مدل های آزمایشگاهی زیادی که با هدف بهینه کردن طراحی کوره (افزایش عملکرد و کاهش دوده و اکسید ازت) مورد مطالعه قرار گرفته است، اثر پارامترهای مختلفی را به طور جداگانه و نه بطور همزمان تحقیق نموده اند. دما و آلاینده های کوره وابستگی زیادی به پارامترهایی از قبیل پیش گرم کردن هوای ورودی، عدد چرخش هوا، نسبت هم ارزی، قطر قطرات پاشش شده دارد. از آنجا که این پارامترها اثرات متفاوت و گاهی در جهت عکس هم بر فرآیند احتراق و آلایندهها ناشی از آن دارند لازم به نظر می رسد تا اثرات این پارامترها به صورت جامع و همزمان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و بهینه شوند. هنگامیکه در یک مسئله بهینه سازی دو یا چند عامل به طور همزمان بهینه می شوند (مانند دما و دوده و اکسید نیتروژن)، هر یک از این عوامل به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده و نیاز به استفاده از روشهای بهینه سازی چند هدفه است. در این رساله، تولید آلاینده های دوده و اکسیدهای نیتروژن با استفاده از الگوریتم ژنتیک nsga-? با توجه به دماهای مختلف کوره بهینه سازی شده است. بررسی پارامترهای موثر بر احتراق نشان می دهد که با افزایش دوده، بعلت افزایش نرخ تابش و استفاده از گرمای داخل محفظه برای شکستن هیدروکربن ها و تشکیل دوده، مقدار دما و nox کاهش می یابد. مقدار محاسبات انجام شده بوسیله الگوریتم ژنتیک nsga-?، بگونه ای است که نیاز است 2000 بار کد sprint در آن اجرا شده است (جمعیت اولیه:50 و تولید نسل:40). نشان می دهند که در محدوده دمایی 1750 تا 1950 درجه کلوین برای گازهای خروجی مقدار دوده نسبتا زیاد و مقدار nox پایین است اما در دماهای بالای 2000 درجه کلوین دوده شروع به سوختن کرده و مقدار آلاینده nox افزایش چشمگیری پیدا می کند. از نتایج مهم بدست آمده آنکه برای کنترل آلاینده ها شرایط بهینه دمایی برای گازهای خروجی احتراق سوخت مایع، بین دماهای 1890 تا 1990 درجه کلوین می باشند.

مطالعه و تحقیق آزمایشگاهی و مدل سازی عددی فرآیند احتراق جهت ایجاد شرایط بهینه، محققین بسیاری را به بررسی اثرات پارامترهای گوناگون حاکم و تغییر شرایط احتراق واداشته است. این پایان نامه به مطالعه آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی تشکیل آلاینده های no و coدر احتراق سوخت مایع (گازوئیل) و همچنین اثر تزریق دوده بر رفتار احتراق گاز طبیعی می پردازد. اندازه گیری غلظت آلاینده ها توسط دستگاه گاز آنالیزر testo 350 xlو شبیه سازی عددی توسط نرم افزار fluent انجام شده است. در این راستا شرایط مختلف از جمله اثر درصد هوای اضافی ورودی، اثر زاویه پاشش سوخت توسط نازل و زاویه چرخش هوای ورودی و تاثیر آن بر دما و نرخ تشکیل آلاینده های فوق و دیگر محصولات احتراق مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از سوخت گاز طبیعی به عنوان سوختی پاک و قابل دسترس رو به گسترش است. اما استفاده از سوخت گاز طبیعی به جای سوخت مایع، باعث کاهش قابل توجه راندمان انتقال حرارت شده است. به همین جهت پژوهش گران در حال مطالعه بر روی روش های مختلف افزایش تابش در شعله سوخت گاز طبیعی می باشند. در همین راستا در این پایان نامه با بررسی احتراق سوخت های مایع و سوخت گاز طبیعی، تزریق دوده به سوخت گاز طبیعی به عنوان راهکاری برای افزایش انتقال حرارت تابشی آن پیشنهاد و مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد که تزریق دوده به سوخت گاز طبیعی سبب افزایش انتقال حرارت تابشی، کاهش دمای ماکزیمم و نیز کاهش قابل توجه آلاینده no حرارتی می شود.

کاربرد وسیع جریان های احتراقی آشفته در صنعت، سبب شده تا شبیه سازی شعله های آشفته همواره مورد توجه محققین باشد. مدل اتلاف گردابه ای (مگنسن) بر مبنای آشفتگی جریان و میزان اختلاط سوخت و هوا بوده و اثر دما و جنبشهای شیمیایی در آن لحاظ نگردیده است. به همین دلیل این مدل، برای پیش بینی گونه های واسطه در واکنش های چند مرحله ای مناسب نمی باشد. شبیه سازی احتراق آشفته نیاز به مدل سازی جامعتری دارد. از طرفی مدل آرنیوس، برای شعله های آرام به کار رفته و با وجود اینکه مکانیزم واکنش های چند مرحله ای بر اساس نرخ آرنیوس میباشد توانایی لازم را برای شبیه سازی شعله های آشفته نداشته و نیاز به اصلاح دارد. زیرا نوسانات ناشی از آشفتگی جریان بر نرخ واکنش بسیار موثر است. کوره های تونلی نقش قابل توجهی در آلودگی محیط زیست دارند. به همین دلیل مدل سازی عددی این کوره ها جهت داشتن حداکثر بازده و حداقل آلاینده ها، از اهمیت خاصی برخوردار است. در این رساله و در کد sprint، برای احتراق دو مرحله ای سوخت گازوئیل، اصلاح مدل آرنیوس با استفاده از یک تابع زمانی سینوسی برای محاسبه اثر نوسانات دما و غلظت واکنش دهنده ها بر نرخ واکنش در یک کوره تونلی انجام شده است و از مدل آرنیوس اصلاحی برای پیش بینی توزیع دما، گونه ها و اثر طول کوره بر آلاینده های خروجی استفاده گردیده است. نتایج نشان می دهد مدل آرنیوس اصلاحی در شبیه سازی شعله های آشفته رفتاری مشابه مدل اتلاف گردابه ای داشته و تطابق خوبی را با نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد. همچنین در پیش بینی کسر جرمی منوکسید کربن از مدل اتلاف گردابه ای عملکرد بهتری دارد. در بررسی اثر طول کوره بر انتشار آلاینده ها نیز مشاهده میشود با افزایش طول کوره تا 7 برابر قطر آن، در خروجی کوره، مقدار no و co2 افزایش یافته و دوده وco کاهش مییابد و افزایش بیشتر طول کوره، تاثیری بر انتشار آلایندهها ندارد.

سیکلون های جداساز یکی از متداول ترین دستگاه ها برای جداسازی فاز گسسته از جریان گاز، با استفاده از نیروهای سانتریفوژ می باشند. بطور کلی جریان گاز همراه با ذرات گرد و غبار از دهانه مماسی در بالای سیکلون وارد محفظه می شوند. نیروهای سانتریفوژ سبب جدایش ذرات از جریان گاز شده و آنها را به سمت دیواره استوانه ای و سپس به سمت دهانه خروجی غبار در پایین دیواره مخروطی هدایت می کند. نهایتا جریان گاز تمیز شده، از لوله خروجی گاز در بالای سیکلون، خارج می شود. به واسطه مزایای سیکلون های جداساز که شامل هزینه های پایین ساخت، نصب و تعمیر ونگهداری می باشد، از آنها بطور گسترده ای در صنایع مختلف استفاده می شود. برای شبیه سازی میدان جریان همدما در سیکلون جداساز، از یک روش حجم کنترل استفاده شده که معادلات بقای جرم و اندازه حرکت را به روش تکرار و در دستگاه استوانه ای حل می کند. برای در نظر گرفتن اثرات آشفتگی، مدل آشفتگی asm بکار گرفته شد که میدان حاصل تطابق خوبی با مقادیر آزمایشگاهی دارد. از یک رهیافت لاگرانژی با کوپل یک طرفه، برای بدست آوردن مسیر حرکت فاز گسسته در سیکلون، استفاده شد. به منظور محاسبه نوسانات جریان و اثر آنها بر فاز گسسته، از مولدهای نوسان هاستینگز و مانتی-پیتون استفاده شد. نتیجه محاسبات نشان می دهد که نوسانات، بازدهی سیکلون را کاهش و زمان ماند ذرات را افزایش می دهند. در کار پژوهشی حاضر، از دو رهیافت جهت بهبود بادهی استفاده می شود؛ این دو رهیافت شامل مرطوب کردن دیواره و پاشش قطرات آب به داخل محفظه سیکلون می شوند. نتیجه محاسبات نشان می دهد که دیواره مرطوب زمان ماند ذرات را بطور چشمگیری کاهش می دهد، اما اثر مهمی بر بازدهی ندارد. در رهیافت پاشش قطرات آب، مکانیسم برخورد به عنوان مهمترین روش جمع آوری ذرات در نظر گرفته شده و بازدهی برخورد با استفاده از عدد استوکس محاسبه می شود. قطره ها از دو نقطه مختلف تزریق شده و اثر اندازه قطره، سرعت و زاویه پاشش بر مسیر قطره بررسی شد. محاسبات نشان می دهند که مسیر قطره تا حد زیادی به انداره آن وابسته است. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهند که پاشش قطره می تواند تا حد زیادی بازدهی جمع آوری ذرات زیر 5 میکرون را بهبود بخشد.

پیش بینی زمان پخت که نقش مهمی در کیفیت خواص مکانیکی قطعات لاستیکی دارد، همواره از مسائل بسیار مهم در صنعت لاستیک به شمار می آید. در این پژوهش با انجام آزمایشهای رئومتری، استحکام سنجی، ویسکومتری و گرماسنجی پارامترهای مورد نیاز برای شبیه سازی رایانه ای فرآیند ولکانش (پخت) بدست آمده اند و با استفاده از آن، زمان پخت قطعه لاستیکی ساخته شده به روش قالب گیری تزریقی، محاسبه گردیده است. به منظور یافتن خواص سینیتیکی پخت آمیزه لاستیک از برازش غیر خطی داده های رئومتری mdr 2000 استفاده شده است . معادلات سینیتیک پخت در یک برنامه کمکی در قالب udf و به زبان c نوشته شده و به کمک نرم افزار فلوئنت، فرآیند پخت در یک قطعه سه بعدی پیچیده، شبیه سازی رایانه ای گردیده است. به دلیل رفتار غیر نیوتنی سیالات پلیمری، از مدل ویسکوزیته غیر نیوتنی و توانی برای محاسبه تنش برشی استفاده شده است که ضرایب آن نیز با برازش غیر خطی از داده های آزمایش ویسکومتری توسط دستگاه rpa محاسبه گردیده است. پس از محاسبه خواص فیزیکی و سینیتیک پخت آمیزه و تصحیح مدل سینیتیک پخت سازگار با تغییرات دمای قطعه، فرآیند پخت در روش قالب گیری تزریقی برای یک قطعه لاستیکی کاربردی (ضربه گیر خودروی سمند) با هندسه پیچیده و ضخامت غیر یکنواخت، با حل عددی معادلات بقا جرم، مومنتوم، انرژی و سینیتیک پخت شبیه سازی شده است. زمان پر شدن قالب حاصل از حل عددی تطابق خوبی با نتیجه آزمایشگاهی نشان می دهد. همچنین مقایسه بین زمان پخت حاصل از نتایج عددی با زمان پخت حاصل از داده های آزمایش استحکام سنجی، نشان داد که مدل سینیتیک پخت تصحیح یافته از دقت زیادی در پیشگویی زمان پخت لاستیک برخوردار است.

پدیده تبخیر آب در هوا از دیدگاه انتقال حرارت و انتقال جرم از اهمیت فراوانی برخوردار است و در محدوده وسیعی از فرآیندهای صنعتی و طبیعی اتفاق می افتد. اغلب روابط ریاضی حاکم بر نرخ تبخیر، با استفاده از روش های آزمایشگاهی و تجربی به دست آمده است. در این مطالعه با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی در دامنه گسترده ای از دمای آب و سرعت هوا برای ، تاثیر عوامل گوناگون نظیر: اختلاف فشار بخار، سرعت جریان هوا، زبری سطح، پارامترهای بدون بعد، پارامترهای سطح مواج بر نرخ تبخیر در رژیم های همرفت اجباری، ترکیب طبیعی و اجباری و همرفت طبیعی بررسی شده است. تحقیقات نشان می دهد که در رژیم همرفت اجباری با افزایش اختلاف فشار بخار، آهنگ افزایش تبخیر کاهش یافته و در رژیم همرفت ترکیبی افزایش می-یابد. در رژیم همرفت طبیعی علاوه بر اختلاف فشار بخار، اختلاف چگالی نیز بر نرخ تبخیر موثر است. نتایج نشان می دهد در رژیم همرفت ترکیبی و اجباری هیچ کدام از تئوری های شبیه سازی و روابط پایه دالتون، بدون اصلاح قادر به پیش بینی تغییرات غیر خطی نرخ تبخیر و اختلاف فشار بخار نیستند و در رژیم همرفت طبیعی تنها روابط بر پایه تئوری شبیه سازی می توانند نرخ دقیقی از تبخیر ارائه دهند. در این پژوهش با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، مدل هایی کارآمد و دقیق برای کاربرد های مهندسی پیشنهاد شده است. نتایج اندازه گیری شده نرخ تبخیر برای سطوح مواج نشان می دهد افزایش القای آشفتگی در فاز بخار به مراتب اثر بیشتری از مساحت، بر نرخ تبخیر دارد. در رژیم همرفت طبیعی، با افزایش نسبت ارتفاع به دوره تناوب موج، نرخ تبخیر افزایش می یابد، در حالی که در رژیم های همرفت ترکیبی و اجباری، افزایش نسبت ارتفاع به دوره تناوب موج در بازه ، می تواند موجب کاهش نرخ تبخیر شود.

در این پژوهش جریان مغشوش احتراقی در دیفیوزر و مجرایهمگرا- واگراو خارج از آن ها و همچنین مدل سازی آلاینده های و دوده به روش عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. انقباض و انبساط شبکه محاسباتی و تطبیق آن بر میدان جریان و همچنین توزیع مناسب گره در داخل ناحیه حل با استفاده از دستگاه مختصات ون میزز،که یکی از مولفه های مختصاتی آن خطوط جریان می باشند، با یک تابع گسترش مرز انجام شده است. در این دستگاه، معادلات بقای جرم، اندازه حرکت، انرژی و گونه های شیمیایی به شکل عمومی نوشته می شود. ماهیت معادلات دیفرانسیل حاکم از نوع پارابولیک می باشد. همچنین جریانی که در این تحقیق در نظر گرفته شده، یک جریان غیر قابل تراکم با سیال قابل تراکم می باشد. از این رو معادلات حاکم با استفاده از روش گام به گام مکانی حل می شوند. معادلات گسسته جبری با استفاده از انتگرالگیری معادلات دیفرانسیل روی المان های حجم به دست می آیند. این معادلات که مقدار متغیر را در هر گره به مقادیر متغیر درگره های بالادست و مجاور (بجز پایین دست) ارتباط می دهند، با استفاده از الگوریتم ماتریس سه قطری (tdma) حل می شوند. رفتار جریان در مجاورت دیوار با استفاده از روش توابع دیوار محاسبه می شود. مدل اغتشاشی که در نظر گرفته شده مدل طول اختلاط پرانتل است. مدل سازی فرایند احتراق یعنی محاسبه نرخ مصرف سوخت و آزاد شدن انرژی ناشی از آن با استفاده از مدل آرنیوس و مدل شکست گردابه انجام می شود. مکانیسم حرارتی(زلدوویچ) جهت مدل سازی تشکیل استفاده شده است.دما و غلظت بالای اکسیژن از عوامل مهم دراین مکانیزم هستند و تقریباً دراکثر فرایندهای احتراقی مطرح می باشد. برای یافتن شدت تولید در طی تحول احتراق ،معادله بقاء کسر جرمی را حل می نماییموبا یافتن شدت واکنش ها به سمت جلو و در جهت عکس در مکانیزم زلدوویچ، جمله منبع ایجاد شده و نهایتاً کسر جرمی را پیدا می کنیم. به منظور مدل سازی فرایندهای تشکیل و احتراق دوده به ترتیب مدل های خان-گریوز و مگنسن- هرتاگر به کار گرفته شده است. نتایج به دست آمده اثر مهم زاویه واگرایی حدی را بر ضریب بازیافت فشار نشان می دهد. به دلیل وابستگی شدید آلاینده به دمای ماکزیمم شعله، با افزایش دمای ماکزیمم، میزان آلاینده نیز افزایش می یابد. همچنین با افزایش دما میزان تشکیل دوده افزایش می یابد از طرفی دمای بالای محفظه احتراق سبب احتراق دوده و کاهش آن در خروجی می گردد

در بیشتر سیستمهای احتراق صنعتی، احتراق از نوع آشفته پخشی (دیفیوژن) بوده و شدت آشفتگی اثر قابل توجهی بر میزان اختلاط سوخت و هوا، پیشرفت جبهه شعله و غلظت محصولات احتراق دارد. از مشخصه های مهم شعله های پخشی سوخت مایع، درخشندگی شعله و بالا بودن سهم انتقال حرارت تابشی می باشد. از طرفی با جایگزینی سوخت های گازی به جای سوخت های مایع مساله کاهش درخشندگی شعله و انتقال حرارت تابشی در کوره ها مطرح شده که تولید کنندگان صنعتی را دچار مشکلات زیادی نموده است. یکی از عوامل موثر بر درخشندگی و تابش شعله، تشکیل و احتراق ذرات جامد دوده می-باشد که بیشتر در مناطق پر سوخت و دما بالای محفظه های احتـــراق تولید می گردد. با توجه به اثر مطلوب حضور ذرات دوده در داخل شعله در بالا بردن انتقال حرارت تابشی و از طرفی اثر نامطلوب آلاینده گی آنها، محققین بدنبال روش هایی می باشند که ضمن افزایش ذرات جامد دوده در داخل شعله، با احتراق کامل آنها از انتشار آن به محیط زیست جلوگیری نمایند. از جمله این روش ها می توان به پیش گرمایش هوا، استفاده از میدان الکتریکی و تزریق ذرات جامد زغال سـنگ اشاره نمود. به همین جهت در این پژوهــش اثـر پیش گرمایش سوخت گاز ورودی تا دماهای بالا در کوره یک بویلر 120 کیلوواتی به روش آزمایشگاهی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته و اثر آن بر نرخ تابش، توزیع دما و میزان انتشار آلاینده nox بررسی شده است. برای بررسی تغییرات درخشندگی و تابش شعله، از یک دستگاه پیرانومتر با سنسور فتوولتائیک با ولتاژ خروجی صفر تا 3v dc و محدوده اندازه گیری شار تابشی صفر تا w/m21000 استفاده شده است. همچنین دما و غلظت گازهای خروجی از کوره با استفاده از دستگاه آنالیزور گاز testo 350 xl اندازه گیری شده است. مدل مشهور احتراق آرنیوس که پارامترهای مهمی از جمله انرژی فعالسازی، دما و فرکانس برخورد بین مولکولها را در محاسبه سرعت پیشرفت واکنش ها در نظر می گیرد تاکنون برای جریان های احتراقی آرام استفاده شده که در این پژوهش سعی شده است با وارد نمودن اثر پارامترهای آشفتگی، این مدل برای جریان های آشفته نیز توسعه یابد. شبیه سازی تشکیل آلاینده دوده با استفاده از مدل دو مرحله ای تسنر و نیز مدل ماس و بروکس که محاسبه دوده را بر اساس غلظت استیلن محاسبه می نماید، انجام شده است. همچنین با توجه به وسعت استفاده از مدل تسنر در محاسبات دوده در جریانهای آرام و آشفته، اثر آشفتگی جریان بر نرخ هسته زایی و تشکیل دوده در این مدل وارد شده و این مدل برای جریانهای آشفته اصلاح گردیده است. از آنجا که یکی از کاربردهای مهم مدل های تشکیل دوده مدلسازی فرآیند تولید دوده صنعتی است و از طرفی تولید دوده صنعتی از روغنها و گازهای زائد پالایشگاهها که حاوی ترکیبات گوگردی زیادی می باشند، از اهمیت صنعتی زیادی برخوردار است، در این پژوهش نقش ترکیبات گوگردی در تولید دوده صنعتی نیز مورد مطالعه عددی قرار گرفته است.

ایران، علی رغم بارش نزولات آسمانی با تبخیر حدود هفتاد و پنج درصدی منابع آبی جزو مناطق خشک جهان به شمار می رود، لذا تحلیل و دست یابی به روش های کاهنده ی تبخیر آب در این منطقه از اهمیت بالایی برخوردار است. در تحقیق حاضر اثر فشار مثبت و منفی محفظه در دماهای مختلف آب و سرعت های متفاوت هوا بر نرخ تبخیر، بررسی شده است. هم چنین اثر مواد افزوده شده به آب، اعم از غلظت های مختلف نمک و نانوذرات به کمک اندازه گیری آزمایشگاهی تحلیل گردیده است. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از تبخیر آب خالص به کمک نتایج حاصل از روش های بقای انرژی، پنمن و دالتون اعتبارسنجی گردیده اند. هم-چنین روابط تجربی محاسبه نرخ تبخیر محلول آب نمک و نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده اند. اثر پوشش-های مختلف سطح آزاد بر کاهش نرخ تبخیر نیز تحقیق گردیده است. نتایج نشان داده اند آشفتگی در فشار مثبت محفظه، نرخ تبخیر را بیشتر از فشار منفی در سرعت هوای یکسان، افزایش می دهد. هم چنین نتایج،کاهش نرخ تبخیر را بر اثر افزایش غلظت نمک در آب، به علت کاهش فشار بخار تعادلی مایع، نشان داده است. آزمایشات نشان داده اند، افزایش سرعت ابتدا سبب افزایش نرخ تبخیر و پس از آن با گذر از سرعت بحرانی، منجر به کاهش نرخ تبخیر شده است. نتایج آزمایشات حاکی از اثر غلظت نمک در محلول، بر سرعت بحرانی بوده به طوری که با افزایش غلظت نمک، سرعت بحرانی نیز افزایش یافته است. با توجه به داده های آزمایشگاهی، روابط تعیین میزان نرخ تبخیر در غلظت-های مختلف محلول نمک در جریان هوای آزاد، تصحیح و رابطه چندجمله ای از مرتبه دو استخراج گردیده است. نتایج آزمایشات بیانگر تاثیر و عملکرد متفاوت نانوسیال ها بر افزایش و یا کاهش نرخ تبخیر بوده است. هم چنین نتایج، کاهش نرخ تبخیر آب را در اثر افزایش غلظت نانوسیال ها نشان داده اند. نانو ذرات در مقایسه با نمک در کاهش نرخ تبخیر به غلظت های بسیار کمتری نیاز دارند. کاهش پنجاه درصدی نرخ تبخیر در اثر استفاده از پوشش پلی استایرنی در سطح آب از دیگر نتایج این پژوهش بوده است.

در طبیعت و کاربردهای صنعتی شرایط مختلفی برای تبخیر از سطح آزاد آب وجود دارد که دانستن و کنترل مقدار آب تبخیر شده در هر یک از این کاربردها بسیار مفید است. اگرچه پژوهش گران مختلفی تبخیر از سطح آزاد آب را مورد مطالعه و تجزیه و تحلیل قرار داده اند، اما در تحقیقات گذشته اثر دمای هوا بر نرخ تبخیر بررسی نشده است. حال آنکه می دانیم تبخیر در هوای گرم تر از آب و در هوای سردتر از آب آهنگ متفاوتی دارد. در تحقیق حاضر به صورت آزمایشگاهی اثر دمای هوا (در بازه c 45-20(، دمای آب (در بازه c 40-25) و سرعت هوا (در بازه m/s 5/2-2/0) بر آهنگ تبخیر از سطح آزاد آب بررسی شده است. این آزمایشات در یک کانال به طول 10 متر با مساحت سطح آب 5 متر مربع انجام شده است. مقدار آب تبخیر شده با استفاده از یک ترازوی دیجیتالی با دقت gr 1/0 اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد به طور کلی افزایش دمای هوا موجب کاهش نرخ تبخیر از سطح آزاد آب می شود؛ زیرا با افزایش دمای هوا اختلاف فشار بخار بین هوا در سطح آب و هوای محیط کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد که افزایش دمای آب و سرعت هوا، آهنگ تبخیر را افزایش می دهد. در این تحقیق مشاهده می شود که رابطه نرخ تبخیر با اختلاف فشار بخار خطی نیست، بلکه توان اختلاف فشار بخار با افزایش سرعت هوا، از مقداری بزرگتر از یک به مقداری کوچکتر از یک تغییر می کند. لذا بر اساس نتایج آزمایشگاهی، رابطه جدیدی برای محاسبه نرخ تبخیر آب ارائه شده است. همچنین بر پایه تئوری تشابه بین انتقال جرم و انتقال حرارت، تاثیر دمای هوا بر آهنگ تبخیر و نیروهای به وجود آورنده آن نشان داده شده است. با بررسی تغییرات اعداد شروود، رینولدز و گراشف با تغییر شرایط آزمایش، رابطه های مناسب برای محاسبه عدد شروود در رژیم های مختلف جابجایی و برای هر دو حالت آب داغ و هوای داغ ارائه شده است.

در این پژوهش به بررسی عددی اثر افزودن نانوذرات آلومینیم بر تبخیر و پارامترهای احتراقی سوخت های مایع اتانول و دکان در جریان داخل محفظه احتراق پرداخته شده است. از پاشش سوخت مایع به داخل جریان هوا جریان دوفازی حاصل می شود که رفتار فازهای گاز و مایع به طور جداگانه مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات بیضوی فاز گاز با استفاده از روش حجم های معیار به شکل جبری نوشته شده و با روش خط به خط و بهره گیری از الگوریتم سیمپل حل شده است. برای حل معادلات حرکت حاکم بر قطره از روش انتگرال گیری مرحله ای اویلر در فواصل زمانی کوتاه استفاده شده است. در معادله بقای جرم قطره از رابطه تجربی نیکوس و دین استفاده شده که پارامتر cb موجود در آن همان ثابت نرخ تبخیر در رابطه معروف قانون دی-تو می باشد. اثر افزودن نانوذرات بر معادلات فاز مایع، از طریق اصلاح خواص ترموفیزیکی موجود در معادلات مربوطه اعمال شده است. روش انتگرال گیری مستقیم اویلر برای حل معادلات بقای جرم و انرژی فاز مایع مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزودن نانوذره آلومینیوم به سوخت های اتانول و دکان سبب کاهش آهنگ تبخیر، کاهش دمای شعله و نیز کاهش انتشار آلاینده های co و nox در سیستم می گردد. لذا با توجه به اهمیت کنترل انتشار آلاینده ها در سیستم های احتراقی، نقش مطلوب این نانوذره در بهبود خواص احتراقی سوخت های مورد مطالعه نتیجه می شود.

با توجه به کاربرد فراوان کوره های تونلی در صنعت و نقش قابل توجه آن ها در آلودگی محیط زیست مدل سازی عددی این کوره ها جهت داشتن حداکثر بازده و حداقل آلاینده ها، از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پروژه رفتار احتراقی و تولید آلاینده های nox و دوده ناشی از کاربرد سوخت های مایع (گازوئیل) و جامد (ذغال سنگ) در کوره های تونلی مقایسه و مورد بررسی قرار گرفته است‎. میزان تولید آلایندهnox بر مبنای مکانیزم حرارتی زلدوویچ و میزان تولید دوده بر مبنای مدل یک مرحله ای خان- گریوس محاسبه گردیده است‎. در این کد، حل عددی میدان جریان به روش حجم محدود و با کمک الگوریتم سیمپل انجام می گیرد. مدل تنش جبری rodi برای آشفتگی جریان انتخاب شده است. برای اطمینان از حل میدان جریان جواب های مساله، با نتایج قابل دسترس مقایسه شده و توافق مطلوبی را نشان می دهند. فاز گسسته جریان (قطرات مایع و ذرات جامد) به روش لاگرانژی مدل شده است. دما و آلاینده های کوره وابستگی زیادی به پارامترهایی از قبیل عدد چرخش هوای ورودی و قطر قطرات پاشش شده دارد. در همین راستا در این پایاننامه اثرات پارامترهای فوق نیز مورد بررسی و بحث واقع شده است‎. نتایج نشان می دهند سوخت مایع به دلیل ارزش حرارتی بالاتر دارای دمای ماکزیمم بیش تری نسبت به سوخت جامد می باشد و منطقه ماکزیمم دمای سوخت جامد با تاخیر نسبت به سوخت مایع در کوره اتفاق می افتد. غلظت nox برای سوخت مایع نسبت به سوخت جامد بیش تر می باشد. تولید دوده نیز به دلیل حجم کربن بالای موجود در سوخت جامد به مراتب بیش تر از سوخت مایع می باشد. در هر دو نوع سوخت با افزایش عدد چرخش راندمان احتراق بالا رفته و ماکزیمم دما به دلیل افزایش میزان گردابه ها و در نتیجه اختلاط بهتر سوخت و هوا، افزایش می یابد و بالطبع آن ماکزیمم کسر جرمی nox تولید شده نیز زیاد می شود؛ اما میزان تولید دوده با افزایش عدد چرخش در سوخت مایع افزایش و در سوخت جامد کاهش یافته است. در هر دو نوع سوخت با افزایش قطر ذرات سوخت، ماکزیمم دما و مقدار nox حرارتی کاهش یافته است. اما تولید دوده، در هر دو نوع سوخت، با افزایش قطر ذرات سوخت به دلیل تجزیه کمتر، کاهش یافته و انتشار آن نیز به دلیل اکسیداسیون کمتر افزایش یافته است.

در پژوهش حاضر، مخلوط غیرپیش آمیخته پروپان- هوا در محفظه های احتراق پالسی در حالت کم سوخت به همراه آلاینده های nox و دوده تولیدی حاصل از این فرآیند، از طریق مدلسازی عددی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه، معادلات بقای جرم، اندازه حرکت، انرژی و گونه های شیمیایی به شکل بی بعد نوشته شده است و با استفاده از روش رانگ کوتای مرتبه چهارم حل گردیده است. بمنظور مدلسازی nox تولیدی حاصل از فرآیند احتراق، مکانیسم حرارتی زلدوویچ و مکانیزم فوری فنیمور استفاده شده است و برای مدل سازی فرایندهای تشکیل دوده، دو مدل خان-گریوز و ادلمان- فارمر به کار گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که عملکرد پالسی احتراق، باعث کاهش قابل توجهی در مقادیر تشکیل آلاینده های فوق می شود. در نهایت با تغییر پارامترهای تاثیر گذار فیزیکی، شیمیایی بر عملکرد فرآیند احتراق و تولید آلاینده-های دوده وnox مشخص گردید که با کاهش پارامترهای دمای دیواره محفظه ، دبی ورودی سوخت و هوا ،نسبت هم ارزی، کسر جرمی سوخت ورودی و دمای هوای ورودی، میزان تشکیل آلاینده های فوق کاهش پیدا می کند و همچنین نتایج نشان می دهدکه افزایش پارامترهایی نظیر طول لوله خروجی و ضریب انتقال حرارت جابجایی در دیواره، منجر به تولید کمتر آلاینده های فوق می گردد. در آخر تاثیرنوع سوخت بر nox و دوده مورد بررسی واقع شده است.

در مبدل های حرارتی افزایش ضریب انتقال حرارت باعث کاهش حجم و هزینه های مبدل می شود. یکی از راه های افزایش ضریب انتقال حرارت، تحریک جریان است، بدین صورت که با استفاده از موانعی جریان را دچار آشفتگی و چرخش کرده که باعث ایجاد تغییر در پروفیل سرعت و افزایش ضریب انتقال حرارت می شود. برای انجام آزمایش، یک مبدل دولوله طراحی و ساخته شد که در سمت پوسته آب به عنوان سیال گرم و در سمت لوله هوا به عنوان سیال سرد قرار دارد. در سمت لوله موانع مختلفی جاگذاری شده و اثر آن بر میزان انتقال حرارت و افت فشار در محدوده ی عدد رینولدز 5000 تا 25000 بررسی شد. موانع آزمایش شده شامل دیسک، حلقه ی داخلی، رینگ تخت، مخروط، رینگ حلقوی و مارپیچ میباشد. برای تحلیل و تفسیر نتایج آزمایشگاهی از شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار فلوئنت استفاده شد. نتایج نشان می دهد که هرچه گردابه های ایجاد شده به دیواره نزدیکتر باشند، اثر بیشتر و بهتری دارند. در این میان مانع رینگ تخت عملکرد بهتری دارد که عدد ناسلت را 180% و ضریب اصطکاک را 14 برابر افزایش میدهد. از طرفی ایجاد چرخش نسبت به ایجاد گردابه بازدهی بیشتری دارد.

تاکنون پژوهش های زیادی با استفاده از روش های تجربی و عددی به منظور توسعه، بهینه سازی، تخمین عمر و عیب یابی اجزای نیروگاه های حرارتی انجام شده است. در این پایان نامه با انجام مطالعات میدانی بر روی یکی از بویلرهای نیروگاه 600 مگاواتی توس مشهد، اقدام به مدل سازی هندسی بویلر و لوله های نگهدارنده در ابعاد واقعی و همچنین شبیه سازی عددی جریان، انتقال حرارت، احتراق و پدیده های مرتبط با آن در دو حالت کار با سوخت مازوت و گاز طبیعی گردیده است. هدف پژوهش حاضر بررسی علل ترکیدگی لوله های نگهدارنده از طریق شبیه سازی عددی، با استفاده از نرم افزار فلوئنت، و مقایسه این نتایج با مشاهدات و تجربیات موجود در نیروگاه و همچنین نتایج آزمایشگاهی می باشد. بدین منظور پس از تعیین شرایط مرزی مناسب و بررسی استقلال نتایج شبیه سازی از شبکه حل، در ابتدا اثرات پارامترهای مختلف از قبیل میزان چرخش مشعل ها، اندازه قطرات پاشش شده از نازل ها، میزان هوای احتراق و همچنین نوع سوخت مورد استفاده بر عملکرد بویلر بررسی شد. سپس شرایط 9 عدد از لوله های نگهدارنده در وسط بویلر و نزدیک به دیواره های آبی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که دبی بخار آب گذرنده از لوله ها در ردیف های مختلف یکسان نبوده و با طول لوله رابطه معکوس دارد. لذا به دلیل این اختلاف دبی و همچنین تفاوت مسیر عبور لوله ها در بویلر، حداکثر دمای لوله های ردیف پایین و وسط به حدود 700 درجه سانتیگراد رسیده که بیش از 70 درجه بیشتر از حداکثر دما در لوله های ردیف بالاست. همچنین مشاهده شد که لوله های واقع در وسط بویلر نسبت به لوله های کناری بیشترین شار حرارتی را دریافت کرده و لذا بیشترین احتمال ترکیدگی را دارند. با مقایسه شرایط لوله های کناری نیز مشاهده شد که دیواره آبی و لوله های واقع در سمت راست بویلر، شار حرارتی بیشتری نسبت به سمت چپ دریافت کرده که علت آن جهت چرخش مشعل ها می باشد. همچنین با بررسی شرایط لوله ها در دو حالت کار با سوخت مازوت و گاز طبیعی، مشخص شد که حداکثر دمای لوله ها در حالت کار با مازوت بیش از 100 درجه سانتیگراد بیشتر از حداکثر دمای لوله ها در حالت کار با گاز طبیعی است. مشاهدات و آزمایش های متالوگرافی انجام گرفته بر روی قطعات شکسته شده نیز حاکی از وجود خزش و همچنین تغییر دانه بندی و ساختار فلزی لوله به دلیل دمای بالا (600 تا 700 درجه سانتیگراد) در نواحی شکست است. همچنین مقایسه نقاطی از مدل شبیه سازی شده که بیشترین دما در آنها رخ می دهد با نواحی شکست در فضای واقعی بویلر نیز صحت نتایج عددی را تایید می کند.

در این پژوهش به اندازه گیری عوامل تأثیرگذار بر عملکرد سیستم های سرمایش تبخیری پرداخته شده و اثر دبی و دمای خشک هوای ورودی، نحوه چیدمان پد در زنت و نحوه چیدمان نازل درایرواشر بر پارامترهایی مانند دمای خشک و رطوبت نسبی هوای خروجی، اختلاف رطوبت ویژه هوا از ورود تا خروج، راندمان اشباع و میزان آب تبخیر شده مورد بررسی قرار گرفته است.فرآیند ایده آل حاکم بر سرمایش تبخیری، فرآیند اشباع بی دررو می باشد. در شرایط مشخص و معلوم ثابت، با افزایش دبی و دمای خشک هوای ورودی، کیفیت عملکرد خنک کننده تبخیری کاهش می یابد. از طرفی تغییر چیدمان پد از موازی به w شکل و v شکل و هم چنین تغییر چیدمان نازل از خلاف جهت به هم جهت موجب کاهش توان دستگاه می شود.

در این پروژه به بررسی عملکرد و افزایش راندمان یک نمونه از هیدروسیکلون های تصفیه کننده آب شرب شرکت آب و فاضلاب مشهد پرداخته شده است. به این منظور از ماسه جدا شده توسط هیدروسیکلون مورد بررسی نمونه برداری شده و در آزمایشگاه مکانیک خاک، دانه بندی صورت گرفته است. به این ترتیب مقدار ماسه و گستره اندازه ذراتی که توسط هیدروسیکلون مذکور جدا گردیده، مشخص شده است. سپس بر اساس نتایج تجربی بدست آمده و با استفاده از شبیه سازی جریان در داخل هیدروسیکلون، کارایی آن از نظر جداسازی و افت فشار، مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین عملکرد هیدروسیکلون شرکت آب و فاضلاب با سه هیدروسیکلون استاندارد مقایسه گردیده است. تأثیر تبدیل یک دهانه ورودی به دو دهانه و افزایش دبی نیز بر عملکرد هیدروسیکلون بررسی شده است. یافته های حاصل از این پژوهش نشان می دهد که با تغییر هندسه هیدروسیکلون فعلی به هندسه هیدروسیکلون استاندارد مطالعه شده در این پژوهش، می توان راندمان را به طور میانگین 13% افزایش و حد برش را از ?m 46 به ?m 20 کاهش داد. همچنین تبدیل یک دهانه ورودی به دو دهانه، با ایجاد جریان متقارن باعث می گردد راندمان به طور متوسط 5% افزایش و حد برش از ?m 20 به ?m 4/12 کاهش یابد. افزایش دبی آب نیز راندمان را افزایش داده اما از سوی دیگر افت فشار بالایی به سیستم تحمیل می کند، به طوریکه تقریباً با دو برابر کردن دبی، افت فشار 5 برابر خواهد شد.

جذب انرژی از امواج آب که همواره مورد توجه ویژه پژوهشگران بوده است را می توان بر حسب نوع عملکرد به سه روش تقسیم بندی کرد: ستون آب نوسان کننده، استفاده از سرریز آب و اجسام نوسان کننده. طراحی بهینه سامانه-هایی که بر مبنای نوسان اجسام کار می کنند به علت نیاز به پیش بینی اندرکنش امواج آب با اجسام متحرک غوطه-ور یا شناور از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. استوانه بریستول که در این پژوهش به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته است، یکی از سامانه هایی است که بر مبنای نوسان یک استوانه مغروق با دو درجه آزادی کار می کند. در این ارتباط به کمک اندازه گیری های آزمایشگاهی و توسعه یک برنامه عددی، اندرکنش امواج با اجسام جامد غوطه ور با تمرکز ویژه روی استوانه بریستول مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. اندازه گیری های آزمایشگاهی در تانک موج موجود در دانشگاه فردوسی مشهد انجام شده است. این تانک موج مجهز به یک موج ساز پارویی است که توانایی تولید امواجی با دوره تناوب 7/0 تا 1/2 ثانیه و با ارتفاع 10 تا 100 میلی متر را داراست. در این پژوهش، مدلی از استوانه بریستول با میراگرهای اصطکاکی طراحی و ساخته شده و عملکرد آن در برابر امواج غیرخطی در این تانک موج بررسی شده است. در روش عددی، معادلات جریان سیال لزج و معادله انتقال کسر حجمی سیال برای شبیه سازی جریان دو فازی با استفاده از روش تجزیه سه مرحله ای حل گردیده است. همچنین از روش حل حوزه مجازی برای مدلسازی حرکت اجسام جامد در سیال لزج استفاده شده است. تولید امواج در این تانک موج عددی، با شبیه سازی حرکت موج سازهای پیستونی و پارویی درون سیال انجام شده است. به منظور اعتبارسنجی روش استفاده شده برای تولید امواج، بازه ی وسیعی از امواج خطی و غیرخطی که توسط موج سازهای پیستونی و پارویی تولید شده اند، با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود مقایسه شده که تطابق خوبی بین آن ها مشاهده گردیده است. راندمان جذب انرژی توسط استوانه بریستول در شرایط مختلف از جمله در برابر امواج با تیزی های مختلف و با ثابت های فنر و میراگر مختلف، با استفاده از شبیه سازی عددی محاسبه شده است. نتایج به-دست آمده با نتایج تئوری و نتایج آزمایشگاهی این پژوهش و نتایج عددی و آزمایشگاهی سایر محققان مقایسه گردیده که تطابق خوبی مشاهده شده است. برخلاف روش های عددی که تاکنون برای پیش بینی راندمان استوانه بریستول استفاده شده اند، مدل عددی گسترش یافته در این پایان نامه توانایی پیش بینی رفتار استوانه بریستول در برابر امواج بسیار غیرخطی را نیز دارا می باشد. نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می دهند با افزایش ارتفاع امواج، تئوری خطی اعتبار خود را در پیش بینی راندمان جذب انرژی و همچنین تنظیم ثوابت فنر و میراگر برای دست یابی به راندمان حداکثر از دست می دهد. اثر این ثوابت بر راندمان جذب انرژی استوانه بریستول در برابر امواج با تیزی-های مختلف توسط تانک موج عددی گسترش یافته بررسی شده است. نتایج همچنین نشان می دهند، با افرایش ارتفاع امواج، حداکثر راندمان جذب انرژی در ضرائب استهلاکی بیشتر از آنچه تئوری خطی پیش بینی می کند اتفاق می افتد. درحالی که این مطلب در مورد ثابت فنر برعکس می باشد و با کاهش ثابت فنر، می توان راندمان جذب انرژی در امواج تیز را افزایش داد.

بسیاری از شعلههای مورد استفاده در صنعت از نوع پخشی )دیفیوژن( بوده و مشکل اختلاط سوخت و اکسید کننده همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. یکی از روشهایی که میتواند به حل این مشکل کمک نماید استفاده از آیرودینامیک مغناطیسی است. نتایج تحقیقات اولیه و محدودی که در این زمینه صورت گرفته نشان میدهد که استفاده از نیروی حجمی ناشی از میدان مغناطیسی میتواند روشی موثر و کارا در بهینهسازی جریان گاز و احتراق شعلههای پخشی باشد. در این شعلهها اکسیژن به عنوان ماده پارامغناطیس و سایر گونهها از جمله سوخت و محصولات احتراق به عنوان دیامغناطیس رفتار مینمایند. در این پژوهش تاثیر میدانهای مغناطیسی بر جریان گاز و فرآیند احتراق شعلههای پخشی نفت سفید و شمع به روش اندازهگیری آزمایشگاهی انجام شده است. برای تولید میدان مغناطیسی از دو آهنربای 2 تسلا استفاده شده است. شدت میدان مغناطیسی با گاوسمتر و شدت تابش حرارتی / الکتریکی با شدت میدان بیشینه 5 با ترموپیل اندازهگیری گردیده است. توزیع گرادیان میدان مغناطیسی در فضای شعله با حل معادلات ماکسول حاصل شده است. نتایج بدست آمده نشان میدهد بهبود اندازه شعله و افزایش دمای آن بسیار تحت تاثیر گرادیان میدان مغناطیسی قرار میگیرد. همچنین نتایج نشان میدهد در ناحیه میدان مغناطیسی افزاینده اعمال گرادیان میدان مثبت به مقدار /m2t 45/4 موجب کاهش سطح و ارتفاع شعله به ترتیب به اندازه % 55 و % 55 میگردد. در ناحیه میدان مغناطیسی کاهنده با اعمال همان گرادیان میدان با علامت منفی سطح شعله % 44 و ارتفاع آن % 25 کاهش مییابد. نتایج نشان میدهد افزایش ارتفاع و سطح شعله در ناحیه میدان افزاینده بالاتر از حداکثر گرادیان میدان و در ناحیه میدان کاهنده پایینتر از حداقل گرادیان میدان رخ میدهد. بررسی اثر میدان مغناطیسی حاصل از جریان الکتریکی 24 آمپر بر دمای شعله شمع نشان میدهد که شعله در ناحیه گرادیان میدان منفی c 39 و در ناحیه با گرادیان میدان مثبت ° c ° 19 افزایش دما دارد.

استفاده از اجاق های خورشیدی نقش بسزایی بر گسترش کاربرد انرژی های تجدیدپذیر دارد. منتها باید به این موضوع توجه داشت، متاسفانه اجاق های خورشیدی که تاکنون مطرح بوده اند از بازده نسبتا پایینی برخوردار هستند. به همین جهت، نیازمند بهبود طراحی و نحوه عملکرد می باشند. در این پژوهش ابتدا اجاق خورشیدی دوتابشی که برخلاف مدل های مرسوم، از بالا توسط منعکس کننده های تخت تقویت کننده و از پایین بوسیله متمرکزکننده های تخت چیدمان سهموی، در معرض تابش خورشیدی قرار می گیرد، معرفی می گردد. در ادامه با بکارگیری دو روش اندازه گیری تجربی و شبیه سازی عددی، صفحه جاذب بصورتی طراحی می شود که برخورد غیر مستقیم تابش انعکاسی متمرکزکننده های چیدمان سهموی به برخورد مستقیم تبدیل گردد. بعبارت دیگر کف ظرف بدون واسطه تابش انعکاسی را دریافت کند. تا در نهایت عملکرد حرارتی اجاق دوتابشی بهبود یابد. همچنین از طرفی با بکارگیری شیشه دوجداره فوقانی محقظه به جای شیشه تک جداره نقش اتلاف انرژی محفظه بر عملکرد حرارتی اجاق دوتابشی مورد ارزیابی و مطالعه قرار گرفته است. نتایج اندازه گیری نشان می دهد برخورد مستقیم تابش و بکارگیری شیشه دوجداره به ترتیب توان حرارتی را 16% و 7/11% افزایش می دهد. نتایج شبیه سازی نقش آینه های سهموی را در متمرکز نمودن تابش انعکاسی در یک خط نشان می دهد. بنابراین این روش می تواند به بهبود طراحی متمرکزکننده های چیدمان سهموی کمک نماید.

از مشخصه¬های مهم شعله¬¬ سوخت¬های فسیلی مایع و جامد نظیر گازوئیل و زغال سنگ درخشندگی شعله (زرد سوزی) و بالا بودن نرخ انتقال حرارت در مقایسه با شعله آبی رنگ (غیر درخشان) گاز طبیعی است؛ به طوریکه استفاده از گاز طبیعی به جای سوخت¬های فسیلی مایع و جامد در کشور باعث کاهش راندمان حرارتی شده و این موضوع تولیدکنندگان صنعتی را با مشکلات زیادی مواجه نموده است. در دماهای شعله معمول انتقال حرارت تابشی یکی از مکانیزم¬های اصلی انتقال حرارت بوده و بیشتر تابش در نزدیکی ناحیه فرو سرخ است. دی¬اکسیدکربن و بخار آب مهم¬ترین گازهای جاذب و تشعشع کننده در محصولات احتراق می¬باشند؛ اما این گازها دارای باند تابشی بسیار ضعیفی در ناحیه فرو سرخ هستند. این در حالی است که ذرات دوده در محدوده فرو سرخ و مرئی تابش می¬کنند و حضور آنها در شعله ضمن تولید شعله¬ای درخشان و زرد رنگ باعث بهبود انتقال حرارت تابشی شعله خواهد شد. بنابراین بسیاری از محققین و صنعتگران به دنبال روش¬هایی هستند که ضمن افزایش ذرات دوده در شعله و افزایش درخشندگی آن، در عین حال مانع انتشار دوده به عنوان یک آلاینده گردند. در این رساله اثر تزریق افزودنی¬های جامد و مایع زغال سنگ آنتراسیت و نفت سفید بر زرد سوزی، انتقال حرارت تابشی و تولید آلاینده¬ها در شعله¬های دیفیوژن گاز طبیعی به صورت آزمایشگاهی و شبیه¬سازی عددی مورد مطالعه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. پارامترهای دما، شکل شعله، طیف سنجی شعله، درخشندگی و تابش حرارتی، ضریب صدور تابش، تولید آلاینده¬ها و راندمان حرارتی شعله به وسیله ترکیبی از تجهیزات آزمایشگاهی و تکنیک شبیه¬سازی عددی تعیین و مورد بحث و بررسی قرار گرفته¬اند. تابش حرارتی به وسیله ترموپیل و تابش درخشانی به وسیله یک سلول فوتوولتائیک (خورشیدی) اندازه¬گیری شده است. طیف سنجی شعله نیز با استفاده از یک فیلتر مادون قرمز انجام شده است. این فیلتر با استفاده از دستگاه¬های طیف سنجی spectrophotometer uv-visible و bomem ftir آزمایش و منحنی عبور طیفی آن تعیین شده است. نتایج به دست آمده نشان می¬دهد که تزریق ذرات پودر زغال سنگ آنتراسیت و قطرات نفت سفید به درون شعله گاز طبیعی ضمن تبدیل شعله غیر درخشان گاز طبیعی به شعله درخشان، باعث بهبود ضریب صدور تابش شعله در محدوده طول موج های فروسرخ شده و افزایش قابل توجه انتقال حرارت تابشی شعله به میزان %43 و %52 را به دنبال دارد. این در حالی است که به دلیل پایین بودن نرخ جرمی تزریق، تغییرات دمای شعله ناچیز و حداکثر 47 و c? 95 بوده و آلاینده¬های منوکسیدکربن و اکسید نیتروژن نیز از محدوده مجاز خود تجاوز نخواهند کرد. همچنین راندمان حرارتی شعله در حالت با تزریق ذرات پودر زغال سنگ و قطرات نفت سفید به درون شعله در مقایسه با حالت بدون تزریق به ترتیب %21 و %34 افزایش پیدا می¬کند که نشان دهنده تاثیر بیشتر تزریق قطرات نفت سفید بر انتقال حرارت تابشی شعله در مقایسه با تزریق ذرات پودر زغال سنگ است.

در این پژوهش به بررسی برهم کنش میان امواج دتونیشن و ابر ذرات به عنوان ذرات داخلی در سلول پرداخته شده است. برنامه کامپیوتری نوشته شده به زبان فرترن بر اساس روش اصلاح شده انتقال بوریس [۱]به منظور حل معادلات اویلر برای جریان غیر لزج ارائه و همچنین در شبیه سازی شرایط دتونیشن از واکنش یک مرحله ای آرنیوس استفاده شده است و برای ذرات از روش لاگرانژین استفاده گردیده است. نتایج شبیه سازی این برهم کنش میان ذرات و امواج دتونیشن نشان می دهد که این امواج می توانند بطور کامل و یا نسبی بر اساس پارامترهای گوناگون اعم از شرایط واکنش شیمیایی، شرایط گاز و ویژگی ذرات فروکش کرده و سرکوب شوند.

در این پژوهش سعی شد که در مورد پدیده آتش و احتراق به صورت فشرده پرداخته شود. بحث در مورد نرم افزار شبیه ساز آتش و قابلیت های آن و همچنین معادلات و روش مورد استفاده در این شبیه سازی مطرح گردید. همچنین سعی شد با طرح مسئله و حل آن توسط نرم افزار سعی در شناخت رفتار آتش داشته باشیم. ابتدا شبیه سازی در واحدی از یک خانه صورت گرفت که شامل مواد قابل احتراق مختلف با منبع احتراق مشخص بوده است. توسعه گسترده حریق شامل گسترش شعله آتش و دود بوده که باعث ایجاد شرایط غیرقابل کنترل گردیده که با کمک تصویر سازی مورد بررسی قرار گرفت. در این مسئله که با دو دیدگاه مطرح شد در ابتدا آتش در نقطه ای از این خانه شروع به آغاز می کند. در این خانه سنسورهای دما، فشار، سرعت و تابش در پنج نقطه از خانه نصب می گردد همچنین صفحه ای که برای بررسی حرکت گاز داغ و شعله مشخص می شود در ارتفاع 2/5 متر قرار می گیرد و با دبی های مختلف هوای ورودی که با تغییر دریچه های هوای این خانه به وجود می آید شبیه سازی انجام می گیرد. تغییرات دبی هوا بر اساس طراحی دریچه ها صورت می گیرد مدت زمان شبیه سازی 720 ثانیه است و ابعاد واحد مورد شبیه سازی2/75*7*14 می باشد. با توجه به حل مشاهده گردید در حداکثر دبی ورودی هوا اثرات آتش و احتراق زیاد و تاثیر گذار بوده است. در کمترین دبی ورودی هوا به علت کمبود اکسیژن اثرات آتش و احتراق نسبت به حالت قبل کمتر بوده است. سپس همین شبیه سازی را با تغییر محل آتش سوزی به یک فضای با جریان هوای کمتر انجام دادیم مشاهده شد اثرات پارامترهای مورد بررسی از یک ثبات بیشتری نسبت به حالت قبل بوده است. همچنین با استفاده از اگزوز فن به بررسی پارامترهای ارتفاع لایه دود و همچنین قابلیت دیدن پرداخته شد. مشاهده گردید با خروج دود از خانه این پارامترها به حداقل اندازه خود رسیده اند. باید توجه داشت اندازه خانه، محل آتش سوزی، مواد قابل احتراق و همچنین تعداد و اندازه دریچه ها در شدت یا کاهش آتش سوزی موثرند. با استفاده از این نتایج میتوان در کنترل آتش و احتراق که بیشتر قابل بحث در اطفاء حریق و بحث ایمنی آتش موفق تر عمل نمود.

در این پژوهش سه نوع شبکه عصبی مصنوعی به نام¬های انتشار بازگشتی، تابع پایه شعاعی و رگرسیون عمومی برای مدل¬سازی سیکلون¬¬های جداسازی به کار گرفته شده است. ورودی این شبکه¬ها هفت پارامتر هندسی سیکلون و خروجی آن¬ها افت فشار می باشد. پارامتر عملکردی هر کدام از شبکه¬ها به منظور دست یابی به حداقل خطای مربع میانگین، به روش جستجوی چند مرحله ای، بهینه¬سازی شده و سه نوع شبکه بهینه بدست آمد. این پارامترهای عملکردی، ضریب پخش و تعداد نرون های لایه مخفی می باشند. در ادامه شبکه تابع پایه شعاعی با کم ترین خطا، بیشترین ضریب همبستگی و بیشترین سرعت همگرایی، به عنوان شبکه بهینه انتخاب شده است. سپس به منظور اعتبار سنجی شبکه بهینه انتخاب شده، نتایج حاصل از پیش بینی افت فشار توسط شبکه عصبی انتخاب شده، با سه رابطه تجربی و همچنین با نتایج آزمایشگاهی، برای 28 سیکلون مختلف، باهم مقایسه شده اند. با استفاده از شبکه ی عصبی انتخاب شده، و به کمک روش الگوریتم ژنتیک، ابعاد هندسی سیکلون بهینه به منظور دست¬یابی به حداقل افت فشار، معرفی شده است. با شبیه¬سازی به روش عددی، مشخصه¬های اصلی عملکردی سیکلون بهینه پیشنهادی و سیکلون استاندارد استیرمند، از جمله افت فشار، سرعت مماسی و سرعت محوری آن¬ها، با هم مقایسه شده است. سیکلون بهینه پیشنهادی با حد برش برابر با 120% حد برش سیکلون استاندارد استیرمند، افت فشاری برابر با 80% افت فشار سیکلون استیرمند را دارد، که این کاهش افت فشار، هدف اصلی این پژوهش را تأمین می-کند. میزان تغییر ابعاد هندسی سیکلون پیشنهادی نسبت به سیکلون استیرمند، همچنین تأثیر این تغییرات بر روی افت فشار، تحلیل شده و ابعاد دهانه ورودی و قطر خروجی، به عنوان موثرترین پارامترها معرفی شدند.

توربین داریوس یکی از انواع توربین های بادی محور عمودی است که علی رغم ساختار ساده، تحلیل بسیار پیچیده ای دارد. در این مطالعه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، برهم کنش جریان باد و تیغه های صلب، با در نظر گرفتن ممان اینرسی، در روند افزایش سرعت روتور توربین بادی داریوس از نوع تیغه مستقیم مورد بررسی قرارگرفته است. معادلات اساسی در نرم افزار انسیس فلوئنت بر اساس روش حجم محدود گسسته و توسط الگوریتم پیزو حل شده است. شبیه سازی به صورت غیر پایا و از شبکه پویا برای بررسی حرکت روتور استفاده شده است. در مطالعات پیشین سرعت توربین به صورت ثابت و جز داده های مساله فرض می شد. اما در این پژوهش با استفاده از مدل 6dof با محاسبه برآیند نیروهای وارد بر جسم (نیروهای آیرودینامیکی ناشی از جریان باد وارد بر تیغه ها و نیروهای مکانیکی شامل اصطکاک و گشتاور ناشی از بار ژنراتور) از قانون دوم نیوتن شتاب، سرعت و موقعیت لحظه ای توربین محاسبه می شود. نتایج توانسته حرکت روتور را از لحظه سرعت صفر تا زمانی که توربین به سرعت نهایی خود می رسد شبیه سازی کند. با شبیه سازی روند افزایش سرعت، علل کاهش گشتاور در سرعت دورانی پایین تر از حد بهینه بررسی شده و نشان داده شده واماندگی بالا و گریز جریان باد از داخل روتور بدون برخورد با تیغه ها در سرعت های دورانی پایین موجب افت توان تولیدی می شود. علاوه بر این نتایج نشان می دهد ممان اینرسی نقش مهمی بر فرکانس و دامنه ی سرعت زاویه ای، نوسانات گشتاور خروجی و توان خروجی توربین داشته که در تحلیل مکانیکی پره ها از جمله پدیده خستگی از اهمیت زیادی برخوردار است.

اجاق¬های خورشیدی سیستم¬هایی هستند که امکان استفاده مستقیم از گرمای خورشید را برای پخت و پز فراهم می¬کنند؛ موضوع این تحقیق بر روی اجاق خورشیدی دو¬جهته تعریف شده است که در آن گرمای خورشید از دو طرف به داخل اجاق خورشیدی متمرکز و هدایت می¬گردد؛ در این مدل سطوح انعکاسی تخت از سمت بالا و سطوح انعکاسی سهمی از سمت پایین، صفحه جاذب را تحت تأثیر تابش خورشید قرار می¬دهند و شرایط لازم را برای پخت غذا توسط آن فراهم می¬کنند. در این تحقیق یک نمونه اجاق خورشیدی آزمایشگاهی دو جهته طراحی، ساخته و مورد آزمایش قرار گرفته است، هدف اصلی این تحقیق دست¬یابی به مدل تأثیر سطوح انعکاسی بر عملکرد حرارتی و تابشی اجاق خورشیدی می¬باشد؛ آزمایش¬های این تحقیق در سه مرحله طراحی و اجرا شده¬اند؛ در مرحله اول سهم تأثیر بخش-های مختلف سطوح انعکاسی بر عملکرد سیستم تعیین گردید، نتایج این مرحله نشان داد که سطوح انعکاسی سهمی با 25% تأثیر بر عملکرد حرارتی سیستم، پارامتر اصلی می¬باشد و نقش کلیدی ایفا می-کند؛ در همین مرحله سهم تأثیر پارامترهای دیگر نیز مشخص گردید. در مرحله دوم تحقیق اثر استفاده از پوشش¬های نانوساختار اکسید کروم و نیکل بر بازده تابشی صفحه جاذب بررسی شد و روند تغییرات آن بر اساس نوع ماده و غلظت ذرات آن تعیین گردید. در مرحله نهایی تحقیق، با توجه به آزمایش¬های مرحله اول و دوم برای بهینه¬سازی سطوح انعکاسی (آیینه¬های تخت جانبی و آیینه¬های سهمی) با استفاده از روش سطح پاسخ، آزمایش¬هایی طراحی و اجرا گردید. با استفاده از نتایج این بررسی¬ها دو مدل ریاضی مجزا برای تعیین اثر متغیرهای زمان و زاویه آیینه¬های جانبی و تعیین اثر متغیرهای زمان و موقعیت آیینه سهمی بر عملکرد حرارتی سیستم و بازده انرژی آن به دست آمدند. نتایج حاصل از دو مدل ریاضی با سه روش؛ استفاده از تحلیل واریانس، تحلیل عدم قطعیت و مقایسه با نتایج تجربی مقایسه شدند؛ نتایج به دست¬آمده نشان داد که مدل¬های به دست آمده از اعتبار مناسبی برخوردار هستند. با استفاده از مدل¬های به دست آمده زاویه تنظیم مناسب آیینه¬های جانبی و تعیین موقعیت بهینه آیینه¬های سهمی در هر زمان و در هر مکان نیز ممکن گردید که در قالب دستورالعمل¬های بهینه-سازی عملکرد اجاق خورشیدی ارائه شدند.بر اساس دستورالعمل پیشنهادی برای تعیین موقعیت آیینه سهمی در هر مورد طرح یک اجاق خورشیدی جدید با آیینه سهمی متغیر ارائه می¬شود که استفاده از آن می¬تواند مقدار متوسط بازده موثر و کلی انرژی را به ترتیب به میزان 07/32 % و 5/35 % افزایش دهد.

با توجه به الزام جدی صنایع داروسازی فعال در کشور به ارتقاء شرایط تولید خصوصا" در سیستم hvacبه عنوان اصلی ترین رکن این صنعت، موضوع این تحقیق مشتمل بر انجام شبیه سازی عددی جریان هوا با پارامترهای تحت کنترل در شرایط و فضای تولید در صنعت داروسازی ( اتاق تمیز/clean room) به لحاظ قابلیت کاربرد وپیاده سازی دراین صنعت حایزاهمیت می باشد . هدف از اجرای این تحقیق طراحی دریچه های ورودی و خروجی جریان هوای اتاق تمیز در صنعت داروسازی به لحاظ تعداد دریچه ها ، نوع چیدمان آنها و همچنین موقعیت نصب آنها نسبت به تجهیزات و ماشین آلات مستقر در اتاق تمیز، و ابعاد و ارتفاع اتاق تمیز، به روش شبیه سازی عددی جریان هوا وازطریق استخراج کانتورهای سرعت وتوزیع سرعت تا حصول بهترین نتیجه ممکن بطوریکه هم در نقاط حساس، مناسبترین سرعت وجود داشته باشد و هم اینکه درکل اتاق توزیع سرعت یکنواخت و یکدستی بدست آید.

در این رساله، رفتار جریان دوفازی در یک اتاق جداکننده سیکلونی با استفاده از یک کد کامپیوتری مورد بررسی قرار می گیرد. معادلات دیفرانسیل حاکم بر فاز گاز در مختصات اولر فرموله شده و با استفاده از روش تفاضل محدود به معادلات جبری تبدیل می شود. مسیر حرکت ذرات فاز جامد در اتاق سیکلونی از حل معادلات حرکت آنها که درمختصات لاگرانژ و با در نظر گرفتن نیروهای وارد بر آنها بدست می آیند، ردیابی می شود. تبادل ممنتوم بین دو فاز "گاز - جامد" از طریق جمله چشمه معادلات مقدار حرکت در محاسبات منظور شده است . برای تعیین مشخصات آئرودینامیکی فاز گاز از دو مدل توربولانس k-e و مدل تنش جبری (a.s.m) استفاده گردید و نتایج مربوط به آنها با اطلاعات تجربی مورد مقایسه قرار گرفت . با توجه به ارجحیت نتایج مدل تنش جبری، در محاسبه جریانهای شدیدا ورتکسی، مدل مذبور برای محاسبات بعدی اساس کار قرار گرفت . در کد کامپیوتری مادر، معادلات جبری فاز گاز با استفاده از الگوریتم سیمپل حل می شود. بمنظور حصول نرخ همگرایی سریعتر، تغییرات لازم روی برنامه کامپیوتری جهت استفاده از الگوریتم سیمپلر انجام گردید که این موجب کاهش تکرارهای مورد نیاز جهت همگرایی و در نتیجه صرفه جویی در زمان محاسباتی صرف شده بوسیله کامپیوتر گردید. همچنین نظر به اینکه کد کامپیوتری مادر برای اتاقهای احتراقی سیکلونی از نوع چسبان نوشته شده بود و ذرات فاز جامد با برخورد به دیواره جذب آن می شدند، تغییرات لازم جهت حرکت ذرات در جداکننده های سیکلونی داده شده. در نتیجه با داشتن مسیر حرکت ذرات امکان محاسبه بازدهی اتاق سیکلونی در جدا کردن ذرات فاز جامد فراهم گردید. نتایج بدست آمده فوق نشان می دهند که تکنیکهای عددی می توانند بعنوان ابزاری قوی جهت اصلاح طراحی این اتاقها مورد استفاده واقع شوند.

کار تئوری و محاسباتی ارائه شده در اینجا در ارتباط با به کار گرفتن و بسط و توسعه یک مدل کامپیوتری جهت بررسی و مطالعه فرآیندهای ایرودینامیکی و احتراقی درون یک اتاق سیلکونی با سوخت گاز طبیعی می باشد. برای مطالعه فرآیندها از مدلهای توربولانس ، تشعشع و احتراق پیشرفته استفاده شده است . ابتدا ایرودینامیک داخل اتاق را در حالت ایزوترمال با استفاده از دو مدل توربولانس شبیه سازی شده و نتایج با اطلاعات تجربی مقایسه شده است . فرآیندهای احتراق با کمک مدلی که شدت احتراق را به شکستن گردابه های سوخت و اکسیژن ارتباط می دهد شبیه سازی می شود. انتقال حرارت تشعشعی بین جداره و گازهای داخل اتاق با استفاده از یک مدل شار (four flux model) محاسبه شده است . اصلاحات لازم در برنامه کامپیوتری انجام شده است تا تولید اکسید نیتروژن یا no حاصل از احتراق را در داخل سیلکون با استفاده از مکانیزم قابل اعتماد زلدوویچ شبیه سازی و محاسبه نماید. ثانیا برنامه کامپیوتری برای سه حالت مختلف احتراق (weak - rich - stoichiometric) که نتایج تجربی آنها در دسترس بود مورد استفاده قرار گرفته است . کد مورد استفاده معادلات جبری که با انتگرال گرفتن معادلات حاکم روی حجمهای کنترل محاسبه شده اند را با استفاده از روش خط به خط که ترکیبی از الگوریتم ماتریس سه قطری و روش نقطه به نقطه (گوس - سایدل) می باشد حل می کند.