مواد تغییر فاز دهنده به عنوان محیطهای ذخیره انرژی گرمایی دارای کاربردهای گسترده ای در ذخیره انرژی خورشیدی، مدیریت انرژی ساختمان و دفع شوکهای گرمایی قطعات الکترونیکی هستند. به دلیل پایین بودن ضریب هدایت گرمایی این مواد تلاشهای زیادی برای افزایش ضریب هدایت گرمایی و کارآیی سیستمهای ذخیره انرژی گرمایی شده است. از طرفی، با توسعه فناوری نانو، تولید مواد نانوساختاری که دارای ضریب هدایت گرمایی بالایی هستند میسر شده است. در این پژوهش تأثیر پراکنش مواد نانوساختار روی ویژگیهای گرمایی و انتقال گرما در مواد تغییر فاز دهنده حاوی مواد نانوساختار به صورت تجربی بررسی شده است. مواد نانوساختار مزو پروس سیلیکا، تایتانیا، نانولوله های کربنی و نانوفیبرهای کربنی در کسر جرمیهای مختلف در ان-اکتادکان به عنوان ماده تغییر فاز دهنده پراکنده شده و ضریب هدایت گرمایی و ویژگیهای رئولوژیکی مواد حاصل در یک گستره دمایی اندازه گیری شده اند. نتایج نشان می دهد که افزودن مزو پروس سیلیکا و تایتانیا ضریب هدایت گرمایی را در فاز جامد و مایع حدود 5% افزایش می دهد. مضاف بر اینکه ضریب هدایت در فاز جامد به صورت غیریکنواخت با کسر جرمی تغییر می کند. بیشترین افزایش ضریب هدایت برای مواد نانوساختار پایه کربن به دست آمد که بین 20% تا 40% است. بررسی رفتار رئولوژیکی ان-اکتادکان حاوی مزوپروس سیلیکا و تایتانیا نشان می دهد که در کسر جرمی بزرگتر از 1% رفتار ماده تغییر فاز دهنده غیرنیوتنی شده است به طوریکه برای ان-اکتادکان حاوی مزوپروس سیلیکا و تایتانیا به ترتیب رفتار قانون توان و سیال بینگهام برای کسر جرمی بزرگتر از 1% به دست آمد. همچنین افزودن مواد نانوساختار باعث افزایش لزجت ماده تغییر فاز دهنده در فاز مایع می شود. برای بررسی اثر افزودن نانوذرات روی انتقال گرما حین فرایند ذوب آزمایشی ترتیب داده شد که در آن از ان-اکتادکان حاوی نانوذرات تایتانیا در کسر جرمیهای مختلف استفاده شد. تغییرات ضریب انتقال گرما وکسر حجمی ماده تغییر فاز دهنده مذاب با زمان نشان داد که افزودن نانوذرات با کاهش جابجایی طبیعی انتقال گرما حین ذوب را کاهش می دهد و بنابراین کسر حجمی ماده تغییر فاز دهنده با افزودن نانوذرات کاهش می یابد. بررسی تحربی فرایند انجماد ان-اکتادکان حاوی نانوذرات تایتانیا نشان داد که کاهش جابجایی طبیعی و افزایش هدایت گرمایی که با افزودن نانوذرات حاصل می شود منجر به بهبود نرخ انجماد خواهد شد.

قابلیت¬ها و ویژگی¬های منحصر بفرد موتورهای استرلینگ این موتورها را برای بازه وسیعی از کاربردها مناسب می¬سازد. اگر چه این موتورها در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی از توان مخصوص کمتری برخوردار هستند در عوض از ساختمان ساده¬ای بهره می¬برند و این مسئله باعث عمر بالا و قابلیت اطمینان بیشتر شده است. موتورهای پیستون آزاد ساختمان به مراتب ساده¬تری دارند و با استفاده از آب بندهای ویژه، اصطکاک در آنها به حداقل خود رسیده است. عمر بالاتر و قابلیت کارکرد این موتورها با هر منبع حرارتی باعث شده است که این موتورها برای تولید برق خورشیدی مورد استفاده قرار گیرند. امروزه تعدادی از سفینه¬های فضایی برای ماموریت¬های دورتر از مریخ از این موتورها برای تولید برق بهره می¬برند. در این پایان نامه در ابتدا با استفاده از تحلیل ایزوترمال و تحلیل دینامیکی خطی یک موتور استرلینگ پیستون آزاد طراحی شده است. پس از مشخص شدن ابعاد اصلی موتور، طراحی یاتاقان¬های منعطف پیستون و جابجاکننده با کمک نرم¬افزار abaqus انجام گرفته و نقشه¬های نهایی موتور تهیه شده است. با استفاده از نقشه-های بدست آمده موتور طراحی شده به طور کامل ساخته شده و پس از مونتاژ قطعات راه¬اندازی شده¬است. با توجه به امکانات کم برای تست دقیق موتور فرکانس کاری موتور به کمک فرکانس جریان خروجی اندازه¬گیری شده است. فرکانس کاری موتور در حال حاضر 43 هرتز است که البته می-توان با تغییرات جزیی فرکانس کاری موتور را به 60 هرتز رساند. با توجه به ساده سازی¬هایی که در تحلیل ایزوترمال وجود دارد، برای بهینه¬سازی موتور لازم است که از تحلیل¬های عددی برای شبیه¬سازی موتور بهره گرفته شود. به این منظور با استفاده از کد تجاری fluent یک شبیه¬سازی دو بعدی غیر دائم از موتور ارائه شده است. در این شبیه سازی از قابلیت مش متحرک و لغزان موجود در نرم¬افزار برای ایجاد حرکت اجزای متحرک استفاده شده است. لازم به ذکر است این شبیه¬سازی گام ابتدایی برای تحلیل¬های دقیق¬تر از موتور در آینده خواهد بود و می¬توان جزئیات بیشتری را به آن اضافه کرد. پس از رسیدن به حالت شبه دائمی، توان خروجی موتور محاسبه شده است. حل عددی نشان داد که استفاده از قابلیت شبکه متحرک مقرون به صرفه است و در حال حاضر مشکل عمده موتور در مبدل¬های حرارتی آن است. به علت انحراف فرآیندها از حالت ایده آل ایزوترم توان خروجی محاسبه شده حدود یک سوم توان سیکل اشمیت است. مقدار توان خروجی حدود 10 وات بدست آمده است که با توجه به بهینه نبودن مبدل¬ها می¬توان آن را در آینده با طراحی مبدل¬های مناسب تا حدود 40 وات افزایش داد.