هدف از این پروژه، شبیه سازی انتقال حرارت در یک میکروکانال می باشد. فرض می شود که این کانال آنقدر طویل باشد که جریان از نظر حرارتی و از نظر هیدرودینامیکی توسعه یافته باشد. یک مدل حرارتی شبکه ای bgk دارای دو تابع توزیع، به همراه شرط مرزی دورازیه برای دما و شار حرارتی بکار گرفته شده است تا جریان کاملاً توسعه یافته دو بعدی را در داخل یک میکروکانال شبیه سازی کند. در این روش، فرض می شود که توابع توزیع حرارتی مجهول در مرز، برابر با توابع توزیع تعادلی بعلاوه یک مانع لغزش چگالی انرژی داخلی باشند. مقدار این مانع لغزش چگالی انرژی داخلی متناسب با الزامات شرطهای مرزی دیریکله یا نیومن معین می شود. شرایط مرزی هیدرودینامیکی به گونه ای انتخاب شده اند که کاربرد بیشتری در صنعت داشته باشند. تأثیرات اتلاف حرارت ویسکوز نیز در نظر گرفته شده است. نتایج عددی و حلهای تحلیلی در هر دو حالت هیدرودینامیکی و حرارتی از تطابق خوبی برخوردارند.

جابجایی آزاد در محفظه ها نقش مهمی را در بسیاری از کاربردهای مهندسی مانند استفاده از انرژی خورشیدی، تبادل حرارت بین ساختمان و محیط بیرون، خنک سازی قطعات الکتریکی و الکترونیکی، فرآیند تولید غذا و طراحی رآکتورهای هسته ای بازی می کند. در برخی از این کاربردها جابجایی طبیعی تحت میدان مغناطیسی قرار دارد. هدایت حرارتی پایین سیالات انتقال دهنده حرارت مانند آب و روغن، مهم ترین عامل محدودیت در بهبود عملکرد حرارتی و کوچک سازی این گونه سیستم ها می باشد. یک راه حل مبتکرانه و جدید برای افزایش انتقال حرارت، استفاده از نانوذرات جامد در سیال پایه است. در سال های گذشته استفاده از نانوسیالات برای افزایش انتقال حرارت به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است و ثابت شده که در کاربردهای جابجایی اجباری اضافه کردن نانوذرات باعث افزایش انتقال حرارت می شود. اگرچه افزایش انتقال حرارت جابجایی آزاد با استفاده از نانوسیالات هنوز مورد بحث است و در مورد نقش نانوذرات برای افزایش انتقال حرارت در کاربردهای جابجایی آزاد تردیدهایی وجود دارد. در این پایان نامه، مسأله جابجایی آزاد در یک محفظه مربعی شکل پرشده از نانوسیال آب- آلومینا که یک چشمه حرارتی موضعی غیریکنواخت در مرکز دیواره پایین آن تعبیه شده است و تحت میدان مغناطیسی ثابت قرار دارد، به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره های قائم محفظه در دمای ثابت tc سرد می شوند و دیواره بالایی و قسمت های باقیمانده دیواره پایینی عایق هستند. چشمه حرارتی با دمای ثابت و یا با دمای متغیر سینوسی و خطی فرض شده است. معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی حاکم، برای یک سیال نیوتنی به روش حجم محدود بر روی یک شبکه یکنواخت جابجا شده توسط الگوریتم سیمپل حل شده اند. به کمک نتایج عددی، تأثیر پارامترهای وابسته مانند عدد رایلی ( )، عدد هارتمن ( )، درصد حجمی نانوذرات ( )، طول بی-بعد چشمه ( )، نوع چشمه حرارتی (یکنواخت، خطی و یا سینوسی) و تأثیر پارامتر غیر یکنواختی چشمه ( ) بر روی میدان جریان و دما و عملکرد انتقال حرارتی محفظه مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که به طور کلی میزان انتقال حرارت با افزایش عدد رایلی افزایش می یابد اما با افزایش عدد هارتمن کاهش پیدا می کند. همچنین اضافه کردن نانوذرات به سیال پایه عملکرد خنک سازی را بهبود می بخشد. میزان این بهبود در عملکرد خنک سازی چشمه حرارتی بسته به عدد رایلی، متفاوت می باشد. در اعداد رایلی بالا بیشترین عدد نوسلت متوسط مربوط به چشمه حرارتی سینوسی (با ) و کمترین مقدار آن مربوط به چشمه حرارتی یکنواخت است. در حالی که برای اعداد رایلی پایین که انتقال حرارت عمدتاً توسط هدایت صورت می-گیرد، برای چشمه خطی (با ) بیشترین و چشمه سینوسی (با ) کمترین عدد نوسلت متوسط را داریم. نهایتاً، نتایج حاصل از حل عددی نشان می دهند که با افزایش طول چشمه میزان انتقال حرارت، در همه اعداد رایلی افزایش پیدا می کند.

در این پروژه، جریان جابجایی توأم آزاد و اجباری در یک محفظه تهویه شونده دارای بافل به روش عددی بررسی شده است. جریان آزاد به صورت یکنواخت با دمای سرد وارد محفظه می شود و با کف محفظه که دارای دمای ثابت گرم است، تبادل حرارت می کند. معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی حاکم بر مسئله به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل به طور همزمان حل می شوند. در ابتدا اثر پارامترهای حاکم مانند اعداد رینولدز و گراشف و همچنین ابعاد محفظه به طور جداگانه روی میدان جریان و انتقال حرارت بررسی گردیده، سپس با اضافه کردن بافل به دیواره بالایی محفظه، به بررسی اثر آن روی میزان انتقال حرارت از محفظه، پرداخته شده است. در این شرایط، اثر ارتفاع و موقعیت بافل بر روی میزان انتقال حرارت از محفظه مورد بررسی قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده مشاهده شد که افزایش عدد گراشف مقدار انتقال حرارت از محفظه را افزایش می دهد. در اعداد رینولدز کم به دلیل ضعیف بودن جابجایی اجباری، تاثیر عدد گراشف روی پارامتر انتقال حرارت بارزتر است. همچنین دیده شد تا زمانی که جابجایی اجباری در انتقال حرارت جابجایی توأم بر مسئله حاکم است، اگر طول محفظه را افزایش دهیم انتقال حرارت افزایش می یابد. در جابجایی توأم، زمانی که جابجایی اجباری حاکم بر مسئله باشد، افزایش بافل موجب افزایش انتقال حرارت می گردد، در غیر این صورت اثر معکوس خواهد داشت. همچنین دیده شد که افزایش ارتفاع بافل زمانی که جابجایی اجباری در انتقال حرارت جابجایی توأم بر مسئله حاکم است، میزان انتقال حرارت را می افزاید. با بررسی موقعیت بافل دیده شد اگر جابجایی اجباری حاکم بر مسئله باشد، هر چه بافل به وسط محفظه نزدیکتر شود، میزان انتقال حرارت از محفظه بیشتر می شود.

انتقال حرارت جابجایی آزاد به علت کاربرد گسترده در خنک سازی تجهیزات الکترونیکی، مبدل های حرارتی و سیستم های حرارتی مختلف، از نقش مهمی در سیستم های مهندسی برخوردار است. ورود تکنولوژی نانو در همه عرصه ها از جمله در سیالات موجب کارآمدی هرچه بهتر سیستم های انتقال حرارت شده است. این مهم در اثر افزودن نانوذرات به سیال خالص و افزایش ضریب هدایت آن اتفاق افتاده است.در این پروژه انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال آب- آلومینا در یک محفظه مربعی با دو جفت چشمه و چاه به روش عددی بررسی شده است. اثر عدد ریلی و درصد حجمی نانوذرات، برروی مشخصه های انتقال حرارت و جریان در چهار حالت مختلف از چیدمان چشمه و چاه، بر روی دیواره های افقی و عمودی محفظه مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در بررسی دیگری به مقایسه دو نوع از مدل ضریب هدایت حرارتی ماکسول و پتل پرداخته و اثر آن بر روی پارامتر های مختلف مورد بررسی قرار داده شد.معادلات بقاء جرم، مومنتم و انرژی در حالت دو بعدی آرام در کسرهای حجمی 0 تا 5 درصد از نانو ذرات و اعداد ریلی(ده به توان سه و ده به توان چهار و ده به توان سه و ده به توان چهار)مورد مطالعه قرار گرفته است. حل عددی این معادلات، از روش تفاضل محدود مبنی بر حجم کنترل انجام شده است. برای حل معادلات جبری بدست آمده، از الگوریتم سیمپل وبرنامه کامپیوتری به زبان فرترن استفاده شده است. با مقایسه نتایج با کارهای قبلی و بررسی صحت برنامه کامپیوتری نتایج مورد نیاز استخراج شده است. نمودارهای همدما و جریان و نرخ انتقال حرارت برای تمام موارد از حالت های چیدمان منابع حرارتی آورده شده است. نتایج عموماً نشان می دهد که با افزایش عدد ریلی میزان انتقال حرارت افزایش می یابد و علاوه بر آن با افزودن نانوذرات به سیال بر میزان انتقال حرارت افزوده می شود. این حالت افزایش در حالتی که چشمه های حرارتی روی دیواره بالائی و چاه های حرارتی روی دیواره پائینی باشند چشمگیرتر است. همچنین نتایج نشان می دهد افزایش کسر حجمی نانو ذرات در اعداد ریلی پائین (ده به توان سه و ده به توان چهار) اثر افزایشی بیشتری در نوسلت موضعی و متوسط در مقایسه با اعداد ریلی بالا (ده به توان سه و ده به توان چهار)دارد.

چکیده در این تحقیق به روش عددی، انتقال حرارت جابه جایی توأم ناشی از جریان های هم جهت گرم وسرد که توسط یک غشاء نازک فاقد جرم در کانال افقی از هم جدا شده اند، مورد بررسی قرار گرفته است. جریان های گرم و سرد می تواند آب خالص یا آب حاوی نانوذرات مس باشد که با سرعت و دمای متفاوت به ترتیب وارد مجراهای پایینی و بالایی می شوند. چون دیواره های پایینی و بالایی کانال از نظر حرارتی کاملاً عایق هستند، جریان گرم کلیه شار گرمایی خود را از طریق غشاء به جریان سرد منتقل می کند. تأثیر پارامترهای مهم وموثر بر انتقال حرارت شامل اعداد رینولدز و ریچاردسون، درصد حجمی نانوذرات، فاصله قرارگرفتن غشاء از دیواره پایینی و ضریب سرعت (نسبت سرعت ورودی جریان سرد به سرعت ورودی جریان گرم)، بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که جریان های گرم وسرد در اعداد رینولدز بالاتر، دیرتر توسعه یافته می شوند. در همه ی اعداد رینولدز، افزایش درصد حجمی نانوذرات باعث افزایش نوسلت متوسط می شود. ولی درصد این افزایش در رینولدزهای کوچکتر، کمتر است. چون در رینولدزهای کوچکتر سرعت جریان ها کمتر و زمان لازم برای انتقال حرارت زیادتر است و جریانها پس از پیمودن بخشی از طول کانال به دمای تعادل می رسند. برای هردو جریان آب خالص و نانوسیال افزایش عدد ریچاردسون تأثیری بر مقدار نوسلت متوسط ندارد. ولی در همه ی اعداد ریچاردسون، افزایش درصد حجمی نانوذرات باعث افزایش نوسلت متوسط می شود. در یک عدد رینولدز ضریب سرعت مشخص با تغییر فاصله غشاء از دیواره پایینی مشاهده می شود هنگامی که غشاء درست مابین دیواره های پایینی و بالایی کانال قرار دارد، مقدار نوسلت موضعی و متوسط بزرگترین مقدار است. همچنین با ثابت ماندن بقیه پارامترها، بیشترین مقدار نوسلت موضعی و متوسط در کمترین مقدار ضریب سرعت به دست می آید. لغات کلیدی: انتقال حرارت جابه جایی توأم، نانوسیال، کانال افقی، غشاء.

در این پایان نامه جریان جابجایی آزاد نانو سیال در یک محفظه مربعی که دیواره سمت چپ آن در دمای گرم ودیواره سمت راست در دمای سرد قرار دارد و دیگر سطوح عایقند، به طور عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای موقعیت ها و اندازه های مختلف دو بافل که به دیواره گرم الحاق شده اند میدان جریان و دما و نرخ انتقال حرارت پیش بینی شده است. مدل عددی که بر اساس الگوریتم سیمپل پایه گذاری شده است برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی استفاده شده است. مقایسه بین نتایج مطالعه حاضر با کارهای قبلی انجام شده و توافق زیادی را فراهم آورده است. علاوه بر موقعیت و طول بافلها اثر پارامترهایی چون عدد ریلی (106?ra?103)، درصد حجمی نانو ذرات (0/05???0) و نوع نانو ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی عدد ریلی مشاهده شد که افزایش عدد ریلی باعث افزایش انتقال حرارت و نوسلت متوسط روی هر دو دیواره گرم و سرد می شود. می شود. هم چنین افزایش درصد حجمی نانوذرات باعث افزایش انتقال حرارت می شود. در بررسی نوع نانو سیال مشاهده شد که افزایش انتقال حرارت در اثر افزودن ذرات نانو بستگی زیادی به نوع آنها دارد. هم چنین افزایش طول بافل باعث افزایش نوسلت متوسط روی دیواره سرد وکاهش آن روی دیواره گرم می شود.

در این پایان¬نامه، انتقال حرارت جابجایی طبیعی در یک محفظه مربعی مورب پر شده از نانوسیال آب – مس در حضور میدان مغناطیسی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. بخشی از دیواره پایین و دیواره سمت چپ عایق و بخشی دیگر از دو دیواره مذکور در دمای th می¬باشند. دیواره سمت راست در دمای tc و دیواره بالا عایق است. ( th > tc ). معادلات گسسته سازی شده با استفاده از الگوریتم سیمپل حل شده است. محاسبات برای بررسی اثر عدد رایلی، زاویه مورب محفظه، کسر حجمی نانوذرات، عدد هارتمن و طول چشمه حرارتی انجام شده است. عدد پرانتل سیال پایه نیز 2/6 در نظر گرفته شده است. با توجه به نتایج مشاهده شد که نرخ انتقال حرارت با افزایش عدد رایلی افزایش یافته، ولی با افزایش عدد هارتمن کاهش می¬یابد. افزایش کسر حجمی نانوذرات نیز همیشه باعث افزایش نرخ انتقال حرارت نمی¬شود و تغییرات آن با توجه به عدد رایلی و عدد هارتمن متفاوت است. همچنین افزایش طول چشمه حرارتی، به دلیل افزایش تماس بین نانوسیال و منبع دما گرم، سبب افزایش نرخ انتقال حرارت داخل محفظه می¬شود. نتایج نشان داد که زاویه محفظه می تواند به عنوان پارامتر کنترل برای نرخ انتقال حرارت درون محفظه حاوی نانوسیال استفاده شود. بطوریکه کمترین نرخ انتقال حرارت به ازای زاویه محفظه 45 درجه رخ می¬دهد.

در این پایان¬نامه، انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال در یک محفظه t شکل مورب پر شده از نانوسیال آب- مس تحت تاثیر میدان مغناطیسی ثابت به روش عددی بررسی شده است. یک منبع حرارتی با دمای ثابت در کف محفظه تعبیه شده است. دیوار بالائی محفظه در دمای سرد و سایر دیواره¬ها عایق می¬باشند. همچنین در ادامه انتقال حرارت جابجایی توام در یک محفظه t شکل با ورود نانوسیال آب-مس از کف محفظه و خروج آن از بالای محفظه، که تحت میدان مغناطیسی ثابت قرار دارد، به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره¬های داخلی محفظه در دمای ثابت th گرم قرار دارند و ورودی نانوسیال به محفظه دمای سرد tc را دارد. همچنین سایر دیواره¬ها عایق می¬باشند. معادلات بقای جرم، ممنتوم و انرژی، به¬روش حجم محدود بر¬روی یک شبکه یکنواخت جابجا شده توسط الگوریتم سیمپل حل شده¬اند. به¬کمک نتایج عددی، تاثیر پارامترهای وابسته مانند عدد ریچاردسون (0.01?ri?10)، عدد رینولدز (10?re?400)، عدد هارتمن (0?ha?80)، نسبت منظری محفظه (0.1?h?0.4) و درصد حجمی نانوذرات (0???0.06) در محفظه t شکل باز و عدد هارتمن، درصد حجمی نانوذرات، زاویه چرخش محفظه (0°???90°) و عدد ریلی (?10?^3?ra??10?^6) در محفظه t شکل بسته مورب بر روی میدان جریان و دما و میزان انتقال حرارت محفظه مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد، در رینولدزهای پایین اضافه شدن عدد هارتمن به میزان اندکی نوسلت متوسط را افزایش می دهد ولی در رینولدزهای بالا، افزایش هارتمن اثر خود را بیشتر نشان می دهد. در رینولدز 400، انتقال حرارت سیال خالص بیشتر از نانوسیال می باشد. با افزایش عدد هارتمن، این تاثیر معکوس نانوسیال بر انتقال حرارت، کاهش می یابد و در هارتمن 80، نوسلت نانوسیال بیشتر از سیال خالص می شود. با افزایش طول منابع گرم، تاثیر نانوسیال بر انتقال حرارت افزایش می یابد. در ریچاردسون 01/0 و 1، بیشترین انتقال حرارت در نسبت منظری 4/0، رخ می دهد ولی در ریچاردسون 10، بیشترین انتقال حرارت در نسبت منظری 1/0 رخ می دهد. با افزایش عدد ریچاردسون، نوسلت متوسط افزایش می یابد. این افزایش انتقال حرارت با افزایش نسبت منظری محفظه، کاهش می یابد.

انتقال حرارت جابجایی طبیعی در محفظه های بسته، به دلیل کاربردهای عملی فراوان مانند خنک سازی قطعات الکترونیکی، کلکتورهای خورشیدی، رآکتورهای هسته ای، عایق کاری ساختمان ها و ... همواره مورد توجه محققان بوده است. اگرچه بررسی های انجام شده اکثرا در محفظه های مربعی بوده اما هندسه های دیگر نیز مد نظر برخی محققان قرار گرفته است. امروزه افزایش نرخ انتقال حرارت در سیستم های گرمایی از طریق بهبود خواص حرارتی سیال عامل، مورد توجه جدی محققان قرار گرفته است. در بسیاری از تحقیقات، اثر اضافه کردن نانوذرات به سیال پایه بر افزایش انتقال حرارت بررسی شده است. مزیت اصلی نانوسیال ها، افزایش قابلیت هدایت حرارتی سیال است، در حالی که همان رفتار نیوتنی سیالات خالص دیگر را دارند. در برخی از موارد عملی، جابجایی طبیعی به طور ناخواسته تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد. نشان داده شده است که جهت و قدرت میدان مغناطیسی به شدت بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی اثر می گذارد. میدان مغناطیسی بر جابجایی طبیعی سیالات هادی الکتریسیته، اثرات قابل توجه تری دارد. زیرا سیالات هادی الکتریسیته، قابلیت هدایت حرارتی کمی دارند که این موضوع افزایش انتقال حرارت در محفظه، به خصوص در حضور میدان مغناطیسی را محدود می کند. بنابراین قابلیت نانوسیال ها برای افزایش انتقال حرارت، در کاربردهای مهندسی ای که جابجایی طبیعی تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد، اهمیت بیشتری پیدا می کند. از نانوسیال ها علاوه بر هندسه های مربعی، در هندسه های غیرمربعی مختلف نیز برای بهبود عملکرد جابجایی طبیعی، استفاده شده است. با توجه به مطالعات انجام شده، هیچ نتیجه ای در مورد عملکرد جابجایی طبیعی نانوسیال ها در محفظه های h شکل تحت تأثیر میدان مغناطیسی مشاهده نشد. به همین دلیل، در تحقیق حاضر به بررسی عددی اثر میدان مغناطیسی بر جابجایی طبیعی در یک محفظه h شکل پر شده از نانوسیال پرداخته شده است. این محفظه با نانوسیال آب- مس پر شده و تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی ثابت قرار دارد. دیواره ی سمت چپ این محفظه در دمای گرم و دیواره ی سمت راست آن در دمای سرد قرار دارد و سایر دیواره ها، عایق حرارتی می باشند. هدف از تحقیق حاضر، بررسی انتقال حرارت نانوسیال و سیال خالص در یک محفظه h شکل در حضور میدان مغناطیسی می باشد. به این منظور اثر پارامترهای عدد ریلی، عدد هارتمن، نسبت ابعاد محفظه و درصد حجمی نانوذرات بر میدان های جریان و دما و نرخ انتقال حرارت در محفظه بررسی می شود. نتایج حاصل از این پژوهش می تواند در طراحی حرارتی تجهیزات الکترونیکی و مبدل های حرارتی که به طور ناخواسته تحت تأثیر میدان مغناطیسی واقع شده اند، راه گشا باشد. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل، به طور همزمان حل شده اند. جهت اجرای این الگوریتم برنامه ای کامپیوتری به زبان فرترن نوشته شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که افزایش عدد ریلی موجب افزایش نرخ انتقال حرارت در محفظه می شود ولی افزایش عدد هارتمن باعث کاهش سرعت جریان درون محفظه و در نتیجه کاهش نرخ انتقال حرارت می شود. قابل ذکر است که با افزایش نسبت ابعاد محفظه، از تأثیر عدد هارتمن بر انتقال حرارت به شدت کاسته می شود. مشاهده می شود که انتقال حرارت در محفظه، تابع نسبت ابعاد محفظه است و با افزایش نسبت ابعاد محفظه، نرخ انتقال حرارت کاهش می یابد. از بررسی های انجام شده بر روی درصد حجمی نانوذرات مشاهده می شود که با افزایش درصد حجمی نانوذرات، تغییرات نرخ انتقال حرارت شدیدا به مقادیر عدد ریلی، عدد هارتمن و نسبت ابعاد محفظه بستگی دارد.

در این پایان نامه از روش شبکه ای بولتزمان برای شبیه سازی جریان سیال در داخل یک میکروکانال بهره گرفته می شود. از آنجا که ابعاد کانال کوچک است، تعداد ذراتی که از آن عبور می کنند محدود است و غالباً نمی توان فرضیات پیوستگی محیط و سایر فرضیات مکانیک محیط پیوسته را در مورد آن بکار برد. بنابراین، بهتر است راهی یافت که بتوان اندرکنشهای بین مولکولی را به سادگی توسط آن مدل کرده و مکانیک حرکت را با یک دید میکروسکوپی توصیف کرد. در سالهای اخیر، روش شبکه ای بولتزمان به یک روش عددی پرقدرت و جایگزینی برای شبیه سازی جریان سیالات و مدلسازی فیزیک سیالات تبدیل شده است. روش شبکه ای بولتزمان بر مبنای مدلهای میکروسکوپیک و معادلات جنبشی ماکروسکوپیک می باشد. هرچند که روش شبکه ای بولتزمان بر مبنای تصویر کردن ذرات بنا نهاده شده است اما تمرکز اصلی آن بر روی رفتار ماکروسکوپیک متوسط ذرات می باشد. روش شبکه ای بولتزمان در برگیرنده بسیاری از محاسن دینامیک مولکولی، از جمله تصاویر فیزیکی واضح، بیان ساده شرایط مرزی و الگوریتمهای کاملاً موازی می باشد. معادله شبکه ای بولتزمان در عین حال بسیار ساده بوده و فقط دو مرحله دارد. در ابتدا همه ذرات بطور همزمان در مسیرهای تعیین شده بر روی شبکه جابجا می شوند و سپس بخاطر اثر ناشی از برخوردها، با یک ضریب آسایش به سمت حالت تعادل محلی حرکت می کنند. این معادله بهمراه معادله مربوط به تابع توزیع تعادلی (که آن نیز خودش حل حالت تعادلی معادله شبکه ای بولتزمان می باشد) و نیز روابط مربوط به شرایط مرزی، جریان سیال در حوزه مورد بررسی را ترسیم می کند. در این پایان نامه از روش شبکه ای بولتزمان بهره گرفته شده و به مطالعه اثرات عدد نادسن بر روی ویژگیهای جریان خواهیم پرداخت. شرایط مرزی هیدرودینامیکی اعمال شده به میکروکانال مورد بررسی در این پایان نامه، عبارتند از سرعت ثابت در ورودی و فشار ثابت در خروجی و دیوارهایی نفوذ ناپذیر. شرایط مرزی حرارتی شامل دمای ثابت در ورودی، توسعه یافتگی حرارتی در خروجی و دو مرز با شارهای حرارتی ثابت می باشند. در پایان نامه حاضر، در فصل اول به مطالعات تئوری مربوط به گازهای رقیق و نیز روش شبکه ای بولتزمان پرداخته می شود. این مطالعات دو جنبه خواهند داشت: جنبه هیدرودینامیکی و جنبه حرارتی. ابتدا میکروکانالها و محدوده تعریف و روشهای شناسایی آنها را معرفی می کنیم. سپس به خواص هیدرودینامیکی جریان در داخل میکروکانالها، انواع جریان در داخل میکروکانالها و نحوه مدلسازی آنها می پردازیم. سپس روش شبکه ای بولتزمان را استخراج می کنیم. در ادامه وارد بحث انتقال حرارت میکروکانالها و روشهای مدلسازی آنها می شویم. سپس روش شبکه ای حرارتی بولتزمان را استخراج می کنیم. در ادامه هم به نحوه مدلسازی مرزها در روش شبکه ای بولتزمان و نیز مرور کارهای قبلی انجام گرفته در زمینه شبیه سازی جریان و انتقال حرارت در میکروکانالها می پردازیم. فصل دوم به مسئله مورد بررسی در این پایان نامه می پردازد. هدف استخراج معادلات و روابط مربوط به مدلسازی میکروکانال و شرایط مرزی آن می باشد که همگی در این فصل گنجانده شده اند. فصل سوم به ملاحظات عددی می پردازد. الگوریتم نوشته شده برای حل این مسئله را توصیف کرده و در مورد پارامترهای بکار رفته در شبیه سازی عددی و نحوه استخراج آنها توضیح می دهد. در آخرین فصل هم نتایج بدست آمده برای سه مسئله مختلف، یعنی انتقال حرارت درون میکروکانال با شرط مرزی دما ثابت، انتقال حرارت درون میکروکانال با شرط مرزی شار حرارتی گرمایشی ثابت و انتقال حرارت درون میکروکانال با شرط مرزی شار حرارتی سرمایشی ثابت ارائه شده اند.

جریان جابه جایی توام در حضور میدان مغناطیسی در یک کانال به روش عددی در این پروژه بررسی می گردد. جریان به صورت یکنواخت در دمای سرد وارد کانال شده و با دیواره های گرم تبادل حرارت می کند. معادلات مومنتوم و انرژی حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل به طور همزمان حل می شوند. در ابتدا اثر پارامترهای حاکم مانند عدد ریچاردسون، عدد هارتمن و زاویه کانال با افق را به طور جداگانه روی میدان جریان و انتقال حرارت برای سیال خالص بررسی می کنیم. سپس به بررسی اثر افزایش نانوذرات به سیال خالص بر انتقال حرارت می پردازیم. در این مرحله اثر عدد ریچاردسون، عدد هارتمن، درصد حجمی نانوذرات و زاویه کانال با افق بر روی میدان جریان و انتقال حرارت نانوسیال بررسی می شود. از بررسی نتایج در می یابیم که با افزایش عدد ریچاردسون انتقال حرارت افزایش می یابد. برگشت جریان در اعداد ریچاردسون بالا (ri=100) که غلبه نیروی غوطه وری بر اینرسی بیشتر است روی می دهد. میدان مغناطیسی در اعداد ریچاردسون پایین و متوسط منجر به افزایش انتقال حرارت می شود، در حالی که در اعداد ریچاردسون بزرگ(ri=100) باعث کاهش انتقال حرارت می شود و جریان های برگشتی در کانال را تضعیف می کند. افزایش عدد هارتمن در کلیه مقاطع به دلیل افزایش تاثیر نیروی لورنتس بر جریان باعث کاهش سرعت و دما می شود. در بررسی تغییر زاویه کانال با افق دریافتیم که بیشترین انتقال حرارت در کانال عمودی روی می دهد. نتایج نشان می دهد که استفاده از نانوسیال موجب پخش بهتر حرارت و بالا رفتن دما می شود. این امر منجر به کاهش گرادیان دما می شود، ولی اثر بالا بودن ضریب هدایت حرارتی نانوسیال بر این کاهش گرادیان غلبه کرده و در کل موجب افزایش انتقال حرارت می شود.

پروژه ی حاضر به بررسی انتقال حرارت جابه جایی اجباری جریان نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم و آب- اکسید مس درون دو میکروکانال به هم چسبیده که از بالا و پایین عایق بوده و در طولی از وسط آن میدان مغناطیسی اعمال می گردد می پردازد. جهت این بررسی، معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی در حالت دو بعدی آرام بکار گرفته شده است. گسسته سازی معادلات به وسیله ی روش حجم محدود انجام شده است. در تحقیق حاضر موضوع اصلی، بررسی اثر پارامترهای عدد رینولدز، عدد هارتمن، تغییر درصد حجمی نانوذرات بر روی میدان دما و میدان جریان می باشد. نتایج در قالب خطوط هم دما، خطوط جریان، پروفیل های سرعت و نمودارهای دما ارائه شده است. بر اساس این نتایج، افزایش عدد رینولدز موجب افزایش انتقال حرارت میکروکانال می شود. افزایش عدد هارتمن نیز موجب افزایش انتقال حرارت و کاهش حداکثر سرعت در محل اعمال میدان می گردد. همچنین با کاهش درصد حجمی نانوذرات تا رسیدن به آب خالص، عدد نوسلت و بالطبع میزان انتقال حرارت کاهش پیدا می کند.