مبدل های حرارتی فشرده به طور وسیعی در صنایع خودروسازی و سیستم های تهویه مطبوع و تبرید بکار می رود. بنابراین بهبود عملکرد آن ها از نظر کاهش هزینه های ساخت با استفاده از مواد کمتر یا پایین آوردن هزینه های کارکرد از طریق کاهش اتلاف انرژی، دارای اهمیت فنی ، اقتصادی و اکولوژیکی می باشد. بنا به دلایل اقتصادی و اکولوژیکی در بسیاری از صنایعی که شامل انتقال حرارت از گاز به گاز یا از گاز به مایع است، رسیدن به انتقال حرارت جابه جایی موثر مهم است. عملکرد حرارتی مبدل های حرارتی اغلب توسط طرف گاز این مبدل ها محدود می شود، چرا که ضریب انتقال حرارت در سمت گاز کمتر از طرف مایع یا دو فازی است. این محدودیت و علاقه به بهبود عملکرد حرارتی همراه با کاهش حجم و وزن و هزینه های ساخت موجب شده است محققان به افزایش انتقال حرارت طرف گاز مبدل ها توجه ویژه داشته باشند. روش های متعددی برای افزایش انتقال حرارت سمت گاز وجود دارد. اغلب این روش ها مربوط به ساختار دهی جریان و میدان دما می شود که در آن با استفاده از المان های زبری، آشفته گرها یا پره های ثانویه هندسه سمت گاز بهبود می یابد. در کار حاضر مشخصات انتقال حرارت و ساختار جریان آرام در یک کانال مستطیلی شامل مولد های گردابه از نوع بالک های مثلثی شکل با استفاده از حل معادلات ناویراستوکس و انرژی از روش حجم محدود بدست آمده است. شکل هندسی معرف المان واحدی از مبدل های حرارتی تخت می باشد. هر بالک باعث القای یک گردابه طولی در پشت آن می شود. این گردابه ها که ناشی از اختلاف فشار جلو و پشت بالک است جریان را حول محوری موازی با جریان اصلی چرخانده و به شدت مبادله سیال بین دیواره و ناحیه مرکزی کانال را افزایش می دهد. در این تحقیق تفاوت اثرات بال و بالک در انتقال حرارت و افت فشار و انتخاب نسبت ظرافت مناسب و اثرات فاصله بین نوک بهترین بالک در جلو جریان و تثبیت بهترین موقعیت طولی و عرضی بالک در روی صفحه صاف مورد بررسی قرار گرفته است.

حلقه های مارپیچ از انواع شناخته شده لوله های خمیده هستند که در رده روش های غیر فعال افزایش انتقال حرارت قرار میگیرند، به همین علت کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارند، که میتوان به صنایعی چون صنایع تبرید، صنایع پتروشیمی، سیستمهای بازیافت انرژی، نیروگاههای تولید برق اشاره داشت. کار حاضر بررسی عددی انتقال حرارت جابجایی و افت فشار در مبدل هایحرارتی دو لولهای مارپیچ (هلیکال) است که شکل خاصی از حلقههای مـارپیچ را در بر میگیرد. در ابتدای کـار یک مقایسهای بین حالات مستقیم و هلیکالی مبدلهای حرارتی انجام شده، و حالت هلیکالی به عنوان مبدل مناسب با توجه به عملکرد بالای این نوع مبدلها انتخاب شده است. در ادامه به بررسی تاثیر نوع قرارگیری مبدلهای حرارتی مارپیچی به دو صورت افقی و عمودی پرداخته شده و با توجه به نتایج و بالا بودن ضریب انتقال حرارت کلی در حالت عمودی، این حالت را برای بررسی، پارامترهای موثر در بهبود عملکرد این مبدلها انتخاب شده است

یکی از مهمترین مسائل در طراحی و انتخاب مبدل های حرارتی ، طراحی و گزینش اقتصادی و بهینه آنها است . مبدلهای حرارتی پوسته و لوله یکی از پرکاربردترین مبدلها در صنایع مختلف ( نیروگاهها ، صنایع نفت و گاز ، صنایع فرآیندی ، تهویه مطبوع...) می باشد. مبدلهای صفحه ای واشردار نیز اساسا برای سادگی تمیز کاری ، در صنایع غذایی معرفی شدند. محدوده کاربرد این مبدلها به طور قابل ملاحضه ای توسعه داده شده است. در حال حاضر ، تحت شرایط خاص و مناسب این مبدلها می توانند جایگزین مناسبی برای مبدلهای پوسته و لوله باشند. این اثر روشی کارآمد براساس الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی مبدلهای صفحه ای واشردار و مبدلهای پوسته و لوله و مقایسه هزینه ای آنها ارائه می دهد. در این اثر بهینه سازی به منظور بدست آوردن حداقل هزینه کل سیستم ( هزینه سرمایه گذاری اولیه و هزینه کارکرد ) انجام شده است. هزینه سرمایه گذاری اولیه ، سطح حرارتی در نظرگرفته شده و هزینه کارکرد شامل برق مصرفی پمپ برای غلبه برافت فشار داخل کانالها و لوله ها می باشد. ابتدا با استفاده از فرضیات و معادلات حاکم مدل سازی حرارتی با برنامه نویسی در نرم افزار مطلب انجام شد و صحت آن با مرجع سنجیده و برای مسائل مهندسی قابل قبول بود. سپس الگوریتم ژنتیک در محدوده متغیرها و ارضای قیود اجرا شد ، تابع هدف بهینه شده ، مقادیر بهینه متغیرها و کمینه هزینه کل سیستم بدست آمد. نتایج با مرجع مقایسه و بهبود قابل توجه حاصل شده است. نتایج نشان می دهد که بهینه سازی ما منجر به کاهش هزینه کل برای مبدل صفحه ای واشردار 90% ، مبدل پوسته و لوله برای دو حالت 35% و 78% و برای چگالنده پوسته و لوله برای سه حالت 23% ، 48% و 65% می شود. آنالیز حساسیت نسبت به متغیر های طراحی در نقاط بهینه نیز صورت گرفته است. سپس برای یک حالت عملیاتی یکسان بهینه سازی برای دو نوع مبدل انجام شد. در حالت بهینه مقایسه هزینه ای بین آنها صورت گرفت. نتایج برتری مبدلهای صفحه ای واشردار بر مبدلهای پوسته و لوله را نشان می دهد. به طوری که استفاده از مبدل صفحه ای واشردار منجر به کاهش هزینه کل برابر با $ 14638 می شود.

در این پایان نامه پیل سوختی با غشا تبادل پروتونی با کانال های گاز به حالت مربعی به عنوان مدل حالت پایه بصورت عددی مدل سازی و با نتایج آزمایشگاهی اعتبار دهی گردیده است.سپس پارامتر های حاکم بر پیل مذکورو تاثیر هریک از پارامترها از قبیل تغییر ولتاژمورد تحلیل قرار گرفته است.با افزایش ولتاژ، شدت واکنش به تدریج کاهش یافته و بیشینه دمای پیل کاهش می یابد.توزیع گونه ها در سمت آند و کاتد، اکتیوایی آب، هدایت پروتونی و دما نیزبررسی شده اند.لازم به ذکر است این شبیه سازی که بصورت غیر همدما می باشد و با نرم افزارمحاسباتی تحلیل جریان انجام شده است.شرایط عملکرد پیل کاملاپایدار و به دلیل پایین بودن سرعت و عدد رینولدز، رژیم جریان آرام می باشد.تمامی واکنش دهنده ها و محصولات در چهارچوب فرض گاز ایده آل اند. در این پایان نامه تاثیر جریان ناهمسو در کانال های جریان گاز پیل بر عملکرد و پارامتر های دخیل مورد بررسی قرار گرفته است.نتایج کاهش جریان برای مدل جدید در ولتاژ های پایین که فعالیت پیل بیشتر است را، نشان می دهند. در مدل جدید با بررسی توزیع مولفه ها و دما، به علت کاهش سطح متمرکز واکنش الکتروشیمیایی و توزیع یکنواخت تر آن شاهد کاهش عملکرد مفید پیل هستیم. همچنین تاثیر تغییر ابعاد سطح موثر واکنش با حفظ مساحت بر عملکرد پیل مورد مطالعه قرار گرفته است.با مقایسه ی نمودار های چگالی جریان و توان برای هر سه مدل مشاهده می شود که با این تغییرات راندمان پیل کاهش می یابد. با مقایسه ی افت های اهمی و پتانسیل اضافی کاتد که قسمت اعظم افت های پیل را شامل می شوند علل این نتایج را توجیح می کنیم. افت اهمی با چگالی جریان و ضخامت غشا رابطه ی مستقیم و با هدایت پروتونی رابطه ی معکوس دارد. نمودار های چگالی جریان، هدایت پروتونی، اکتیوایی آب و دما ارتباط این پارامتر ها را در مقطع عرضی پیل به خوبی توجیح می کنند. هندسه ی سوم افت اهمی بیشتری را نشان می دهد. همچنین پتانسیل اضافی کاتد که به افت های غلظتی مربوط می باشد و متاثر از میزان نفوذ و دردسترس بودن اکسیژن است، در سه هندسه بررسی شد. در هندسه ی سوم به علت نواحی شانه ای کوچکتر که باعث توزیع یکنواخت تر اکسیژن در عرض پیل می شود، افت غلظتی کمتری را تجربه می کنیم. در مجموع اثر افت اهمی بر غلظتی غلبه می کند و باعث کاهش جریان در هندسه های جدید می شود. این مطالعات برای آشکارسازی علت بهینه بودن هندسه و شرایط مرزی حالت پایه صورت گرفته اند.

به دلیل مزایایی که پمپ های گریز از مرکز نسبت به انواع دیگر پمپ ها دارند، استفاده فراوانی در صنایع مختلف، از جمله صنایع نفت، پتروشیمی، پالایشگاه، و آبرسانی دارند. یکی از مشکلاتی که در پمپ ها مطرح است مسئله کاویتاسیون می باشد. یکی از راههای جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون، استفاده از ایندوسر در مسیر مکش پمپ است که در این تحقیق به آن پرداخته شده است. همانطور که در فصل دوم اشاره شد کارهای زیادی در زمینه هندسه ایندوسر برای افزایش کارایی ایندوسر انجام شده است ولی در هیچکدام به بررسی، روی جریان در ایندوسر و اثر هندسی تعداد پره بر روی این جریان، نپرداخته بودند. لذا در این تحقیق به این موضوع پرداختیم. نتایج بدست آمده توسط نتایج تجربی صحه گذاری شد که نشان دهنده تطبیق خوب نتایج بود. فشار اتلافی در گذرگاه پره به طور نسبی مقدار بزرگی دارد که نشاندهنده آن است که تاثیر ویسکوز در جریان گذرگاه پره مهم است. به صورت کلی جریان های ثانویه، جریان های چرخشی سر پروانه و همینطور جریان های گردابه ای عوامل اصلی تلفات در ایندوسر هستند. ، جریان نشتی از سمت فشار به سمت مکش در سر پره نفوذ کرده و با گذر گردابه که توسط جریان های شعاعی تولید میشوند، مخلوط شده و تلفات را در سر پره ایندوسر افزایش می دهند. نمودار های ضریب فشار استاتیکی و ضریب تلفات در ضریب جریان های 0.078، 0.086، 0.07 و 0.06 در سه ایندوسر دو، سه و چهار پره مقایسه گردید و نمودار های بدست آمده بیانگر عملکرد بهتر ایندوسر دو پره می باشد.

در تحقیق حاضر، مشخصه های انتقال حرارت و افت فشار جریان هوا درون کانال موج دار v و uشکل مبدل های حرارتی به صورت عددی مطالعه شده است. شبیه سازی عددی با حل معادلات حاکم پیوستگی، ممنتوم و انرژی برای جریان جابجایی اجباری آشفته و با استفاده از رویکرد حجم محدود بدست آمده است. دیواره های بالا و پایین کانال موج دار به وسیله ی شار حرارتی ثابت، گرما داده می شوند. در بخش نخست و در حالت کانال موج دار vشکل، تأثیرات پارامترهای هندسی همچون زاویه تمایل کانال موج دار، ارتفاع کانال و ارتفاع موج و در حالت کانال موج دار uشکل، تأثیرات گام موج و ارتفاع کانال بر روی میدان های حرارتی و جریان بررسی شده است. در بخش پایانی، با تعیین نقاط داغ بر روی صفحه ی موج دار، تأثیرات استفاده از جفت بالک های مثلثی که نوعی رایج از مولدهای گردابه هستند، در بهبود انتقال حرارت و جریان کانال موج دار vشکل مورد کاوش قرار گرفته است. نتایج بررسی عددی نشان داد که استفاده از کانال موج دار روشی مناسب برای افزایش عملکرد حرارتی و بدست آوردن فشردگی بیشتر مبدل های حرارتی است. همچنین مشخص شد که استفاده از جفت بالک های مثلثی در افزایش انتقال حرارت و افت فشار در کانال موج دار vشکل موثر است و یک طراحی بهینه برای نصب این تولیدکننده ها بر روی صفحات موج دار می تواند سبب بهبود نرخ انتقال حرارت از این نوع کانال ها شود.

در این پایان نامه تأثیر هندسه های مختلف لوله بر کارائی کلکتور صفحه تخت خورشیدی به صورت عددی بررسی گردیده و مدل سازی به وسیله کد تجارتی fluent 6.3 انجام گرفته است . جریان داخل لوله سه بعدی می باشد. صفحه جاذب کلکتور با شار حرارتی ثابت و جریان در داخل لوله کلکتور کاملا توسعه یافته فرض شده است. در این مطالعه خصوصیات فیزیکی سیال ثابت در نظر گرفته شده است .جریان در داخل لوله ها دائم می باشد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که مکانیزم انتقال حرارت ، جابجایی ترکیبی(جابجائی آرام + آشفته ، که جابجائی آرام غالب است )می باشد. لوله های کلکتور خورشیدی با چند هندسه مختلف مثل لوله ی ساده ، لوله ی ساده با نوار پیچشی داخلی و لوله های ساده با فنر داخلی و لوله ساده با شیارهای مخروطی داخلی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل های تعریف شده با کار تجربی اعتباردهی شده است و مقایسه هایی بین مدل های فوق الذکر انجام شده است و مطالعه جهت ارتقاء کارائی لوله ها ادامه یافته است. در پایان علاوه بر تغییرات در هندسه لوله ، از نانوسیال به منظور بهبود کارائی لوله ها استفاده کرده ایم . پارامترهای مختلف سیال به ازای دبی های جرمی و یا رینولدزهای متفاوت تحت دو شرایط متفاوت ، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که در کلکتور صفحه تخت با هندسه مورد مطالعه تغییرات در هندسه لوله کلکتور ، هیچگونه تأثیری در بهبود کارائی گرمایی لوله های کلکتور صفحه تخت خورشیدی ندارند. اما نوع سیال می تواند در انتقال گرما تأثیر داشته باشد زیرا با توجه به نتایج به دست آمده با به کارگیری نانوسیال دمای خروجی کلکتور بین 15 تا 25 درصد افزایش یافته است.