فوران چاه های پر فشار گاز و نفت پدیده ای است که سبب اتلاف بسیار زیاد منابع سوخت و آلودگی طبیعت و محیط زیست می شود. مدل سازی و شبیه سازی چاه فورانی همراه احتراق در صنایع حفاری از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا شناخت میدان سرعت، فشار و دما در اطراف چاه به اخذ تصمیمات مناسب با کمترین خطر ممکن در هنگام مهار چاه کمک شایانی می کند. در این مقاله رفتار هیدرودینامیکی و حرارتی میدان جریان اطراف یک چاه گازی فورانی در حالت معمولی و در حالتی که برای مهار آن از لوله های دور کننده آتش استفاده شده بررسی می شود. جریان خروجی از چاه همانند جریان جت آزاد در حالت آشفته است که به محیط تخلیه می شود. برای شبیه سازی جریان آشفته جت از تقریب متوسط گیری زمانی ناویر- استوکس (rans) و برای شبیه سازی پدیده احتراق از مدل غیر پیش آمیخته (non-premixed) استفاده شده است. نتایج شبیه سازی جریان در اطراف چاه فورانی نشان می دهد که در دبی جرمی ثابت، مکش جریان هوا به داخل لوله هدایت کننده در جریان احتراقی حدودا 5/2 برابر مقدار آن در جریان غیر احتراقی می باشد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش قطر لوله هدایت کننده، مکش جریان هوا تقریبا 2 برابر می شود. بررسی ضریب پسا وارد بر لوله نشان می دهد که شعله ور شدن گاز متان و افزایش دبی جرمی آن سبب افزایش ضریب پسا شده اما افزایش قطر لوله هدایت کننده موجب کاهش ضریب پسا می شود. در نظر گرفتن تشعشع بین گاز متان و هوای محیط نشان می دهد که شعله تاثیری چندانی بر روی دمای محیط اطراف چاه ندارد. تاثیر جریان هوای محیط بصورت متقاطع بر جریان خروجی از چاه مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که بهترین مقیاس برای بی بعد نمودن مسیر حرکت جت استفاده از مقیاس rd می باشد. همچنین مشاهده شد که با افزایش سرعت هوا، خط سیر جت در ارتفاعی پایین تر خم و سریعتر به حالت افقی تبدیل می شود.

صنعت آهن و فولاد بزرگترین مصرف کننده انرژی در میان سایر صنایع است. افزایش ظرفیت تولید و کاهش مصرف انرژی دو مشخصه مهم در صنایع فولادسازی که از فن آوری کوره های قوس الکتریک استفاده می کنند، می باشد. آنالیز اکسرژی می تواند شناخت دقیقی از عوامل کاهش راندمان کوره های قوس ارائه دهد. در تحقیق حاضر، آنالیز انرژی و اکسرژی کوره های قوس الکتریک شرکت فولاد خوزستان در شرایط کاری واقعی، جهت شناسایی و تعیین پتانسیل کوره ها به منظور افزایش کارایی و همچنین میزان کاهش مصرف انرژی الکتریکی آن ها صورت گرفته است. بدین منظور پس از اعمال آنالیز انرژی و اکسرژی و محاسبه راندمان انرژی و اکسرژی کوره ها، تاثیر پیش گرمایش مواد ورودی، بر کاهش مصرف انرژی الکتریکی آن ها بررسی شده است. نتایج حاصل از آنالیز انرژی و اکسرژی کوره ها نشان می دهد که راندمان انرژی و اکسرژی کوره های قوس الکتریک شرکت فولاد خوزستان به ترتیب 90/56% و 23/49% می باشد. همچنین، نتایج این آنالیز نشان می دهد که راندمان قانون دوم کوره ها 02/37% می باشد. واکنش های شیمیایی رخ داده درون کوره و همچنین تلفات حرارتی بالا دو عامل اصلی اتلاف اکسرژی و کاهش راندمان اکسرژی کوره های قوس می باشد. همچنین نتایج این آنالیز نشان می دهد که دبی جرمی گازهای داغ خروجی از کوره برابر با 41/10کیلوگرم برثانیه بوده که به ترتیب حاوی 33/18% و 15/12% انرژی و اکسرژی کل ورودی می باشند. استفاده از گازهای خروجی گرم در جهت پیش گرمایش آهن قراضه و آهن اسفنجی منجر به کاهش انرژی الکتریکی مصرفی کوره ها به ترتیب تا میزان 7 و 89 گیگاژول می گردد. در حالتی که پیش گرمایش آهن اسفنجی صورت گیرد، می توان حدود 21% در مصرف انرژی کوره ها صرفه جویی نمود. در این حالت، راندمان قانون اول، قانون دوم و اکسرژی کوره ها به ترتیب به میزان 51/15%، 05/6% و 95/6% افزایش خواهد یافت و ظرفیت تولید کوره ها نیز 64/13% افزایش می یابد.

در فرهای جت برخوردی، جریان هوا توسط کانالهایی هدایت شده و از طریق نازلها بر روی سطح پخت پاشیده می شود. یکی از مشکلات این فرها، توزیع غیر یکنواخت سرعت در خروجی نازلها است. در پروژه حاضر، جهت یکنواختی بیشتر سرعت هوای خروجی از نازلها سطح مقطع کانالها به صورت مثلثی در نظر گرفته می شود. استفاده از کانالهای مثلثی افزایش یکنواختی را سبب می شود. اما باز هم سرعت هوای خروجی نایکنواختی دارد. بنابراین ایده استفاده از صفحاتی در طول کانالها جهت افزایش یکنواختی سرعت هوای خروجی، مطرح می گردد. در این تحقیق تأثیر استفاده از صفحات در داخل کانال مثلثی، در افزایش یکنواختی سرعت هوای خروجی بررسی شده است. برای دستیابی به هدف، ابتدا کانال مذکور شبیه سازی و جریان هوا در آن تحلیل گردید. برای تشکیل هندسه و توپولوژی مساًله از نرم افزارهای مکانیکال دسکتاپ و گمبیت استفاده گردید و برای تحلیل عددی میدان جریان درون کانال از نرم افزار فلوئنت استفاده شد. پس از تحلیل میدان جریان نهایتاً توزیع سرعت هوای خروجی از کانال مشخص گردید. این توزیع سرعت با آنچه از نتایج حل تجربی موجود بود مطابقت داشت. سپس صفحه ای در داخل کانال طراحی گردید تا بخشی از هوای ورودی را به سمت نازلهای خروجی هدایت کند. این امر نهایتاً یکنواختی سرعت هوای خروجی را بهبود بخشید تا به هدف مورد نظر دست بیابیم. میزان بهبود در ناحیه یک- سوم ابتدایی کانال حدود 8%، در یک- سوم میانی حدود 2% و در یک- سوم انتهایی حدود 3/1% حاصل گردید. در راستای ادامه پروژه حاضر، گزینه های دیگر نیز می توانند مورد آزمایش و بررسی واقع شوند.

پره های متحرک توربین گاز از حساس ترین قطعات توربین می باشند که تحت دما و تنش های بالایی قرار دارند و بایستی گرادیان های شدید دمایی را تحمل نمایند. آن ها تحت تأثیر عواملی مانند خزش و خستگی، که ناشی از شرایط کاری پره می باشند. قرار می گیرند و این عوامل باعث محدود شدن عمر شان می گردد. به منظور جلوگیری از شکست ناگهانی آن ها در حین کار و به تبع آن جلوگیری از وارد آمدن خسارات سنگین به مجموعه توربین گاز، تخمین عمر این قطعات تحت تأثیر عوامل ذکر شده ضروری می باشد. در این پایان نامه، پره متحرک مرحله اول توربین گازی سولار، مدل سنتار، که متعلق به شرکت ملی نفت ایران می باشد، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. به کمک روش اجزاء محدود و توسط دو نرم افزار اباکوس و انسیس، به ترتیب آنالیزهای خزشی و خستگی روی پره مورد نظر انجام شد و با استفاده از نتایج حاصل از آنالیز اجزاء محدود و همچنین مدل های مطرح تخمین عمر موجود، تخمینی از عمر خزشی، عمر خستگی و عمر خزش - خستگی متقابل پره بدست آمد. مشاهده شد که نتایج حاصل از آنالیز اجزاء محدود پره در مقایسه با مستندات فنی موجود توربین گاز ، با مدل لارسن - میلر انطباق بهتری داشته و این مدل تخمین دقیق تری از عمر خزشی پره را بدست می دهد. همچنین عمر خستگی بدست آمده از آنالیز اجزاء محدود با عمر بدست آمده از رابطه محاسباتی کافین - مانسون، تطابق خیلی خوبی دارد؛ اما عمر تخمینی بدست آمده تحت اثر خزش بسیار کمتر از عمر خستگی محاسبه شده توسط آنالیز اجزاء محدود می باشد که بیان گر آن است که خزش عامل اصلی محدودیت عمر پره می باشد. عمر خزش - خستگی متقابل پره نیز توسط قانون جمع خطی آسیب های ناشی ازخزش و خستگی، محاسبه شده است.

در این تحقیق نانوذرات cuo به روش الکترواکسیداسیون در حضور یک آمین تولید شدند. آمین به کار رفته در این روش به عنوان الکترولیت حامل، عامل پایدارساز و پوشش دهنده ی ذرات به منظور جلوگیری از افزایش اندازه ی آن ها ایفای نقش می کند. هم چنین برای ساخت نانوذرات cuo از دو الکترود مسی به نسبت اندازه ی یک به دو به ترتیب به-عنوان آند و کاتد و محلول آبی- نمکی، به عنوان الکترولیت، استفاده شده است. برای هر آزمایش زمان انجام واکنش 1200 ثانیه در نظر گرفته شد و دمای آزمایش بوسیله حمام ترموستاتیک ثابت نگه داشته شد. پس از انجام واکنش و اتمام فرآیند، رسوب سیاه رنگ نشست کرده در کف ظرف واکنش، به وسیله ی آب شستشو داده شد و نهایتاً تحت شرایط خلاً خشک شد. از جمله عوامل موثر بر اندازه و شکل ذرات حاصل در این فرآیند، ولتاژ خارجی، دمای واکنش و غلظت پایدارساز می باشد. از همین رو در این پایان نامه اثر این پارامترها بر خواص محصولات، مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفت. هم چنین تأثیر امواج مافوق صوت بر خواص محصولات مطالعه شد. پس از اینکه ذرات تحت شرایط مختلف رشد یافتند، با استفاده از طیف سنجیft-ir و هم چنین دستگاه پراش پرتو x ساختار و هویت محصولات مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی شکل و اندازه ی محصولات تعیین گردید و نهایتاً خواص اپتیکی محصولات با استفاده از طیف سنجی uv- visible ارزیابی شد.

در این پایان نامه، جریان سیال درون یک توربوپمپ صنعتی گریز از مرکز دو مرحله ای بررسی شده است. مراحل دینامیک سیالات محاسباتی برای حل معادلات حاکم بر جریان سیال آشفته و تراکم ناپذیر درون مجراهای این توربوپمپ انجام شده است. مجراهای درون این ماشین شامل هدایت کننده، پروانه اول، مجموعه مجراهای میانی، پروانه دوم، جمع کننده دوحلزونی و دیفیوزر خروجی توربوپمپ بوده است. مدل هندسی هر یک از این اجزا با استفاده از نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر تولید شده است. سپس مدل های هندسی اجزای متعدد ثابت و متحرک با به کارگیری روش برهم نهش به هم متصل شده اند. مدل هندسی یکپارچه (متصل شده) با شبکه ی بی سازمان سه بعدی با سلول های تتراهدرال (چهار وجهی) گسسته سازی شده است. روش چارچوب مرجع چندگانه برای برهم کنش قسمت های متحرک و ثابت به کار گرفته شده است. معادلات ناویر- استوکس میانگین گیری شده رینولدز برای سیال دی اتانول آمین حل شده اند. این کار در محیط نرم افزار تجاری دینامیک سیالات محاسباتی با استفاده از روش حجم محدود صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی جریان در دبی (gpm)1017 و سرعت دورانی (rpm)3138 با نتایج تجربی شرکت پالایش گاز بیدبلند جهت بررسی صحت آن ها مقایسه شده است. در ادامه رفتار جریان در دبی (gpm)1130 و دور (rpm)3000 به صورت گسترده مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل شده به صورت توزیع فشار مطلق، توزیع سرعت، بردارهای سرعت و رسم خطوط جریان در صفحات میانی هر یک از اجزای توربوپمپ ارائه شده است. در انتها با استفاده از نتایج حل جریان در طیفی از دبی ها و دورهای مختلف منحنی های مشخصه توربوپمپ رسم شده است.

در این پایان‏نامه جریان دوفاز گاز – جامد در فضای حلقوی چاه حفاری مورد بررسی قرار گرفته است. این پایان‏نامه نخستین تحقیقی است که جریان دوفاز گاز – جامد در فضای حلقوی چاه حفاری را به صورت سه بعدی بررسی کرده و پارامترهایی نظیر اثر کنده های حفاری بر پروفیل سرعت، چرخش لوله ی حفاری و خروج از مرکزیت را مورد بررسی قرار داده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که چرخش لوله ی حفاری باعث بهبود انتقال کنده ها می شود. همچنین با اعمال خروج از مرکزیت، کنده های حفاری تمایل به تجمع در فضای حلقوی کوچکتر را داشته و افزایش خروج از مرکزیت باعث افزایش افت فشار به علت برخورد ذرات به دیواره ی چاه، رشته ی حفاری و همچنین برخورد ذرات به هم می شود. با توجه به دلایل ذکر شده توصیه شده است که در عملیات حفاری با هوا یا گاز از متمرکز کننده استفاده شود و از خروج از مرکزیت لوله ی حفاری جلوگیری شود.

در این تحقیق با در نظر گرفتن شرایط مرزی واقعی مربوط به یک موتور درون چاهی حلزونی، به بررسی رفتار هیدرولیک و دینامیک سیال در حین گذر از موتور درون چاهی حفاری پرداخته شده است. سیال گذرنده از درون موتور در حال پیشروی به جلو به دور محور استاتور می چرخد. در نتیجه مرجع مختصات انتخاب شده برای حل معادلات جریان هم سرعت با چرخش سیال می چرخد. با توجه به بالا بودن عدد رینولدز جریان در این موتور جریان آشفته است. در نتیجه از تقریب متوسط گیری رینولدز (rans) برای شبیه سازی جریان استفاده شده است و مدل k-? استاندارد برای مدل سازی جریان انتخاب شده است. برای بررسی اعتبار حل عددی از دو مدل مشابه که جریان و شرایط مرزی مشابهی با مسئله ی اصلی دارند استفاده شده است. یک پمپ چرخدنده ای به صورت دوبعدی با مشخصات ارائه شده در مرجع شبیه سازی شده است. نتایج شامل پروفیل های سرعت و فشار به دست آمده و با نتایج ارائه شده در مرجع مقایسه شده است. همچنین یک توربین پر سرعت به صورت سه بعدی شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده شامل نمودار دما و پروفیل سرعت، با نتایج مرجع مقایسه شده است. نتایج نمایانگر صحت روش به کار رفته است. جریان در موتور درون چاهی حفاری انتخاب شده در چهار اختلاف فشار مختلف شبیه سازی شده است. پروفیل های سرعت، فشار و تنش برشی در طول موتور و در سطح مقطع های مختلف به دست آمده است. همچنین بردارهای سرعت ذرات سیال و گشتاور ایجاد شده توسط سیال به دست آمده است. نمودار گشتاور بر حسب اختلاف فشار دو سمت موتور به دست آمده از شبیه سازی با نمودار ارائه شده در کاتالوگ سازنده مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد طول ناحیه ی توسعه یافتگی برای موتور در حدود mm300 است. همچنین با افزایش اختلاف فشار دو سمت موتور مقدار گشتاور، سرعت ماکزیمم سیال و تنش برشی دیواره افزایش می یابد.

در حفاری زیر تعادلی تعیین دبی جریان های دوفاز در لوله ی حفاری برای تنظیم فشار در ته چاه از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پایان‏نامه جریان دوفاز گاز – مایع در لوله‏ی حفاری عمودی به صورت دوبعدی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر جریان دوفاز در حالت دائم استخراج شده و جریان درون لوله ی حفاری و لوله ی وزنی با استفاده از مدل های اویلر - اویلر، توسط نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شده است. تاثیر پارامترهایی نظیر نوع مایع حفاری، چرخش لوله‏ی حفاری و دبی گاز تزریق شده بر نیمرخ سرعت سیال و کسر حجمی گاز در هر مقطع بررسی شده و همچنین مقدار تغییر فشار، سرعت و کسر حجمی هر فاز در طول لوله نیز بررسی شده است. طبق نمودارهای الگوی جریان، در رشته ی حفاری دو الگوی حبابی و لخته ای مشاهده شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که در جریان حبابی، بیشینه‏ی کسر حجمی گاز در مرکز و در جریان لخته ای خارج از مرکز لوله اتفاق می‏افتد و با افزایش سرعت چرخش لوله ی حفاری بیشینه ی کسر حجمی هر دو الگوی جریان در مرکز لوله ایجاد می شود. نیمرخ سرعت در هر مقطع به دلیل پدیده‏ی دودکش، حالت تخت یا حالتی که دارای دو بیشینه در طرفین باشد به خود می گیرد. افزایش دبی گاز و نیز افزایش سرعت چرخشی لوله ی حفاری باعث افزایش افت اصطکاکی جریان می شود. جهت تعیین فشار در الگوی جریان حبابی، مدل مخلوط و در الگوی جریان لخته ای مدل اویلری نسبت به دیگر مدل ها نتایج بهتری را ارائه می دهد. نتایج شبیه‏سازی با نتایج حاصل از نرم‏افزار ول فلو و داده‏های واقعی چاه 73 پارسی در ایران هم‏خوانی مطلوبی دارد.

سیستم خنک کننده روغن نیروگاه آبادان و اجزا مرتبط با آن در حالت پایدار و گذرا شبیه سازی شده است. قسمت های اصلی چرخه شامل یک مبدل پوسته و لوله خنک کن روغن، یک مبدل پوسته و لوله خنک کن هوای اتمایزینگ و یک مبدل لوله پره ای هوا خنک می‏باشد. در حالت پایدار، مبدل-های گرمایی موجود در سیستم با استفاده از روش ?-ntu به طور جداگانه شبیه سازی شده و سپس با اعمال شرایط کوپلینگ، رفتار کل سیستم به طور همزمان مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین پاسخ گذرای سیستم در ازای تغییرات دمای ورودی به مبدل ها به صورت تجربی و تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این تحلیل معادلات دیفرانسیل جزئ? حاکم با استفاده از روش تبدیل لاپلاس و الگوریتم های عددی لاپلاس معکوس حل می‏شوند. مقایسه نتایج تجربی و تحلیلی تطابق خوبی را نشان می‏دهد. مطالعه فوق نشان می دهد که با کاهش دمای هوای ورودی به مبدل هوا خنک‏، دمای روغن و سایر قسمت ها به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد در حالی که تغییر دمای هوای مبدل اتمایزینگ اثر چندانی بر سایر قسمت های سیستم ندارد. همچنین با کاهش طول لوله‏های واصل و افزایش ضرایب انتقال حرارت، زمان گذار کاهش می‏یابد.

در این پژوهش جریان دوفازی بخار-قطره در ردیف آخر توربین بخار بررسی شده است. پس از انبساط جریان بخار در ردیف آخر توربین بخار زمینه تشکیل قطره‏های ریز آب بر اساس فرایند جوانه‏زنی همگن فراهم می‏شود. ردیف آخر توربین بخار مورد بررسی شامل 46 پره‏‏ی ثابت و 96 پره‏ی متحرک است. مدل هندسی پره‏ی ثابت با استفاده از اندازه‏گیری تجربی و مدل هندسی پره‏ی متحرک با استفاده از اسکن لیزری تهیه شده است. مدل هندسی نهایی، توسط شبکه با‏سازمان سه‏بعدی با سلول‏های هگزاهدرال گسسته‏سازی شده است. فرایند جوانه‏زنی همگن و معادلات حاکم بر جریان دوفاز بخار-قطره بر مدل یک پره‏ی دوبعدی آزمایشگاهی اعمال شده و نتایج حاصل از شبیه‏سازی با نتایج آزمایشگاهی از سازگاری مناسب برخوردار است. پس از اطمینان از صحت روش حل عددی، شبیه‏سازی جریان دوفازی در ردیف آخر توربین شامل پره‏های ثابت و متحرک با در نظرگرفتن یک شبکه‏ی لغزشی در فصل مشترک پره‏های ثابت و متحرک در بار‏های 100 و 50 درصد انجام شده است. نتایج شبیه‏سازی جریان در ردیف آخر توربین بخار با نتایج تجربی نیروگاه رامین اهواز مقایسه شده و همخوانی مناسب به‏دست آمده است. نتایج حاصل به‏صورت توزیع فشار کل و استاتیک، آنتالپی کل و استاتیک، توزیع سرعت، کسر جرمی رطوبت و بازده ارائه شده و مشاهده می‏شود که نرخ تشکیل رطوبت در نزدیکی لبه‏های فرار پره ‏ثابت و متحرک در سمت مکش بیشترین مقدار را داراست. در انتها اثر بار توربین بر روی بازده نشان داده شده و مشاهده می‏شود که با کاهش بار بازده طبقه کاهش می‏یابد.

از دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیهسازی جریان در اجسام با هندسه ی پیچیده استفاده میشود. هدف تحقیق حاضر نشان دادن فرآیند مدلسازی هندسی و شبیه سازی جریان در یک جسم با هندسه ی پیچیده است. برای دستیابی به این هدف یک توربین با جریان ورودی شعاعی در نظر گرفته شده است. محفظه توربین دارای دو ورودی نامتقارن بوده و روتور آن دوازده پره دارد. مدل سازی هندسی این ماشین دوار با استفاده همزمان از ابزارهای اندازه گیری و نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر انجام شد. ابزارهای استفاده شده برای اندازه گیری شامل کولیس و کمان سنج است. از نرم افزار سالیدورکس برای ثبت داده های اندازه گیری شده و برازش مرزهای مسیر جریان استفاده شد. برای ایجاد فضای محاسباتی مناسب، به دلیل پیچیده بودن هندسه مسیر عبور سیال، از شبکه بی سازمان استفاده شده است. هندسه ی سه بعدی مجراهای مدل شده به نرم افزار تولید شبکه گمبیت منتقل و با شبکه بی سازمان چهاروجهی فضای محاسباتی گسسته سازی شد. در این تحقیق روش حجم محدود به منظور شبیه سازی و حل عددی جریان لزج تراکم پذیر دائمی سه بعدی درون مجراهای توربین انتخاب گردید. از مدل آشفتگی کی- امگااستاندارد که اثرات تراکم پذیری را در نظر می گیرد برای تحلیل سه بعدی جریان استفاده شد. به دلیل وجود ناحیه های ساکن و دوار از روش دستگاه مختصات چندگانه برای گسسته سازی معادلات حاکم بر جریان استفاده می شود. روی دیواره ها شرط عدم لغزش و در مقطع ورودی توربین فشار و دما معلوم فرض شده است. نتایج شبیه سازی به صورت توزیع سرعت، دمای کل و فشار کل ارائه شده است. همچنین نمودارهای نرخ دبی جرمی، بازده هم انتروپی، گشتاور خروجی روتور و کار مخصوص سیال روی روتور به عنوان نمودارهای مشخصه توربین ارائه شده اند. نتایج نشان می دهند که با افزایش سرعت دورانی روتور در فشار ورودی ثابت، نرخ دبی جرمی کاهش می یابد و بازده هم انتروپی تا نقطه طرح افزایش اما بعد از آن کاهش می یابد.

در این پژوهش، انتقال گرما و جرم در بافت نان حین پخت، در یک محیط انتقال حرارت ترکیبی جت برخوردی و تشعشع مادون قرمز مدل سازی شده است. مدل سازی براساس تئوری تبخیر-میعان انجام می شود که در آن علاوه برحل معادله پخش گرما، پخش جرمی بخارآب و آب به صورت مجزا در نظرگرفته می شود. معادلات با روش تفاضل محدود گسسته سازی شده و با یک روش ضمنی گذرا (روش اولر) که بی قید و شرط پایدار است، در نرم افزار مطلب مورد حل قرار می گیرند. هدف از انجام این پروژه، بررسی قابلیت انتقال حرارت ترکیبی، جت برخوردی هوای گرم و تشعشع مادون قرمز، در بهبود رنگ محصول نهایی نسبت به سیستم جت برخوردی هوای گرم می-باشد. نتایج نشان دادند، که در دقایق پایانی پخت، با جایگزین شدن جت برخوردی با تشعشع مادون قرمز در توان مناسب (300-500 وات)، دمای نهایی سطح از °c120 در پخت با جت برخوردی به حدود°c150که برای تکمیل رنگ محصول ضروری است، می رسد، این درحالی است که دمای هسته به تدریج افزایش یافته و فرصت کافی جهت افزایش دمای سطح وجود دارد. با افزایش توان تشعشعی، دمای سطح نهایی بالاتر در زمان کمتر حاصل می-شود که این امر توان را به عنوان ابزاری جهت کنترل رنگ و با در نظرگرفتن محدودیت کاهش زمان پخت مطرح می کند. با افزایش عمق نفوذ، دمای نهایی سطح کاهش یافته و با کاهش اختلاف دمای سطح و هسته، قابلیت بهبود رنگ کاهش می یابد.

جریان‏های دو یا چند فازی در بسیاری از کاربردهای مهندسی و فرایندهای صنعتی از جمله نیروگاه‏های هسته‏ای، صنایع نفت و گاز و حفاری زیرتعادلی از اهمیت ویژه‏ای برخوردار هستند، بنابراین مدل سازی دقیق و روش حل مناسب این نوع جریان ها در طراحی بهینه فرآیندها و دستگاه‏های صنعتی بسیار مهم است. در عملیات حفاری زیرتعادلی (ubd)، کنترل فشار ته چاه در پنجره‏ی فشار ubd بسیار مهم و ضرورری می‏باشد. در تحقیق حاضر از مدل شار رانشی برای مدل سازی ریاضی جریان های دوفازی در حالت گذرا و یک بعدی استفاده شده و آنالیز هایپربولیکی آن نیز انجام شده‏است. همچنین مدل‏سازی جریان در حالت دایم با استفاده از مدل‏های مکانیستیک انجام شده‏است. چندین مسئله‏ی جریان دوفازی در حالت گذرا با استفاده از روش‏های عددی مختلف حل شده‏ و دقت روش‏ها با یکدیگر مقایسه شده‏است. نتایج شبیه‏سازی نشان می‏دهد که روش‏های مرکزی و پادبادسو محل وقوع ناپیوستگی را به درستی پیش بینی می کنند اما به دلیل اینکه روش‏های پادبادسو برای محاسبه‏ی تایع شار عددی، جهت جریان را در نظر می‏گیرند، دقت بیشتری نسبت به روش‏های مرکزی داشته ولی زمان محاسباتی بیشتری نیز دارند. به منظور اعتبارسنجی کد حالت دایم در ubd، نتایج شبیه‏سازی با داده‏های واقعی برای چاه لوپز مقایسه شده است. همچنین ارایه‏ی نتایج برای چاه ماسپک53 با استفاده از مدل مکانیستیک و نرم‏افزار wellflo انجام شده‏است. مقایسه‏ی جواب‏های به‏دست آمده با داده‏های واقعی نشان می‏دهد که کد جریان حالت دایم از دقت مناسبی برخوردار است. جواب‏های حاصل از شبیه‏سازی جریان حالت دایم به عنوان شرایط اولیه‏ی جریان گذرا در ubd استفاده می شود. اعتبارسنجی کد حالت گذرا در ubd نیز برای چاه لوپز انجام شده‏ و سپس تاثیر تغییرات دبی حجمی گاز، دبی حجمی مایع و فشار خروجی از دالیز به‏عنوان توابعی از زمان بر روی فشار ته چاه برای چند حالت‏ مختلف بررسی شده‏است. نتایج شبیه‏سازی برای عملیات حفاری زیرتعادلی نشان می‏دهد که با افزایش دبی حجمی مایع و فشار خروجی از دالیز فشار ته چاه و تولید نفت و گاز افزایش می‏یابد. افزایش دبی حجمی گاز تا یک مقدار معین باعث کاهش فشار ته چاه می‏شود و افزایش بیشتر آن باعث افزایش فشار ته چاه می‏شود.

هنگامی که فشار سازند یک میدان نفت و گاز به دلیل استخراج زیاد، کاهش می یابد، استفاده از گل های مرسوم حفاری بدلیل بالا رفتن فشار ته چاه ممکن است باعث صدمه به مخزن شود. در این شرایط به منظور نگه‏داشتن فشار گل حفاری در ته چاه زیر فشار سازند، یک گاز مانند نیتروژن که وزن معادل سیال حفاری را کاهش می‏دهد، به درون مایع حفاری تزریق می‏شود. این نوع حفاری که در آن فشار ته چاه از فشار سازند کمتر است، به عنوان حفاری زیرتعادلی (ubd) شناخته شده‏است. کنترل فشار جریان در ته چاه یک پارامتر مهم در موفقیت عملیات حفاری زیرتعادلی است. در این پایان‏نامه جریان دوفاز گاز – مایع در لوله‏ی حفاری و دالیز در حین حفاری زیرتعادلی، به صورت یک‏بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. برای بیان ریاضی مساله از مدل دوسیالی (اویلر-اویلر) با فرض پایا بودن جریان استفاده شده است. تاثیر پارامترهایی نظیر فشار خروجی دالیز، مقدار دبی مایع حفاری و دبی گاز تزریق شده بر فشار جریان درون چاه مخصوصا فشار ته‏چاه بررسی شده است. طبق نمودارهای الگوی جریان، در رشته‏ی حفاری الگوهای حبابی، لخته‏ای و لایه‏ای و در دالیز الگوهای حبابی، اسلاگ، کف‏آلود و حلقوی بوجود می آید. به منظور اعتبار بخشی مدل دوسیالی ارائه شده، نتایج شبیه سازی بدست آمده با داده‏های تجربی و همچنین با نتایج به‏دست آمده از مدل مکانیستیک و نرم‏افزار wellflo مقایسه شده‏اند. نتایج نشان می‏دهد که سه پارامتر دبی مایع، دبی گاز و فشار خروجی می‏توانند به عنوان پارامترهای کنترل کننده فشار چاه مورد استفاده قرار بگیرند. فشار درون لوله حفاری عمودی از سر چاه تا ته چاه به دلیل افزایش فشار هیدرواستاتیک، افزایش می‏یابد در صورتی‏که فشار درون لوله‏ی حفاری مایل ممکن است افزایش و یا کاهش یابد. فشار درون دالیز از ته چاه تا سر چاه به دلیل کاهش فشار هیدرواستاتیک و نیروی اصطکاکی بین جریان و لوله، همواره کاهش می‏یابد. با افزایش فشار کاهنده و مقدار دبی فاز مایع تزریق شده، مقدار تولید هیدروکربن کاهش می‏یابد. دقت مدل دوسیالی ارائه شده برای محاسبه فشار ته‏چاه، نسبت به اکثر مدل‏های نرم‏افزار wellflo بسیار بهتر و نتایج آن به داده‏های واقعی بسیار نزدیک‏تر است.

در این مطالعه شبیه سازی انتقال حرارت جابجایی آزاد در اتاق دوبعدی متاثر از دیوار ترومب کلاسیک و مرکب انجام شده و تاثیر دیوار متخلخل برای دو مدل دیوار ترومب مرکب ارزیابی شده است. جریان هوا به صورت گذرا، آشفته، لزج و تراکم نا پذیر درنظر گرفته شده و با استفاده از روش حجم محدود شبیه‎سازی شده است. دیوارهای خارجی اتاق هم دما با هوای محیط فرض شده و جریان سیال درون محیط متخلخل آرام در نظر گرفته شده است. شبیه سازی برای شهر اهواز از ساعت 6 صبح روز 15 دی ماه آغاز شده و به مدت یک روز ادامه پیدا کرده است. دمای تمامی نواحی داخل اتاق در آغاز شبیه سازی برابر 12 درجه سانتی گراد فرض شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از دیوار ترومب می تواند تا حد مناسبی نیاز گرمایشی اتاق را برآورده کند. تاثیر استفاده از دریچه در مقابل کانال های گذر هوا در مدل دیوار ترومب کلاسیک بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که با بستن دریچه ها در اواخر شب می توان از پدیده ترموسیفون معکوس جلوگیری کرد. استفاده از دیوار ترومب مرکب با دیوار متخلخل، باعث افزایش حرارت منتقل شده به اتاق می شود و می‏تواند بازده حرارتی این مدل را به مدل کلاسیک نزدیک کند. نتایج این پژوهش نشان می دهد که استفاده از سیستم دیوار ترومب مرکب متخلخل برای شهر اهواز مناسب است.

در این پایان‏نامه جریان و انتقال حرارت در پره‏های نازل ردیف اول توربین گازی ge-f9 شبیه‏سازی شده است. شیبه‏سازی شامل سه قسمت عمده مدل‏سازی هندسی، تولید شبکه و حل جریان در دو حالت دوبعدی و سه‏بعدی است. پره‏های نازل مورد مطالعه به روش‏های جابجایی، لایه‏ای و برخوردی خنک می‏شوند. استفاده از این روش‏ها مستلزم ایجاد سوراخ‏های ریز در پره نازل برای حرکت سیال است. شکل خاص پره‏های توربین و وجود سوراخ‏ها و مجاری خنک‏سازی به شکل‏های گوناگون، هندسه مسئله را بسیار پیچیده ساخته است. برای مدل‏سازی هندسه نازل از تکنیک ابر نقاط و ایجاد برش در قطعه استفاده شده و مدل سطح پره در نرم‏افزار کتیا تولید شده است. شبکه محاسباتی باید با کمترین تعداد سلول و بهترین کیفیت ممکن توانایی در بر گرفتن این هندسه را داشته باشد و از طرفی با الزامات حل مطابق باشد، از این‏رو شبکه از نوع ترکیبی چند بلوکی بوده که به‏کمک نرم افزار گمبیت تولید شده است. جریان سیال در گذر از نازل، آشفته تراکم‏پذیر همراه با گرادیان فشار و انتقال حرارت است. جهت مدل‏سازی آشفتگی از مدل تحقیق‏پذیر با روش گسترش‏یافته در کنار دیوار استفاده شده و معادلات حاکم بر مسئله به روش حجم‏محدود و با استفاده از کد تجاری فلوئنت حل شده‏اند. جهت تشکیل ردیف پره‏ها و کاهش حجم محاسبات از مرز تناوبی استفاده شده است. شبیه‏سازی در حالت‏های مختلف انسداد سوراخ‏های خنک‏سازی تکرار شده و توزیع دمای پره در قالب کانتورها و منحنی‏هایی ارائه و مقایسه شده است. نتایج نشان می‏دهد که بیشینه دما در لبه حمله و کمینه دما پس از سوراخ‏های خنک‏سازی لایه‏ای اتفاق می‏افتد. انسداد جزئی و کامل سوراخ‏های خنک‏سازی می‏تواند سبب افزایش دمای سطح پره تا حدود 300، 160، 400 و 500 درجه سانتی‏گراد، به‏ترتیب برای حالت‏های انسداد سوراخ‏های سمت فشار، لبه فرار، سمت مکش و بدون خنک‏سازی، ‏شود.

در این پژوهش اثر افزودن نانولوله‏های کربنی به آب در ضریب انتقال حرارت جابجائی اجباری و آشفته در یک مبدل دولوله‏ای مورد آزمایش قرار گرفته است. بیشتر سیال‏ها ضریب هدایت حرارتی پایینی نسبت به جامدات دارند لذا افزودن ذرات جامد با ضریب هدایت حرارتی بالا می‏تواند باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجائی آنها شود. نانوذرات به‏دلیل داشتن نسبت سطح به حجم بالا، دارای خصوصیات متفاوتی نسبت به حالت معمولی خود هستند و ضریب هدایت حرارتی متفاوتی دارند. در این پژوهش نانولوله‏های کربنی با قطر nm 20 تا nm 30 تهیه و با استفاده از سدیم دودسیل سولفات در آب به‏صورت پایدار در آمده است. نانوسیال با غلظت‏های مختلف wt 1/0%، wt 2/0% و wt 4/0% برای بررسی تاثیر غلظت نانوذرات بر ضریب انتقال حرارت جابجائی آماده گردید. برای انجام آزمایش‏ها یک مبدل دولوله‏ای ساخته شد و نانوسیال در لوله‏ی داخلی مورد آزمایش قرار گرفت. آزمایش‏ها در محدوده‏ی عدد رینولدز 8.000 تا 16.000 انجام گرفت. مشاهده شد که با افزایش غلظت نانولوله‏های کربنی در آب، ضریب انتقال حرارت کلی مبدل و ضریب انتقال حرارت جابجائی در لوله به‏طور منظم کاهش یافته است. علت این امر می‏تواند پایین‏تر بودن ضریب هدایت حرارتی نانوسیال نسبت به آب بر اثر کاهش نسبت طول به قطر نانولوله‏های کربنی در مراحل آماده‏سازی نانوسیال باشد که موجب عدم ارتباط مناسب نانولوله‏ها و کاهش هدایت حرارتی نانوسیال می‏شود. همچنین مقاومت تماسی بین آب و نانولوله‏های کربنی نیز می‏تواند عامل موثر دیگری در کاهش ضریب هدایت حرارتی مخلوط باشد.

پیش گرمکن دوار یکی از اجزای مهم در نیروگاه بخار برای افزایش راندمان حرارتی است. اصول کار این سیستم بر مبنای انتقال انرژی گازهای خروجی به هوای ورودی بویلر می باشد که این کار توسط ماتریس صفحات فشرده دوار صورت می‏گیرد. با توجه به ابعاد کوچک و میلیمتری فواصل مابین صفحات موجدار و ابعاد چند متری مبدل دوار برای مدلسازی پیش گرمکن، فضای مبدل به عنوان یک محیط متخلخل در نظر گرفته می‏شود. بدین طریق با کاهش هزینه محاسباتی امکان دست‏یابی به یک دید کلی از توزیع دما در مبدل حاصل می‏گردد که پیشتر به این صورت انجام نشده است. شبیه‏سازی عملکرد پیش گرمکن با استفاده از معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی برای فضای متخلخل در مبدل صورت گرفته و تاثیر متغیرهایی چون سرعت چرخش ماتریس، دبی عبوری، ابعاد هندسی، جنس ماتریس و دما‏های ورودی بر عملکرد پیش گرمکن بررسی شده است. همچنین اثرات پدیده نشتی در پیش گرمکن دوار که نقش مهمی در کاهش کارآیی دارد، مورد بررسی قرار گرفته و انواع مختلف نشتی شعاعی، محوری و محیطی شبیه‏سازی شده است. نتایج شبیه‏سازی نشان می‏دهد که سرعت چرخش تا حد معینی سبب افزایش کارائی شده ولی بعد از آن تاثیر نامحسوسی دارد. همچنین مشخص شد که نشتی شعاعی بیشترین نقش را در کاهش راندمان پیش گرمکن دارد. شبیه‏سازی درحالت وجود نشتی نشان می‏دهد که نتایج بدست آمده با مقادیر اندازه‏گیری شده در نیروگاه بخار رامین از دقت قابل قبولی برخوردار است.

مدل سازی رتبه کاسته کاویتاسیون جزئی غیردائم بر روی هیدروفویل سه بعدی در این رساله انجام شده است. با تکیه بر فرض جریان پتانسیل، معادلات حاکم و شرایط مرزی جریان کاویتاسیون جزئی ارائه شده است. در ادامه ابتدا جریان دائم و غیردائم بدون کاویتی حول هیدروفویل های دوبعدی و سه بعدی با استفاده از روش المان مرزی تحلیل شده است. نتایج بدست آمده از روش عددی با نتایج تحلیلی و تجربی مقایسه شده و مشاهده گردید که روش عددی از دقت بسیار بالایی برخوردار می باشد. در گام بعدی، جریان دائم کاویتاسیون جزئی بر روی هیدروفویل های دوبعدی و سه بعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل سازی با استفاده از روش غیرخطی پاره ای انجام شده که در این روش به کمک یک فرآیند تکرار، شکل کاویتی بر روی هندسه مورد نظر محاسبه می شود. کارایی این روش در تحلیل جریان دوبعدی و سه بعدی با استفاده از نتایج تجربی و عددی بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که روش تکرار با وجود دقت مناسب، هزینه محاسباتی بالایی دارد. فرآیند تکراری در هر گام زمانی جریان غیردائم نیز مورد نیاز است. علاوه بر این، استفاده از فرآیند تکرار منجر به تغییر دستگاه معادلات حاکم شده که این تغییر، مدل سازی رتبه کاسته را به مخاطره می اندازد. بنابراین، روش جدیدی جهت تحلیل کاویتاسیون جزئی غیردائم ارائه شده است. در این روش، فرآیند تکرار حذف شده و طول کاویتی به کمک یک روش تحلیلی در هر گام زمانی تعیین می شود. ایده اصلی این روش تحلیلی بر اساس رفتار کاویتاسیون جزئی در جریان دائم می باشد. با استفاده از این روش جدید، مدل سازی رتبه کاسته کاویتاسیون جزئی غیردائم انجام شده است. در روش رتبه کاسته نیز جهت حذف مقادیر ویژه صفر و گریز از تصحیح استاتیکی، مدل سازی جریان غیردائم بر اساس المان های مجهول دنباله پایه ریزی شده است. دقت و کارایی روش ارائه شده در مدل سازی جریان غیردائم دوبعدی و سه بعدی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج مدل سازی رتبه کاسته با نتایج روش متداول و نیز نتایج دیگر محققان بیانگر دقت مناسب روش استفاده شده می باشد. در نهایت نشان داده شده که مدل رتبه کاسته پیشنهادی از لحاظ زمان محاسباتی دارای کارایی بالای 80 درصد بوده و از این رو با صرف زمان به مراتب کمتری نسبت به روش متداول قادر به مدل سازی جریان غیر دائم کاویتاسیون جزئی بر روی هیدروفویل ها می باشد.

هدف این تحقیق نشان دادن فرایند مدل سازی هندسی و شبیه سازی جریان درون یک جسم با هندسه پیچیده است. برای دست یابی به این هدف مدل هندسی پوسته و پروانه کمپرسور گریز از مرکز در نظر گرفته شده است. مدل هندسی با اندازه گیری ابعاد با استفاده از وسایل اندازه گیری مستقیم مانند کولیس و کمان سنج و استفاده هم زمان از نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر و برازش منحنی بدست آمده است. از نرم افزار سالیدورکس برای ثبت داده‎های اندازه‎گیری شده و برازش مرزهای مسیر جریان استفاده شده است.برای ایجاد فضای محاسباتی مناسب، به دلیل هندسه پیچیده و انحنادار کمپرسور، از شبکه بی‏سازمان و ترکیبی برای گسسته سازی ناحیه محاسباتی استفاده شده است. کل ناحیه محاسباتی شامل 787325 سلول بی سازمان تتراهدرال و پیرمید می باشد. برای حل معادلات ناویراستوکس، جریان درون کمپرسور گریز از مرکز با جزییات کامل جریان بین پره‎ها، دیفیوزر و محفظه حلزونی شبیه‎سازی عددی شده است. روش حجم محدود به منظور شبیه سازی و حل عددی جریان تراکم پذیر، دائمی و سه بعدی درون مجراهای کمپرسور انتخاب شده است. از مدل آشفتگیsst, که اثرات تراکم پذیری را درنظر می گیرد برای تحلیل سه بعدی جریان استفاده شده است. در شبیه‎سازی مناطق دوار روش پایا- نیمه‎پایای دستگاه مختصات دوار چندگانه بکار گرفته شده است. جریان برای سه دور مختلف روتور حل شده و منحنی عملکردی سیستم و خط سرج کمپرسور تعیین شده است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه‎سازی جریان درون کمپرسور برای دو حالت پروانه، شامل پره جداکننده و بدون پره جداکننده نشان دهنده کاهش نسبت افزایش فشار و بازده در کمپرسور بدون پره جداکننده می‎باشد. نتایج بر وجود جریانات ثانویه و برگشتی بین پره‎ها دلالت می‎کند. همچنین شکل محفظه حلزونی و محل زبانه آن تأثیر زیادی بر مقدار افزایش فشار کمپرسور داشته و باعث اغتشاشاتی در جریان خروجی از پره‎ها می‎شود.

در این پایان نامه جریان و انتقال حرارت روغن درون یک ترانسفورماتور توزیع 50 کیلوولت آمپر از نوع روغن طبیعی - هوا طبیعی، شبیه سازی می شود. شبیه سازی شامل سه گام عمده مدل‏سازی هندسی، تولید شبکه و حل جریان در حالت سه بعدی است. ترانس مورد مطالعه به روش جابجایی آزاد با هوای محیط، جابجایی واداشته به واسطه وزش باد در فضای آزاد و تبادل حرارت تشعشع با محیط اطراف خنک می‏شود. درمدلسازی هندسه ترانس حتی الامکان، جزییات مهم در انتقال حرارت و جریان روغن مبتنی بر شرایط واقعی در نظر گرفته می شود. جهت کاهش هزینه محاسبات، از مرزهای تقارن استفاده شده و فقط یک چهارم از کل ترانس درشبیه سازی در نظرگرفته می شود. سعی می شود یک شبکه محاسباتی با کمترین تعداد سلول وبهترین کیفیت ممکن تولید شود که چنین هندسه‏ای را در برگیرد. تولید شبکه محاسباتی با استفاده از نرم افزار گمبیت انجام می شود. شرایط مرزی با دقت در نظرگرفته می شود تا بهترین شرایط در هر مورد به دست آید. ضرایب انتقال حرارت جابجایی خارجی، با در نظرگرفتن شرایط واقعیِ جریان هوا در اطراف ترانس و از نتایج حل عددی آن بدست می آید. این ضرایب، جهت اعمال شرایط مرزی گرمایی مناسب برای حل مدل اصلی ترانس، بکار برده می شود. رژیم جریان آرام و حالت پایدار است. معادلات حاکم بر مسئله به روش عددی حجم محدود و با استفاده از نرم افزار فلوئنت حل می شود. نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایش های تجربی روی یک ترانس مشابه مقایسه می شود و مشخص می شود که دقت حل، مطلوب است. شبیه سازی برای حالت های بار و شرایط محیطی مختلف تکرار می شود ونتایج شبیه سازی به شکل توزیع دما و الگوی جریان روغن، ارایه می شود. نتایج نشان می‏دهد که به دلیل لایه بندی گرمایی ناشی از اثرات شناوری، نیمه بالایی ترانس- از یوغ بالایی هسته تا درپوش- نسبت به نیمه پایینی آن داغ‏تراست و حرکت روغن بیشتر در این ناحیه متمرکز می‏شود. روغن در نیمه پایینی ساکن و سرد است. نقش فین‏های توخالی در انتقال حرارت از ترانس بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که حدود 70 درصد ازحرارت تولیدی از طریق این فینها به بیرون ترانس منتقل می‏شود، بنابراین تغییر در هندسه این فین ها یکی از روش های بهبود خنک کاری ترانس است. اثر وجود کانالهای خنک کاری در میان سیم پیچ ها، بر الگوی جریان و انتقال حرارت ازبخش های داخلی ترانس بررسی می شود. الگوی جریان روغن در سطوح بار پایین با سطوح بار بالا مقایسه می شود و مشخص می شود که نسبت اتلافات آهنی به اتلافات مسی در هریک از این شرایط، نقش مهمی در الگوی جریان دارد.

فرازآوری با گاز یکی از پرکاربردترین روش های فرازآوری مصنوعی است که در آن با تزریق گاز به لوله بهره برداری چگالی مخلوط دو فاز گاز و نفت کاهش یافته و در نتیجه به ازای فشار معین ته چاه، می توان به نرخ تولید بیشتری دست یافت. در بخش اول این پایان نامه پس از بررسی ضرورت بکارگیری سیستم فرازآوری با گاز در چاه، جریان دوفاز در حالت پایا به روش شار رانشی شبیه سازی شده و عمق تزریق و دبی تزریق گاز تعیین می شود. سپس نتایج شبیه سازی با داده های میدانی و نرم افزار pipesim مقایسه شده است که مقایسه با داده های واقعی نشان می دهد که مدل سازی جریان پایا از دقت مناسبی برخوردار است. طبق نتایج حالت پایا همیشه با تزریق گاز در عمق بیشتر، فشار ته چاهی کاهش و در نتیجه دبی خروجی افزایش می یابد. ولی افزایش دبی تزریق گاز به دلیل افزایش افت فشار اصطکاکی همیشه باعث افزایش دبی خروجی نفت نمی شود. در بخش دوم به مدل سازی و شبیه سازی جریان دوفاز تشکیل شده در حالت گذرا در سیستم فرازآوری با گاز با دو شرط اولیه متفاوت پرداخته می شود. این دو شرط اولیه عبارتند از چاه بدون تولید و چاه همراه با تولید. از مدل شار رانشی برای شبیه سازی جریان گذرا استفاده شده است. طبق نتایج بدست آمده برای چاه بدون تولید، با تزریق گاز به چاه و انجام فرایند تخلیه، دبی خروجی چاه به bbl/d 1436 می رسد که برای چاه های کم فشار مقدار قابل توجهی محسوب می شود. برای چاه های همراه با تولید، با بکارگیری سیستم فرازآوری با گاز دبی خروجی نفت 220% افزایش می یابد. نتایج حاصل از شبیه سازی با نرم افزار olga و داده های سایر مقالات مقایسه می شود. این مقایسه نشان می دهد که شبیه سازی انجام شده به خوبی فشار ته چاهی و زمان پایداری را پیش بینی می کند. نتایج در حالت گذرا نشان می دهد که اگرچه با افزایش عمق تزریق دبی خروجی افزایش می یابد اما مدت زمان رسیدن به شرایط پایداری نیز افزایش خواهد یافت.

در این پایاننامه فرایند مدل سازی و شبیه سازی جریان درون پمپ چند فاز دو پیچی ارائه شده است. با توجه به جدید بودن این پمپ ها، در ابتدا به معرفی پمپ چند فاز دو پیچی پرداخته شده و سپس مزایا و معایب آن مورد بررسی قرار گرفته است. در پمپ چند فاز پیچی، سه نوع مجرای نشتی وجود دارد که جریان از این مجاری به قسمت مکشی برگشت می کند. از بین این مجاری، مجرای پیرامونی دارای بیشترین سهم از نشتی های پمپ است. برای عملکرد مناسب پمپ چند فاز دو پیچی، لازم است که کسر حجمی کوچکی از مایع وجود داشته باشد تا این مجاری به خوبی آب بندی شوند. پمپاژ سیالی با کسر حجمی 100 درصد گاز ورودی زمانی ممکن خواهد بود که بتوان مقداری از فاز مایع را جهت آببندی مجاری در پمپ گردش داد. این مساله سبب شده که طراحی داخلی پمپ با چالش هایی روبرو شود. از طرفی هندسه ی پیچیده پمپ نیز مدل سازی آن را دشوار نموده است. برای مدل سازی و شبیه سازی پمپ از دینامیک سیالات محاسباتی استفاده شده است. هندسه ی پمپ با استفاده از نرم افزارهای طراحی به کمک رایانه مانند سالید ورکس تولید شده است. گسسته سازی مدل تولید شده برای دستیابی به شبکه محاسباتی با استفاده از نرم افزارهای تولید شبکه مانند گمبیت صورت گرفته است. هندسه جریان درون پمپ توسط سلول های چهار وجهی و به صورت بی سازمان شبکه بندی شده است. سپس حل جریان با استفاده از نرم افزار فلوئنت صورت گرفت. پمپ چند فاز دو پیچی در دو حالت ورودی تک فاز تراکم ناپذیر و ورودی دو فاز تراکم پذیر شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی به صورت کانتورهای فشار، سرعت و بردارهای سرعت ارائه شده است. نتایج این بررسی ها به صورت تغییرات دبی بر حسب تغییرات فشار، نحوه ی توزیع فشار در طول پمپ و دبی جریان های برگشتی نسبت به افزایش فشار ارائه شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که با افزایش فشار، نشتی ها از مجاری پیرامونی شدیدا افزایش پیدا می کنند. توزیع فشار درون پمپ در حالت ورودی تک فاز، خطی بدست آمد. در حالت ورودی دو فاز، با افزایش کسر حجمی گاز ورودی، توزیع فشار غیر خطی شده است.

در این پایان نامه جریان و انتقال حرارت در پره‏های نازل ردیف اول توربین گازی در حالت گذرا در هنگام روشن و خاموش شدن توربین گاز شبیه سازی شده است. تخمین عمر پره های نازل ردیف اول نیازمند پیش بینی هر چه دقیق تر توزیع دما در آن می باشد. با هر بار خاموش و روشن کردن توربین گاز، این پره ها تحت سیکل حرارتی، تنش ها و کرنش های ناشی از آن قرار می گیرند که در دراز مدت سبب بروز پدیده خستگی حرارتی می شود. شبیه سازی شامل سه قسمت عمده مدل سازی هندسی، تولید شبکه و حل جریان در حالت دو بعدی و سه بعدی می باشد. پره‏های نازل مورد مطالعه به روش‏های جابجایی، لایه‏ ای و برخوردی خنک می‏ شوند. برای مدل سازی هندسه نازل از تکنیک ابر نقاط و ایجاد برش در قطعه استفاده شده و مدل سطح در نرم افزار کتیا تولید شده است. شبکه از نوع ترکیبی چند بلوکی بوده که توسط نرم افزار گمبیت تولید شده است. جریان سیال در گذر از نازل، آشفته تراکم‏ پذیر همراه با گرادیان فشار و انتقال حرارت است. جهت مدل‏سازی آشفتگی از مدل تحقق‏ پذیر با روش گسترش‏ یافته در کنار دیوار استفاده شده است و معادلات حاکم بر مسئله به روش حجم‏ محدود و با استفاده از کد تجاری فلوئنت حل شده اند. جهت تشکیل ردیف پره ها و کاهش حجم محاسبات از مرز تناوبی استفاده شده است. شبیه سازی در حالت های خنک سازی و بدون خنک سازی برای روشن و خاموش شدن توربین انجام گرفته و توزیع دمای پره در قالب کانتور ها و منحنی هایی نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که در هنگام روشن شدن توربین با وجود خنک سازی، بیشینه دما در لبه حمله پره و کمینه دما در سوراخ های خنک سازی سمت فشار اتفاق می افتد. در هنگام خاموش شدن توربین با وجود خنک سازی، در زمان 901 ثانیه بیشینه دما در سوراخ های خنک سازی سمت فشار و کمینه دما در لبه حمله اتفاق می افتد. در زمان 1024 ثانیه در هنگام روشن شدن توربین برای حالت بدون خنک سازی در مقایسه با حالت خنک سازی افزایش دمایی برابر 210، 270 و 480 درجه کلوین به ترتیب برای لبه فرار، سوراخ های سمت مکش و سوراخ های سمت فشار حاصل می شود.

در عملیات حفاری فراتعادلی به علت اختلاف فشار سیال حفاری و سازند، فیلتراسیون گل صورت می پذیرد که در اثر آن برروی دیواره سازند فیلتر کیک تشکیل می شود. تشکیل فیلتر کیک روی دیواره سازند باعث کاهش آسیب دیدگی سازند شده ولی از طرف دیگر ممکن است سبب گیر مته حفاری و اصطکاک بیش از حد شود. تشکیل فیلتر کیک نتیجه سه فرآیند مرتبطِ جریان درون دالیز، نفوذ سیال به درون سازند و تشکیل کیک بر روی دیواره سازند است. در این پژوهش از یک رویه عددی برای مدل سازی و شبیه سازی رشد فیلتر کیک استفاده شده است که در آن ابتدا میدان جریان گل حفاری در فضای حلقوی چاه و پس از آن سرعت نفوذ صافاب به درون سازند و نرخ رشد فیلتر کیک محاسبه شده است. برای این منظور ابتدا با فرض جامد بودن دیواره چاه، معادلات حرکت سیال حفاری (که خواص رئولوژیکی آن توسط مدل توانی بیان شده است) در دو حالت دالیز هم مرکز و غیرهم مرکز استخراج و با روش های عددی حل شده است. از معادله دارسی برای محاسبه سرعت نفوذ صافاب به درون سازند و برای محاسبه نرخ رشد فیلتر کیک از احتمال رسوب ذره - که از آنالیز نیروهای وارد بر ذره در سطح کیک محاسبه می شود – استفاده شده است. برای اعتبار بخشی به نتایج ابتدا حل جریان در هر دوحالت هم مرکز و غیرهم مرکز با نتایج عددی و تجربی مقایسه شده و سپس برای اعتبار سنجی محاسبات کیک، ضخامت کیک در حالت نامتقارن با مرجع مربوطه (عددی) مقایسه شده است. در نهایت تاثیر سرعت متوسط سیال، چرخش رشته حفاری، شاخص توانی سیال حفاری، خروج از مرکزیت و اندازه ذرات بر ضخامت فیلتر کیک و سرعت نفوذ صافاب بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش شاخص توانی سیال باعث افزایش ضخامت فیلترکیک و کاهش سرعت نفوذ صافاب می شود. هم چنین افزایش خروج از مرکزیت رشته حفاری نه تنها باعث افزایش بیشینه ضخامت کیک می شود، بلکه اختلاف بین ضخیم ترین و نازک ترین ناحیه کیک نیز افزایش می یابد.

به تجهیزاتی که انرژی تابشی خورشیدی را به صورت مستقیم به الکتریسیته تبدیل می‏کنند، سلول خورشیدی یا سلول فتوولتاییک گفته می‏شود. بازده تبدیل انرژی پایین اینگونه سلول‏ها باعث تولید انرژی حرارتی بیش از حد در این سلول‏ها و باعث بالا رفتن دمای آن‏ها خواهد شد. یکی از مشکلات اساسی این سلول‏ها، کاهش بازده الکتریکی با افزایش دما می‏باشد. بنابراین سیستم‏های فتوولتاییک-حرارتی با اضافه کردن تجهیزات حرارتی به سلول خورشیدی به عنوان یکی از راه حل‏های رفع مشکل افزایش دمای سلول‏های خورشیدی مطرح شده است. در این پژوهش برای بررسی عملکرد حرارتی و الکتریکی سیستم‏های فتوولتاییک-حرارتی، یک دستگاه فتوولتاییک-حرارتی طراحی و ساخته شده است. دستگاه ساخته شده شامل یک پنل خورشیدی و دومبدل حرارتی که یکی در زیر پنل خورشیدی و یکی درون مخزن ذخیره آب گرم قرار داده شده‏اند، می‏باشد. سیال عامل خنک‏کن به صورت اجباری بین دو مبدل حرارتی مذکور در یک سیکل حلقه بسته در جریان است. مخزن ذخیره آب گرم به صورت مستقیم به آب شهری متصل می‏باشد. در این پژوهش جهت بررسی عملکرد حرارتی و الکتریکی سیستم ساخته شده از آب نانوسیال sio2 استفاده شد. در این پژوهش نانوسیال‏های (dio water/sio2) با درصدهای جرمی نانوذرات % wt 1 و % wt 3 و با قطرهای متفاوت 11-14 نانومتر و 60-70 نانومتر به عنوان نانوسیال مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج آزمایش‏ها با سیال عامل نانوسیال (diowater/sio2) نشان می‏دهد با افزایش درصد جرمی نانوذرات از % wt 1 به % wt 3 درون سیال پایه، عملکرد کلی سیستم فتوولتاییک-حرارتی برای اندازه نانوذرات 11-14 و 60-70 نانومتر به ترتیب به میزان % 36/2 و %20/2 بهبود یافته است. همچنین با استفاده از نانوسیال با درصد جرمی 3 درصد و قطر نانوذرات 11-14 نانومتر نسبت به سیال پایه عملکرد کلی به میزان% 76/7 بهبود یافته است. نتایج ارائه شده نشان دادند که با افزایش قطر متوسط نانوذرات درون سیال پایه، عملکرد کلی سیستم کاهش یافته است.

در این پایان نامه مدل سازی و شبیه سازی سیکل تبرید تراکمی بخار در حالت پایدار انجام شده است. برای هر یک از اجزای اصلی سیستم مانند کمپرسور، کندانسور، اواپراتور و لوله موئین یک مدل ریاضی ارائه شده است. این مدل ها بر اساس اصول انتقال حرارت، ترمودینامیک و منحنی های مشخصه اجزاء استخراج شده-اند. با به کارگیری مدل سازی انجام شده برای هر یک از اجزاء سیکل، مدل سازی کل سیکل بصورت یکپارچه انجام شده و شبیه سازی آن توسط نرم افزار ees صورت گرفته است. با استفاده از شبیه سازی پیش بینی مشخصه های سیستم مانند نرخ دفع حرارت در کندانسور، کار کمپرسور، اثر تبرید و ضریب عملکرد سیستم در شرایط محیطی متفاوت انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی با با داده های تجربی به دست آمده از بررسی آزمایشگاهی یک دستگاه کولر گازی دو تکه مقایسه شده و مشخص گردید که مدل ارائه شده می تواند با دقت خوبی عملکرد سیستم را پیش بینی نماید. متوسط اختلاف بین نتایج تجربی و مدل جهت پیش بینی ضریب عملکرد 7% می باشد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش یک درجه دمای هوای محیط ضریب عملکرد سیکل 3.5% کاهش می یابد و با افزایش 10% رطوبت نسبی هوای محیط ضریب عملکرد به طور متوسط 5/6% افزایش می یابد. افزایش 10% در دبی حجمی هوای عبوری از روی کندانسور، سبب افزایش 2/3% در ضریب عملکرد سیکل می شود. همچنین تأثیر افزایش سطح کندانسور بر میزان حرارت دفع شده در کندانسور بررسی گردید و مشخص شد که در دمای ثابت محیط با افزایش سطح کندانسور تا حد مشخصی، دفع حرارت از آن محسوس بوده و با شیب مطلوبی افزایش می یابد اما با افزایش بیشتر سطح، تغییر چندانی در افزایش حرارت دفع شده در کندانسور مشاهده نمی شود.

یکی از روش های نوین حفاری چاه های نفت و گاز که به دلیل ویژگی های مثبت، توجه زیادی به آن شده است، حفاری زیر تعادلی (underbalanced drilling) یا به اختصار ubd می باشد. در این روش با کم کردن وزن هیدرواستاتیک سیال حفاری از طریق تزریق سیال دو فاز، فشار ته چاهی کمتر از فشار مخزن نگه داشته می‏شود. کاربرد این روش در حفاری افقی و مایل کمتر مورد توجه قرار گرفته است. لذا در تحقیق حاضر، شبیه‏سازی عددی جریان‏های دو فازی غیر دائم هم دما با استفاده از مدل دوسیالی تراکم‏پذیر چهار معادله‏ای، در چاه‏های افقی، مایل و عمودی انجام می‏شود. پس از بیان معادلات حاکم و آنالیز هایپربولیکی آنها، روش عددی ترکیبی تجزیه بالا دست فرارفت (ausm) که برای حل معادلات نیاز به محاسبه ماتریس ژاکوبین سیستم ندارد، معرفی خواهد شد. شبیه سازی عددی نشان می‏دهد که این روش عددی قابلیت بالایی در تحلیل جریان‏های دو فازی دارد. به منظور اعتبارسنجی کد نوشته شده برای لوله‏های افقی، مایل و عمودی، چندین مسئله جریان دو فازی مورد بررسی قرار گرفته است و در ادامه چندین حلقه چاه نمونه شبیه‏سازی می‏شود. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که در تمام شرایط جریانی درون دالیز، به دلیل افت فشاری ناشی از اصطکاک و گرانش، در جهت جریان همواره کسر حجمی گاز و سرعت‏های دو فاز افزایش و فشار کاهش می‏یابد. همچنین درون لوله حفاری افقی، به دلیل افت اصطکاکی، فشار همواره کاهش و سرعت دو فاز و کسر حجمی گاز افزایش می‏یابد. ولی در جهت جریان درون لوله حفاری در نواحی شیبدار، به دلیل وزن ستون سیال، فشار افزایش و کسر حجمی فاز گاز و سرعت‏های دو فاز کاهش می‏یابد.

در پایان نامه حاضر تأثیر تابش خورشید بر گرمایش ترانسفورماتورهای توزیع به صورت تجربی و تحلیلی بررسی شده است. یکی از مشکلات مهم شبکه توزیع برق، گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورهای توزیع در هنگام تابستان و خراب شدن آنها می باشد. تابش خورشیدی بر روی ترانسفورماتور ها سبب گرمایش آنها شده و به افزایش دمای آن کمک می کند. به همین علت یکی از تحقیقات مورد نیاز بررسی میزان تاثیر تشعشع خورشید بر گرمایش ترانسفورماتور می باشد. زیرا عمر ترانسفورماتور به شدت تابع دمای روغن و عایق های درون آن است. از طریق آزمایشات تجربی تاثیر تابش خوشید بر گرمایش ترانسفورماتور مورد بررسی قرار گرفت. برای اینکار دمای روغن ترانسفورماتور در دو حالت، یکی وقتی که ترانسفورماتور تحت تابش خورشید بوده و دیگری وقتی که سایبان بر روی آن قرار دارد اندازه گیری شد. همچنین مدلسازی حرارتی ترانسفورماتور انجام و معادلات حاکم بر آن استخراج شد و نتایج حل عددی با نتایج تجربی مقایسه گردید. نتایج آزمایشات و مدلسازی انجام گرفته نشان می دهند که در شرایط تابستان اهواز تشعشع خورشید در گرمایش ترانس ها بسیار موثر بوده و بطور متوسط 5/3 درجه بر افزایش دمای روغن درون ترانسفورماتور تأثیر می گذارد.

در پایان نامه حاضر آنالیز انرژی و اکسرژی سیکل فوق بحرانی نیروگاه رامین اهواز جهت شناسایی و تعیین پتانسیل نیروگاه به منظور افزایش کارایی انجام شده است. به این منظور بعد از محاسبه راندمان انرژی و اکسرژی برای هر یک از اجزای سیکل، تاثیر پارامترهای مختلف مانند دما و فشار بویلر، دما و فشار بازگرم کن، استفاده از دو بازگرم کن در سیکل، دمای هوای محیط و پیش گرم کردن هوای ورودی به بویلر بر راندمان حرارتی و اکسرژی نیروگاه بررسی شده است. همچنین تاثیر در مدار نبودن هر کدام از گرم کن های آب تغذیه و فشار زیرکش های توربین به سمت این گرم کن ها بر عملکرد نیروگاه مورد بررسی قرار داده شد. نتایج حاصل از آنالیز انرژی و اکسرژی نشان می دهد که راندمان حرارتی نیروگاه 40/81 درصد و راندمان اکسرژی نیروگاه 36/78 درصد می باشد. پیش گرم کردن هوای ورودی به بویلر تا 300 درجه سانتیگراد باعث کاهش مصرف سوخت تا 12 درصد و کاهش بازگشت ناپذیری به میزان 8/64 درصد در بویلر می شود. افزایش دما و رطوبت باعث کاهش راندمان انرژی و اکسرژی سیکل می شود به طوریکه افزایش دمای هوا از 5 تا 50 درجه سانتیگراد در رطوبت نسبی 30 درصد باعث کاهش راندمان حرارتی به میزان 35/2 درصد و راندمان اکسرژی به میزان8/2 درصد می شود. آنالیز انرژی کندانسور را عامل اصلی نابودی انرژی و نتایج حاصل از آنالیز اکسرژی بویلر را به عنوان عامل اصلی بازگشت ناپذیری در نیروگاه مشخص می کند و عامل اصلی بازگشت ناپذیری در بویلر انتقال حرارت سپس احتراق می باشد.

در پایان نامه ی حاضر شبیه سازی رفتار برج های خنک کننده نیروگاه رامین اهواز به کمک مدل سازی ریاضی فرآیند انتقال جرم و حرارت صورت پذیرفته است. معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار دو سیال آب و هوا در ناحیه ی پکینگ های برج که از نوع جریان متقابل بوده، با استفاده از قوانین بقای جرم و انرژی استخراج گردید. در مدل سازی انجام شده تاثیر میزان آب تبخیر شده در فرآیند ها در نظر گرفته شد. معادلات حاکم به روش عددی حل شده و با مقایسه ی نتایج آن با نتایج تجربی موجود در مراجع، اعتبار سنجی آن انجام گرفت. با استفاده از آزمایشات انجام شده و به کمک مدل سازی موجود مشخصه ی عملکرد برج خنک کن نیروگاه محاسبه گردید. با داشتن مشخصه ی عملکرد برج خنک کن، رفتار برج در شرایط مختلف آب و هوایی پیش بینی شده و با داده های موجود در نیروگاه مقایسه گردید. مشخصه های ترمودینامیکی آب و هوا در طول حرکت در برج، مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت و تاثیر پارامتر های مختلف بر آنها بررسی گردید. نتایج بدست آمده نشان می دهند که مدل ارائه شده قادر خواهد بود در شرایط کارکرد مختلف برج نتایج قابل قبولی را برای دمای آب خروجی از برج ارائه دهد.

چکیده ندارد.