هدف از این تحقیق توسعه روش لتیس-بولتزمن برای تحلیل جریان و انتقال گرما در نانوسیال تراکم¬ناپذیر بوده است. لتیس برای گسسته سازی معادلات استفاده شده و برای جمله برخورد در معادله بولتزمن مدل bgk به کار رفته است. در حل عددی معادلات توزیع جریان و انرژی بولتزمن، روش حجم محدود مرکز سلول با شبکه دلخواه استفاده گردید. با ارایه ایده جدید فاکتورهای محاسبه شار و انرژی به همراه گسسته-سازی جمله زمانی معادله بولتزمن با رانگ-کوتای مرتبه پنج اصلاح شده، دقت و همگرایی این روش به شکل چشمگیری بهبود پیدا کرد. همچنین با استفاده از ایده جدید قرار دادن لتیس مجازی در ضلع منطبق بر مرز هر سلول، روش bounce-back با دقت خوبی قابل استفاده در مرز دیواره برای شبکه مورد نظر گردید. برای حل میدان دما از روش تابع توزیع دوگانه(ddf) استفاده گردید که پایداری عددی بهتری نسبت به دیگر روشها دارد. برای اعمال شرایط مرزی گرما از روش تجزیه تابع توزیع انرژی به بخش تعادلی و بخش غیر تعادلی استفاده گردید که سازگاری خوبی با روش حجم محدود در شبکه انتخاب شده دارد. به علت کارایی روش لتیس-بولتزمن در تحلیل نانوسیالها و امکان اعمال نیروهای داخلی بین ذره¬ها و اثر برخوردهای داخلی ذرات در معادلات جریان و انرژی بولتزمن، از آن برای تحلیل جریان و انتقال گرمای نانوسیال آب-اکسید مس استفاده گردید. عوامل شناخته شده در بهبود خواص انتقال گرمایی نانوسیال¬ها، نظیر شناوری و جاذبه، اصطکاک، براونی و پتانسیل¬های جاذبه و دافعه dlvo از روش ترکیبی استفاده شده است. برای ارزیابی نتایج به دست آمده، جریان داخل کانال دوبعدی، جریان اطراف استوانه و جریان و انتقال گرما در پله وارون با و بدون مانع استوانه¬ای و انتقال گرما برای نانوسیال آب-اکسید مس در کانال دوبعدی تحلیل گردیده و در هر کدام از مطالعات موردی نتایج با نتایج تجربی و عددی دیگر محققان مقایسه شده است.

در این رساله سعی بر آن شده است که با استفاده از روش شبکه بولتزمن و ترکیب آن با روش حجم محدود، رفتارهای ترمو – هیدرودینامیکی جریانهای سیالات و نانوسیالات دوبعدی تراکم ناپذیر مورد بررسی قرار گیرند. برای این منظور مدل متداول d2q9 انتخاب و از طرح مرکزیت سلول برای گسسته سازی معادلات جریان و انرژی بولتزمن بر روی شبکه چهارضلعی بی سازمان استفاده گردیده است. با قرار دادن یک شبکه مجازی بر روی ضلع منطبق بر مرز، اعمال شرایط مرزی برای روش مورد استفاده به خوبی و با دقت بالایی قابل اجرا گردید. به منظور افزایش پایداری حل از فاکتورهای تصحیح برای محاسبه جمله شار در معادلات جریان و انرژی استفاده شده است. همچنین برای کاهش نوسانات عددی در هنگام شبیه سازی به خصوص در جریانهایی با رینولدزهای بالاتر و یا توام با جریانهای برگشتی از جمله اتلاف مصنوعی مرتبه چهارم بهره گرفته شده است. استفاده از موارد فوق به همراه بهره گیری از روش رانگ – کوتای مرتبه پنجم برای پیشروی معادلات در زمان باعث افزایش چشمگیر دقت و صحت نتایج و کاهش مدت زمان شبیه سازی گردید. جهت تحلیل گرمایی جریان از روش تابع توزیع دوگانه استفاده گردید که دارای پایداری بهتری نسبت به سایر روشها می باشد. همچنین از روش تجزیه تابع توزیع انرژی به دو بخش تعادلی و غیرتعادلی برای اعمال شرایط مرزی گرمایی استفاده شد که در نتیجه آن نتایج قابل قبولی بدست آمد. به منظور تحلیل نانوسیالات مختلف نیروهای وارده از سیال به نانوذره که شامل نیروی شناوری و جاذبه، براونی، درگ و جاذبه و دافعه dlvo در معادلات بولتزمن وارد گردیدند. به منظور ارزیابی نتایج و دقت روش مورد استفاده آنالیز رفتارهای ترمو – هیدرودینامیکی طیف وسیعی از جریانهای متداول در مکانیک سیالات انجام گردید و تلاش شد که نتایج بدست آمده از شبیه سازیهای انجام شده با نتایج معتبر سایر محققان مقایسه گردد. بطور کلی نتایج بیانگر دقت خوب و قابل قبول روش پیشنهادی در تحلیل جریانهای سیال و نانوسیال می-باشد. تحلیل نتایج نانوسیالات نشان داد که نانوسیالات توام با نانوذرات با چگالی کمتر دارای سرعت بیشتری نسبت به نانوسیالات توام با ذرات سنگین تر می باشند. همچنین نشان داده شد که در نواحی خارج از جریانهای برگشتی، نانوذراتی که دارای ضریب هدایت حرارتی بزرگتری هستند، باعث رشد بیشتر عدد ناسلت و در نتیجه انتقال حرارت می شوند در حالیکه در داخل جریانهای برگشتی این مطلب برعکس می باشد، یعنی نانوذرات با ضریب هدایت حرارتی کوچکتر افزایش بیشتری در مقدار ناسلت را نشان می دهند.

هدف از این تحقیق توسعه روش لتیس¬بولتزمن(lbm) برای تحلیل اثر میدان مغناطیسی متغیر بر مشخصه¬های جریان و انتقال حرارت در نانو سیال می¬باشد. روش لتیس بولتزمن ابزار کارآمدی برای تحلیل سیالات چند جزئی نظیر نانوسیالات است. در این تحقیق از شبکه d2q9 در گسسته¬سازی معادلات بولتزمن استفاده شده و برای جمله برخورد در این معادله مدل bgk به کار رفته است. همچنین تخفیف های زمانی برای توابع توزیع جریان و انتقال حرارت بر اساس مشخصات نانوسیال مورد نظر تعریف گردیده¬اند. برای اعمال نیروی ناشی از میدان مغناطیسی از روش چند سرعتی(multi speed) که یکی از روش های موثر در روش لتیس بولتزمن می باشد، استفاده گردیده است. معادلات توابع توزیع جریان و انرژی به روش تفاضل محدود گسسته¬سازی و با استفاده از برنامه کامپیوتری که به زبان فرترن تهیه شده عددی حل گردیده¬ است. برای ارزیابی و صحت سنجی نتایج به دست آمده، جریان آب در داخل کانال دوبعدی در ناحیه آرام با سرعت ورودی یکنواخت، جریان داخل پله وارون برای رینولدزهای مختلف و همچنین جریان و انتقال حرارت داخل حفره در حضور میدان مغناطیسی برای ha=50 تحلیل گردیده و در هرکدام از مطالعات موردی، نتایج با نتایج دیگر محققان مقایسه شده است که نتایج به دست آمده بیانگر همخوانی خوب با نتایج معتبر گزارش شده می باشد. در ادامه اثر افزایش کسرحجمی نانوذرات اکسید آلومینیوم(al2o3) در سیال پایه آب و همچنین اثر میدان مغناطیسی و زاویه آن بر روی جریان و انتقال حرارت این نوع نانوسیال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهد که در حالت کلی با افزایش نانوذرات دمای متوسط نانوسیال در انتهای کانال افزایش می یابد که بیانگر بهبود انتقال حرارت در آن می باشد. همچنین تأثیر تغییرات زاویه میدان مغناطیسی از ?=0 تا ?=90 بر انتقال حرارت جابجایی برای اعداد مختلف هارتمن بررسی گردیده است. نتایج بیانگر افزایش عدد ناسلت در نتیجه افزایش عدد هارتمن می باشد و بیشترین افزایش در ?=90 که میدان مغناطیسی عمود بر جریان اعمال می شود را دارد. نتایج تحلیل معادلات نانوسیال در حضور میدان مغناطیسی حاکی از بهبود انتقال حرارت جابجایی بوده و تأثیر هر دو عامل میدان مغناطیسی و نانوذرات را دارد. این بهبود در جریان داخل کانال با شرط مرزی دما ثابت برای ناحیه آرام به 35 درصد نیز می¬رسد.

با توجه به کاهش روز افزون سوخت‏های فسیلی و گران شدن آن استفاده از انرژی‏های نو نظیر انرژی امواج دریا از اهمیت بالایی برخوردار شده است لذا در این پایان‏نامه امکان سنجی و طراحی مفهومی یک نوع از مکانیزم‏های متداول بررسی شده که به مکانیزم ستو معروف است به دلایلی چون سادگی ساختمان، استقلال مکانیزم از راستای موج، نداشتن اثر بصری، مقاومت مناسب در مقابل طوفان¬های دریایی و همچنین تطبیق پذیر بودن آن با شرایط دریا‏های ایران انتخاب گردید. امکان‏سنجی این مکانیزم بر اساس داده‏های 31 ساله مربوط به جزایر ابوموسی، لارک و فارور که از موسسه ملی اقیانوس شناسی اخذ گردیده بود بررسی و برای توان 500 وات جهت نصب در جزیره ابوموسی طراحی گردید. در طراحی این مکانیزم از معادلات حاکم بر امواج خطی استفاده گردید که برای دریا‏های عمیق و کم عمق که بر اساس نسبت عمق آب به طول موج تعیین می‏گردد، دارای دقت قابل قبولی است. بر این اساس برنامه‏ای کامپیوتری به زبان فرترن برای محاسبات تهیه گردید. برای اعتبار بخشی به نتایج بدست آمده ابتدا اطلاعات محیطی و هندسی مربوط به ستو 3 و ستو 5 که در استرالیا نصب گریده به برنامه اعمال و توان خروجی محاسبه شده برای ستو 3 و ستو 5 به ترتیب 70 و 220 کیلو وات بوده که درمقایسه با توان تولیدی واقعی به ترتیب 12.5% و 9% اختلاف را نشان می‏دهد که دارای دقت مناسبی است. لذا با استفاده از این برنامه محاسبات مربوط به توان 500 وات صورت گرفته و مشخصات هندسی بویه و تجهیزات هیدرولیکی مربوط به آن تعیین گردیدند.

در این پژوهش تاثیر افزودن نانوذرات به روغن ترانسفورماتور، در بهبود خواص حرارتی و عایقی روغن بصورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور علاوه بر تهیه چند نوع نانوذرات بصورت پودر و یا سوسپانسیون از داخل و یا خارج کشور، چند نمونه نیز به روش سنتز هم رسوبی در دانشگاه زنجان تولید گردید. سپس این ذرات درون روغن ترانسفورماتور nytro libra توسط همزن و دستگاه های اولتراسونیک پخش گردید. نانوروغن تولید شده در غلظت های 0.1% تا 0.6% مورد آزمایش های متعدد از جمله تست عایقی روغن بر اساس استانداردهای موجود و تست حرارتی قرار گرفت. برای مطالعه تاثیر نانوذرات روی خنک کاری روغن، دستگاه آنالیز حرارتی نانوسیالات، طراحی و ساخته شد. تست ولتاژ شکست عایقی روغن شامل تستac و ضربه (impulse) روی نمونه های نانوروغن و روغن پایه انجام شد. نتایج حاکی از بهبود 17 درصدی ولتاژ شکست ضربه در غلظت 0.3% بود که در تست های الکتریکی بعنوان بهترین غلظت انتخاب شد. همچنین ولتاژ شکست ac نانوروغندر شرایط بهینه بهبود 30 درصدی را نشان می داد.در تست های حرارتی نیز در شارهای حرارتی بالا بعلت بهبود رسانایی حرارتی، نانوروغن دارای30% ضریب انتقال حرارت بالاتری نسبت به روغن معدنی پایه بود. در شارهای حرارتی پایین به دلیل اثرات ویسکوزیته ناشی افزودن نانوذرات شاهد کاهش ضریب انتقال حرارت بودیم. نتایج نشان داد، نانوروغن می تواند جایگزین مناسبی با خواص بهتری برای روغن معدنی ترانسفورماتور باشد.