انتقال حرارت جابجایی آزاد به استوانه های سرد افقی که در بالای یک سطح قرار دارند در بسیاری از کاربردهای صعنتی نظیر سردخانه ها، سیستم های تهویه و غیره انجام می گیرد. برای انتقال حرارت جابجایی آزاد به یک استوانه تنها که در محیط بینهایت قرار دارد مطالعات گسترده ای صورت گرفته اما در مورد استوانه ای که نزدیک به یک سطح عایق قرار دارد تحلیل های بسیار اندکی انجام گرفته است. در تحقیق حاظر انتقال حرارت جابجایی آزاد به استوانه سرد افقی که در بالای یک سطح عایق و همچنین محصور بین دو سطح عایق عمود بر هم قرار دارد به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در اندازه گیری آزمایشگاهی تأثیر فاصله استوانه از صفحه عایق افقی (l/d) در محدوده بین 1/0 تا 5/1 و همچنین از صفحه عایق قائم (s/d) در محدوده بین 1/0 تا 1 برای اعداد رایلی 105×3 و 105×6 مورد بررسی قرارگرفته است. قطر لوله 8 سانتیمتر بوده و به ازای مقادیر مختلف دمای سطح، آزمایش های متعددی انجام گرفته است. برای انجام بررسی عددی، معادلات حاکم جریان آرام جابجایی آزاد، از روش حجم محدود با کد c++ به کمک نرم افزار openfoam که یک نرم افزار منبع باز تحت سیستم عامل لینوکس است حل شده اند. مطالعات عددی انجام گرفته در محدوده وسیعی از اعداد رایلی از 104 تا 106 انجام گرفته تا نتایج با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردند. خطوط جریان، خطوط هم دما و بردارهای سرعت به ازای مقادیر مختلف فاصله از صفحات عایق ترسیم گردیده. جریان هوای سرد پس از حرکت به سمت پایین و برخورد به سطح عایق افقی به هر دو سمت حرکت می کند، که اگر سطح عایق عمودی هم وجود داشته باشد در آن سمت متوقف شده و به سمت مخالف حرکت می کند. میدان های ترسیم شده اطراف استوانه نسبت به حالتی که استوانه در محیط بینهایت قرار دارد متفاوت است. نتایج نشان می دهد که ضریب انتقال حرارت متوسط لوله، وابستگی شدیدی به تغییرات l/d دارد اما تغییرات s/d تأثیر زیادی بر آن ندارد. با این حال، وجود صفحه قائم تأثیر زیادی بر میزان انتقال حرارت دارد. با استفاده از نتایج عددی و آزمایشگاهی رابطه ای تجربی برای نسبت عدد نوسلت متوسط به عدد نوسلت متوسط یک لوله در محیط بینهایت بر حسب عدد رایلی و نسبت فاصله استوانه از سطح عایق به قطر استوانه (l/d) برای استوانه ای که در زیر یک سطح عایق قرار دارد، ارائه شده است.

در این پایان نامه، سطح آزاد مایع متلاطم تحت تاثیر تحریک عرضی در یک مخزن مستطیلی شکل همراه با ارتفاع های مختلف تیغه میراکننده (بافل ) در وسط مخزن و بدون آن، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل با استفاده از مطالعه تجربی ارزیابی شده است. شبیه سازی عددی بر اساس روش کسر حجمی سیال (vof) انجام شده است که امکان استخراج سطح آزاد را در چنین مساله ای فراهم می سازد. در مطالعه آزمایشگاهی از دو مخزن با دیواره های شفاف، یکی بدون تیغه میراکننده و دیگری با تیغه برای بررسی سطح آزاد مایع استفاده شده است که دامنه و فرکانس حرکت متناوب آن به وسیله یک سیستم مکانیکی رفت و برگشتی کنترل می گردد. این وسیله مکانیکی یک حرکت متناوب عرضی برای تحریک مخزن ایجاد می کند. سطح آزاد مایع متلاطم در مخزن مستطیلی با تصویربرداری و استفاده از پردازش تصویر استخراج شده است. مقایسه نتایج عددی با آزمایش های مشابه برای تحریک هایی با دامنه و فرکانس های متفاوت، در بیشترین و کمترین جابجایی سطح آزاد مطابقت خوبی نشان می دهد به نحوی که خطای نسبی برآورد شده برای تمام آزمایش ها کمتر از ده درصد می باشد. هر چند که با افزایش دامنه و فرکانس تحریک، مقدار اختلاف ها به علت ایجاد رفتار غیرخطی و پیچیده سطح آزاد افزایش می یابد.

هدف از انجام این تحقیق، بررسی پارامترهای موثر در افزایش کارایی پمپ بالابر بادی می باشد. بدین منظور، پس از طراحی و ساخت پمپ مذکور، تاثیر پارامترهای اصلی از جمله قطر لوله ورودی هوا، شناوری لوله بالابرنده، تعداد ورودی های هوا و دبی هوای ورودی بر افزایش کارایی پمپ بالابر مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نتایج حاصل از این پژوهش نشان خواهد داد که کارایی بهینه پمپ در بیشترین نرخ جریان آب خروجی رخ نمی دهد. شایان ذکر می باشد که حداکثر مایعی که پمپ بالابر بادی می تواند به سمت بالا پمپ کند در رژیم های اسلاگ یا اسلاگ – چارن واقع می باشد. نتایج همچنین از افزایش کارایی پمپ در نرخ جریان هوای یکسان در اثر افزایش نرخ شناوری حکایت می کند. در این تحقیق، مدل سازی عددی نیز به منظور مقایسه کیفی الگوهای جریان مشاهده شده در کار آزمایشگاهی و الگوهای جریان حاصل از حل عددی صورت خواهد گرفت. نرم افزار کد باز، بسته ی دینامیک سیالات محاسباتی اپن فوم جهت مدل سازی عددی مورد استفاده قرارگرفت. این نرم افزار شامل روش حجم سیال می‏باشد که برای شبیه سازی حرکت حباب در سیال ساکن از آن استفاده شده است. جریان اسلاگ بخش عظیمی از نقشه ی رژیم جریان در کاربرد بهینه از پمپ بالابر بادی را در بر می گیرد، از این رو به مدل سازی عددی این جریان پرداخته شده است. الگوهای جریان حاصل از مدلسازی عددی، سازگاری مناسبی را با الگوهای مشاهده شده در کار آزمایشگاهی نشان دادند.

با توجه به چگالی توان، چگالی گشتاور و بازدهی بالای ماشین tfpm قطب چنگالی، برآورد صحیح از توزیع تلفات این ماشین، تحلیل حرارتی دقیق آن و طراحی سیستم خنک ساز مناسب برای آن از اهمیت بالایی برخوردار است. در پایان نام? پیش رو، یک موتور سنکرون 500 کیلوواتی از نوع tfpm قطب چنگالی به عنوان "مطالع? موردی" انتخاب شده است. این موتور، که با سرعت مکانیکی نامی 300 دور بر دقیقه به گردش درمی آید، از طریق یک بانک باتری با ولتاژ لینک dc 220 ولت تغذیه می شود. با توجه به نواقص موجود در الگوریتم های طراحی استخراج شده از مراجع مورد بررسی، طراحی و بهینه سازی این موتور بر اساس یک الگوریتم طراحی جدید انجام گرفته است. با استفاده از تحلیل اجزاء محدود، توزیع تلفات این موتور در شرایط مدار باز و بار کامل به دست خواهد آمد. تلفات هسته، که بخش اعظم تلفات این موتور را تشکیل می دهد، به کمک روشی بر پای? معادل? معروف اشتینمتز و با استفاده از منحنی های تلفات ماد? سازند? هسته محاسبه می شود. تلفات مسی سیم پیچ استاتور و تلفات آهنرباهای دائم با بکار گیری قانون اهم به دست می آیند. با فرض بدترین حالت محتمل، توزیع دمای موتور در شرایط همرفت طبیعی با استفاده از ترکیب مدار معادل حرارتی و روش اجزاء محدود به دست آمده است. با توجه به نتایج به دست آمده از شبیه سازی همرفت طبیعی، ژاکت آبی به عنوان سیستم خنک ساز مناسب برای جلوگیری از آسیب دیدگی موتور پیشنهاد می شود. پس از ارائ? یک الگوریتم جامع و کامل برای طراحی ژاکت آبی، طراحی سیستم خنک ساز و محاسبات پمپ مورد نیاز انجام خواهد گرفت.

در جریان های داخلی مانند انواع شیرآلات و پمپ ها و برخی جریان های خارجی مانند سرریز نیروگاه های آبی جلوگیری از وقوع کاویتاسیون (کاواکزایی) بسیار اهمیت دارد اما از طرفی در برخی جریان های خارجی همین پدیده می تواند دارای مزایایی باشد، از جمله اینکه بواسطه تشکیل در اطراف پرتابه های زیر آبی، باعث کاهش نیروی پسای اصطکاکی وارد بر آن به علت کاهش لزجت در فاز بخار می شود. این موضوع یکی از دلایل عمده استفاده از کاویتاسیون به صورت طبیعی یا مصنوعی در انواع پرتابه های زیرآبی است. هزینه بسیار بالای کارهای آزمایشگاهی از یک طرف و زمان بر بودن مشاهده آثار این پدیده از طرف دیگر، موجب افزایش روز افزون برتری حل عددی در این حوزه شده است. این پایان نامه به منظور مطالعه مدل های شبیه سازی پدیده کاویتاسیون و مقایسه آنها در نحوه ایجاد و گسترش ابر کاواک و تأثیر این پدیده بر جریان می باشد. پس از تعریف پدیده کاویتاسیون، معادلات اساسی حاکم برای تحلیل این پدیده آورده شده است و در نهایت مدل های موجود که برای حل تحلیلی و عددی این پدیده مورد استفاده قرار می گیرند، معرفی شده است. در مطالعه عددی، ابتدا به صورت گذرا به معرفی مدل های شبیه سازی کاویتاسیون پرداخته شده و در ادامه با انتخاب سه مدل از مدل های متداول انتقال جرم در این حوزه یعنی مدل های کانز ، سینگال و زوارت با استفاده از زبان برنامه نویسیc++ تحت لینوکس نسبت به تهیه حلگرهای عددی که توانایی شبیه-سازی این مدل های انتقال جرم را دارند اقدام شده است و در ادامه برای اجرای کدهای عددی از نرم افزار اُپن فوم استفاده گردیده است، سپس نقاط ضعف و قوت هر یک از مدل ها مورد بحث قرار گرفته است. هندسه های مورد استفاده شامل یک اُریفیس و یک ونتوری برای بررسی جریان داخلی و یک هیدروفویل(naca0015) با زوایای حمله متفاوت برای بررسی جریان خارجی انتخاب شده که متناسب با نتایج آزمایشگاهی انجام شده است. مدل زوارت در جریان های داخلی در کل دارای بهترین نتیجه می باشد، در عین حال از توانایی خوب مدل کانز در تحلیل عددی جریان داخلی نیز نمی توان چشم پوشی کرد. همچنین در مورد مدل های مورد بررسی در تحلیل جریان خارجی، نتایج کلی تقریباً نزدیک به هم بوده و هیچ مدلی نسبت به دیگری دارای برتری نمی باشد، ولی در انتها با استفاده از ثوابت تجربی به کار رفته در مدل کانز و جواب های عددی بدست آمده از آن، انتخاب این مدل برای ادامه تحقیقات توصیه می گردد. در ادامه برای شبیه سازی دقیق تر فرضیات فیزیکی با افزودن کمیت دمایی به کدهای عددی حلگرها، مدل های انتقال جرم انتخابی توسعه داده شده اند. در مدل های انتقال جرم مورد بحث فرض بر آن است که فشار بحرانی در طول حل مقداری ثابت دارد و حال آنکه فشار بحرانی تابعی از دما می باشد. با اضافه کردن معادله آگوست- مگنوس که تأثیر دما بر فشار بحرانی را نشان می دهد، مدل های تصحیح شده ای که توانایی داشتن فشار بحرانی متناسب با دمایی که در آن لحظه قرار دارد، ایجاد گردیده است و در انتها مقایسه ای میان نتایج بدست آمده از حل عددی این مدل ها با افزودن دما و نتایج بدست آمده از حل عددی مدل ها بدون تأثیر آن و نتایج آزمایشگاهی موجود برای کمیت هایی نظیر ضریب فشار و ضریب تخلیه انجام شده است. افزودن این توانایی به حلگرها باعث بهبود نتایج بدست آمده نسبت به حالت بدون تأثیر دمایی و بالا رفتن دقت نتایج بدست آمده در مقایسه با سایر نتایج گزارش شده، می باشند.

پدیده تشکیل کاویتاسیون و اثرات ناشی از آن در بسیاری از جریان ها دارای اهمیت ویژه ای است. لیکن هزینه بسیار بالای کارهای آزمایشگاهی از یک طرف و زمان بر بودن مشاهده آثار این پدیده از طرف دیگر، موجب افزایش روز افزون برتری حل عددی در این حوزه شده است. هدف این پایان نامه مطالعه و بررسی برآورد تأثیر تخریبی پدیده کاویتاسیون به شیوه عددی می باشد بمنظور برآورد تأثیر تخریبی پدیده کاویتاسیون به محاسبه کمیتی به نام نرخ خوردگی کاویتاسیون پرداخته شده است.در این تحقیق پس از تعریف پدیده کاویتاسیون، معادلات اساسی حاکم برای تحلیل این پدیده آورده شده است و در ادامه مدل موجود که برای حل تحلیلی و عددی این پدیده مورد استفاده قرار می گیرد، معرفی شده است. با در نظر گرفتن دو حالت سرعت ثابت و حالت اصل انتقال نرخ خوردگی و نیز حالت سوم که سرعت متغیر نام دارد و در واقع بعنوان یک هدف برای توسعه کد استفاده شده است به محاسبه نرخ خوردگی پرداخته شده است. وارد کردن کدهای عددی با استفاده از زبان برنامه نویسیc++ تحت لینوکس بوده که از آن نسبت به تهیه حلگرهای عددی که توانایی شبیه سازی و محاسبه کمیت نرخ خوردگی مورد استفاده در تحقیق را دارد اقدام شده است و در ادامه برای اجرای کدهای عددی از نرم افزار اُپن فوم استفاده گردیده است. هندسه مورد استفاده یک نازل است که متناسب با نتایج آزمایشگاهی موجود انتخاب شده است. به منظور محاسبه کمیت نرخ خوردگی کاویتاسیون در حالات بیان شده از جنس های استیل و آلومینیوم در فشارهای مختلف استفاده شده است. در حالات سرعت ثابت و اصل انتقال نرخ خوردگی، نرخ خوردگی حاصل از نتایج عددی و به کمک روابط بیان شده در فصل سوم، بدست-آمده و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی موجود، بررسی و مقایسه شده است. نیز در پایان بمنظور توسعه کد عددی و با هدف توسعه مدل خوردگی، نتایج نرخ خوردگی در حالت سرعت متغیر بدست آمده و نتایج حاصل از حل عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود برای حالت سرعت ثابت مقایسه شده است.در پایان روش اصل انتقال نرخ خوردگی برای ادامه تحقیقات توصیه می گردد.

تشکیل یخ بر روی سطحی جامد که دمای آن پایین تر از دمای انجماد آب است و همچنین شکل مرز یخ، اثرات مهمی در مسائل مختلف داشته و تعیین موقعیت مرز یخ در طول زمان و تاثیر جریان فاز مایع بر شکل مرز یخ از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. تشکیل یخ یک فرآیند پیچیده شامل انتقال همزمان جرم و حرارت است. حل تحلیلی برای این پدیده ی پیچیده و گذرا غیرممکن می باشد و همچنین ابزار آزمایشگاهی پرهزینه برای شناخت فرآیند تشکیل یخ لازم است. روش آنتالپی-تخلخل به طور معمول برای شبیه سازی فرآیند انجماد مواد با خواص ترموفیزیکی مشابه در دو فاز مایع و جامد استفاده می شود. در این پژوهش با توجه به تغییرات عمده خواص ترموفیزیکی آب در هنگام تشکیل یخ، روش مذکور با تعریف و اعمال توابعی بر حسب خواص ترموفیزیکی و ایجاد تابعی پیوسته برای تبیین کسر حجمی مایع، توسعه داده شده است. نتایج حاصل از شبیه-سازی با این روش پیشنهادی، برای مساله انجماد داخل یک حفره مربعی با نتایج موجود تجربی و عددی مقایسه شده است. تشکیل دو گردابه و عمود ماندن مرز فاز جامد بر دیواره پایینی در فرآیند رشد یخ، موفقیت مدل مذکور و همچنین کد ایجاد شده در نرم افزار کد باز اوپن فوم را در مقایسه با تحقیقات مشابه تائید می کند. مقایسه نتایج نشان دهنده پیش بینی بهتر شکل مرز جامد و 3% بهبود متوسط نسبت به شبیه سازی های عددی اخیر می باشد.

توربین گازی یکی از ماشین¬های تولید توان می¬باشد که امروزه در صنایع مختلف از جمله نیروگاه¬ها، پالایشگاه¬ها و صنایع نفت و گاز کاربرد فراوانی یافته¬اند. از آن جایی که درصد بالایی از توان مورد نیاز کشور، در نیروگاه¬های گازی تامین می¬گردد و با توجه به این موضوع که انرژی مورد نیاز این نیروگاه¬ها سوخت¬های فسیلی هستند، لذا بهبود عملکرد این نیروگاه¬ها بسیار حائز اهمیت می¬باشد. هدف اصلی در این تحقیق، تحلیل انرژتیک و اگزرژتیک نیروگاه توربین گازی و ارائه راهکاری برای بهبود کارایی و عملکرد توربین گازی مورد مطالعه می¬باشد. سیکل گازی مورد مطالعه در این پایان نامه مربوط به نیروگاه قم می¬باشد که شامل 4 واحد گازی ساخت شرکت mitsubishi ژاپن مدل mw-701d با ظرفیت اسمی هر یک mw 5/128 و در مجموع mw 514 می¬باشد. در پایان¬نامه حاضر، پس از مدل سازی سیکل گازی و ترکیبی با استفاده از نرم¬افزار ترموفلو، به تحلیل انرژی و اگزرژی سیکل گازی پرداخته می¬شود. در ادامه تاثیر تغییر شرایط محیط و سطوح بار توربین گاز بر عملکرد سیکل گازی و کل نیروگاه بررسی می¬شود. سپس به ارزیابی فنی و اقتصادی استفاده از سه نوع سیستم خنک¬کاری هوای ورودی به کمپرسور در شش ماه گرم سال و تاثیر استفاده از آن¬ها بر عملکرد سیکل گازی مورد بررسی قرار می¬گیرد که در نهایت با توجه به شرایط فنی و اقتصادی و شرایط محیطی منطقه قم، سیستم خنک¬کاری فاگ به عنوان سیستمی مناسب جهت بهبود عملکرد در این نیروگاه انتخاب و معرفی می¬گردد. با استفاده از سیستم فاگ در نیروگاه قم، توان خالص خروجی از سیکل گازی و نیروگاه به ترتیب به میزان 15/11 و 08/8 درصد، بازده انرژی و اگزرژی سیکل گازی به ترتیب 64/3 و 61/3 درصد افزایش می¬یابد و میزان آلایندگی هوا توسط 77/0 درصد کاهش می¬یابد. در ادمه به بهینه¬سازی دو هدفه سیکل گازی نیروگاه قم توسط الگوریتم ژنتیک و با استفاده از نرم¬افزار مطلب و در شش ماه سرد سال پرداخته می¬شود. توابع هدف، بازده اگزرژی و هزینه¬های مربوط به سیکل گازی شامل هزینه تعمیر و نگه¬داری، هزینه سوخت مصرفی و هزینه تخریب اگزرژی می¬باشد. نتایج نشان می¬دهد که با افزایش بازده اگزرژی سیکل گازی، هزینه¬های آن نیز افزایش پیدا می¬کند.

هنگامی که مخزنی شامل سیال مایع، تحت تحریکی نظیر جابجایی قرار گیرد، مایع درون آن شروع به نوسان نموده ، دراثر این حرکت نوسانی ، نیرو و گشتاری از طرف مایع به ظرف محتوی آن اعمال می گردد. این حرکت نوسانی که به اصطلاح تلاطم سیال خوانده می شود ، در اثر تغییر عوامل موثر در آن ، می تواند اثرات مختلفی بر سازه یا یک مخزن متحرک داشته باشد. این امر در موارد گوناگونی از کاربردهای صنعتی اهمیت یافته ، نیازمند شناخت دقیق این پدیده می باشیم . در این پروژه روشهای بررسی و تحلیل این مساله را برای یک مخزن استوانه ای مورد مطالعه قرار داده، آنها را به دست می آوریم.