با پیشرفت صنایع و اهمیت یافتن نقش انرژی در هزینه های تولید، بالا بردن بازده انتقال حرارت در تجهیزاتی نظیر مبدل های حرارتی اهمیت ویژه ای یافته است. یکی از روش های نوین، استفاده از نانوسیالات برای بهبود میزان انتقال حرارت می باشد. انتقال حرارت در یک حفره مربعی به شیوه های مختلف و تحت شرایط متنوع مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق اثر وجود پره بر انتقال حرارت در یک حفره دوبعدی پرشده از نانو سیال آب-cu بررسی شده است. ابتدا معادلات حاکم بر مسئله نوشته شده وبه کمک روش عددی حجم محدود گسسته سازی شده است، سپس با استفاده از یک کُد کامپیوتری به زبان فرترن حل گردیده و نتایج حاصل از حل عددی برای دو نانو سیال آب-cu و آب-al2o3 با یکدیگر مقایسه شده است. برای حصول اطمینان از صحت و دقت کد کامپیوتری، به مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج موجود پیشین، در شرایط مختلف پرداخته شده که تطابق بسیار خوبی را نشان داده است. جهت بررسی جریان نانو سیال، کانتور های تابع جریان و دما برای رایلی های مختلف رسم و مورد بررسی قرار گرفته اند. در مرحله بعد با بررسی مقادیر اعداد ناسلت دیوارهای چپ و راست و تعریف پارامتر nnr، مکان و طول بهینه پره تعیین گردیده است. با بررسی خطوط جریان مشاهده شد که در رایلی های بالا با افزودن پره در قسمتهای پایینی دیوار، مقدار بیشینه تابع جریان و در نتیجه مقدار انتقال حرارت را می توان افزایش داد. اثر کسرحجمی در حالت خاصی که تاثیر وجود پره بر انتقال حرارت بیشتر می باشد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان دادند که با افزایش کسرحجمی، میزان انتقال حرارت نیز افزایش می یابد. در پایان با مقایسه نتایج بدست آمده برای نانوسیال آب-al2o3 مشخص شد که بکارگیری نانوسیال آب-al2o3 نسبت به نانوسیال آب-cu موجب بهبود بیشتری در انتقال حرارت حفره مربعی پره دار می گردد.

انتقال حرارت جابجایی پدیده مهمی در علم و صنعت به شمار می رود. تحلیل چنین پدیده ای از نقطه نظر ریاضی پیچیده است. به علت ماهیت غیر خطی معادلات دیفرانسیل حاکم بر این پدیده، تحلیل آن در بیشتر موارد، به ویژه در هندسه های پیچیده تنها به صورت عددی انجام می شود. با این حال با در نظر داشتن مزایای حل تحلیلی، در پژوهش حاضر، انتقال حرارت جابجایی بر روی تک صفحه موجی شکل غوطه ور در سیال به صورت تحلیلی بررسی شده است. هدف این پژوهش در انتخاب موج سینوسی به عنوان شکل دیواره، برداشتن اولین گام در راستای پیچیده ساختن هندسه دیواره می باشد. از آنجاییکه هر تابعی را می توان توسط سری فوریه به شکل مجموعی از توابع سینوسی تبدیل نمود، پژوهش حاضر می تواند قدمی در راستای حل تحلیلی جریان لایه مرزی بر روی دیواره های با هندسه پیچیده تر باشد.هر چند به این مسئله برای سیال از منظر عددی و با روش اختلاف محدود، پرداخته شده است با این حال حل تحلیلی این مسئله کاملاً تازگی داشته و علاوه بر آن استفاده از نانو سیال هیچ سابقه ای ندارد. در این پژوهش ابتدا درستی روش تحلیل مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مسئله انتقال حرارت بر روی صفحه صاف غوطه ور در سیال و نانو سیال با ضرایب متغیر با دما حل گشته است. با انطباق پروفیل های بدست آمده در این روش با روش های عددی و مقایسه اعداد ناسلت، درستی این روش اثبات می شود. پس از بی بعد سازی معادلات دیفرانسیل اصلی شامل معادلات مومنتم دردو راستای موازی و عمود بر صفحه و معادله انرژی، ترم فشار از دو معادله مومنتم حذف شده و در نهایت با وارد کردن متغیر های غیر تشابهی، دو معادله دیفرانسیل نهایی بدست آمده است. از معادلات بدست آمده با استفاده از روش تحلیلی هموتوپی جواب حاصل شده سپس جواب ها برای سیال نیوتونی بدست آمده و با حل عددی موجود مطابقت داده شده است. در ادامه با استفاده از همان روش که درستی آن در مراحل پیشین ثابت شده بود مسئله برای نانو سیال حل گردیده است.

میدان جریان، انتقال حرارت و انتقال نانوذرات در جابجایی آزاد نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم در یک محفظه مربعی مدلسازی و بصورت عددی مطالعه شده است. دیوار سمت چپ و راست محفظه به ترتیب گرم و سرد و دیوار بالا و پایین آن عایق است. معادلات حاکم با شرایط مرزی معین با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. برای گسسته سازی جملات پخش از طرح تفاضل مرکزی و جمله جابجایی از طرح قائده توانی استفاده شده و ارتباط میدان سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپلر برقرار شده است. برای خواص ترموفیزیکی نانوسیال شامل هدایت حرارتی و ویسکوزیته مدل های مناسبی منطبق با داده های تجربی انتخاب شده است. مکانیزم های انتقال نانوذرات شامل پخش براونی و ترموفورسیس که باعث ناهمگنی نانوسیال می شود تحت عنوان مدل انتقال در نظر گرفته شده و نشان داده شده است که مدل انتقال نسبت به مدل همگن با خواص معادل، تطابق بهتری با نتایج تجربی دارد. همچنین ضمن معرفی اثر دوفور، تاثیر آن بر انتقال حرارت به صورت تحلیلی و عددی بررسی شده است. مکانیزم های انتقال نانوذرات با اثر گذاشتن بر نیروی بویانسی، انتقال حرارت را کاهش داده و باعث بوجود آمدن گردابه های کوچکی در مجاورت دیوارهای بالایی و پایینی محفظه می شود. با توجه به متغیر بودن خواص ترموفیزیکی جابجائی آزاد برای شرایط مختلف با افزایش اختلاف دمای دیوار سرد و گرم از ?2 تا ?10، کسر حجمی از 0 تا 04/0، دمای دیوار سرد از k 295 تا k 320 و قطر نانوذرات از nm25 تا nm105 شبیه سازی شده است. بر اساس نتایج حاصله مشاهده شده است که افزایش کسر حجمی نانوذرات منجر به کاهش انتقال حرارت می شود، و مدل انتقال نسبت به مدل همگن کاهش بیشتری را پیش بینی می کند. با افزایش دمای دیوار سرد و با ثابت ماندن اختلاف دما، انتقال حرارت برای هر دو مدل افزایش یافته و تاثیر مکانیزم های انتقال بر انتقال حرارت کاهش می یابد. با افزایش قطر نانوذرات انتقال حرارت برای مدل انتقال کمی کاهش می یابد، در حالی که برای مدل همگن کمی افزایش می یابد.

در تحقیق روش بدون شبکه‎ی محلی پترف-گلرکین برای حل معدلات ناویر-استوکس بر مبنای متغیرهای اولیه توسعه یافته و در ادامه از این روش برای بررسی مسئله‎ی انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال در یک محفظه‎ی مربعی با دیواره‎های افقی عایق، دیواره‎های جانبی سرد و یک صفحه‎ی نازک گرم درونی استفاده شده است. بدین منظور در ابتدا یک الگوریتم تکرار کاملاً ضمنی برای کوپل میدان‎های سرعت و فشار در شکل ضعیف معادلات ناویر-استوکس ارائه شده و بر اساس آن یک کد کامپیوتری تدوین شده‎است. پس از اعتبار سنجی کد مذکور به وسیله‎ی حل مسائل نمونه، مسئله‎ی اصلی مورد نظر در تحقیق حاضر مورد بررسی قرار گرفته و اثر پارامترهایی همچون عدد رایلی، کسر حجمی نانوذرات، طول، زاویه‎ی قرارگیری، مکان طولی و ارتفاع قرارگیری صفحه‎ی گرم و انواع مختلف نانوسیال بر الگوی جریان و دما و میزان انتقال حرارت درون محفظه مطالعه شده‎است. نتایج نشان می‎دهند که در تمامی حالات در نظر گرفته شده و در تمامی محدوده‎ی عدد رایلی مورد بررسی، افزایش کسر حجمی نانوذرات منجر به بهبود نرخ انتقال حرارت می‎شود. همچنین مشخص شده‎است هنگامی که موقعیت صفحه‎ی گرم از حالت افقی به عمودی تغییر می‎کند، میزان انتقال حرارت در هر عدد رایلی افزایش می‎یابد. بعلاوه هنگامی که صفحه به صورت عمودی قرار می‎گیرد، در اعداد رایلی بالا حرکت صفحه از میانه‎ی محفظه به سمت دیواره‎های جانبی منجر به کاهش انتقال حرارت می‎شود. این نتیجه برای صفحه‎ی افقی نیز صادق است. در اعداد رایلی بالا برای هر دو حالت صفحه‎ی افقی و عمودی، حرکت صفحه‏ی گرم از نیمه‎ی پایینی محفظه به سمت نیمه‎ی بالایی آن منجر به کاهش انتقال حرارت می‎شود. بررسی نانوسیال‎های مختلف نشان می‎دهد که بکارگیری نانوذرات با ضریب هدایت حرارتی بالاتر منجر به افزایش بیشتر انتقال حرارت می‎شود.

چکیده در این پایان نامه به مطالعه عددی برای تعیین مکان بهینه منابع حرارتی شار ثابت بر روی دیوار یک محفظه با مرز متحرک حاوی نانوسیال با خواص متغیر پرداخته شده است. با انجام مطالعات تاثیر طول منبع حرارتی، عدد ریچاردسون و عدد گراشف بر مکان بهینه منابع حرارتی مورد ارزیابی قرار قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا نحوه مدلسازی خواص فیزیکی نانوسیال با خواص متغیر مرور شده و سپس با در نظر گرفتن مدل تک فاز و سیال نیوتنی، معادلات دیفرانسیل و شرایط مرزی حاکم بر جریان نانوسیال و انتقال حرارت در هندسه مورد نظر تعیین شده اند. در ادامه با توجه به هندسه حل و شرایط مرزی کد کامپیوتری موجود اصلاح و آماده شده است. در برنامه کامپیوتری توسعه داده شده، روش حجم محدود برای شبکه غیر یکنواخت و الگوریتم سیمپلر برای کوپلینگ سرعت – فشار به کار رفته است. به منظور معتبرسازی برنامه کامپیوتری، نتایج حاصل از کار حاضر با نتایج مطالعات عددی انجام شده توسط محققین قبلی در شرایط حل مشابه مقایسه شده اند. با توجه به شرایط مسئله موردنظر در این پایان نامه، نتایج حاصل از شبیه سازی عددی میدان جریان و انتقال حرارت در شرایط مختلف با تغییرمکان منابع حرارتی، طول منابع حرارتی، عدد ریچاردسون، عدد گراشف و کسرحجمی نانوذرات برای نانوسیال آب- اکسیدآلومینیوم با خواص متغیر بررسی شده است. همچنین مقادیر عدد ناسلت متوسط روی منبع حرارتی برای نانوسیال در دو مدل خواص ثابت و خواص متغیر مقایسه شده است. مشخص شده است که با کاهش عدد ریچاردسون و افزایش عدد گراشف انتقال حرارت درون محفظه کاهش پیدا می کند. همچنین مکان بهینه منابع حرارتی با کاهش عدد ریچاردسون به سمت بالای دیوار قائم حرکت می کند و با افزایش عدد ریچاردسون مکان بهینه به سمت وسط دیوار عمودی جابجا می شود. با مجزا کردن منابع حرارتی در حالی که طول کلی آن ثابت باشد، انتقال حرارت درون محفظه افزایش می یابد که شدت این افزایش، با افزایش عدد گراشف و کاهش عدد ریچاردسون، کاهش می یابد. مشخص شده است که با افزایش کسر حجمی نانوذرات انتقال حرارت سراسری درون محفظه افزایش می یابد. همچنین با مقایسه ای که برای نانوسیال با خواص متغیر بر طبق مدل خانافر با خواص ثابت طبق مدل ماکسول و برینکمن صورت، مشخص شده که شدت افزایش عدد ناسلت متوسط با افزایش کسر حجمی برای نانوسیال با خواص متغیر کاهش می یابد. هچنین برای عدد ریچاردسون یک، مقادیر عدد ناسلت برای این دو مدل تقریبا" با هم برابر می باشد.

چکیده در نیروگاه های سیکل ترکیبی قبل از راه اندازی بویلر بازیاب، بدلیل خورندگی گازهای نسوخته باقیمانده و جلوگیری از افت فشار در راه اندازی مجدد باید بویلر عاری از هرگونه گازهای نسوخته باشد. بدین منظور طبق استاندارد nfpa-85 بویلر باید توسط دود خروجی از توربین گاز با دمای حداقل 56 درجه سانتیگراد زیر دمای خود اشتعالی سوخت به مدت 5 دقیقه تخلیه گردد. اگر آخرین سوخت استفاده شده در توربین گاز، گازوییل باشد، با توجه به اینکه دمای خود اشتعالی گازوییل حدود 200 درجه سانتیگراد می باشد، بنابراین بویلر می بایست با هوای سرد خروجی از توربین گاز تخلیه گردد. در این حالت اگر بویلر قبل از راه اندازی گرم باشد از این رو هوای داخل بویلر نیز در شرایط دمای بالا بوده و ورود جریان هوای سرد از سمت توربین گاز که دانسیته بالاتری دارد فقط از ناحیه پایین بویلر عبور کرده و کیفیت تخلیه مناسب نخواهد بود. در هنگام انجام این عملیات ماکزیمم دما و فشار بویلر بازیاب به ترتیب برابر با250 درجه سانتیگراد و 10 بار مطلق بوده و دبی هوای سرد ورودی نیز برابر با70 کیلوگرم برثانیه و دمای 25 درجه سانتی گراد می باشد. در این پروژه ابتدا معادلات بقاء جرم، مومنتوم و انرژی با مدل تک فاز و شرایط مرزی حاکم بر اجزای مختلف بویلر بازیاب حرارتی در شرایط تخلیه گازهای نسوخته به کمک جریان هوای سرد (که به عمل cold purge مرسوم است) بیان شده است. سپس به منظور دستیابی به شناخت تقریبی از رفتار گذرای بویلر بازیاب حرارتی به شبیه سازی فرآیند مورد نظر به کمک نرم افزار گمبیت و فلوئنت پرداخته شده است. با انجام این شبیه سازی، به مطالعه جریان هوای سرد ورودی به داخل بویلر و تخلیه گازهای نسوخته باقیمانده درون آن پرداخته شده است. با استفاده از نتایج مدل سازی میدان جریان و دما، تاثیر عواملی نظیر تغییرات فشار درون بویلر بازیاب، میزان دبی هوای ورودی و افزایش زمان عملیات بر بهبود کیفیت عمل تخلیه مورد بررسی قرار گرفته است. این بهبود کیفیت بدان معناست که میزان درصد جرمی گازهای نسوخته باقیمانده داخل بویلر پس از اعمال این تغییرات کاهش می یابد و بویلر بازیاب قبل از راه اندازی بطور تقریبی عاری از این گازها می شود. بطوری که اگر بخواهیم میزان گازهای باقیمانده در بویلر به کمتر از 10 درصد کاهش یابد برای جریان هوای سرد با دبی 70 کیلوگرم بر ثانیه به مدت 22 دقیقه و برای دبی-های 100 و 120 کیلوگرم بر ثانیه به ترتیب 15 و 13 دقیقه زمان این عملیات بطول می انجامد. همچنین با کاهش فشار داخل بویلر از 14 بار به 6 بار، به ازای ورود هوای سرد به مدت 5 دقیقه با دبی 70 کیلوگرم بر ثانیه و دمای 25 درجه سانتیگراد تقریباً طولی از بویلر که بطور کامل از گازهای نسوخته تخلیه می شود 10 متر افزایش می یابد. کلمات کلیدی: بویلر بازیاب، تخلیه سرد، گازهای نسوخته، رفتار گذرا