بهبود میزان انتقال حرارت سبب افزایش بازده مبدلها و کاهش حجم و وزن آنها می گردد. تکنیک های افزایش انتقال حرارت به دو گروه فعال و غیرفعال دسته بندی می شوند. استفاده از تاثیر اعمال میدان الکتریکی درون محفظه پره دار در پژوهش حاضر ترکیب تکنیک های فعال و غیرفعال افزایش انتقال حرارت است که کاربردهای مهندسی فراوانی دارد. تمامی مطالعات قبلی مشابه در زمینه ی تاثیر میدان الکتریکی بر انتقال حرارت یا اختصاراً ehd روی افزایش انتقال حرارت از صفحات تخت درون کانال یا محفظه متمرکز بوده است. پژوهش حاضر به بررسی تجربی افزایش انتقال حرارت متاثر از میدان الکتریکی درون محفظه هایی که یک وجه رسانای حرارتی و الکتریکی پره دار و پنج وجه عایق حرارتی و الکتریکی دارد، می پردازد. ابعاد مقطع محفظه 20 15 سانتی متر و ارتفاع آن 15 سانتی متر است. ضخامت صفحه ی رسانای پره دار مسی 3 میلی متر است. محفظه در سه حالت تک پره، سه پره و هفت پره بررسی شده است. ضخامت پره ها در مقطع عرضی یکنواخت است. وجه مقابل به صفحه ی پره دار دارای روزنه ای به ارتفاع 5/7 سانتی متر است و محل روزنه در پایین، وسط و بالای دیواره قابل تغییر است. در بیرون محفظه و پشت صفحه مسی یک گرمکن الکتریکی صفحه ای قرار دارد. برای اعمال میدان الکتریکی در درون محفظه از الکترودهای سیمی استفاده شده است. موقعیت الکترودها نسبت به پره ها قابل تغییر است. تاثیر میدان الکتریکی بر انتقال حرارت برای محدوده ای از ولتاژها بررسی شده است. زمانی که میدان الکتریکی غیر یکنواخت به یک سیال دی الکتریک نظیر هوا اعمال می شود، تخلیه ی الکتریکی اتفاق می افتد و معمولا یون ها در اطراف الکترودی که شعاع انحنای کمتری دارد تولید می شوند و به سمت الکترود با بار مخالف تحت تاثیر میدان الکتریکی متناسب با گرادیان موضعی میدان شتاب می گیرند. با حرکت این توده ی یونی مومنتوم به سیال منتقل می شود و توده ی سیال نیز شروع به حرکت می کند. ایجاد این پویایی در سیال باد یونی یا کرونا نامیده می شود. انتقال حرارت با افزایش جریان و ولتاژ اعمالی افزایش می یابد. اعمال میدان الکتریکی درون محفظه ی روزنه دار وقتی روزنه در بالای محفظه قرار دارد، بیشترین افزایش را بر ضریب انتقال حرارت دارد. بیشترین انتقال حرارت برای تمامی مدل ها وقتی الکترود در منتهاالیه پره است اتفاق می افتد. افزایش فاصله ی بین الکترودهای سیمی و صفحه ای در حالی که جریان الکتریکی ثابت است، سبب افزایش انتقال حرارت می گردد. در تعداد بالاتر پره تاثیر کرونای مثبت بیشتر از کرونای منفی است.

لطفا به فایل pdf ضمیمه شده مراجعه کنید.

با رشد و توسعه سریع در تکنولوژی محاسباتی، تجهیزات الکترونیکی علاوه بر کوچکتر شدن و تجمع بیشتر پیشرفته تر نیز شدند. اما این کوچک سازی و تجمع گرمای بیشتری به ازای واحد سطح تولید می‏کند. در نتیجه دمای کاری اجزای الکترونیکی ممکن است از سطح دمای مطلوب بیشتر شود. از آنجائیکه عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن‏ها در سطح دمای قابل قبول بسیار مهم است. ایدههای زیادی برای بهبود تکنولوژی خنک کاری تجهیزات الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این ایده‏ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا و نیاز به ماده مبرد کم توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در بهینه سازی میکروکانال‏ها از الگوریتم‏ها و روش‏های مختلفی استفاده می‏شود؛ یکی از این روش‏ها، تئوری ساختاری می‏باشد. به علت اثر مهم میدان الکتروسینتیک در جریان های میکرو و نانو، این اثر در مدل سازی این نوع جریان ها باید در نظر گرفته شود. در پژوهش حاضر در بخش اول به صورت تحلیلی و عددی انداز? بهینه مسیر برای کانال‏هایی با سطح مقطع مربع، دایره و مثلث متساوی الساقین راست گوشه به نحوی تعیین شد که چیدمان میکروکانال‏ها بیشترین انتقال حرارت را در واحد حجم داشته باشد. در بخش دوم ابتدا هندسه بهینه میکروکانال‏های جاذب حرارت با سطح مقطع مستطیل، بیضی و مثلث به نحوی تعیین شد که مقاومت حرارتی کل مینیمم شود. سپس میکروکانال‏های جاذب حرارت ذکر شده در حالت بهینه با هم مقایسه شدند. در بخش سوم اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال جاذب حرارت مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت در بخش چهارم هندسه بهینه میکرو کانال جاذب حرارت با وجود اثر میدان الکتروسینتیک تعیین شد. کلمات کلیدی: 1-ساختاری 2-میکروکانال غیر دایره ای 3-جاذب حرارت 4-شکل بهینه 5-میدان الکتروسینتیک

در پژوهش حاضر، ساختار بهینه ی پره های داخلی طولی درون لوله به صورت تحلیلی و عددی، مورد بررسی قرار گرفته است. این پره ها از جداره ی لوله در راستای شعاعی و به سمت مرکز لوله به گونه ای امتداد یافته اند که تا شعاع معینی پیش می آیند. لوله و پره های داخلی نسبت به سیال درون لوله، دارای قابلیت هدایت حرارتی بزرگتری هستند و انتقال حرارت از جداره ی لوله و پره ها به سمت سیال می باشد. بهینه سازی تحلیلی با استفاده از تئوری ساختاری انجام شده است. تئوری ساختاری، به عنوان یادآور اینکه سیستم های جریانی که طراحی می شوند، باید انعطاف پذیر باشند، مورد استفاده قرار می گیرد. یک سیستم جریان، جهت پایداری و بقا در زمان، باید چنان تکمیل و اصلاح شود که دسترسی هر چه آسان تری را برای جریان هایی که در آن جاری می باشد، فراهم نماید. این قانون پایه و اساس تئوری ساختاری برای تولید پیکربندی جریان در طبیعت می باشد. درحوزه انتقال حرارت، نشان داده شده است که اصول تولید هندسه جریان چگونه عمل می کنند. در ابتدا با استفاده از تئوری ساختاری برای رسیدن به کارآیی حرارتی بیشینه، نسبت عرضی بهینه ی پره های داخلی برای نسبت های مختلف ماده ی پره، مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج حاصل ارائه شده است؛ پس از آن برای دونسبت ماده ی پره ی مختلف (1/0 و 05/0 )، نسبت عرضی بهینه با استفاده از حل عددی برای شرایط مرزی دما ثابت و شار ثابت، بررسی شده است. برای شرط مرزی شارثابت، کمینه ی دمای جداره برای رسیدن به بیشینه ی کارآیی جستجو شده است و برای شرط مرزی دما ثابت، بیشینه ی شار ورودی برای کسب کارآیی حرارتی بیشینه بررسی شده است؛ سپس نتایج حاصل از حل تحلیلی با نتایج حاصل از حل عددی برای بررسی ساختار بهینه ی پره های داخلی طولی، مقایسه شده است.

از آنجایی که عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن ها در سطح دمای قابل قبول بسیار مهم است. گاهی اوقات نیاز است یک صفحه گرم را بدون کمک انتقال حرارت جابجایی اجباری خنک کنیم یا در یک دمای ثابت نگه داریم، در اینجاست که استفاده از فین در انتقال حرارت جابجایی آزاد روشی مناسب به نظر می رسد. در مطالعه حاضر هدف این است که انتقال حرارت جابجایی آزاد از یک صفحه گرم فین دار را بهینه کنیم. در بهینه سازی ها از الگوریتم ها و روش های مختلفی استفاده می شود؛ یکی از این روش ها، تئوری ساختاری می باشد. برخلاف بهینه سازی ترمودینامیکی که در آن به دنبال یک تعادل یکتا (برای برگشت ناپذیری کمینه) بین عملکرد انتقال گرما و عملکرد مکانیک سیالات هستیم، در طراحی ساختاری هدف پیداکردن الگویی است که در آن هر دوی این عملکردها به بالاترین سطح ممکن برسند. با استفاده از تئوری ساختاری تعداد فین ها و موقعیت آنها، هندسه آنها مانند ارتفاع و ضخامت را جهت انتقال حرارت حداکثر از آنها تحت قیود مشخصی بدست می آوریم. این قیود عبارتند از دمای صفحه و ابعاد صفحه گرم و جرم ماده ای که قصد داریم فین ها را با آن بسازیم و درجات آزادی شامل زاویه صفحه گرم با افق، ضخامت فین ها، ارتفاع فین ها و فاصله فین ها با یکدیگر است. برای حل تحلیلی از روابط انتقال حرارت جابجایی آزاد و روش تقاطع مجانب ها در تئوری ساختاری استفاده می شود. ولی مسئله علاوه بر حل تحلیلی، بصورت عددی نیز حل می گردد و نتایج آن با هم مقایسه و تحلیل شده و ساختار بهینه به دست می آید. در یک حالت، ضخامت، ثابت در نظر گرفته شده، و ارتفاع فین ها و فاصله بین آنها بهینه می شود. در حالت دیگر فین های کوچکتر بین سایر فین ها قرار می گیرند، تا از فضای گرم نشده بین آنها استفاده شود. در این دو حالت نتایج حل تئوری به کمک روش تقاطع مجانب ها و حل عددی به کمک نرم-افزار هم خوانی دارد. در ادامه تاثیر ابعاد و اختلاف دمای فین ها و محیط اطراف، بر روی افزایش انتقال حرارت از فین ها و هندسه بهینه، بررسی می شود و سپس بر روی اثر ضخامت فین ها و همچنین زاویه صفحه پایه با افق، بحث خواهد شد. در بررسی زاویه صفحه پایه با افق، دو حالت مورد توجه قرار گرفته است. یکی حالتی که صفحه پایه فین دارد و حالت دیگر اینکه صفحه پایه بدون فین باشد و تفاوت تغییرات میزان شار حرارتی صفحه و فین ها در دو حالت بررسی شده است.

یکی از روش های موجود برای خنک کاری در سیستم های مهندسی، استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز در محدوده ی دمایی مناسب جهت خنک کاری قطعه ی مورد نظر است. این مواد که به pcm معروفند، موادی هستند با گرمای نهان بالا که معمولا برای جذب انرژی فراوان در درجه حرارت ثابت مورد استفاده قرار می گیرند و در ضمن جذب انرژی تغییر فاز می دهند. به همین منظور در این مطالعه به بررسی خنک کاری غیرفعالی که از pcm به منظور خنک کاری باتری لیتیم –یون استفاده می کند پرداخته خواهد شد. نکته مثبت تمام pcm ها بالا بودن گرمای ویژه و گرمای نهان آنهاست. ولی پایین بودن ضریب انتقال حرارت هدایتی ضعف تقریبا تمام pcm هاست. پایین بودن ضریب هدایت pcm ها باعث افزایش زمان پاسخ می شود. به منظور غلبه بر کوچک بودن ضریب هدایت حرارتی در این پژوهش، از فین استفاده شده است، همچنین نحوه مناسب چیدمان فین ها را نیز مورد بررسی قرار داده ایم. شبیه سازی عددی مسئله با استفاده از نرم افزار ansys – fluent و با استفاده از حل کننده ی solidification & melting به صورت تقارن محوری انجام شد. نتایج حاصل از مقایسه ی خنک کاری هوایی و خنک کاری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز حاکی از بهبود عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز برای بازه ی زمانی خاصی که این مواد به صورت کامل ذوب نشده است، می باشد. از طرفی تغییر ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد اطراف باتری تاثیری در بهبود عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز ندارد. همچنین استفاده از فین باعث بهبود عملکرد خنک کاری باتری نسبت به حالتی که از فین استفاده نمی شود گردیده و هرچه ارتفاع فین افزایش پیدا می کند، عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز بهبود می یابد.

چکیده انتقال حرارت در جریان درون لوله و کانال کاربردهای وسیعی در صنعت دارد. یکی از این موارد مبدل حرارتی می باشد. مبدل های حرارتی تجهیزاتی هستند که انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای مختلف را بدون تماس فیزیکی بین آنها ممکن می سازند. افزایش انتقال حرارت بدلیل ذخیره انرژی و ماده مورد استفاده در مبدل حرارتی، اهمیت ویژه ای دارد. بنابراین نیاز به طراحی مبدل های حرارتی که وزن کمتر و عملکرد بالاتری دارند، رو به افزایش می باشد. روشهای متعددی جهت افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی مرسوم می باشد. هدف از برخی از این روش ها، مغشوش کردن لایه مرزی تشکیل شده در مجاورت صفحه انتقال حرارت و جایگزین کردن آن با جریان هسته و ایجاد لایه مرزی جدید می باشد. یکی از این روش های افزایش دهنده انتقال حرارت، استفاده از لوله های با دیواره موجدار می باشد. لوله های با دیواره سینوسی یکی از پربازده ترین اشکال لوله جهت افزایش انتقال حرارت می باشد که در مبدل های حرارتی، کندانسورها، اواپراتورها و ... بکار برده می شوند. در این تحقیق به بررسی انتقال حرارت و افت فشار در مبدل های حرارتی با لوله های سینوسی با پروفیل های مختلف و تعیین پروفیل لوله بهینه جهت تامین حداکثر انتقال حرارت و حداقل افت فشار پرداخته شده است. در ابتدا به شبیه سازی مبدل دولوله ای با لوله داخلی ساده و همچنین موجدار متقارن محوری پرداخته شده و نتایج حاصل از این دو شبیه سازی مقایسه می شود. نتایج نشان دهنده کمتر بودن مقدار ضریب کلی انتقال حرارت و بیشتر بودن افت فشار در مبدل دولوله ای با لوله موجدار نسبت به مبدل با لوله ساده است. بنابراین مبدل موجدار الزاماً دارای مشخصه انتقال حرارت بهتری نسبت به مبدل ساده نخواهد بود. لذا به بررسی اثر تغییر دامنه و دوره تناوب لوله داخلی بر انتقال حرارت و افت فشار در مبدل دولوله ای موجدار پرداخته شده است. به این منظور پروفیل انتخاب شده با ثابت نگه داشتن سطح کلی انتقال حرارت، در چند عدد رینولدز مختلف به دو روش تغییر داده شده و با بررسی روند تغییرات ضریب کلی انتقال حرارت و افت فشار در هر عدد رینولدز، هندسه بهینه از لحاظ حرارتی تعیین می شود. در روش اول تعدادی هندسه دارای سطح انتقال حرارت ثابت تعیین شده و نتایج حاصل از تحلیل هندسه های مختلف مقایسه می شود. نتایج نشان دهنده کاهش افت فشار با کاهش دامنه لوله موجدارمی باشد. ضریب کلی انتقال حرارت تغییراتی غیریکنواخت با دامنه خواهد داشت. در ابتدا با افزایش دامنه تا مقداری خاص ضریب کلی انتقال حرارت کاهش و پس از آن افزایش می یابد. در روش دوم بهینه سازی بوسیله نرم افزار design exploration انجام شده است. نتایج بهیته سازی نشان دهنده افزایش دامنه هندسه بهینه با افزایش عدد رینولدز می باشد. بنابراین استفاده از مبدل با لوله موجدار با افزایش عدد رینولدز توجیه پذیر خواهد بود.

هدف این پروژه کنترل گرمایی بهتر باتری است و در جهت کاهش گرادیان دمایی حرکت می کند و انتخاب بهینه بر اساس دمای ماکزیمم مجموعه خواهد بود. در این پروژه پروفیل های مستطیلی، ذوزنقه ای، درجه2 و درجه2 سه قسمته انتخاب شده است. در هر پروفیل پارامترهای مختلف و ضخامت pcm در اطراف باتری تغییر خواهد کرد تا بهترین حالت ممکن و کمترین دمای ماکزیمم بدست آید. نتایج حاکی از آن است که در ماده ی پارافین که ضریب هدایت در داخل آن کم است، توزیع ماده باید به گونه ای باشد تا در تمام وجوه مقدار کافی ماده برای ذوب وجود داشته باشد زیرا انتقال حرارت در ضخامت پارافین به سختی انجام می گیرد و بهتر است پارافین در نزدیکی باتری موجود باشد تا گرمای تولیدی را به صورت نهان جذب کند. در ماده ی کامپوزیت انتقال حرارت عمود بر سطح باتری به خوبی انجام می گیرد و گرما از باتری به کل pcm منتقل می شود. به همین دلیل تجمع ماده در قسمت پایینی باتری (مرز آدیاباتیک) تاثیر بیشتری در خنک سازی خواهد داشت. در انتها نیز مدلی از باتری و pcm با ماده ای جدید که خواص متغیر با دمای آن در دسترس است بررسی می شود. در این مدل با وجود تغییرات چگالی با دما ترم جابجایی آزاد در انتقال حرارت لحاظ شده است که باعث تسهیل در خنک سازی و کاهش دمای ماکزیمم مجموعه می شود.

در این پژوهش، انتقال حرارت و افت فشار جریان نانوسیال در لوله موجدار در شرایط دمای دیواره ثابت به طور تجربی مورد بررسی قرار گرفت. برای تهیه نانوسیال از آب مقطر به عنوان سیال پایه و tio2 به عنوان نانوذره استفاده شده است. این نانوسیالات در غلظت های حجمی 1/0 و 5/0 درصد تهیه شدند. برای رسیدن به اهداف مساله، دستگاه آزمایش طراحی و ساخته شد. هم چنین بخش آزمایش یک لوله مسی به طول 93 سانتی متر، قطر داخلی 71/7 میلی متر و قطر خارجی 52/9 میلی متر می باشد. آزمایشات در ابتدا برای آب مقطر در لوله صاف انجام گرفت. سپس آزمایشات مختلفی برای درصد های حجمی مختلف نانوذره (% 5/0، 1/0= )، انواع مختلف شیار لوله موجدار (عرضی و پیچشی)، نسبت عمق شیار به قطر لوله مختلف در لوله موجدار پیچشی ( 103/0، 0648/0=e/di )، نسبت گام شیار به قطر لوله مختلف در لوله موجدار پیچشی ( 297/1، 917/0=p/di )، ، نسبت عرض شیار به قطر لوله مختلف در لوله موجدار پیچشی( 492/0، 363/0=w/di )، در یک محدوده وسیعی از عدد رینولدز (15000>re>3000) انجام گرفت. نتایج نشان می دهد، انتقال حرارت در لوله موجدار عرضی نسبت به لوله موجدار پیچشی بیشتر است و با افزایش عمق و عرض شیار و کاهش گام شیار لوله موجدار پیچشی، عدد ناسلت افزایش می یابد. هم چنین افزایش عمق و عرض شیار و کاهش گام شیار، باعث تشدید اثر نانوذرات بر انتقال حرارت می شود. ضریب اصطکاک در لوله موجدار عرضی نسبت به لوله موجدار پیچشی بیشتر است و با افزایش عمق و کاهش گام و عرض شیار لوله موجدار پیچشی، ضریب اصطکاک افزایش می یابد. اما افزایش ضریب اصطکاک در لوله های موجدار پیچشی و عرضی با اضافه کردن نانوذرات به سیال پایه، در مقایسه با لوله صاف ناچیز است. در نهایت نتایج نشان می دهد که لوله های موجدار پیچشی با عمق و عرض شیار بیشتر و گام شیار کمتر عملکرد بهتری دارند. هم چنین بیشترین ضریب عملکرد گرمایی تقریبا 44/2 بوده، که در غلظت 5/0 درصد حجمی نانوذره برای لوله موجدار پیچشی با عمق شیار 2/1 میلی متر، گام شیار 7 میلی متر و عرض شیار 8/2 میلی متر در عدد رینولدز حدودا 6000 بدست آمد.

بدون شک علم انتقال گرما یکی از مهم ترین و پرکاربردترین علوم مهندسی است که با توجه به مساله بحران انرژی و لزوم صرفه جویی در مصرف سوخت، اهمیت آن چندین برابر می شود. در این مسیر یافتن راهکارهای مفید که بتواند موجب کاهش مصرف انرژی گردد، ارزشمند و قابل تحسین است. هدایت حرارتی پایین سیالات مرسوم انتقال دهنده گرما همچون آب، روغنها، اتیلن گلیکول و ... باعث کاهش راندمان تجهیزات می شود. فن آوری نوپای نانوتکنولوژی در اینجا به یاری محققان آمده و نسل جدید مبرد ها با ظرفیت بالای انتقال حرارتی به نام نانوسیال را معرفی کرده است. همچنین بدلیل اهمیت مبدلهای حرارتی در فرآیندهای صنعتی، امکان پیش بینی انتقال حرارت در طراحی این تجهیزات مهم می باشد. انتخاب هندسه مناسب برای سطح مقطع کانال های انتقال حرارت، یک فاکتور مهم در طراحی مبدل حرارتی فشرده می باشد. از اینرو در مطالعه ای که انجام خواهد شد افزایش انتقال حرارت در اثر افزودن نانوذره های اکسید تیتا نیوم به آب مورد بررسی قرار خواهد گرفت. آزمایشها در درون کانالهای صاف با سطح مقطع های مختلف(دایره ای، مربعی، مستطیلی و مثلثی) جهت بررسی انتقال حرارت نانوسیالات در کانال های مدور و غیرمدور با درصدهای حجمی متفاوت از ذرات نانو(2/0 و 5/0 درصد حجمی) در جریان آرام داخل کانال با دمای ثابت سطح انجام شده، سپس ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلت تجربی نانوسیالات باغلظت های مختلف داخل کانالها باسطح مقطع مشخص به کمک روابط انتقال حرارت جابجایی و اندازه گیری دما و سرعت نانوسیال بدست می آوریم. با مقایسه عدد ناسلت نانوسیال و سیال پایه می توان تأثیر افزودن نانوذره ها به سیال پایه را روی انتقال حرارت نانوسیال مشاهده نمود. سپس تأثیر شکل سطح مقطع، غلظت ذرات نانو و عدد رینولدز روی عدد ناسلت نانوسیالات را بارسم نمودارهای مربوطه بررسی می کنیم. افزودن نانوذره ها به سیال پایه موجب بهبود چشمگیری در خواص انتقال حرارت می گردد، بطوریکه در غلظتهای پایین حجمی نانوذره ها باز هم عدد ناسلت نانوسیال نسبت به سیال پایه بیشتر است. متوسط افزایش نسبی عدد ناسلت برای نانوسیال tio2/water در کانال دایره ای برای غلظت های 2/0% و 5/0% حجمی بترتیب برابر با 74/2% و 84/5% می باشد. متوسط افزایش نسبی عدد ناسلت برای این نانوسیال داخل کانال مستطیلی برای غلظت های 2/0% و 5/0% حجمی بترتیب برابر با 20/3% و 21/7% می باشد. متوسط افزایش نسبی عدد ناسلت برای این نانوسیال در کانال مربعی برای غلظت های 2/0% و 5/0% حجمی بترتیب برابر با 17/3% و 37/7% می باشد. همچنین متوسط افزایش نسبی عدد ناسلت برای این نانوسیال داخل کانال مثلثی برای غلظت های 2/0% و 5/0% حجمی بترتیب برابر با 36/3% و 18/7% می باشد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که عدد ناسلت کانال دایره ای نسبت به کانالهای غیر دایروی برای سیال پایه و نانوسیال بیشتر است. اما افزایش نسبی عدد ناسلت کانالهای غیر دایروی نسبت به کانال دایره ای بیشتر است زیرا افزودن نانوذره ها به سیال پایه موجب کاسته شدن از اثرات منفی گوشه های تیز کانالهای غیر دایروی در انتقال حرارت می شود.

این پژوهش به بررسی تجربی انتقال حرارت و افت فشار جریان نانوسیال اکسید تیتانیوم می پردازد. در دو دهه اخیر مطالعات بر روی رفتار رئولوژیکی و انتقال حرارتی نانوسیالات به شدت رشد کرده و نتایج حاصل، پیشرفت های چشمگیری در این زمینه را حکایت می کند. به منظور افزایش هرچه بیشتر انتقال حرارت، در کنار استفاده از سیال مناسب، می توان از تجهیزات درون لوله ای نظیر سیم پیچ، نوار پیچه و نوار حلزونی نیز بهره جست. طی کار حاضر آزمایش ها برای آب و نانوسیال با غلظت های مختلف درون لوله صاف و با کارگذاری نوار پیچه انجام گرفت. شرط مرزی دمای ثابت دیواره بر مسئله حاکم بود. بخش آزمایش به طول m 935/0، از یک لوله مسی به قطر داخلی mm8 که نوار ها درون آن قرار می گرفتند تشکیل شده بود. گام پیچش نوار های مورد استفاده در محدوده بوده و غلظت حجمی نانوسیالات مورد استفاده در این پژوهش بود. محدوده عدد رینولدز جریان طی این پژوهش 3000 تا 22000 است، که دربرگیرنده رژیم های جریان گذار و مغشوش است، اما به نوعی با وجود نوار پیچه می توان اظهار کرد که اغتشاشات حاصل در جریان، رژیم مغشوش را بر شکل جریان دیکته می کند. نتایج حاکی از بهبود انتقال حرارت با بکارگیری نانوسیالات بوده، به گونه ای که با تغلیظ نانوسیال این روند همچنان ادامه می یافت. همچنین بکارگیری همزمان نانوسیال و نوار پیچه تاثیر بسیار چشمگیری بر افزایش انتقال حرارت گذاشته، به طوری که بیشترین انتقال حرارت برای نانوسیال %5/0 حجمی و نوار پیچه با گام 5 ثبت شد. از طرفی باید متذکر شد که هر دو روش غیرفعال مورد استفاده در این تحقیق بر افزایش میزان افت فشار نیز دامن می زنند. بدین ترتیب با بررسی پارامتر ضریب عملکرد میزان چربش انتقال حرارت به افت فشار نیز بررسی شد. بررسی مزبور نشان دهنده مزیت بالای استفاده همزمان از نوار پیچه و نانوسیال بود. در پایان به منظور تکمیل هرچه بیشتر بانک اطلاعات حاصل از پژوهش ها در این زمینه و سهل الوصول نمودن کاربرد نتایج پژوهش حاضر، به ارائه روابطی برای محاسبه عدد ناسلت و ضریب اصطکاک در محدوده آزمایش ها پرداختیم.

انتقال حرارت یکی از مهم ترین پدیده های زندگی بشر بوده و وسایل انتقال حرارتی روز به روز در حال پیشرفت هستند. اصلی ترین مشکل سیالات انتقال حرارت معمولی، پایین بودن ضریب هدایت حرارتی آنها می باشد. این مشکل را می توان با افزودن مقدار کمی از نانوذرات بهبود بخشید. در این مطالعه، افت فشار و انتقال حرارت جریان نانوسیال اکسید تیتانیوم- آب به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. سه لوله مارپیچی با الگوی دایروی با نسبت انحنای 0375/0، 071/0 و 123/0 و یک لوله مارپیچی با الگوی مربعی با نسبت انحنای هیدرولیکی 071/0 با شرط مرزی دمای سطح ثابت مورد استفاده قرار گرفت. برای ارضای شرط دمای ثابت از مخزن بخار استفاده گردید. غلظت های نانوسیال های مورد استفاده در این تحقیق 1/0 و 5/0% حجمی بوده و برای تهیه و آماده سازی نانوسیال از دستگاه اولتراسونیک استفاده شد. قبل از انجام آزمایشات روی نانوسیال ها، صحت عملکرد دستگاه آزمایش توسط جریان سیال پایه آب درون لوله صاف در هر دو رژیم جریان آرام و مغشوش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در جریان آرام، ضریب اصطکاک و عدد ناسلت به دست آمده از داده های تجربی با روابط پیشنهادی دارای بیشینه خطای به ترتیب 1/4 و 1/14% بوده و در جریان مغشوش نیز بیشینه خطا برای ضریب اصطکاک و عدد ناسلت به ترتیب 1/6 و 1/8% می باشد. نتایج نشان داد که برای تمامی سیال ها و لوله های مورد استفاده ، با افزایش عدد رینولدز، عدد ناسلت افزایش یافته و ضریب اصطکاک کاهش می یابد. استفاده از الگوی مربعی به جای دایروی ضریب اصطکاک و عدد ناسلت را به میزان قابل توجهی افزایش داد. به عنوان مثال، در جریان آرام و مغشوش لوله مارپیچ دایروی، به ترتیب به میزان 6/9 و 9/4% افزایش عدد ناسلت داشتیم. با افزودن نانوذرات به سیال پایه شاهد افزایش آشکار ضریب اصطکاک و عدد ناسلت بودیم و این روند افزایشی با افزایش غلظت حجمی نانوذرات افزایش می یابد. به عنوان مثال برای لوله مارپیچ مربعی و نانوسیال 1/0 % و 5/0 % حجمی به طور متوسط عدد ناسلت به ترتیب 3/10% و 5/16% بیشتر از جریان آب خالص در همان اعداد رینولدز بود. در محاسبه خواص ترموفیزیکی نانوسیال ها از روابط و مدل های پیشنهادی استفاده شد. در نمودارهای ضریب اصطکاک و عدد ناسلت شاهد یک پرش در مقادیر بودیم که دلیل آن انتقال رژیم جریان از آرام به مغشوش ذکر شد. عدد رینولدز بحرانی که این پرش ها اتفاق افتاد بسیار بزرگتر از عدد رینولدز بحرانی لوله صاف بود که دلیل آن اثر انحنا می باشد. در نهایت با استفاده از برازش منحنی داده های تجربی، روابطی برای محاسبه ضریب اصطکاک و عدد ناسلت لوله های مارپیچی بر اساس هندسه لوله مارپیچی و عدد رینولدز و پرانتل ارایه گردید.

در سیستم های پرتابه به علت بالا بودن سرعت ورود به جو در اثر فشرده شدن مولکولهای هوا و امواج ضربه ای قوی در جلوی پرتابه گرمایش آیرودینامیکی شدیدی بوجود می آید.در اثر این پدیده و به وجود آمدن شرایط محیطی حاد در مواد فداشونده مرز متحرک ظاهر می شود. تحلیل حرارتی اجسام بازگشت به جو و استفاده از پوشش مواد فداشونده روی سازه اصلی مستلزم مدلسازی مناسب جهت تعیین شار حرارتی در مرز است. عملاً اندازه گیری شار حرارتی وارد به این سطوح به صورت مستقیم امری غیر ممکن یا بسیار مشکل می باشد. تحت این شرایط، با استفاده از روش های معکوس انتقال حرارت می توان مبادرت به محاسبه شار حرارتی به وسیله اندازه گیری دما توسط حسگرهای دمایی نمود. مشکلی که وجود دارد داده-های اندازه گیری شده دارای نویز است و برای حذف نویز و تخمین شارحرارتی بایستی از روش های گرادیانی و سایر روش ها استفاده کرد. در گذشته کارهایی با استفاده از روشهای معکوس انتقال حرارت صورت گرفته است، از جمله استفاده از روش های گرادیانی جهت تخمین غیرآنی شار-حرارتی می باشد. روش های گرادیانی دارای دقت خوب ولی زمان زیادی را برای محاسبات طلب می کند. در کار حاضر تخمین شار حرارتی برای دو ماده فداشونده سطحی (ذغال نشونده) و فداشونده تجزیه پذیر (ذغال شونده) به روش فیلتر کالمن انجام می شود که به علت تخمین آنی شار حرارتی محل بهینه حسگرهای دمایی را در یک مرز متحرک در اختیار قرار می دهد. علاوه بر این از نتایج کار حاضر می توان در طراحی حسگرهای شارسنج استفاده نمود. نتایج روش کنونی برای تعیین موقعیت بهینه سه حسگر دمایی در مرز متحرک فدا شونده و از بین بردن اغتشاشات در لحظه سوختن حسگر برای تخمین دقیق تر شار حرارتی ارائه می شود.

در این پروژه، هندسه ی بهینه سیستم های انشعابی با الهام از سیستم گردش خون به عنوان سیستم بهینه بیولوژیکی بررسی می شود. از یک هندسه y شکل، متشکل از یک شاخه ی مادر و دو شاخه دختر، برای مطالعه استفاده می شود. برای نمونه می توان به کاربرد انشعاب y شکل در سیستم گردش خون، شاخه های درختان، بستر رودخانه ها اشاره کرد. در این مطالعه، رابطه بهینه میان قطرهای شاخه های دختر و مادر و زاویه ی بهینه انشعاب بررسی شدند. از تنش برشی به عنوان پارامتر اصلی جهت بهینه سازی استفاده شد. همچنین، توزیع بهینه تنش برشی در سیستم گردش خون و تاثیر آن بر روی هندسه عروق بررسی شد. برای سیالات نیوتونی از قانون پواسل و برای سیالات غیرنیوتونی از مدل قانون توانی در رژیم جریان آرام استفاده شد. با استفاده از مینیمم سازی انرژی متشکل از اتلاف انرژی به دلیل اثر لزجت و اتلاف انرژی متابولیکی سیالات بیولوژیکی اینگونه نتیجه گرفته شد که در حالت بهینه صرف نظر از نیوتونی و یا غیرنیوتونی بودن سیال، تنش برشی در سرتاسر سیستم انشعابی ثابت است. با استفاده از قانون بقای جرم و توجه بدین نکته که در حالت توزیع تنش برشی بهینه دبی حجمی سیال با قطر انشعاب به توان سوم رابطه مستقیم را داراست، رابطه بهینه میان قطرها استخراج شد. همچنین، رابطه توزیع بهینه تنش برشی در رژیم جریان مغشوش با استفاده از ضریب اصطکاک بدون بعد برای لوله های صاف و زبر با جریان آرام مقایسه شد. در جریان مغشوش توزیع تنش برشی ثابت نبوده بلکه با قطر شاخه ها و زبری سطوح دارای رابطه می باشد. با استفاده از تئوری ساختاری نیز به مینیمم سازی مقاومت جریان پرداخته شد که به همان رابطه بهینه میان قطرها منجرشد. همچنین تاثیر توزیع تنش برشی برای جریان های آرام و مغشوش بر روی اتلاف انرژی در اثر لزجت بررسی شد. نشان داده شد که در حالت توزیع بهینه تنش برشی، صرف نظر از آرام و یا مغشوش بودن جریان، اتلاف انرژی در اثر لزجت به طور مستقیم با حجم مجاری انتقال دارای رابطه مستقیم می باشد. همچنین، با استفاده از مینیمم سازی حجم رابطه ای برای زاویه انشعاب بهینه انشعاب ارایه شد. همچنین، با استفاده از مدل قانون توانی رابطه ای برای قطرها و زاویه انشعاب در حالت توزیع غیر بهینه تنش برشی ارایه شد. مطابق رابطه ارایه شده، زمانیکه تنش برشی در شاخه دختر نسبت به شاخه مادر افزایش می یابد زاویه انشعاب می باید نسبت به زاویه بهینه انشعاب در حالت بهینه، توزیع تنش برشی ثابت، کاهش یابد. همچنین، در این پایان نامه تاثیر عدد رینولدز برروی روابط استخراج شده بررسی می شود. هندسه های بررسی شده مشابه هندسه رگ آئورت و آرتریول انتخاب شدند. نتایج حاصل از شبیه سازی سه بعدی نشان داد که برای اعداد رینولدز کوچک، مقاومت جریان زمانی حداقل می شود که قطرهای شاخه های دختر و مادر از رابطه بهینه ارایه شده برای قطرها پیروی کند. شبیه سازی سه بعدی هندسه آئورت نشان داد که در اعداد رینولدز بالا در مقایسه با اعداد رینولدز پائین رفتار متفاوتی در رابطه با مقاومت جریان مشاهده می شود. در اعداد رینولدز بالا، مقاومت مینیمم زمانی مشاهده شد که قطرهای شاخه های مادر و دختر با یکدیگر برابر باشند. شبیه سازی اتلاف انرژی نیز نشان داد که برای اعداد رینولدز کم زمانی که زاویه انشعاب از رابطه بهینه پیروی کند، اتلاف انرژی مینیمم می شود.

در سال های اخیر مطالعات بر روی رفتار رئولوژیکی و انتقال حرارتی نانوسیالات به شدت رشد کرده و نتایج حاصل، پیشرفت های چشمگیری در این زمینه را حکایت می کند. این پژوهش به بررسی عددی انتقال حرارت و افت فشار جریان نانوسیال با سیال پایه آب و مخلوط آب-اتیلن گلیکول با نانوذرات اکسیدآلومینیوم و اکسیدمس می پردازد. به منظور افزایش هرچه بیشتر انتقال حرارت، در کنار استفاده ازنانوسیال مناسب، می توان از لوله با دیواره سینوسی متقارن محوری نیز بهره جست. در پژوهش حاضر، بررسی عددی برای سیال های پایه و نانوسیال با غلظت های حجمی مختلف و قطرنانوذره متفاوت درون لوله صاف و سینوسی انجام گرفته است. شبیه سازی در نرم افزار ansys cfx با اعداد رینولدز مختلف در محدوده جریان آرام انجام شده است. شرط مرزی شارحرارتی ثابت و یکنواخت دیواره بر مسئله حاکم است. نتایج نشان می دهد با افزایش عدد رینولدز و غلظت حجمی نانوذرات، ضریب انتقال حرارت جابجایی بهبود قابل توجهی دارد. در عدد رینولدز ثابت، ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال با ذرات اکسیدمس در غلظت حجمی بیش از %2 و هر دو قطر نانوذره بهبود بیشتری نسبت به اکسیدآلومینیوم دارد و با افزایش غلظت حجمی، این افزایش بیشتر نیز می شود. همچنین با افزایش غلظت حجمی ذرات، سیال پایه آب-اتیلن گلیکول نسبت به آب با هر دو نانوذره بویژه اکسیدمس افزایش ضریب انتقال حرارت بیشتری دارد. ضمنا ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال با دو نانوذره اکسیدمس و اکسیدآلومینیوم با افزایش قطرذرات کاهش می یابد. در عدد رینولدز و غلظت حجمی مشخص، با افزایش دامنه موج، انتقال حرارت جابجایی افزایش می یابد. بنابراین، لوله سینوسی عملکرد حرارتی جریان سیال پایه و نانوسیال را بهبود می بخشد. از طرفی باید متذکر شد که هر دو روش غیرفعال مورد استفاده در این تحقیق بر افزایش میزان افت فشار نیز دامن می زنند. برای تمامی سیال ها، با افزایش عدد رینولدز، میزان افت فشار جریان به طور قابل توجهی افزایش می?یابد. افزودن نانوذرات به سیال پایه منجر به افزایش افت فشار می شود و این روند افزایشی برای نانوسیال های با غلظت?های حجمی بالاتر ادامه پیدا می کند. البته ضریب اصطکاک سطحی بدون وابستگی به نوع نانوذره و غلظت حجمی نانوسیال از رابطه سیال پایه پیروی می کند و با افزایش رینولدز کاهش می یابد. اما در عدد رینولدز ثابت، با افزایش دامنه لوله سینوسی، ضریب اصطکاک افزایش می یابد. با استفاده از معیار ارزیابی عملکرد به بررسی اثر توام افزایش افت فشار و انتقال حرارت در جریان سیال پرداخته شد. معیار ارزیابی عملکرد نانوسیال در غلظت ثابت، همانند سیال خالص با افزایش عدد رینولدز کاهش می یابد. در عدد رینولدز ثابت نیز با افزایش غلظت حجمی ذرات معیار ارزیابی عملکرد کاهش می یابد. معیار ارزیابی عملکرد در لوله سینوسی با دامنه موج شدید کاهش می یابد ولی در دامنه های کم، لوله سینوسی حتی نسبت به لوله صاف عملکرد بهتری دارد.

بهبود عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل از مسایلی است که از دیرباز بدان توجه شده است. در این رابطه از روش های فعال و غیر فعال زیادی جهت افزایش کارایی ایرفویل و یا بال هواپیما استفاده شده است. استفاده از فلاپ، ایجاد حفره بر روی ایرفویل، ایجاد شیارهای ریز، استفاده از ایرفویل پله دار، استفاده از ایرفویل با لبه ی ضخیم و ....از مواردی است که در این باره مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش بررسی ویژگی های جریان در دو روش مورد استفاده جهت بهبود عملکرد ایرفویل ریزو که ایرفویلی جدید است، مورد توجه قرار گرفته است. در روش اول از فلاپ تیغه ای و در روش دوم اثرات استفاده از ایرفویل با لبه ی ضخیم و اضافه کردن کویتی باز به آن جهت کاهش نیروی دراگ مورد توجه قرار گرفته است. در واقع عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل مانند میزان نیروی دراگ و نیروی لیفت و ... با استفاده از ابزار اندازه گیری مخصوص به خود مانند اندازه گیری نیروها با بالانس نیرویی یا بررسی توزیع فشار با استفاده از سنسور فشار مورد بررسی قرار می گیرد. در این پژوهش تنها اثرات استفاده از این موارد بر روی ویژگی های میدان جریان ایرفویل مانند فرکانس ریزش گردابه و عدد استروهال، توزیع سرعت لحظه ای و میانگین بر روی ایرفویل، توزیع ورتیسیته، سرعت در مقاطع مختلف و.... مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد. برای اندازه گیری سرعت از تکنیک تجربی piv استفاده می شود. در این روش ذراتی به سیال اضافه شده، با استفاده از نور لیزر ردیابی می شوند. سپس توسط دوربین فیلم برداری از آن ها عکس برداری می شود. با پردازش تصویر این عکس ها، سرعت سیال در هر نقطه بدست می آید.

در این پروژه پوست انسان به صورت یک ساختار سه بعدی و سه لایه ای که یک جفت یکی از مشکلات عدیده در برآورد انتقال حرارت در بافت زنده ارزیابی اثر گردش خون و نقش حرارتی آن است. تعیین هندسه دقیق عروق و تاثیر آن ها در توزیع دمای بافت زنده از پیچیده ترین مسائل در این زمینه است. به این منظور در این پروژه پوست به صورت یک ساختار سه بعدی و سه لایه ای که یک جفت رگ جریان مخالف در چهار سطح در آن قرار دارد، در نظر گرفته می شود. زاویه انشعاب رگ ها بر اساس اصل فیزیولوژیکی حداقل کار انتخاب می شود. نسبت طول و نسبت قطر رگ ها بر اساس روابط تئوری ساختاری تعیین می شود. انواع مدل های انتقال گرما در بافت های زنده بررسی شده و شکل موجی معادله پنس به دلیل کارایی مناسب و با توجه به پیچیدگی ذاتی مدل های دیگر، انتخاب شده و در مواردی با مدل پنس مقایسه می شود. در این مدل فرض می شود گرما از طریق امواجی با سرعت محدود انتشار یابد و یک تاخیر زمانی برای افزایش دمای نقاط داخل بافت وجود داشته باشد. تاثیر حرارتی مویرگ های خونی در بافت با یک چشمه انرژی معادل سازی می شود. همچنین تاثیر تبادل حرارتی بین عروق قبل از مویرگ های سرخرگ و پس از مویرگ های سیاهرگ با بافت به صورت جداگانه بررسی می شود. ویژگی های خون به عنوان یک سیال غیرنیوتنی بر اساس مدل توانی بیان می شود. توزیع دما در پوست با حل معادلات پیوستگی، تکانه و انرژی برای خون داخل عروق و انرژی برای پوست به صورت عددی و به روش المان محدود به کمک نرم افزار کامسول به دست می آید. انتقال حرارت در بافت های زنده سطح پوست تحت اثر روش های مختلف گرماد رمانی سطحی بررسی می شود. نتایج توزیع سرعت و دما در رگ و بافت در مقاطع مختلف بررسی می‏شود. سپس تاثیر پارامترهای مختلف از جمله هندسه عروق، شرایط مرزی سطوح بالا و پایین پوست، میزان تاخیر زمانی، نرخ تراوش خون، خواص فیزیکی پوست، گرمای متابولیسم، ضریب انتقال حرارت جابجایی و دمای منبع داغ و شرایط شار پله ای روی توزیع دما بررسی می شود. بیشترین تاثیر در نظر گرفتن شکل موجی معادله پنس در فرآیندهایی با شار شدید گرما در مدت زمان کم (که قسمتی از فرآیندهای گرمادرمانی هستند) می باشد. در نظر گرفتن تاخیر زمانی در این نوع فرآیندها در تعیین دقیق توزیع دما بسیار تعیینکننده است.رگ جریان مخالف در چهار سطح در آن قرار دارد، در نظر گرفته می شود. زاویه انشعاب رگ ها بر اساس اصل فیزیولوژیکی حداقل کار انتخاب می شود. نسبت طول و نسبت قطر رگ ها بر اساس روابط تئوری ساختاری تعیین می شود. انواع مدل های انتقال گرما در بافت های زنده بررسی شده و شکل موجی معادله پنس به دلیل کارایی مناسب و با توجه به پیچیدگی ذاتی مدل های دیگر، انتخاب شده و در مواردی با مدل پنس مقایسه می شود. تاثیر حرارتی مویرگ های خونی در بافت با یک چشمه انرژی معادل سازی می شود.توزیع دما در پوست تحت اثر روش های مختلف گرماد رمانی سطحی با حل معادلات پیوستگی، تکانه و انرژی برای خون داخل عروق و انرژی برای پوست به صورت عددی و به روش المان محدود به کمک نرم افزار کامسول به دست می آید.

نانوسیالات، مخلوط نانوذرات و سیال پایه، واسته های نوید بخشی برای سیستم های انتقال حرارتی می باشند. دانستن خواص ترموفیزیکی و انتقال حرارتی این سیالات به درک رفتار و پیاده سازی آنها درکاربردهای صنعتی و مطالعات علمی کمک می کند. روش شبیه سازی دینامیک مولکولی روشی مناسب برای شبیه سازی نانوسیالات و تعاملات مولکولی در مقیاس نانوست. در این پایان نامه مسئله ی هدایت حرارتی نانوسیالات و مکانیزم های درگیر در این مسئله مورد توجه قرار گرفته. یک مطالعه پارامتریک بر روی مسئله ی هدایت حرارتی نانوسیالات انجام گرفته و اثر هر یک از پارامتر های اندازه، درصد حجمی و جنس نانوذره، قدرت اندرکنش بین سیال و نانوذره و دمای سیستم بر هدایت حرارتی نانوسیال و مکانیزم های تعیین کننده هدایت حرارتی نانوسیال بررسی شده است. تحلیل تابع خودهمبستگی شار حرارتی و توزیع چگالی اطراف نانوذره نشان می دهد که بر خلاف نظریه های که حرکت براونی نانوذره و همرفت اتم های سیال و همچنین لایه ی اتمی ساختار یافته بر روی نانوذره را مکانیزم های غالب در انتقال حرارت نانوسیالات معرفی می کنند، اما هدایت حرارتی نانوسیال بیشتر متأثر از برخورد بین اتم های حاضر در محیط می باشد.

با توجه به اینکه کوچک سازی و تجمع تجهیزات الکترونیکی، گرمای بیشتری به ازای واحد سطح تولید می کند، ممکن است دمای کاری اجزای الکترونیکی از سطح دمای مطلوب بیشتر شود. از آنجایی که عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن ها در سطح دمای قابل قبول بسیار مهم است. از میان روش های پیشنهاد شده برای بهبود تکنولوژی خنک کاری تجهیزات الکترونیکی، میکروکانال جاذب حرارت به دلیل نیاز به ماده مبرد کم و ضریب انتقال حرارت بالا توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در بهینه-سازی میکروکانال ها از روش های مختلفی استفاده می شود؛ یکی از این روش ها تئوری ساختاری می باشد. هدف از پروژه ی حاضر بهینه سازی چیدمان میکروکانال های دایره ای و بهینه سازی هندسی میکروکانال های جاذب حرارت مدور یک-لایه، دو لایه و چند لایه است. سیستم مطرح شده شامل حجم ثابتی است که خنک کاری در آن به وسیله ی جابجایی اجباری آرام انجام می شود. در بهینه سازی چیدمان میکروکانال های دایره ای، ابعاد بهینه ی میکروکانال با استفاده از روش تقریبی تقاطع مجانب ها و روش عددی به نحوی تعیین شد که چیدمان این میکروکانال ها بیشترین انتقال حرارت را بر واحد حجم داشته باشد. سیال هوا و اختلاف فشار دو سر کانال ثابت در نظر گرفته شد. در نهایت مشخص شد که ابعاد بهینه کانال ها مستقل از شکل چیدمان است و فقط وابسته به قید طولی و افت فشار می باشد. بهینه سازی هندسی میکروکانال های جاذب حرارت مدور در دو حالت جریان ورودی یک طرفه و دو طرفه انجام شد. هدف در بهینه سازی هندسی، رسیدن به بیشترین رسانش گرمایی کلی بود. سیال خنک کن آب واختلاف فشار دو سر کانال ثابت در نظر گرفته شد. همچنین سطح زیرین جاذب حرارت تحت شار حرارتی یکنواختی قرار داشت. بهینه سازی برای چهار کسر حجمی مختلف انجام شد. برای میکروکانال جاذب حرارت مدور یک لایه، دو لایه و چند لایه ابعاد بهینه به نحوی تعیین شد که دمای ماکزیمم سیستم حداقل شود. در بررسی جریان ورودی یک طرفه مشاهده شد که میکروکانال جاذب حرارت دو لایه نسبت به تک لایه عملکرد بهتری در خنک کاری داشته است و نیز اضافه کردن لایه میانی تاثیر چندانی بر بهبود خنک کاری ندارد. با بررسی اثر دو طرفه کردن جریان سیال ورودی نتیجه شد که میکروکانال جاذب حرارت دو لایه با جریان ورودی دو طرفه نسبت به جریان ورودی یک طرفه خنک کاری بهتری را ارائه می دهد. برای میکروکانال جاذب حرارت چند لایه با جریان ورودی دو طرفه دو حالت مختلف ? و ?? بررسی شد و در نهایت مشخص شد که از میان میکروکانال های جاذب حرارت چند لایه با جریان ورودی یک طرفه و دو طرفه، میکروکانال جاذب حرارت با جریان ورودی دو طرفه حالت?، خنک کاری بهتری را ارائه داده است.

در این پروژه در بخش اول، مختصری از تئوری ساختاری و دیدگاه آن در بهینه سازی سیستم های زیستی و همچنین کاربرد آن در میکروکانال ها و تجهیزات پیشرفت? ساخته شده توسط بشر سخن به میان آمده است. در بخش دوم انداز? بهینه میکرو کانال های مثلثی با زاویه گوشه 30، 45و 60 درجه به صورت تحلیلی به نحوی تعیین شده است که چیدمان میکروکانال های مثلثی در کنار هم بیش ترین انتقال حرارت را در واحد حجم داشته باشد و نتایج تحلیلی با حل عددی مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین نتایج نشان داده اند که به ازای یک افت فشار ثابت، میکروکانال با زاویه گوشه 60 درجه در حالت بهینه، بیشترین انتقال حرارت در واحد حجم را دارد. همچنین با کاهش زاویه گوش? سطح مقطع مثلثی انتقال حرارت بدون بعد در واحد حجم نیز کاهش می یابد. در بخش سوم، میکروکانال های جاذب حرارت مثلثی را به صورت هندسی بهینه نموده تا رسانش گرمایی آن به بیش ترین مقدار ممکن برسد. سپس میکروکانال‏های جاذب حرارت ذکر شده در حالت بهینه با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داده اند که برای میکروکانال های مثلثی جزء کسری از جامد وجود داردکه به ازای آن ماکزیمم دما مینیمم خواهد شد. همچنین با توجه به پارامترها و قیود در نظر گرفته شده برای بهینه سازی میکروکانال های مورد بررسی در این پژوهش، با افزایش زاویه گوشه میکروکانال مثلثی عملکرد آن بهتر می شود. در انتها، اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال مثلثی مورد بررسی قرار گرفت به نحوی که با تغییر هندسه داخلی میکروکانال جاذب حرارت دمای ماکزیمم کانال به کمتربن مقدار ممکن برسد. تغییر درجه های آزادی داخلی نیز مانند سایر درجه های آزادی اثر مهمی بر دمای ماکزیمم میکروکانال جاذب حرارت دارد، به طوری که دیده شد دمای ماکزیمم مینیمم شده برای میکروکانال جاذب حرارت بهینه شده با سه درجه آزادی 10% کمتر از دمای ماکزیمم مینیمم شده میکروکانال جاذب حرارت با دو درجه آزادی متغیرمی باشد.

چکیده قطعات در ابعاد میکرو و نانو در زمینه های متعدد از جمله الکترونیک و طراحی مدارهای خنک کاری کامپیوتری و سیستم های الکترومکانیکی استفاده می شوند. عملکرد این تجهیزات با دما رابطه مستقیمی دارد، به همین دلیل باید آن ها را در محدوده ی دمایی مطمئن نگهداریم. استفاده از میکروکانال ها شیوه نوین سرمایش قطعات الکترونیکی برای جذب حرارت های خیلی زیاد از یک سطح کوچک است. برای بهینه سازی ویژگی های هندسی میکروکانال‏ها از الگوریتم‏ها و روش‏های مختلفی استفاده می‏شود؛ یکی از این روش‏ها، تئوری ساختاری می‏باشد. این قانون برای پیش بینی روند طراحی های گوناگون مفید بوده و توانسته است بهترین ساختار را پیشنهاد کند. در پروژه حاضر، هدف بهینه سازی میکروکانال هایی می باشد که شار حرارتی به صفحه زیرین میکروکانال ها به صورت غیر یکنواخت وارد می شود. برای صحت روش انجام کار، بهینه سازی چیدمان میکروکانال های مستطیلی برای داشتن بیشترین انتقال حرارت در واحد حجم و بهینه سازی هندسی برای رسیدن به ماکزیمم رسانش گرمایی با شار حرارتی یکنواخت بررسی و نتایج با کارهای انجام شده مقایسه شد. برای اولین بار شار حرارتی به صورت پله ای در نظر گرفته شد و با استفاده از روابط تحلیلی که از روش تقریبی تقاطع مجانب ها به دست می آید، به بررسی میکروکانال های جاذب حرارت مستطیلی با شار حرارتی غیر یکنواخت پرداخته شد. شبیه سازی عددی با نرم افزار فلوئنت انجام شده است. جریان سیال هم به صورت موازی و هم متوالی برای یک سری از میکروکانال ها مورد بررسی قرار گرفت و نتایج با هم مقایسه شدند. دمای ماکزیمم سیستم در جریان موازی کمتر از جریان متوالی است. همچنین اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال مستطیلی مورد بررسی قرار گرفت به نحوی که با تغییر هندسه داخلی میکروکانال جاذب حرارت، دمای ماکزیمم کانال به کمترین مقدار ممکن برسد. روابط تحلیلی نشان دادند که با اعمال شار حرارتی غیریکنواخت، ابعاد داخلی کانال تغییر می کند. در حالت بهینه نیز ابعاد خارجی کانال برای هر شار حرارتی متفاوت است. کلمات کلیدی: 1-تئوری ساختاری 2- بهینه سازی 3- میکروکانال مستطیلی جاذب حرارت 4- شار حرارتی غیر یکنواخت

با گسترش علوم و ساخت قطعات در ابعاد کوچک، لزوم بررسی خنک کاری این قطعات کوچک که گاهی ابعادی در حد میکرو و نانو دارند به چشم می خورد. این قطعات برای استفاده در زمینه های متعدد از جمله الکترونیک کاربرد دارند. سرعت عملکرد این قطعات رابطه مستقیمی با دمای آنها دارد و نگه داشتن آنها در یک سطح دمای مطلوب بسیار مهم است. هدف تحقیقات در این زمینه ایجاد انتقال گرمای بیشتر از یک فضای مشخص تحت قیود حاکم بر سیستم است. روش های گوناگونی برای بهبود فرایند خنک کاری سیستم های الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این روش ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا توجه زیادی را به خود جلب کرده است. یکی از روش ها در بهینه سازی ویژگی های هندسی میکروکانال‏ها، استفاده از تئوری ساختاری می‏باشد.

در این پایان نامه دو مدل تک لایه و دو لایه بافت به منظور شبیه سازی فرآیند سوختگی ناشی از تماس سطح پوست با یک منبع حرارتی با دمای بالا ارائه می شود. به منظور در نظر گرفتن آثار حرارتی گردش خون در بافت از مدل انتقال حرارت در بافت زنده پنس استفاده می شود. در مدل تک لایه از روش جداسازی متغیرها و در مدل دو لایه از روش تبدیل لاپلاس برای حل معادلات و یافتن تابع دمای مورد نظر بر حسب پارامتر های درگیر در مسئله استفاده می شود. اثر تراوش خون، دما و ضریب انتقال حرارت جابجایی محیط بر توزیع دمای اولیه و گذرای بافت بررسی می شود. با قرار دادن تابع دمای به دست آمده در یک تابع آسیب، شدت آسیب وارده و درجه سوختگی تعیین می شود.

چکیده یکی از روش های نو برای ایجاد اختلاط مطلوب و افزایش انتقال حرارت در رژیم جریان آرام ایجاد جریان همرفت آشوبناک است، که در واقع تولید مسیرهای آشوبناک ذرات در رژیم جریان آرام می باشد. در پایان نامه ی حاضر به بررسی عددی رفتار جریان آشوبناک و انتقال حرارت در جریان آرام در مجرای پیچدار به کمک نرم افزار فلوئنت پرداخته شده است. دو سرعت ورودی در حالت پایا و پالسی تحت شرایط مرزی حرارتی دمای دیواره ثابت و شار حرارتی ثابت در مجرای با سه خم متوالی با سطح مقطع مربع در ابعاد ماکرو، اعمال گردیده است. هر خم، یک مجرای خمیده ی °90 است و زاویه ی بین صفحات انحنای دو خم متوالی نیز °90 می باشد. شبیه سازی برای اعداد رینولدز در بازه ی 830?re?200، نسبت مولفه ی سرعت (نسبت بیشینه ی مولفه ی سرعت نوسانی به سرعت متوسط در جریان پایا) 3???1، اعداد ومرسلی 17???6 و دماهای دیواره 360?tw(k)?310 صورت گرفته است. میزان اختلاط، انتقال حرارت و همگنی آن به صورت کمی و کیفی بررسی و محاسبه شده است.

پروژه حاضر انتقال حرارت در بستر های ثابت با حضور سیال بدون جریان اجباری، در فضاهای بین فاز جامد، مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد تا تاثیر پارامتر های متعدد نظیر اندازه ذرات جامد، گرادیان دما، فشار و خواص حرارتی فاز جامد و سیال مورد استفاده، در هدایت حرارتی موثر بستر مشخص شود و با تغییر این پارامتر ها، انتقال حرارت کلی در بستر را تعیین کرد.

کوره های دمابالا که در برخی موارد خاص فشار بالایی نیز دارند از جمله کوره های پرکاربرد در فرآیند تولید قطعات مختلف با استحکام بالا هستند که در صنایع مختلف مثل هوافضا و پزشکی کاربرد دارند. در کار حاضر سعی شده است تا مقدماتی از تحلیل حرارتی این دست کوره ها انجام شود تا مسیری برای پژوهش ها و حتی تولید این دست کوره ها در کشور فراهم شود. دو مدل کوره، یکی المنت های الکتریکی در بدنه تعبیه شده است و دیگری المنت ها در کف کوره قرارگرفته اند. نقش انتقال حرارت هدایتی در این کوره ها ناچیز است از این رو انتقال حرارت جابجایی آزاد و تشعشع در دو مدل با یکدیگر مقایسه شده است.برای مدل کردن المنت ها از دو شرط دما ثابت و شار ثابت استفاده شده است که مشاهده شده است که هر دو شرط به دلایلی با واقعیت تفاوت دارند.در طراحی استفاده شده در این کار ضریب دید المنت ها در بدنه حدود 8/0 و در کف حدود 62/0 بوده است؛که در شرایط مساوی و متناسب با دمای نهایی در افزایش انرژی تشعشع جذب شده در طول زمان برای دو مدل تأثیرگذار است

هیدرودینامیک مغناطیسی یکی از شاخه های جدید مکانیک محیط های پیوسته است که با جریان سیال در اثر میدان معناطیسی سروکار دارد و به بررسی اثر متقابل سیال رسانای الکتریسیته و میدان مغناطیسی می پردازد. در اکثر صنایع مهم، میدان مغناطیسی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان نمونه در صنعت تولید مواد از این میدان به منظور گرمایش، پمپاژ، همزدن وشناورسازی فلزات مذاب و همچنین تضعیف جریانهای جابه جایی آزاد درون مذاب و تقویت جریان درون کانال با ابعاد کوچک و حتی ایجاد جریان در میکرو کانال ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این پایان نامه به مطاله اثر میدان مغناطیسی یکنواخت بر میدان جریان ، انتقال حرارت و اختلاط پرداخته شده است. معادلات پیوستگی، مومنتم، انرژی و معادله غلظت به روش حجم محدود حل شده اند. چهار حالت اعمال میدان مغناطیسی در نظر گرفته شده است. در هر حالت اعمال میدان مغناطیسی، نمودار سرعت، نمودار دما و نمودار غلظت در مقطع خروجی کانال رسم شده است. مشاهده شده است که میدان سرعت، دما و غلظت تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرارگرفته اند.

پایان نامه حاضر به منظور بررسی تجربی افزایش انتقال حرارت توسط سیم پیچ در چگالش بخار ‏‎r-134a‎‏ داخل لوله های افقی به انجام رسیده است. همچنین مقایسه ای نیز بین نتایج لوله صاف و روابط موجود صورت گرفته است.