چکیده مبادله کن های گرما، وسایلی هستند که جریان انرژی گرمایی بین دو یا چند سیال در دماهای مختلف را فراهم می کنند. مبادله کن های گرما در محدوده ی وسیعی از کاربردها استفاده می شوند. این کاربردها شامل تولید برق در نیروگاه های برق، وسایل شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع خنک سازی، هواپیماها، اتومبیل ها، صنایع ساخت و تولید، تهویه مطبوع، کاربردهای فضایی و... می باشند. بازده مبادله کن های گرما به واسطه ی کاهش انتقال حرارت بین سیال ها به دلیل عدم وجود تماس کامل لوله و فین ها، کاهش می یابد. در این تحقیق بعداز بررسی روش های مختلف مسأله معکوس و انتخاب بهترین روش، ضریب انتقال حرارت تماسی قبل و بعداز لایه نشانی نانوذرات آلومینیوم بر روی سطوح تماس محاسبه شده و تأثیر نانو گذاری بر افزایش ضریب انتقال حرارت تماسی محاسبه شده است. در فصل اول مقدمه ای در رابطه با ضریب هدایت حرارتی تماسی، اهمیّت و کلیات آن اشاره شده است. در فصل دوم تحقیقات انجام شده پیرامون انتقال حرارت تماسی از ابتدا تا حال آورده شده است. در فصل سوم، چهار روش مختلف انتقال حرارت معکوس شرح داده شده و ضریب انتقال حرارت تماسی برای حالت های مختلف محاسبه شده و مقایسه ای بین این روش ها انجام شده است. در فصل چهارم دستگاه هایی که با آنها آزمایش انجام شده توضیح داده شده اند. در فصل پنجم نتایج داده های آزمایشگاهی آورده شده اند. آزمایشات یکبار بدون لایه نشانی نانو ذرات آلومینیوم بر روی سطوح تماس انجام شده و بار دیگر همان آزمایشات بعد از لایه نشانی نانوذرات آلومینیوم برروی سطوح تماس انجام شده اند. مقدار ضریب انتقال حرارت تماسی برای هر دو حالت محاسبه و مقایسه شده اند. پس از بررسی آزمایشات، مشاهده می شود که ضریب انتقال حرارتی تماسی بعد از لایه نشانی نانوذرات بر روی سطوح تماس حدود 71/38? افزایش یافته و مقاومت حرارتی تماسی نیز حدود 38? کاهش یافته است.

تحقیق حاضر، جهت بررسی اثرات درون لوله ای های مختلف بر عملکرد حرارتی یک نمونه آبگرمکن دیواری گازی انجام شده است. درون لوله ای های بررسی شده به صورت کلی به درون لوله ای های فنری، کلاسیک و ستاره ای دسته بندی شده اند. مدلسازی و تحلیل در این تحقیق توسط نرم افزار ansys cfx 13.0انجام شده است. همچنین مدل توربولانسی k-?جهت مدل کردن رژیم جریان مغشوش کنار دیوار استفاده شده است. نتایج به دست آمده از این شبیه سازی جهت اعتبار سنجی با نتایج آزمایشگاهی باشرایط مشابه و روابط عدد ناسلت و ضریب اصطکاک مشهور مقایسه شد که نتیجه آن همخوانی مناسب بین این نتایج بود. درون لوله ای فنری در دو طول گام 17 و 12 میلی متر و سطح مقطع مربعی با طول ضلع 2 میلی متر بررسی شد که نتایج نشان داد در طول گام کمتر ، ضریب اصطکاک و عدد ناسلت افزایش بیشتری داشته است. درون لوله ای فنری با سطح مقطع لوزی به ضلع 2 میلی متر و زاویه حاده 60 درجه و مثلث متساوی الاضلاع با طول ضلع 3 میلی متر در طول گام 12 میلی متر نیز بررسی شدند که درون لوله ای فنری با سطح مقطع لوزی نسبت به دو درون لوله ای فنری دیگر نتایج بهتری داشت. درون لوله ای کلاسیک با دو طول گام 30 و 45 بررسی شد کهدرون لوله ای با طول گام 30 میلی متر نتایج بهتری داشت. همچنین درون لوله ایستاره ای با سه طول گام 5/4، 3 و 2 سانتی متر ونسبت سطح ستاره به سطح ورودی جریان 31/0 بررسی شد که درون لوله ایستاره-ایبا طول گام 2 سانتی متر نتایج بهتری نسبت به دیگر درون لوله ای هایستاره ای داشت. بنابراین در همین طول گام سطح ستاره ها افزایش داده شد و و اثر این افزایش سطح نیز بررسی شد. نتایج نشان داد که برای دو نسبت سطح ستاره به سطح ورودی جریان 5/0 و 58/0 هرچند ضریب عملکرد حرارتی با افزایش سطح ستاره ها افزایش یافت اما برای این دو نسبت سطح، نتایج بسیار نزدیک به هم بود. در پایان نتایج همه درون لوله ای ها با هم مقایسه شد که درون لوله ایستاره ای با نسبت سطح 5/0 بهترین عملکرد را با ضریب عملکرد حرارتی 173/1 به خود اختصاص داد.

مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت موثر بین دو یا چند سیال ساخته شده است که در آن دو سیال توسط یک دیواره از هم جدا شده اند. مبدلهای حرارتی در اغلب صنایع کاربرد دارد. تأثیر همزمان عواملی چون انتقال گرما، افت فشار، کارایی و جنبه های اقتصادی، طراحی مبدلهای حرارتی را تا اندازه ای پیچیده کرده است. یکی از عوامل موثر در کاهش راندمان مبدل حرارتی در طول دوره کارکرد مبدل حرارتی رسوب است. رسوب در واقع انباشته شدن مواد غیر مطلوب (ته نشست) روی سطح انتقال حرارت مبدل حرارتی است که باعث تغییر در بازده و عملکرد مبدل حرارتی می شود. ایجاد رسوب منجر به پایین آمدن بازده حرارتی و بالا رفتن افت فشار می شود. رسوب به صورت یک لایه بر روی یک طرف یا هر دو طرف سطح انتقال حرارت قرار می گیرد و در اثر مقاومت حرارتی که از خود نشان می دهد باعث کاهش انتقال حرارت عبوری از سطح می شود و در نتیجه راندمان مبدل حرارتی کاهش می یابد. محققان مطالعات زیادی در مورد عوامل شکل گیری رسوب، تأثیر رسوب بر روی عملکرد مبدل حرارتی، روشهای اندازه گیری رسوب و روش های مختلف جلوگیری یا کاهش تشکیل رسوب بر روی سطح انتقال حرارت انجام داده اند. در این میان اندازه گیری رسوب از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. چون با اندازه گیری دقیق رسوب و اطمینان از این که رسوب از حد مجاز خود فراتر است، عملیات رسوب زدایی و پاک سازی ضروری می شود. روشهای مختلفی برای اندازه گیری ضخامت رسوب وجود دارد که بیشتر این روشها نیاز به خارج کردن مبدل حرارتی از حالت کارکرد دارد یا دارای محدودیت ها و مشکلات دیگری هستند. این ضعفها و محدودیتها باعث نامناسب بودن و نا کارآمدی روش می شود. روشی مطلوب است که دارای چند ویژگی مهم باشد که از جمله آنها می توان به مواردی مانند: تخمین ضخامت رسوب در حالت کارکرد مبدل حرارتی، نیاز نداشتن به وسایل آزمایشگاهی پیچیده و گران قیمت، داشتن دقت مناسب و ... اشاره کرد. در این تحقیق بوسیله روش انتقال حرارت مسأله معکوس تخمین پروفیل رسوب با در نظر گرفتن این ویژگی ها انجام شده است. روش انتقال حرارت معکوس انتخابی در این پژوهش، روش گرادیان مزدوج با مسأله الحاقی می باشد. در روش گرادیان مزدوج به داده های تجربی بدست آمده توسط سنسورهای حرارتی که درون جسم مورد نظر قرار می گیرند، نیاز می باشد ولی پژوهش حاضر به دلیل فراهم نبودن شرایط آزمایشگاهی از داده های شبیه سازی شده استفاده شده است. تخمین برای 4 نوع مختلف پروفیل رسوب انجام شده است که نتایج بدست آمده نشان می دهد تطابق خوبی بین پروفیل رسوب دقیق و تخمین زده شده وجود دار

یکی از روش های مهم در پدیده کاهش درگ اصطکاکی در جریان های آشفته تزریق میکروفیبرها در سیال حامل است. پدیده کاهش درگ جریان آشفته به وسیله اضافه کردن پلیمر و فیبر نظر تعداد زیادی از پژوهشگران را در دهه های اخیر به خود جذب کرده است. ‎‎ در راستای شناخت مکانیزیم عملکرد این پدیده پژوهش های گوناگونانی از لحاظ تئوری و عملی صورت گرفته است. کاهش نیروی درگ در مقابل حرکت اجسام در جریان آشفته سبب دستیابی به سرعت های بالاتر و کاهش مصرف منابع انرژی برای حرکت جسم می شود. با توجه به کاربرد فزاینده ی این روش این نیاز احساس می شود که میزان کاهش درگ مربوط به آن را تخمین زد و سپس با استفاده از نتایج بدست آمده به انجام طراحی بهینه پرداخت. برای نیل به این هدف شبیه سازی عددی بهترین گزینه می باشد. از آنجایی که حل کامل معادلات مربوط به جریان سوسپانسیون فیبر در رژیم مغشوش دارای محدودیت هایی است، لذا مفروضاتی در نظر گرفته می شود. در ‏پایان نامه حاضر شبیه سازی کاهش درگ آشفته با افزودنی های میکروفیبر در عدد رینولدز برشی ‎180انجام شده است. برای این منظور حل معادلات ناویر-استوکس سه بعدی و وابسته به زمان برای جریان تراکم ناپذیر یک سیال غیرنیوتنی استفاده شده است و سپس فرضیات اساسی برای حل آنها ارائه شده است. تانسور تنش غیرنیوتنی تابع توزیع جهت گیری فیبرها می باشد و توسط معادله فوکر-پلانک توصیف می شود که این موجب بسته شدن معادلات ناویر-استوکس می شود. برای حل معادلات ناویر-استوکس غیر نیوتنی از روش های مختلفی می توان بهره گرفت. اما مدل بستگی جبری به علت کاهش چشمگیر هزینه و زمان محاسبات امکان شبیه سازی مستقیم عددی را در اعداد رینولدز بالا فراهم می کند. در این پژوهش مدل بستگی جدیدی پیشنهاد شده است که مشکلات روش های قبل را پوشش می دهد و دارای نتایجی دقیق است. در نهایت، کمیت های جریان آشفته ‏کاهش درگ یافته (جریان سوسپانسیون فیبری) از قبیل سرعت متوسط‏، ریشه های متوسط مربع بدون بعد، تنش های متوسط غیر نیوتنی و تانسور همبسگی بین سرعت و فشار نشان داده شده و در مورد آنها بحث شده است همچنین تغییرات ایزوترپی در تانسور تنش رینولدز را به کمک مثلث لاملی ارائه شده است.‎ دبی جریان مشاهده شده در سوسپانسیون فیبری نسبت به جریان نیوتنی 10 الی 11 درصد افزایش پیدا کرده است.