در این پایان نامه یک روش شبه طیفی برای معادله لین-امدن که بسیاری پدیده ها را در ریاضی فیزیک و اخترفیزیک مدلسازی می کند، ارایه می کنیم. برای حل معادله گاز ناپایدار که جریان ناپایدار یک گاز را مدلسازی می کند، استفاده می کنیم.

سیکلون ها در صنایع مختلفی از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، معادن، کارخانجات چینی، سیمان و غیره برای اهداف متفاوتی از جمله غبارگیری، تصفیه گازها، بازیافت پودر رنگ در رنگ پاشی الکترو استاتیک و جداسازی روغن و ذرات جامد شناور درمایعات بکار می روند. اما کاربرد آنها به عنوان تبادل گر های گرمایی چندان شناخته شده نبوده و در حقیقت یک کاربرد خاص از سیکلون بشمار می آید. از این رو سال ها ست که در دانشگاه ها و موسسات تحقیقاتی بزرگ، تحلیل جریان داخل سیکلون ها به روش-های مختلف آزمایشگاهی، مدل سازی، محاسباتی و حل تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پایان نامه، از دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) برای شبیه سازی سیکلون شماره پنج از سیستم پیش گرمکن خط دوم تولید کارخانه سیمان بجنورد استفاده گردیده است و پیشنهاداتی برای بهبود راندمان حرارتی آن با تغییر پارامترهای موثر ارائه شده است. برای ایجاد هندسه، شبکه بندی،حل معادلات حاکم بر جریان با روش حجم محدود و تحلیل نتایج، از نرم افزار ansys fluent14.5 استفاده گردیده است. در این راستا، تاثیر پارامترهایی همچون دمای گاز ورودی، سرعت گاز ورودی و غلظت cao ورودی به سیکلون بر روی انتقال حرارت بین دو فاز گاز-جامد مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده مشاهده گردید با افزایش دمای گاز ورودی از 1167 تا مقدار بهینه k1270 ضریب انتقال حرارت جابه جایی از مقدار01236/0 به "kw" /("m" ^"2" ".k" ) 0155/0 و همچنین میزان راندمان حرارتی از طریق سازوکار جابه جایی از حدود 77 درصد به حدود 82 درصد ارتقاء یافت. با افزایش سرعت گاز ورودی از 6/7 متر بر ثانیه تا به سرعت بهینه 6/10 متر بر ثانیه ضریب انتقال حرارت جابه جایی از مقدار01236/0 به "kw" /("m" ^"2" ".k" ) 01425/0 و راندمان حرارتی به طریق جابه-جایی از مقدار 77 درصد به مقدار 80 درصد افزایش پیدا کرد. همچنین افزایش غلظت cao ورودی از 0001/0 تا مقدار بهینه 0003/0 مول بر متر مکعب گاز ورودی باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی از مقدار01236/0 به "kw" /("m" ^"2" ".k" ) 0132/0 و بهبود راندمان حرارتی به میزان یک و نیم درصد یعنی از مقدار حدود 77 درصد به حدود 5/78 درصد گردید. بنابراین با افزایش هر یک از پارامترهای مورد بررسی تا مقدار بهینه بیان شده (البته به صورت مستقل)، میزان انتقال حرارت بین دو فاز درون سیکلون افزایش می یابد که منجر به افزایش میزان کلسیناسیون درون آن می شود. در نتیجه به طول کمتری از منطقه کلسیناسیون در مرحله بعدی (کوره پخت سیمان) نیاز می باشد که به تبع آن باعث کاهش طول کوره و هزینه ساخت آن می شود.

ذخیره انرژی بوسیله بازیافت گرمای هدر رفته نه تنها به دلایل اقتصادی بسیار مهم و با ارزش بوده بلکه باعث کاهش عمده مصرف انرژی نیز خواهد شد که این عامل خود نقش بسزایی در کاهش تولید گاز ‏‎co2‎‏ خواهد داشت. افزایش هزینه انرژی و مسئله ذخیره برای نسل آینده دو عامل بسیار مهم هستند که باید در طراحی مبادله کن های جدید و پیشرفته مورد توجه قرار گیرند.در این تحقیق بازیافت گرمای تلف شده ، انواع سیستم های بازیافت گرمای هدر رفته مانند بازیاب ها و گرما پس ده ها ، امکان سنجی استفاده از مبادله کن لوله گرمایی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. همچنین یک روش تئوی جهت طراحی ، عملکرد و یک نمونه کاربرد از مبادله کن ترموسیفونی جهت بازیافت گرمای هدر رفته از گازهای داغ حروجی در واحد های صنعتی شرح داده می شود. مبادله کن های گرمایی که به صورت دو فازی و از چند ترموسیفون تشکیل شده اند به عنوان یکی از شیوه های کار آمد برای بازیافت گرمای هدر رفته با ویژگیهای بی نظیر می توانند به عنوان پیش گرمکن های هوای احتراق در دیگهای بخار و کوره ها عمل نمایند.بدین منظور یک نمونه مبادله کن تموسیفونی برای یک دیگ بخار 7 تنی در شرکت داروسازی ثامن مشهد طراحی شده است. با استفاده از این مبادله کن ترموسیفونی مقدار ‏‎106725 m3‎‏ گاز طبیعی ذخیره و از تولید ‏‎209050‎‏ کیلوگرم گاز ‏‎co2‎‏ در مدت یکسال جلوگیری به عمل خواهد آمد. میانگین شدت بازیافت گرما حدود ‏‎60 kw‎‏ و زمان بازگشت سرمایه کمتر از دو سال می باشد. در این پایان نامه عملکرد گرمای مبادله کم بوسیله دو روش ‏‎lmtd , e-ntu‎‏ جهت بدست آوردن خواص انتقال حرارت مورد ارزیابی قرار می گیرد.