افزایش انتقال حرارت و همچنین افزایش راند مان انرژی با توجه به محدودیت منابع طبیعی و کاهش هزینه-ها همواره یکی از اساسی ترین دغدغه¬های مهندسین و محققین بوده است. این امر به خصوص در سیالات به دلیل کوچکی ضریب رسانش حرارتی از اهمیت بیشتری برخوردار است. یکی از مهمترین راه¬های دستیابی به این امر ،که در سال¬های اخیر به آن توجه زیادی شده، افزودن ذرات جامد با رسانش حرارتی بالا در ابعاد نانو می باشد. جریان جابه¬جایی طبیعی در داخل حفره، که تنها عامل محرک در آن نیروی شناوری می¬باشد، به علت تنوع کاربرد در بخش مهندسی و صنعت، یکی از پدیده¬های مهم به شمار می¬آید که بطور گسترده در علم انتقال حرارت مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی اثر ذرات نانو در انتقال حرارت وجریان سیال و همچنین تاثیر قطر ذرات برآن در حفره قائم¬الزاویه با نسبت منظری¬های متفاوت (0.1،0.2،0.25،0.5،0.75،1=l/h ) می¬باشد. در این تحقیق از دو سیال پایه¬ی آب و اتیلن گلیکول و سه نوع نانو ذره¬ی جامد مس (cu)، اکسید تیتانیم (tio3) و اکسید آلومینیم(al2o3)برای چهار نسبت حجمی متفاوت ( 0،0.025،0.05،0.1=φ ) استفاده شده است. جریان آرام و در محدوده فرض بوزینسک در نظر شده و نتایج برای سه عدد رایلی 105، 106 و 107 ارائه گردیده است. جهت مدلسازی جریان از الگوریتم سیمپل استفاده شده و نتایج حاصل برای جریان تراکم ناپذیر ارائه گردیده است . به این ترتیب با استفاده از برنامه عددی نوشته شده امکان مدلسازی انتقال حرارت در جریان آرام سیال با استفاده از فرض بوزینسک فراهم گردیده است. نتایج نشان داده است که نانو ذرات معلق در سیال باعث افزایش نرخ انتقال حرارت در هر عدد رایلی و نسبت منظری می¬شود. همچنین نتایج نشان داده است که عدد ناسلت ماکزیمم و عدد ناسلت متوسط با افزایش نسبت حجمی ذرات نانو افزایش می¬یابند. همچنین بیشترین مقدار ناسلت متوسط برای نانوذره¬ی مس (cu) مشاهده شده است. مقایسه¬ی نتایج حاصل از حل جریان با محققان پیشین نشان دهنده¬ی همخوانی قابل قبول این نتایج می¬باشد.

در جهان امروز برای غلبه بر معضل کاهش منابع سوخت های فسیلی و نیز مشکلات زیست محیطی ناشی از آن فناوری های جایگزینی معرفی شده اند. در میان این فناوری ها، پیل های سوختی به عنوان گزینه ای جدی برای تامین انرژی در مقیاسی وسیع و طولانی مدت مطرح می باشد. از این میان، پیل سوختی پلیمری که تنها با ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تولید آب، انرژی آزادشده در طی فرایند را به برق تبدیل می کند، به عنوان انرژی پاک بسیار مورد توجه می باشد. مهم ترین موانع در راستای تجاری سازی این فناوری امّا، مشکلات مربوط به کنترل میزان آب تولیدی و مدیریت آن در پیل سوختی، مدیریت گرما و غیره می باشد. برای حل مشکل مدیریت آب در پیل سوختی، روش های مختلفی پیشنهاد شده است که بخش مهمی از آن شامل بهبود طراحی میدان های جریان می باشد؛ که البته در بیشتر موارد با افت فشار زیاد در کانال همراه می باشد. برای کاستن از مشکل افت فشار زیاد نیز تحقیقات محدودی انجام گرفته است. یکی از راه حل های جدید برای کاستن از مشکل افت فشار زیاد در کانال و نیز بهبود انتقال واکنش دهنده ها، شیب دار نمودن کانال می باشد که سبب ایجاد جابجایی اجباری در محیط متخلخل نیز می گردد. در این تحقیق با نگاشتن کد cfd به زبان فرترن ابتدا به شبیه سازی پیل سوختی پلیمری در راستای جریان و با کانال مستقیم پرداخته و پس از ارزیابی شرایط مختلف کاری بر عملکرد آن، در مرحله ی بعد بتفضیل اثر شیب دار کردن کانال بر الگوی جریان و فشار و نیز نحوه ی پخش آب، واکنش دهنده ها و چگالی جریان در راستای کانال مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از این شبیه سازی که در قالب نمودارهای سرعت، افت فشار و توزیع گونه های شیمیایی در راستای کانال و نیز نمودارهای ولتاژ و توان بر حسب چگالی جریان ارائه شده اند، بیانگر بهبود قابل توجه در عملکرد پیل سوختی در مقایسه با هزینه ی ناچیز ناشی از افزایش افت فشار در آن می باشد.

در این رساله ذخیره سازی انرژی حرارتی به کمک ماده تغییر فاز دهنده مبدل حرارتی فین و لوله‏ای مورد بررسی قرار گرفته شده است. اثر حضور فین، گام فین، پهنای فین و همچنین تاثیر تعداد ردیف لوله‏‏ها بر انتقال حرارت در فرآیندهای شارژ و دشارژ بصورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین با بکارگیری nepcm اثرات حضور نانو ذره و درصد جرمی آن بر ماده تغییرفاز دهنده بررسی شده است. به منظور بررسی اثر سطوح گسترش یافته از فین‏های آلومینیومی با پهنای 35 و 75 میلیمتری به ازای گام‏های 5، 10 و 15 میلیمتری استفاده شده است. به‏ منظور مطالعه افزایش طول مسیر لوله حامل سیال به مقایسه مبدل حرارتی تک ردیفه و دو ردیفه نیز پرداخته شده است. در ادامه برای بررسی حضور نانو مواد از نانو مس در درصدهای جرمی 2 و 4 درصد استفاده شده است. نتایج نشان داده است که در مبدل حرارتی لوله مارپیچ ساده تنها با تغییر رژیم جریان از آرام به درهم کاهش زمان ذوب مشاهده شده است. این اثر با اضافه کردن فین به مبدل حرارتی لوله مارپیچ ساده چشمگیرتر بوده است. همچنین با افزایش تعداد ردیف لوله از یک به دو کاهش زمان انجماد شدیدتر از زمان ذوب بوده است. بعلت حضور موثرتر تعداد ردیف لوله و سطوح گسترش یافته، حضور نانو ذره در مبدل حرارتی فین و لوله‏ای دو ردیفه تاثیر ناچیزی بر زمان ذوب و زمان انجماد داشته است. همچنین در فرآیند شارژ و دشارژ در تمامی دبی‏ها و دما‏های ورودی حضور فین موثرتر از کاهش گام فین بر روی انرژی کل و متوسط توان گرفته شده و داده شده توسط pcm بوده است. از طرفی در فرآیندهای شارژ و دشارژ در تمامی دبی‏ها و دما‏های ورودی سیال افزودن تعداد ردیف لوله از یک به دو موثرتر از کاهش گام فین بر روی انرژی کل گرفته شده و داده شده توسط pcm بوده است.

در این تحقیق هدف بررسی تاثیر برخی پارامترهای کاری بر کارکرد یک کلکتور صفحه تخت بعنوان جاذب می باشد. این پارامترها عبارتند از (pcm) خورشیدی با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده 10، 12، 16 و 20 قطر لوله آب، دبی ورودی و نوع ماده تغییر فاز دهنده . برای چهار قطر لوله مختلف 10، 15، 20 و 30 کیلوگرم بر ساعت، محاسبات انجام شده است. همچنین ،15 ، میلیمتر و چهار دبی مختلف 10 اثر نوع ماده تغییر فاز دهنده در سه نوع مختلف آلی، غیر آلی و اوتکتیک بررسی گردیده است. بررسی کارکرد کلکتور بصورت حل عددی انجام شده است و پایه حل بر اساس روش حجم محدود می- باشد. محاسبات برای حالت سه بعدی و به صورت گذرا برای زمان ده ساعت انجام شده است . حل کننده ضمنی و تفکیکی بوده و الگوریتم جایگذاری فشار الگوریتم استاندارد، الگوریتم حل معادله ممنتم و از الگوریتم مرتبه اول بالا دست simple مرتبه دوم بالا دست و الگوریتم حل پیوند فشار - سرعت برای حل معادله انرژی استفاده شده است . لازم بذکر است که خواص متغیر مواد تغییر فاز دهنده و اعمال گردیده است. برای شبکه بندی مدل fluent در udf فرایند ذوب و انجماد از طریق نوشتن از شبکه بندی های شش وجهی منظم استفاده شده است و سعی شده است تا ضمن حفظ دقت انجام محاسبات، زمان انجام محاسبات بیش از اندازه زیاد نگردد . نتایج نشان می دهد که حل عددی صورت گرفته مطابقت خوبی با بررسی آزمایشگاهی انجام گرفته توسط امان بلا و همکارانش دارد. اعتبار سنجی pcm حل عددی بر روی مدل با قطر لوله 12 میلیمتر، دبی 15 کیلوگرم بر ساعت و پارافین به عنوان در مدت زمان ده ساعت صورت گرفته است . در پایان محاسبات مشخص گردیده است با افزایش قطر لوله دمای آب خروجی افزایش مییابد و بیشترین دما در قطر 16 میلیمتر مشاهده شده است. همچنین میگردد و راندمان سیستم را افزایش می- pcm افزایش قطر و دبی سبب افزایش گرمای گرفته شده از دهد. استفاده از مواد تغییر فاز دهنده اوتکتیک سبب کاهش زمان دشارژ می گردد و دمای بالاتری را برای سیال سرد به وجود میآورد.