در این پایان نامه مطالعه عددی پدیده ذوب جابجایی طبیعی درون یک حفره مربعی با پره با استفاده از روش آنتالپی شبکه بولتزمن انجام شده است. با بکارگیری این روش، حل مسائل تغییر فاز به دلایل زیر آسان می شود: (1) نیاز به ارضا شرایط مرزی در جبهه تغییر فاز از بین می رود، (2) محیط خمیری شکل در نظر گرفته می شود و (3) با استفاده از میدان دما موقعیت جبهه موج با دقت بالایی به دست می آید. برای شبیه سازی میدان های چگالی، سرعت و دما از مدل تابع توزیع چندتایی استفاده شده است. بعضی از محدودیت ها شامل محدوده کم تغییرات دما، ناپایداری عددی و غیر قابل تغییر نبودن عدد پرانتل در این مدل حذف می شود. از مدل شبکه برای محاسبه میدان های چگالی و سرعت استفاده شده است در حالیکه مدل شبکه برای محاسبه میدان دما استفاده شده است. اثرات تغییر موقعیت و طول پره بر روی نرخ ذوب، زمان ذوب کامل و عدد ناسلت متوسط مورد بررسی قرار گرفته شده است. شبیه سازی ها برای اعداد استفان 10و 1، اعداد پرانتل1 و 2/6، عدد رایلی 105 و نسبت هدایت پذیری پره به سیال 5 تا 30 انجام شده است. درستی نتایج بدست آمده با مقایسه نتایج جابجایی طبیعی و ذوب جابجایی طبیعی در یک حفره مربعی با مطالعات عددی پیشین انجام آمده است. نتایج نشان دادند که در ابتدای فرآیند با اضافه کردن پره با هر طولی افزایش انتقال حرارت هدایتی در مناطق نزدیک به سطوح پره مشاهده می شود، در حالیکه این اثر در دیگر مناطق بسیار ضعیف می باشد. زمانی که فرآیند پیش می رود، اثر جابجایی طبیعی در بالای حفره بسیار زیاد می شود. برای حالت kr=10 و xr=0/5، با اضافه کردن پره با طول های 25/0، 5/0 و 75/0 زمان ذوب کامل به ترتیب 50، 71/35 و 85/42 درصد کاهش می یابد. برای حالت lr=0/5 و xr=0/5، با افزایش دادن نسبت هدایت پذیری پره به سیال از 5 تا 30، زمان ذوب کامل در مقایسه با حالت بدون پره، کاهش 57/25 درصد تا 50 درصد را نشان می دهد. در مراحل اولیه فرآیند ذوب، عدد ناسلت متوسط بر روی سطوح داغ با زمان کاهش می-یابد. با گذشت زمان سهم جابجایی طبیعی در عدد ناسلت متوسط بیشتر می گردد.

در این رساله انتقال حرارت و افت فشار در یک مبدل حرارتی با لوله با موج مارپیچی بهمراه نانوسیال سیلیکا و آلومینا به صورت تجربی بررسی شده است. متغیرهای موجود شامل عدد رینولدز جریان، درصد حجمی نانوذرات، عمق و گام موج مارپیچی لوله ها می باشد. محدوده عدد رینولدز بین 5000 تا 20000، عمق موج مارپیچی بین 5/0 تا 5/1 میلی متر، گام موج مارپیچی بین 5 تا 8 میلی متر و غلظت نانوذرات بین صفر تا 1 درصد حجمی بوده است. نتایج به صورت عدد ناسلت، ضریب بی بعد اصطکاکی، عدد ناسلت نسبی و ضریب انتقال حرارت برای انرژی پمپاژ یکسان ارایه شده است. نتایج نشان دهنده افزایش انتقال حرارت با افزودن نانوذرات به سیال پایه می باشد بطوریکه تاثیر آن برای لوله ها با موج مارپیچی با عمق بزرگ تر و گام کوچک تر چشمگیرتر است. استفاده از لوله های با موج مارپیچی و نانوذرات به طور همزمان در اعداد رینولدز کوچک تر دارای راندمان انتقال حرارت ( انتقال حرارت برای انرژی پمپاژ یکسان) بهتری می باشند. در صورتیکه استفاده از نانوذرات در لوله صاف در اعداد رینولدز بالاتر دارای راندمان بهتری می باشد. عدد ناسلت و راندمان انتقال حرارت با استفاده از نانوذرات آلومینا بیشتر از نانوذرات سیلیکا می باشد. مقدار انتقال حرارت و راندمان انتقال حرارت برای نانوسیال سیلیکا با درصد حجمی 1% کمتر از درصد حجمی نیم درصد می باشد. علت آن تاثیر نامطلوب خوشه شدن نانوذرات سیلیکا می باشد. ماکزیمم مقدار انتقال حرارت برای انرژی پمپاژ یکسان (r3) برای لوله با موج مارپیچی حدود 240% می باشد. حل عددی برای سه لوله مختلف تحت شار حرارتی ثابت بوسیله یک نرم افزار تجاری و با روش دوفازی مخلوط جهت مدلسازی نانوذرات آلومینا انجام شده است که نتیجه حائز اهمیت آن مشاهده جریان ثانویه در این لوله ها بوده است. نتایج عددی روند کلی تغییرات ضریب انتقال حرارت بدست آمده در نتایج تجربی را تایید می کنند.