقع، در این تحقیق معادله انرژی به همراه معادلات بقا، برخی خواص سیال از قبیل لزجت، ضریب رسانش و ظرفیت حرارتی ویژه تابعی از دمای نقطه ای سیال در نظر گرفته شده است؛ زیرا با توجه به اینکه گروه غالبی از سیالات ویسکوالاستیک، مذاب های پلیمری می¬باشند و در این حالت تفاوت دمای زیادی مشاهده می¬شود و از طرفی با توجه به حساسیت برخی خواص مواد ویسکوالاستیک به دما، در حل معادله انرژی استفاده از این فرضیه ضروری به نظر می¬رسد. در حل عددی از مدل مرتبه دو، به عنوان مدل ساختاری سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. جهت اطمینان از پاسخ¬های روش عددی، استقلال نتایج از شبکه محاسباتی بررسی شده و همچنین پاسخ¬ها در حالت نیوتنی با حل بلازیوس و فالکنراسکن مقایسه شده اند. ضخامت لایه¬مرزی هیدرودینامیکی، ضخامت مومنتوم، ضخامت جابجایی و ضخامت لایه¬مرزی حرارتی فالکنر- اسکن در سیال ویسکوالاستیک بیشتر از سیال نیوتنی می¬باشد. در حل عددی نشان داده شد که با افزایش اختلاف تنش¬های نرمال اول روی دیواره، ضخامت لایه مرزی هیدرودینامیکی، ضخامت مومنتوم، ضخامت جابجایی و لایه مرزی حرارتی افزایش می¬یابد. ضریب درگ در اختلاف تنش های نرمال اول مختلف و گرادیان فشارهای متفاوت گزارش شده است.تاثیر تغییرات عدد پرانتل جریان سیال ویسکوالاستیک بر مشخصه¬های لایه¬مرزی مطالعه شده است. تغییرات ناسلت محلی در اعداد پرانتل مختلف مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. عدد ناسلت متوسط در گرادیان فشارهای متفاوت و ضریب اختلاف تنش نرمال اول مورد بررسی قرار گرفته شده است.

اندازه گیری دقیق گاز طبیعی همواره مساله مهمی به ویژه در سطح مصارف خانگی بوده است. از سوی دیگر جریان سنج های جرمی حرارتی به طور گسترده در صنایعی همانند صنایع نیمه هادی ها و فرایندهای شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از انواع جریان سنج های جرمی حرارتی، جریان-سنج جرمی حرارتی لوله مویین می باشد که برای اندازه گیری جریان های پایین استفاده می شود. در این مطالعه ابتدا شناخت پارامترهای مهم و تاثیر هر یک از این پارامترها در طراحی جریان سنج حرارتی لوله مویین و سپس استفاده این نوع جریان سنج ها برای اندازه گیری گاز طبیعی برای مصارف خانگی که جریان پایینی دارند بررسی شده است. برای این کار مدل های دو بعدی و سه بعدی یک جریان سنج جرمی حرارتی لوله مویین شبیه سازی و انتقال حرارت در لوله حسگر آن به صورت عددی ابتدا برای گاز متان به عنوان گاز طبیعی و سپس برای ترکیبات مختلف گاز طبیعی تحلیل شده است. با در نظر گرفتن پارامترهای تاثیرگذار عدم قطعیت جریان سنج محاسبه شده است. برای اعتبارسنجی روش حل عددی به دلیل عدم وجود داده های آزمایشگاهی برای متان از نیتروژن استفاده شده که تطابق قابل قبولی در نتایج شبیه سازی داده های آزمایشگاهی برداشت شده از مراجع وجود داشته است.

ناپایداری انگشتی لزج یکی از شناخته شده ترین ناپایداری های هیدرودینامیکی در محیط متخلخل می باشد. این ناپایداری زمانی اتفاق می افتد که سیالی با ویسکوزیته کمتر، درون محیط متخلخلی که از سیال با ویسکوزیته بیش تر پر شده است، تزریق می شود. رشد و شکل گیری این انگشتی ها نقشی بسیار مهم در فرآیند جابجایی سیالات، به خصوص انتقال نفت از مخازن دارد. مطالعه این ناپایداری از جهتی، به دو دسته جابجایی های مخلوط شدنی و مخلوط نشدنی تقسیم بندی می شود. عمده تحقیقات انجام شده در جابجایی های مخلوط شدنی، مربوط به سیالات نیوتنی بوده است. مطالعات روی سیالات غیرنیوتنی بیش تر با رویکردی عددی و استفاده از مدل های ساده غیرنیوتنی بوده که توانایی مدل کردن محلول های پلیمری و سیالات ویسکوالاستیک را به طور کامل ندارند.