پروژه حاضر به منظور بررسی عددی انتقال حرارت ترکیبی جابجایی آزاد وهدایت در محفظه های متخلخل وتولید انرژی در محیط متخلخل یا جسم جامد تعریف شده است. بدین منظورابتدا برای یک محفظه ساده مربعی متخلخل اثر تولید انرژی یکنواخت بررسی گردید. سپس اثر قرار گرفتن یک قطعه جامد دراین محفظه متخلخل بررسی شد. در این حالت علاوه بر وجوداختلاف دمای دیوار های عمودی تولید انرژی یکنواخت در قطعه جامد نیز مطرح گردید. در این شرایط دو پارامتر مهم گرادیان دما در دیوارهای عمودی در قالب عدد ra وتولید انرژی در قطعه جامد در قالب وجود داشت که نتیجه تغییر در هر کدام جدا گانه بررسی شد. در ادامه این بررسی حالتی مطالعه شد که قطعه جامد دارای تولید انرژی درونی به صورت یک منبع گرمازا عمل کرده وحرارت آن از طریق محیط متخلخل با دیوارهای عمودی وافقی در دمای به خارج دفع می شد. در این حالت پارامتر مهم عدد ra بود وبه تولید انرژی در قطعه جامد وابسته بود. علاوه بر تغییرات ra اثر قرار گرفتن قطعه جامد در مکان های مختلف محفظه متخلخل وتغییر ابعادآن نیز در این حالت بررسی شد. به عنوان آخرین بررسی محفظه متخلخل به صورت مثلثی در نظر گرفته شد و اثر تولید انرژی در قطعه جامد درون آن بررسی و با محفظه مربعی مقایسه شد. در کلیه حالات برای استخراج معادلات حاکم از مدل دارسی استفاده شد و برای حل این معادلات از روش حجم کنترل استفاده شده است. با توجه به بررسی های انجام گرفته ذکر نکاتی قابل اهمیت می باشد از جمله آن که، وجود شرایط مرزی مختلف در یک مسئله می تواند به ایجاد پارامتر های اثر گذار مختلف در آن مسئله بیانجامد. وجود قطعه جامد در یک محیط متخلخل بر شرایط انتقال حرارت و قدرت گردابه ها به شدت تاثیر گذار خواهد بودو باعث کاهش آن ها نسبت به یک محفظه متخلخل ساده می شود. همچنین تولید انرژی در جسم جامد ویا محیط متخلخل تاثیر به سزایی در نتایج مسئله می گذاردو افزایش چشمگیر انتقال حرارت و قدرت گردابه ها را در پی خواهد داشت. در نهایت می توان اثرات تغییر هندسه را هم از عوامل مهم اثر گذار بر شرایط مسئله دانست.

جریان جابه جایی توأم آزاد و اجباری توسط نانوسیال و سیال خالص در یک محفظه باز دارای بافل به روش عددی در این پروژه بررسی می گردد. جریان به صورت یکنواخت در دمای سرد وارد محفظه شده و با سطح پایینی و بافل که در دمای گرم قرار دارند، تبادل حرارت می کند. معادلات مومنتوم و انرژی حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل به صورت همزمان حل می شوند. در ابتدا اثر پارامتر های حاکم مانند سرعت جریان ورودی، نسبت حجمی نانوذرات، اندازه نانوذرات و نانوذرات متفاوت را به طور جداگانه روی میدان جریان و انتقال حرارت برای نانوسیال و سیال خالص بررسی می کنیم. در ادامه به بررسی و مقایسه دو مدل مختلف پیش بینی ضریب هدایت حرارتی نانوسیال می پردازیم. سپس به بررسی اثر افزایش فاصله بافل از دهانه ورودی و افزایش ارتفاع بافل بر انتقال حرارت می پردازیم. در پایان با اضافه کردن یک بافل هدایت کننده بر روی سطح بالایی به بررسی اثر آن بر افزایش انتقال حرارت از محفظه می پردازیم. از نتایج مشاهده می شود که استفاده از نانوسیال موجب پخش بهتر حرارت و بالا رفتن دمای میانگین سطوح گرم می شود. این امر باعث کاهش گرادیان دما در اطراف منبع شده، ولی اثر بالا بودن ضریب هدایت حرارتی نانوسیال بر این کاهش گرادیان غلبه کرده و در کل موجب افزایش انتقال حرارت می شود. این افزایش در رینولدزهای بالا به دلیل حرکت سریع توده سیال، چشمگیرتر می باشد. در بررسی اثر سرعت جریان ورودی مشاهده شد که سیستم انتقال حرارت محفظه از جابجایی آزاد به جابجایی اجباری تبدیل شده و باعث افزایش انتقال حرارت محفظه می گردد. افزایش نسبت حجمی نانو ذرات باعث افزایش انتقال حرارت از محفظه می شود. از بررسی اثر اندازه نانوذرات مشاهده شد که با افزایش قطر نانو ذره انتقال حرارت کاهش می یابد. همچنین در بررسی نوع نانوسیال مشاهده کردیم که افزایش انتقال حرارت در اثر افزودن ذرات نانو بستگی زیادی به نوع آنها دارد. بالاخره از بررسی انجام شده بر روی مدل های ضریب هدایت حرارتی نانوسیال مشاهده شد که مدل انتخابی تاثیر زیادی بر پیش بینی نرخ انتقال حرارت از محفظه دارد. افزایش فاصله بافل از ورودی و افزایش ارتفاع بافل باعث افزایش انتقال حرارت از محفظه می شود. همچنین افزودن بافل هدایت کننده باعث افزایش چشمگیر انتقال حرارت می گردد.

در این تحقیق جریان جابجایی اجباری آرام توسط نانوسیال مس و سیال خالص درون یک میکرولوله به روش عددی بررسی شده است. جریان به صورت یکنواخت در دمای 298 درجه کلوین وارد میکرولوله می گردد. ابتدای میکرولوله عایق بوده و سپس تحت شار حرارتی یکنواخت قرار می گیرد. سیال پس از تبادل حرارت با دیواره از میکرولوله خارج می گردد. در ابتدا معادلات مومنتوم و انرژی حاکم بر مسئله، به روش حجم کنترل جبری گردیده و به کمک الگوریتم سیمپل به صورت هم زمان حل شده اند. پس از حل مسئله، اثر پارامترهای مختلف موجود در مسئله مانند عدد رینولدز، غلظت حجمی نانوذرات و ضریب لغزش بر روی میدان جریان و انتقال حرارت بررسی شده است. همچنین به بررسی اثرات اتلاف لزجت در میدان انتقال حرارت نیز پرداخته شده است. نتایج بدست آمده بر افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوسیال تاکید می کند و افزایش ضرایب انتقال حرارت را با افزایش عدد رینولدز نشان می دهد. ضریب لغزش سرعت نیز، تا اندازه ای و نه به شدت غلظت حجمی نانوذرات، موجب بهبود خواص حرارتی نانوسیال می شود با بررسی جریان سیال خالص و نانوسیال درون یک میکرولوله از نظر هیدرودینامیکی و حرارتی می توان به نتایج زیر اشاره نمود: • توانایی انتقال حرارت نانوسیال به طرز چشمگیری از انتقال حرارت سیال خالص بیشتر بوده و با افزایش غلظت حجمی نانوذرات این توانایی بیشتر می گردد. • افزودن نانوذرات تا %5 به سیال خالص بر خلاف خواص حرارتی، بر روی خواص هیدرودینامیکی سیال خالص ، اثر بسیار ناچیزی دارد. • اتلافات لزجتی باعث کاهش عدد نوسلت موضعی و میانگین در نانوسیال می گردد. • لغزش سرعت در دیواره باعث کاهش سرعت بیشینه ( سرعت در مرکز میکرولوله) می گردد و همچنین باعث بهبود جزیی در نرخ انتقال حرارت نانوسیال میگردد که این امر در رینولدزهای بزرگ تر، قابل ملاحظه تر می باشد.

در این پایان نامه انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال در یک محفظه مثلثی شکل به روش عددی بررسی شده است. نانوسیال استفاده شده آب و مس بوده و محفظه تحت تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت می باشد. دیوار مورب محفظه در دمای سرد و سایر دیواره ها عایق می باشند. یک منبع حرارتی با دمای ثابت در کف محفظه تعبیه شده است. معادلات حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و توسط الگوریتم سیمپل به طور همزمان حل می گردد. اثر اعداد ریلی، هارتمن، درصد حجمی نانوذرات، طول و موقعیت منبع حرارتی ، نسبت منظری محفظه، زاویه چرخش محفظه، قطر نانوذرات و مدل های متفاوت شبیه سازی خواص نانوسیال بر میدان جریان و دما و نرخ انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که افزایش عدد هارتمن باعث کاهش سرعت جریان داخل محفظه شده و انتقال حرارت را کاهش می دهد و افزایش درصد حجمی نانوذرات عموماً باعث افزایش انتقال حرارت می شود ولی تغییرات آن در اعداد ریلی و هارتمن متفاوت یکسان نمی باشد. افزایش قطر نانوذرات باعث کاهش نرخ انتقال حرارت می شود. علاوه بر اینکه طول و موقعیت منبع حرارتی و همینطور نسبت منظری محفظه، بر نرخ انتقال حرارت تاثیر بسزایی دارد.