در این پایان نامه هدف، بهینه سازی تعداد و محل قرار گیری گرمکن ها در محفظه تابشی برای دوحالت دو بعدی و سه بعدی، روی سطوحی موسوم به سطوح گرمکن است به نحوی که توزیع دما و شارحرارتی روی سطحی موسوم به سطح طراحی ثابت باقی بماند. محیط محفظه شفاف و سطوح محفظه دیفیوز- خاکستری می باشد. همچنین از انتقال حرارت جابجایی آزاد درون محفظه در مقایسه با انتقال حرارت تشعشعی صرف نظر می شود. مسأله مستقیم با استفاده از روش تبادل خالص در یک محیط شفاف دو بعدی و سه بعدی حل می شود. برای محاسبه ضریب شکل ها در حالت دو بعدی از روش هاتل و در حالت سه بعدی از رابطه ضریب شکل میان سطوح دیفرانسیلی استفاده شده است. در این کار از گرمکن هایی با توان حرارتی ثابت استفاده شده و هدف بهینه سازی، پیدا کردن تعداد و همچنین بهترین محل این گرمکن ها است به طوری که تابع هدف که به صورت مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی مطلوب و شار حرارتی محاسبه شده بر روی سطح طراحی تعریف می گردد، کمینه شود. برای حل مسائل معکوس و کمینه کردن تابع هدف مذکور از الگوریتم میکرو ژنتیک استفاده شده است. در حالت دو بعدی به دلیل تقارن در شرایط مرزی و هندسی مسأله، محل قرار گیری گرمکن ها بر روی سطح گرمکن نسبت به محور تقارن شکل، دارای تقارن می باشد. در حالت سه بعدی دو حالت مورد بررسی قرار گرفته است. در حالت اول، هر المان سطح گرمکن نشان دهنده یک گرمکن بوده و در حالت دوم هر چهار المان روی سطح گرمکن با هم به صورت یکپارچه در نظر گرفته شده اند. زمان محاسبه برای حالت اول نسبت به حالت دوم بیشتر بوده ولی نتایج بدست آمده برای حالت اول بسیار بهتراز حالت دوم می باشد. همچنین درحالت دوم گرمکن ها تمایل بیشتری به تجمع در گوشه های سطح گرمکن دارند. در این مطالعه اثر ضریب صدور برای سطح طراحی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. با کاهش ضریب صدور ، به علت باز تابش بیشتر شار حرارتی رسیده از گرمکن ها توسط سطح طراحی برای ضریب صدور کمتر، تعدادگرمکن ها بر روی سطح گرمکن افزایش می یابد.

در این پایان نامه تحلیل معکوس با استفاده از یک روش بهینه سازی برای تعیی توان حرارتی گرمکن ها در یک محفظه تابشی برای دو حالت دوبعدی و سه بعدی با سطح طراحی پخشی- خاکستری در محیط شفاف شامل انتقال حرارت تابشی مورد بررسی قرار میگیرد.

در این تحقیق طراحی هندسه محفظه تابشی دو بعدی با سطوح پخشی-خاکستری و محیط شفاف بررسی می شود. هدف از طراحی بدست آوردن شکل محفظه تابشی با داشتن دما و شار حرارتی بر روی سطحی بنام سطح طراحی است. حل انتقال حرارت تابشی بر اساس روش تابش خالص انجام می شود و ضرایب دید توسط روش تارهای متقاطع هاتل بدست می آید. بدلیل تغییر هندسه و ایجاد شکل های غیر قابل پیش بینی برنامه محاسبه ضرایب دید باید توانایی محاسبه هر حالتی مانند وجود مانع بین اضلاع و تحدب در هندسه را داشته باشد. روش شیب مزدوج برای کمینه کردن تابع هدف مورد استفاده قرار می گیرد، که بر اساس مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی مطلوب و شار حرارتی محاسبه شده بر روی سطح طراحی محاسبه می گردد و ماتریس حساسیت با استفاده از روش اختلاف محدود محاسبه می شود. در فرآیند طراحی ممکن است بهم ریختگی هندسی ایجاد شود. از اینرو، روش تنظیم مجدد برای بر طرف کردن چنین حالت هایی بکار گرفته شده است. فرآیند تنظیم مجدد شامل 3 بخش است: (1) یکنواخت کردن، (2) توزیع مجدد و (3) تقسیم بندی مجدد. مثال هایی برای نشان دادن کارایی و دقت این روش ارائه می گردد. نتایج نشان می دهد که روش طراحی مطرح شده در این تحقیق، بخوبی توانایی بهینه کردن هندسه محفظه تابشی را دارد.

با توجه به کاربرد فراوان لوله های افقی و مایل در صنعت، افزایش انتقال حرارت در این موارد خیلی مهم می باشد. در این پایان نامه رفتار حرارتی و هیدردینامیکی سیال نانو در یک لوله مسی بطور عددی مورد بررسی قرار می گیرد. مدل دو فازی مخلوط برای مدل کردن جریان سیال انتخاب شده است. معادلات بقای سه بعدی با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. سطح بالایی لوله در معرض شار حرارتی قرار گرفته است و سطح پایینی عایق می باشد و انتقال حرارت هدایت داخل لوله مسی در نظر گرفته شده است. خواص های فیزیکی سیال نانو به غیر از چگالی در نیروی حجمی که با استفاده از فرض بوزینسک تقریب زده می شود، ثابت در نظر گرفته شده اند. رفتارهای حرارتی و هیدرودینامیکی نانو سیال آب و اکسید آلومینیم برای اعداد گراشهف، اعداد رینولدز و قطر متوسط ذرات نانو مختلف در شیب های مختلف لوله مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد که در یک رینولدز و گراشهف، با افزایش نسبت حجمی جامد-مایع، ضریب انتقال حرارت و تنش برشی افزایش می یابد. با افزایش قطر متوسط ذرات پخش شده علاوه بر ضریب انتقال حرارت نیروهای شناوری نیز کاهش می یابد. آن همچنین باعث افزایش غیر یکنواختی ذرات نانو نیز می شود. همچنین نشان داده شده است که شیب لوله می تواند در ضریب انتقال حرارت و همچنین تنش برشی در سراسر لوله بخاطر تغییر مولفه های محوری و شعاعی نیروهای شناوری موثر باشد.

در این تحقیق، هندسه یک جسم دوبعدی با انتقال حرارت هدایتی با اندازه گیری دمای نقاطی روی جسم بطور معکوس بازسازی شده است. مسئله مستقیم شامل انتقال حرارت هدایتی در سطح جسم جامد بوده و بوسیله روش حجم های محدود فرموله می شود. دستگاه معادلات خطی حاصل با استفاده از روش های عددی حل می گردد. مسئله معکوس جهت بازسازی هندسه جسم جامد با استفاده از الگوریتم میکروژنتیک و ازطریق کمینه کردن یک تابع هدف که بصورت مجموع مربعات اختلاف دمای اندازه گیری شده و دمای حاصل از محاسبات تعریف می شود، حل می گردد. مسئله معکوس برای تعداد و آرایش های متفاوت حسگرها در درون ناحیه جامد حل می شود. با استفاده از اطلاعات دمای اندازه گیری شده روی جسم جامد چند شکل مشخص بازسازی شده و اثر پارامترهای مختلف مانند تعداد حسگرها، مکان حسگرها و خطاهای اندازه گیری در دقت حل معکوس مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده نشان دهنده کارایی و دقت قابل قبول روش حاضر در بازسازی هندسه جسم است.

در این تحقیق بهینه سازی هندسه یک محفظه تابشی دو بعدی با سطوح پخشی و خاکستری در یک محیط شفاف با استفاده از الگوریتم کوچ پرندگان مورد مطالعه قرار می گیرد. هدف مسئله طراحی دستیابی به هندسه بهینه یک محفظه با این شرط است که توزیع دما و شار حرارتی بر روی قسمتی از محفظه موسوم به سطح طراحی مقداری یکنواخت و مشخص باشد. با استفاده از روش انتقال مجزا، معادله تابش در محفظه حل می گردد. موقعیت نقاط کنترلی منحنی های اسپلاین نوع b که سطح محفظه را توصیف می کنند، با استفاده از الگوریتم کوچ پرندگان بهینه خواهند شد. تابع هدف مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی مطلوب و شار حرارتی به دست آمده بر روی سطح طراحی می باشد. در نهایت با ارائه مثال های عددی تأثیر پارامتر های موثر در مسئله طراحی هندسه، مثل کوچک شدن شبکه المان های زاویه فضایی و شبکه المان های روی سطوح، تعداد و وزن نقاط کنترلی و مرتبه تابع پایه منحنی های اسپلاین نوع b بر هندسه به دست آمده، تابع هدف و نرخ همگرایی بررسی خواهند شد. نتایج نشان می دهند که روش بهینه سازی مطرح شده در این تحقیق، به خوبی توانایی بهینه کردن هندسه یک محفظه تابشی را داراست.

در این تحقیق طراحی معکوس مرزی کوره های تابشی دو بعدی با دیواره های پخشی-خاکستری، برای دو نوع محیط داخلی کوره تابشی، مورد بررسی قرار گرفته است. در حالت اول محیط، شفاف و در حالت دیگر محیط، نیمه شفاف در نظر گرفته شده است. از تحلیل معکوس برای تخمین زدن توزیع شار حرارتی نامعلوم روی سطح گرمکن، جهت رسیدن به شرایط مطلوب(شار و دمای یکنواخت) روی سطح طراحی استفاده شده است. از الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات برای کمینه کردن تابع هدف که به صورت مجموع مربعات تفاضل بین شار حرارتی محاسبه شده و مطلوب روی سطح طراحی تعریف می شود، استفاده شده است. به منظور حل معادله انتقال تابش برای محیط شفاف، روش تابش خالص و برای محیط نیمه شفاف، روش جهت های مجزا بکار برده شده است.

چکیده تجهیزات مختلفی در صنایع از قبیل توربین ها، پمپ ها، مبدل های حرارتی وجود دارند که در آن ها میزان انتقال حرارت اهمیت فراوانی داشته و همواره پژوهشگران و دانشمندانی را مجبور به تفکر و جستجو برای بهینه سازی در انتخاب و شیوه طراحی این دستگاه ها کرده است. محدودیت های سیالات به منظور انتقال حرارت در صنایع مختلف به دلیل ضریب هدایت حرارتی ضعیف آن ها باعث شده است که بهبود انتقال حرارت سیالات عامل به عنوان روش های جدید انتقال حرارت پیشرفته مد نظر قرار گیرد. به طوری که ایده ی پراکنده سازی ذرات جامد در سیالات که با ذرات میلی و میکرومتری آغاز شده بود، با استفاده از نانوذرات جامد تکمیل شده و امروزه نانوسیالات به عنوان سیالاتی با قابلیت بالای انتقال حرارت جایگزین مناسبی برای سیالات معمول به شمار می روند. در مطالعه حاضر، جریان اجباری آرام نانوسیال بر روی پله های پس رونده، در داخل کانالی با مقطع مستطیلی، که در مهندسی کاربردهای فراوانی دارد مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. برای شبیه سازی جریان بر روی پله در داخل کانال، از روش مسدود شده در سیستم مختصات کارتزین دو بعدی استفاده شده است. جهت بدست آوردن میدان های سرعت و دما، فرم جداسازی شده ی معادلات مومنتوم ( ناویر استوکس ) و انرژی توسط روش حجم محدود بدست آمده و به صورت همزمان با یکی از روش های دینامیک سیالات محاسباتی به نام الگوریتم سیمپل به صورت عددی حل شده اند. در تحقیق حاضر سعی بر این است که انتقال حرارت تشعشعی که در بیشتر مطالعات مشابه صرفنظر شده است و بدین واسطه خطای زیادی در نتایج و بخصوص در شرایط داشتن دمای بالا سیال تابشی ایجاد می شود در محاسبات وارد شود. از آنجایی که نانوسیال به عنوان یک محیط شرکت کننده در انتقال حرارت تشعشعی نقش دارد، تمام مکانیزم های انتقال حرارت که شامل جابه جایی، هدایت و تشعشع می شوند به طور همزمان در جریان اجباری نانوسیال در نظر گرفته می شوند. برای محاسبه جمله تشعشع در معادله انرژی، معادله انتقال حرارت تشعشعی به طور عددی و با به کاربردن روش تقریبی روزلند حل شده و توزیع شار تشعشعی داخل جریان نانوسیال محاسبه می شود. نتایج حل عددی به صورت رسم نمودارهایی برای بررسی اثرات عدد رینولدز، نسبت حجمی ذرات، نانوسیالات مختلف و اثرات زاویه پله پس رونده بر روی رفتار سیال و انتقال حرارت جریان نانوسیال ارائه شده است. همچنین سازگاری خوبی بین نتایج عددی بدست آمده از مطالعه حاضر با نتایج مطالعات قبلی برقرار است. کلمات کلیدی : جریان اجباری آرام، نانوسیال، پله پس رو، روش مسدود شده، تقریب روزلند

در این پایان نامه، فرم کلی معادله انتقال حرارت تابشی در دستگاه مختصات منحنی الخط متعامد بدست می آید. به منظور بررسی دقیق تر فرآیند دستیابی به این معادله، ابتدا پیش نیاز های لازم جهت آشنایی با مختصات منحنی الخط ارائه می گردد. سپس از این مفاهیم در دستیابی به فرم کلی معادله انتقال تابش در مختصات منحنی الخط متعامد استفاده می شود. پس از معرفی معادله انتقال حررات تابشی در مختصات منحنی الخط متعامد، جهت مطابقت آن با معادلات انتقال تابش در مختصات متداول، فرم کارتزین و استوانه ای آن بررسی می گردد. در نهایت معادله انتقال تابش با استفاده از روش جهات مجزا در حالت کلی حل می شود. به منظور اعتبار سنجی روابط بدست آمده، شار حرارتی تابشی بی بعد و خطای نسبی آن بین دو استوانه هم مرکز محاسبه شده و اثرات نوع تقریب انتخابی روش جهات مجزا روی نتایج مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

در این تحقیق هندسه یک کوره تابشی که به صورت یک محفظه دو بعدی با محیط جذب کننده و صادر کننده انرژی تابشی، با اندازه گیری شارهای حرارتی نقاطی روی دیواره محفظه، بطور معکوس بازسازی شده است. مسئله مستقیم شامل انتقال حرارت تابشی در محفظه با استفاده از روش مسیرهای مجزا(dom ) حل می شود. این روش قابلیت خود را در تحلیل هندسه های پیچیده نشان داده است و از عملکرد و دقت خوبی در حل مسائل انتقال حرارت تابشی برخوردار است. مسئله معکوس جهت بازسازی هندسه محفظه با استفاده از الگوریتم میکرو ژنتیک و از طریق کمینه کردن یک تابع هدف که به صورت مجموع مربعات اختلاف شارهای حرارتی اندازه گیری شده روی دیواره ها و شارهای حرارتی حاصل از محاسبات تعریف می شود، حل می گردد. با استفاده از اطلاعات شارهای اندازه گیری شده روی دیواره ها، چند شکل مشخص بازسازی شده و همچنین شارهای حرارتی بدست آمده از شکل بازسازی شده با استفاده از حل معکوس و شارهای حرارتی بدست آمده از حل مستقیم شکل اصلی، با هم مقایسه شده است. همچنین اثر پارامترهای مختلف مانند مکان حسگرها و خطاهای اندازه گیری در دقت حل معکوس مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان دهنده کارایی و دقت قابل قبول روش حاضر در بازسازی هندسه محفظه تابشی است.

چکیده: در این پژوهش تأثیر نحوه ی شارژ کردن کوره ی ریورب بر نرخ ذوب بررسی شد. زاویه ی قرار کنسانتره توسط آزمایش بدست آمد. جهت انجام آزمایش از یک مدل با مقیاس یک پنجم استفاده شد. شبیه سازی نرخ ذوب در مقطع عرضی سمت راست کوره انجام گرفته است. انتقال حرارت تابشی در ناحیه گاز به روش انتقال مجزا و انتقال حرارت هدایتی در ناحیه جامد به روش اجزاء محدود حل شده است. برای مدل سازی فرآیند ذوب از روش اختلاف محدود استفاده شده است. منحنی مرز متحرک در هر گام زمانی به کمک روش حداقل مربعات بازسازی شده است. جهت شبیه سازی نرخ ذوب از یک برنامه فرترن استفاده شده است؛ که نرخ ذوب را به خوبی شبیه سازی می کند. شرایط طرح، شرایط پس از تعمیرات اساسی و شرایط کنونی کوره، همچنین نحوه ی شارژ پله ای، رفت و برگشتی و پیوسته در نظر گرفته شد. و نتایج حاصل از شبیه سازی با هم مقایسه شد. نتایج نشان می دهد که افزایش زاویه ی قرار، نرخ ذوب کوره را افزایش می دهد. فاصله گرفتن هندسه کوره از شرایط طرح، به شدت نرخ ذوب را کاهش داده است . نرخ ذوب در شارژرفت و برگشتی و پله ای، تفاوت چندانی با هم ندارد؛ و نحوه ی شارژ پیوسته، می تواند نرخ ذوب را افزایش دهد.

نرخ پایین انتقال حرارت تابشی در احتراق سوخت گاز طبیعی، سبب کاهش شدید راندمان حرارتی در بویلرها و کوره ها شده و تولیدکنندگان صنعتی را دچار مشکل نموده است. یکی از عوامل موثر بر درخشندگی و تابش شعله، تشکیل و احتراق ذرات جامد دوده می باشد که بیشتر در نواحی پرسوخت و دما بالای محفظه احتراق تولید می شود. با توجه به اثر مطلوب حضور ذرات دوده در داخل شعله در بالا بردن انتقال حرارت تابشی و از طرفی اثر نامطلوب آلایندگی آنها، محققین به دنبال روش هایی هستند که ضمن افزایش ذرات جامد دوده در داخل شعله، با احتراق کامل آنها، از انتشار آنها به محیط زیست جلوگیری نمایند. از جمله این روش ها می توان به پیش گرمایش هوا، پیش گرمایش سوخت و یا ایجاد احتراق ناقص اشاره کرد. در این پژوهش اثر پیش گرمایش سوخت ورودی و ایجاد احتراق ناقص و سپس تزریق هوای مورد نیاز برای احتراق کامل سوخت، بر روی دمای شعله، کسر جرمی دوده تولیدی، میزان افزایش انتقال حرارت تشعشعی و آلاینده no مورد بررسی قرار گرفته است. این اثرات ابتدا با ساخت یک مشعل به صورت آزمایشگاهی و سپس به صورت عددی بررسی شده است. جهت مدل سازی از مدل احتراقی none-premixed به همراه مدل آشفتگی standard k-? استفاده شده است. همچنین با توجه به اهمیت ضریب جذب دوده بر نرخ تابش از مدل wsggm ضریب جذب کلی محصولات احتراق محاسبه گردیده است. همچنین جهت محاسبه تابش از مدل do و برای محاسبه کسر جرمی دوده از مدل ماس-بروکس استفاده شده است. نتایج عددی نشان می دهد که پیش گرمایش سوخت ورودی و ایجاد احتراق ناقص، میزان دوده درون محفظه احتراق را افزایش می دهد. این افزایش میزان دوده موجب افزایش شدت تابش شعله و کاهش دمای بیشینه آن تا 50 درجه سانتی گراد می شود. با توجه به وابستگی شدید تولید اکسیدهای نیتروژن به دما، این کاهش دما سبب کاهش انتشار nox می گردد.

استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یکی از منابع تجدیدپذیر انرژی در سال های اخیر بطور گسترده ای مورد توجه قرار گرفته است. در یکی از پرکاربردترین روش ها، این انرژی ابتدا به انرژی حرارتی تبدیل و سپس مورد استفاده قرار می گیرد. سطوح جذب کننده تابش خورشیدی از جمله مهم ترین بخش ها در سامانه هایی هستند که به این روش عمل می کنند. دریافت کننده های حجمی خورشیدی سطوحی نوظهور هستند که قادر به جذب بیشتر انرژی خورشیدی و تلفات کمتر انرژی جذب شده می باشند. وجود ساختاری متخلخل در این نوع مواد سبب شده است تا تابش خورشیدی به جای سطح در عمق آنها نفوذ کرده و جذب شود. برخی از مطالعات نشان دهنده پتانسیل استفاده از آلومینای آندیک متخلخل به عنوان اینچنین موادی است. به نظر می رسد خصوصیات ساختاری این مواد بر ضریب جذب آنها تاثیر گذار باشد .در تحقیق حاضر برخی از خصوصیات هندسی آلومینای آندیک متخلخل از قبیل ضخامت لایه، قطر حفرات، درصد سطح حفرات و اعوجاج آنها بر طیف جذب در محدوده تابش خورشیدی مورد بررسی قرار گرفته است. هر کدام از پارامترهای بیان شده بصورت جداگانه با تنظیم شرایط آندش تغییر کرده و طیف جذب لایه آلومینای حاصل بوسیله آنالیز اسپکتروفوتومتری مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ضریب جذب با افزایش ضخامت، افزایش یافته است. همچنین افزایش قطر حفرات سبب انتقال طیف جذب به سمت راست گشته است. مطالعات حاکی از آن است که درصد بهینه ای از سطح حفرات وجود دارد که در آن ضریب جذب بیشینه می باشد. سرانجام اعوجاج حفرات سبب جذب بیشتر پرتوهای ورودی به آنها گشته است.

در این پژوهش معادله انتقال حرارت برای محیط یک بعدی جاذب – ساطع و پخش کننده در دو هندسه ی کارتزین و استوانه ای مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در هندسه ی کارتزین ضریب شکست متغیر در نظر گرفته شده ولی در مختصات استوانه ضریب شکست ثابت است. تشابه این دو مسئله وجود ترم هایمشتقات زاویه ای می باشد.با فرض تعادل تابشی معادله تابش در دو هندسه ذکر شده بصورت عددی حل شده است.