کاربرد گسترده جت های برخوردی به منظور حصول ماکزیمم انتقال حرارت از طریق تغییر مسیر جریان و شکست لایه مرزی، انگیزه اصلی برای انجام این پروژه به شمار می رود. به طور کلی موضوع جت های برخوردی و بررسی پارامترهای موثر در بهبود انتقال حرارت ناشی از آنها، از گذشته تا کنون، چه با روش های تجربی و چه با روش های عددی محور بحث و بررسی بسیاری از مقالات علمی و پژوهشی بوده است. در این تحقیق پس از بیان مختصر کاربرد انواع جت های برخوردی در صنایع مختلف، انواع جت های برخوردی معرفی شده و پیشینه ای از تحقیقات آزمایشگاهی و عددی در این زمینه بیان شده است. سپس با توجه به آخرین مقالات منتشر شده در زمینه شبیه سازی عددی جریان جت های برخوردی، ایده ای تحت عنوان بهبود انتقال حرارت از جت های شیاری محدود و نامحدود با استفاده از نانوسیالات معرفی شده است. با توجه به کاربرد روزافزون این سیالات نوظهور بر آن شدیم تا شبیه سازی عددی جریان نانوسیال حاصل از تحلیل نانوذرات آلومینا در آب، با کسرهای حجمی متفاوت در هندسه جت های برخوردی شیاری محدود و نامحدود را ارائه نماییم. شبیه سازی جریان متلاطم نانوسیال بر پایه میانگین گیری زمانی از معادلات ناویر استوکس انجام می گیرد و معادلات rans با استفاده از مدل های مختلف تلاطم به روش اختلاف محدود مبتنی بر حجم کنترل جبری می شوند و توسط الگوریتم simple، با استفاده از نرم افزار fluent 6.3.26 تحلیل می شوند. به منظور انتخاب مدل توربولانسی مناسب، نتایج تحلیل عددی با نتایج حاصل از تحقیقات آزمایشگاهی در هر دو حالت جت محدود و نامحدود مقایسه می شوند و پس از انتخاب مدل توربولانسی مناسب، تعدادی از پارامترهای موثر در بهبود انتقال حرارت از صفحه برخورد مورد بررسی قرار می گیرد. اثر هر یک از پارامترهای عدد re جریان جت، درصد کسر حجمی نانوسیال ? و فاصله نازل تا صفحه برخورد بر میدان های جریان و انتقال حرارت جت های مغشوش شیاری محدود و نامحدود بررسی می شود. افزایش عدد re جریان ورودی از شیار نازل جت به دلیل اثر افزاینده ای که بر گرادیان های سرعت و دمای نزدیک سطح برخورد می گذارد باعث بهبود انتقال حرارت از این سطح و همچنین افزایش تنش برشی بر روی سطح برخورد خواهد شد. افزایش درصد کسر حجمی نانوذرات در صورت ثابت بودن سایر پارامترها به علت اثر افزاینده بر مقادیر اعداد پرانتل نانوسیال مورد بررسی در این تحقیق، افزایش در انتقال حرارت از سطح برخورد را در هر دو حالت جت محدود و نامحدود، نتیجه خواهد داد. اثر فاصله نازل تا سطح برخورد در حالت جت نامحدود بر میدان های دما و جریان ناچیز است ولیکن در حالت جت محدود، با افزایش فاصله صفحات محدود کننده جریان، باتوجه به افزایش دبی جریان مقدار انتقال حرارت از سطح برخورد افزایش خواهد یافت.

در این تحقیق جریان آرام نوسانی نانوسیال عبوری از یک کانال مستطیلی با دیواره دمای ثابت را در حالت غیردائم به صورت عددی مورد مطالعه قرار داده ایم. برای این منظور دستگاه معادلات دیفرانسیل حاکم بر مدل دوبعدی جریان نانوسیال و انتقال حرارت در کانال به صورت جبری گسسته سازی شده و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل شده است. تاثیر پارامترهای مختلفی از جمله فرکانس نوسانات، عدد رینولدز، دامنه نوسانات، تغییر فاز و همچنین اثر کسر حجمی نانوذرات را بر روی سرعت افقی و عمودی، افت فشار، ناسلت متوسط و عدد ناسلت کلی در کانال بررسی گردید. نتایج نشان می دهد که افزایش دامنه نوسان تاثیری بر روی دوره تناوب نوسانات و مدت زمان برخورد نانوسیال با دیواره نمی گذارد و موجب افزایش عدد ناسلت می شود. همچنین با افزایش فرکانس نوسانات، تعداد نوسانات افزایش یافته، دوره تناوب نوسانات و مدت زمان برخورد نانوسیال با دیواره کاهش یافته است، ولی تاثیر محسوسی بر افزایش عدد ناسلت نمی گذارد. علاوه بر آن، با افزایش عدد رینولدز و کسر حجمی نانوذرات، میزان انتقال حرارت از نانوسیال نیز افزایش می یابد. همچنین با بررسی اثر جریان نوسانی بر روی نانوذرات مختلف، مشخص شد که بیشینه عدد ناسلت برای سیال حاوی نانوذرات نقره از دیگر سیال ها بیشتر است.

جریان درون لوله شیار دار دارای کاربرد مهم صنعتی در زمینه مهندسی سیالات و حرارت می باشد. از جمله کاربردهای مهم ان در طراحی مبدلهای حرارتی می باشد که این دندانه ها می تواند مانند پره عمل کنند. امروزه کاربردهای مهندسی انتقال حرارت سیالات از اهمیت ویژه ای بر خوردار است. بنابراین مهندسان و پژوهشگران روشهای متعددی را جهت انتقال حرارت پیشنهاد داده اند. در سالهای اخیر روشهای نوینی بکار گرفته شده است که یکی از آنها استفاده از نانو سیال می باشد. در این پروژه، جابجایی اجباری جریان مغشوش نانو سیال در یک لوله شیاردار با ابعاد ثابت بررسی شده است. هدف از این بررسی، پیش بینی اثر تغییر عدد رینولدز، تغییر درصد حجمی نانوذرات و تغییر فاصله بین دندانه ها بر میدان جریان، دما، نرخ انتقال حرارت و تنش برشی دیواره می باشد. جهت این بررسی، معادلات بقاء جرم، مومنتم و انرژی در حالت آرام و معادلات بقاء جرم، مومنتم، انرژی، انرژی جنبشی توربولانس و اتلاف انرژی جنبشی در حالت دو بعدی مغشوش با فرض خواص ثابت سیال، به کار گرفته شده اند. برای حل عددی این معادلات، از روش اختلاف محدود مبتنی بر حجم کنترل و الگوریتم سیمپل استفاده می شود. همچنین روش k-? استاندارد برای مدلسازی جریان مغشوش استفاده شده است. برای حل معادلات جبری بدست آمده، برنامه کامپیوتری به زبان فرترن نوشته شده است. این برنامه ابتدا با برخی از کارهای جابجایی اجباری انجام شده توسط دیگران کنترل شده و سپس نتایج مورد نیاز استخراج شده است. بر اساس نتایج مدل سازی، با افزایش عدد رینولدز میزان انتقال حرارت افزایش می یابد. همچنین به منظور رسیدن به انتقال حرارت بیشینه به بررسی تغییر فاصله بین دو دندانه پرداخته شد که نتیجه بدست آمده نشان می دهد که با افزایش فاصله بین دو دندانه انتقال حرارت افزایش می یابد. در نهایت اثر وجود نانوسیال بررسی شد که نتایج حاکی از آن است که افزودن نانو ذرات به سیال پایه باعث افزایش انتقال حرارت می شود. بطوری که با افزایش درصد حجمی نانوذرات، این افزایش بیشتر می شود. همچنین ضریب اصطکاک سطحی در اعداد رینولدز متفاوت و درصدهای حجمی متفاوت بررسی شد که نتایج حاکی از کاهش ضریب اصطکاک سطحی با افزایش عدد رینولدز و کاهش ضریب اصطکاک سطحی با افزایش درصد حجمی نانوسیال است.

در این پایان نامه اثر تغییر راستای میدان مغناطیسی بر جریان جابجایی طبیعی نانوسیال آب-مس در یک محفظه مربعی به روش عددی بررسی می¬شود. دیواره پایینی محفظه به طور یکنواخت گرم شده و دیواره های عمودی در دمای نسبتا پایین قرار دارند و دیواره فوقانی عایق می باشد. معادلات حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل حل می شوند. اثر پارامترهایی مثل عدد ریلی، عدد هارتمن، جهت میدان مغناطیسی و کسر حجمی نانوذرات بر جریان و انتقال حرارت بررسی می¬شود.

در بررسی حاضر جریان جابجایی اجباری مغشوش نانوسیال آب-مس در یک کانال افقی همراه با دو مانع گرم به روش عددی بررسی شد. معادلات مومنتوم و انرژی حاکم به روش اختلاف محدود مبتنی بر حجم کنترل جبری شده و توسط الگوریتم سیمپل به طور همزمان حل شده اند. ازمدل k-? برای مدل سازی جریان مغشوش استفاده شده و در مدل سازی نواحی نزدیک دیواره از مدل منطقه دو لایه تک معادله ولف اشتین استفاده شده است. اثر پارامترهای حاکم در جریان جابجایی توام بر میزان انتقال حرارت بررسی شد. به طور کلی نتایج به دست آمده را می توان به صورت زیر جمع بندی کرد: 1- با افزایش فاصله بین موانع عدد ناسلت افزایش می یابد تا به مقدار بیشینه خود می رسد با افزایش بیشتر عدد ناسلت کاهش یافته و به مقدار ثابتی می رسد. 2- مقدار بیشینه عدد ناسلت متوسط دیواره پایینی با تغییر فاصله بین موانع، با افزایش عدد رینولدز در فاصله بیشتر موانع اتفاق می افتدکه این به دلیل کوچک شدن گردابه تشکیل شده در پشت مانع یک در رینولدزهای بالاتر است. 3- با افزایش نسبت حجمی نانو ذرات عدد ناسلت متوسط افزایش می یابد. 4- میزان افزایش عدد ناسلت نسبت به سیال پایه در اعداد رینولدز مختلف، با افزایش عدد رینولدز افزایش می یابد. 5- با افزایش عدد رینولدز گرادیان عرضی دما زیاد شده و جابجایی اجباری افزایش می یابد. بنابراین با افزایش عدد رینولدز انتقال حرارت افزایش می یابد. 6- افزایش عدد رینولدز که باعث افزایش انتقال حرارت شده است، افزایش در عدد ناسلت را به همراه خواهد داشت. 7- عدد ناسلت متوسط سیال با افزایش قطر نانوذرات کاهش می یابد که شیب این تغییرات در قطرهای کوچک تر بیشتر است. 8- با افزایش نسبت طول به ارتفاع موانع انتقال حرارت افزایش می یابد البته در نسبت های کوچک نیز انتقال حرارت بالایی داریم که به دلیل افت فشار زیاد این حالت مطلوب نیست.