در پایان نامه حاضر، شبیه سازی و مدلسازی فرآیند واحد تغلیظ کننده پساب انجام شده است. این سیستم ها نسل جدیدی از سیستم های تغلیظ کننده پساب قدیمی با درصد بازیافت حداکثر 35% هستند که دارای درصد بازیافتی بیش از 80% می باشند. نحوه عملکرد این سیستم ها در فرآیند تغلیظ پساب به تفصیل تشریح شده و معادلات ترمودینامیکی و انتقال حرارتی آنها آورده شده است. معادلات مربوطه در حد امکان با دقت و توجه خاصی انتخاب شده اند، چرا که نتایج حاصله به شدت وابسته به صحت و درستی این روابط می باشند. بدیهی است که به هنگام طراحی کامل سیستم، نتایج مربوط به قیمت آب تولیدی را مورد تاثیر قرار می دهند. هدف اصلی از انجام این پایان نامه، علاوه بر تشریح عملکرد و طراحی یک سیستم تغلیظ کننده پساب، بررسی تاثیر تغییر در پارامتر های عملکرد و طراحی بر مشخصات فنی و عملکرد سیستم و در نهایت طراحی مفهومی یک نمونه از این سیستم ها بوده است. همچنین مسئله رسوب گذاری در تبخیر کننده های فیلم ریزشی مورد بررسی قرار گرفته است. بنابر این با نوشتن الگوریتم حل معادلات حاکم بر سیستم و پیاده سازی آن در محیط برنامه نویسی matlab، به حل معادلات پرداخته شده است. با استفاده از برنامه، به راحتی می توان تاثیر تغییر پارامتر هایی همچون دبی بخار مصرفی، دبی آب تغذیه، نسبت عملکرد سیستم، انرژی مخصوص و ... را به صورت نمودارهایی مشاهده کرد.

در این پایان نامه به منظور تجزیه و تحلیل و بهبود عملکرد سردساز لوله ضربانی دومرحله ای مینیاتوری با ورودی ثانویه و بررسی اثرات اجزاء مختلف سیستم بر عملکرد آن یک کد عددی یک بعدی توسعه داده شده است. جهت توسعه کد، معادلات حاکم بر قسمت های مختلف سردساز با فرض گاز کامل و تراکم پذیر به عنوان سیال عامل به شکل کلی استخراج شد؛ به گونه ای که امکان شبیه سازی جریان در محیط های متخلخل و غیرمتخلخل فراهم گشت. در کد توسعه داده شده، دقت معادلات افت اصطکاکی مختلف در محاسبه افت اصطکاکی جریان نوسانی در محیط غیرمتخلخل مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که معادلات افت اصطکاکی جریان غیرنوسانی دقت مهندسی لازم را ندارند. اما در مقابل، معادله افت اصطکاکی جریان نوسانی دقت بسیار خوبی دارد. پس از ارزیابی صحت و دقت نتایج حاصل از کد، یک سردساز دومرحله ای آزمایشگاهی مورد شبیه سازی قرار گرفت. اثرات توری مش چندگانه در بازیاب و ورودی ثانویه بر عملکرد سردساز مرحله اول مطالعه شد. نتایج نشان داد که بکارگیری توری مش چندگانه مناسب در بازیاب موجب کاهش تلفات در انتهای گرم آن شده و ورودی ثانویه نیز موجب بهبود اختلاف فاز دبی جرمی و فشار در طول لوله ضربانی، افزایش دامنه نوسانات فشار در انتهای سرد سیستم و کاهش دمای کمینه قابل دسترس می شود. طبق نتایج شبیه سازی ها، کمینه دمای قابل دسترس 4/70 درجه کلوین و ضریب عملکرد 0229/0 در دمای 80 درجه کلوین برای مرحله اول سردساز، در شرایط بدون استفاده از بازیاب با توری مش چندگانه و ورودی ثانویه حاصل گردید؛ در حالی که همین مقادیر برای سردساز با بازیاب با توری مش چندگانه و ورودی ثانویه به ترتیب 7/53 درجه کلوین و 0401/0 به دست آمد. شبیه سازی سردساز دومرحله ای، مقدار کمینه دمای قابل دسترس مرحله دوم را 4/26 درجه کلوین نشان داد. علاوه بر این شبیه سازی سردساز دومرحله ای با بازیاب با توری مش چندگانه و ورودی ثانویه مناسب، کمینه دمای قابل دسترس 2/18 درجه کلوین را نشان داد.

بیش از صد سال است که توانایی پرتو فرابنفش در غیرفعال سازی میکروارگانیسم های بیماری زا مورد توجه قرار گرفته است و از این توانایی در جهت ضدعفونی سازی آب، سطوح و هوا استفاده می شود. آثار سوء پرتو فرابنفش بر پوست و چشم انسان، سبب شد تا ایده ی استفاده از صفحات موازی کننده در مقابل لامپ مطرح شود. این صفحات میدان تشعشع لامپ را به یک لایه ی نازک در بالای اتاق محدود کرده و ساکنین از قرارگیری در معرض پرتو فرابنفش در امان خواهند ماند. پژوهش حاضر به شبیه سازی عددی فرایند غیرفعال سازی میکروارگانیسم های موجود در هوا تحت تابش فرابنفش پرداخته است. محیط حل مسئله، فضایی مشابه با اتاق یک بیمار است. شبیه سازی جریان دوفازی هوا میکروارگانیسم با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و با اعمال فرض تعامل یک طرفه انجام شده است. همچنین شبیه سازی فاز هوا با دیدگاه اولری و شبیه سازی فاز میکروارگانیسم با دیدگاه لاگرانژی انجام شده است. شبیه سازی میدان تشعشع لامپ با استفاده از نرم افزار ویژوال – که عملکرد آن مبتنی بر روش های ترکیبی تجربی و عددی است – به انجام رسیده است. همچنین به منظور مدل سازی مکانیزم غیرفعال سازی میکروارگانیسم ها از یک مدل نمایی استفاده شده است. نتایج حاصله حاکی از این است که در یک میدان تشعشع معین، با افزایش نرخ تهویه، بازدهی سیستم فرابنفش کاهش می یابد. بنابراین به منظور استفاده از قابلیت ضدعفونی سازی این سیستم ها لازم است تا در نرخ های تهویه بالا از سیستم هایی با میدان تشعشع قوی تر استفاده شود. از دیگر نتایج بدست آمده اینکه توان مصرفی بالای لامپ، الزاماً به معنای بازدهی بالای فرایند ضدعفونی سازی نیست. زیرا میدان تشعشع لامپ علاوه بر توان مصرفی، به عوامل دیگری چون تعداد، جنس، زاویه و فاصله ی بین صفحات بستگی دارد.

در تحقیق حاضر، شبیه سازی جریان هیدرودینامیک مغناطیسی فروصوت در ژنراتور ام.اچ.دی صورت گرفته و اثر آن بر راندمان و توان الکتریکی سیکل ترکیبی سه گانه بررسی شده است. کانال فارادی دو بعدی مقطع ثابت با الکترودهای گسسته به عنوان ژنراتور ام.اچ.دی در نظر گرفته شده است. جریان ‏ام.اچ.دی، ایده آل و با رینولدز مغناطیسی ‏پایین در نظر گرفته شده که برای شبیه سازی آن از نرم افزار fluent استفاده شده است. سیکل ترکیبی سه گانه پیشنهادی شامل سیکل باز ژنراتور ام.اچ.دی به عنوان مولد بالادستی، سیکل توربین گاز به عنوان سیکل میانی و چرخه توربین بخار به عنوان سیکل پایین دستی می باشد. یک کد برای روابط ترمودینامیکی حاکم بر اجزاء سیکل ترکیبی سه گانه با نرم افزار matlab نیز نوشته شده است تا بتوان عملکرد سیکل ترکیبی را بر پایه ی ژنراتور ام.اچ.دی تجزیه و تحلیل کرد و راندمان بهینه سیکل ترکیبی را بدست آورد. نتایج نشان داد که برای ژنراتور ام.اچ.دی مقطع ثابت فروصوت حالت بهینه در ماخ 0.3 تا 0.4 تحت شدت میدان مغناطیسی 4 تا 6 تسلا اتفاق می افتد؛ نسبت استخراج آنتالپی ژنراتور ام.اچ.دی در ماخ 0.3 و شدت میدان مغناطیسی 6 تسلا به 12/27 درصد می رسد که این ژنراتور راندمان سیکل ترکیبی سه گانه را به 63.59 درصد می رساند. ولی برای ماخ ورودی 0.7 و شدت میدان مغناطیسی 4 تسلا کانال ژنراتور ام.اچ.دی باید به صورت واگرا در نظر گرفته شود. زیرا افزایش سطح مقطع کانال، باعث به تاخیر افتادن خفگی در خروجی کانال تا شدت میدان مغناطیسی های بالاتر می شود، که نسبت استخراج کانال در این حالت به 15.75 درصد می رسد و این ژنراتور راندمان سیکل ترکیبی سه گانه را به 71.32 درصد می رساند. حداکثر توان خالص سیکل ترکیبی سه گانه در این تحقیق 42.9 مگاوات است که با ژنراتور ام.اچ.دی واگرا حاصل می شود.

در این پایان¬نامه به بررسی بهترین ماده کشنده چند ظرفیتی با استفاده از مطالعات کتابخانه ای و آزمایشگاهی پرداخته شده است.یکی از مهمترین فاکتورهای موثر در عملکرد سیستم اسمز مستقیم در نمک زدایی از آب دریا انتخاب مناسبترین نووع ماده کشنده می¬باشد. بطوریکه در اوایل دهه 1960 میلادی انتخاب یک محلول کشنده مناسب به عنوان اصلی¬ترین چالش برای کاربرد موثر اسمز مستقیم در نمک زدایی از آب دریا شناخته شده بود.

تقطیر چند مرحله¬ای یکی از سیستم¬های آب شیرین¬کن حرارتی است که امروزه به علت بهره وری انرژی و عملکرد بالا بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. به علت پیچیدگی بالا و مکانیزم¬های انتقال حرارت متفاوت آن، کارهای انجام شده محدود به شبیه سازی های پایابوده است. در کار حاضر، ابتدا شبیه سازی ترمودینامیکی در حالت پایا انجام شده است. سپس مطالعه و بررسی دقیقی رویانواع روابط انتقال حرارت موجود برای تبخیر فیلم ریزشی روی لوله افقی و تقطیر جریان بخار درون آن صورت گرفته است. کارآمدترینِ روابط انتخاب و در طراحی ترموهیدرولیکی دسته¬لوله و تعیین سطوح انتقال حرارت به کار گرفته شده¬است. در حوزه جریان های با دبی پایین و آرام، تغییرات ضرایب جابجایی با تغییرات شرایط بخار داخل لوله، اندک و با تغییر میزان فیلم ریزشی بیشتر است؛ بطوریکه با کاهش دبی بخار، مقدار آن تغییر نمی کند و با کاهش کیفیت بخار، تنها در کیفیت های کمتر از 1/0 حدود 30% کاهش می یابد. رابطه ای برای تبخیر فیلم ریزشی مناسب است که با کاهش دبی فیلم و ضخامت آن، ضریب جابجایی افزایش یابد. شبیه¬سازی دینامیکی و گذرا با تشکیل معادلات پاره¬ای حاکم بر رفتار دسته¬لوله، گسسته سازی و حل آن¬ها انجام شده است. برای هر کدام از بخش¬های مذکور برنامه مجزایی در نرم¬افزار matlab نوشته شده¬است. نتایج گذرا بیش از همه به گام مکانی طولی داخل لوله و گام زمانی وابسته است. در حین راه اندازی و بخاردهی، کیفیت بخار درون لوله ها بطور خطی کاهش می یابد و در نتیجه در زمان های اولیه، بخار به سرعت تقطیر شده و با تشکیل یک لایه مایع در لبه پیشانی جریان، موجب کندی حرکت می شود. این امر تبخیر فیلم مایع را در نقاط انتهایی لوله ها کاهش می دهد. در مطالعه رفتار دینامیکی فرآیند دیده می شود چنانچه در حین عملکرد پایا، اختلالی رخ دهد، به عنوان مثال بخار ورودی به مدت 180 ثانیه قطع گردد، 550 ثانیه طول می کشد تا تبخیر فیلم به میزان پایای خود بازگردد. همچنین با کاهش آب تغذیه به نصف مقدار پایا، پساب بیش از پیش تغلیظ شده و به ناحیه خطر تشکیل رسوب روی لوله ها وارد می شود. با فرض چشم پوشی از اثر تنش بخار عبوری از میان فیلم ریزشی روی لوله ها، ردیف های دسته لوله، در تبخیر فیلم ریزشی و تقطیر بخار، رفتار تقریبا یکسانی از خود نشان می دهند.