فصل اول. 1
. 1
1-1        مقدمه. 1
1-3 نانو تكنولوژی.. 4
1-3-1 چرا «نانو» تكنولوژی؟. 5
1-4 تاریخچه نانو فناوری.. 5
1-5 كاربرد نانو سیالات.. 6
1-6 روش­های ذخیره انرژی.. 7
1-6-1 ذخیره انرژی به صورت مکانیکی.. 7
1-6-2 ذخیره الکتریکی.. 7
1-6-3-1 ذخیره گرمای محسوس… 8
1-6-3-2 ذخیره گرمای نهان. 8
1-6-3-3 ذخیره انرژی ترموشیمیایی.. 8
1-7 ویژگی­های سیستم ذخیره نهان.. 10
1-8 ویژگی­های مواد تغییر فاز دهنده. 10
1-10-1-1 پارافین­ها 12
1-10-1-2 غیر پارافین‌ها 13
1-10-2 مواد تغییر فاز دهنده غیرآلی.. 14
1-10-2-1 هیدرات­های نمک.. 14
1-10-2-2 فلزات.. 15
1-10-3 اوتکتیک­ها 15
1-11 کپسوله کردن مواد تغییر فاز دهنده. 15
1-12 سیستم‌های ذخیره انرژی حرارتی.. 17
1-12-1 سیستم‌های گرمایش آب خورشیدی.. 17
1-13 کاربرد­های مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان.. 17
1-14 کاربرد مواد تغییر فاز دهنده در دیگر زمینه ها 18
1-15  تکنیک­های افزایش کارایی سیستم ذخیره­ساز انرژی.. 19
1-15-1 استفاده از سطوح گسترش یافته. 19
1-15-2 استفاده از شبکهای از PCMها در سیستم. 20
1-15-3 افزایش هدایت حرارتی PCM.. 21
1-15-4 میکروکپسوله کردن PCM.. 23
فصل دوم. 25
. 25
2-1- مقدمه. 25
2-2- روش­های مدلسازی جریان نانوسیال. 25
2-3- منطق وجودی نانو سیالات.. 28
2-4- پارامترهای انتقال حرارت در نانوسیالات.. 31
2-4-1- انباشتگی ذرات.. 31
2-4-2- نسبت حجمی ذرات نانو. 32
2-4-3- حرکت براونی.. 33
2-4-4- ترموفورسیس… 33
2-4-5- اندازه نانوذرات.. 34
2-4-6- شکل نانوذرات.. 34
2-4-7- ضخامت لایه سیال بین ذرات نانو. 35
2-4-8- دما 36
2-5- انواع نانو ذرات.. 36
2-5-1- نانو سیالات سرامیكی.. 36
2-5-2- نانو سیالات فلزی.. 37
2-5-3- نانو سیالات، حاوی نانو لوله های كربنی و پلیمری.. 38
2-6- نظریه هایی بر نانو سیالات.. 39
2-6-1- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثرنانوسیال. 39
2-6-2- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال. 43
2-6-3- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ویسکوزیته موثر نانوسیال. 44
2-7- کارهای تجربی انجام شده در زمینه­ انتقال حرارت در نانوسیال. 44
2-8- کارهای عددی انجام شده در زمینه­ انتقال حرارت در نانوسیال درداخل حفره‌ی مربعی   45
2-9- کارهای انجام شده در زمینه­ تغییر فاز ماده. 45
2-10- تعریف مسئله. 48
فصل سوم. 49
.. 49
3-1 فرض پیوستگی.. 49
3-2- معادلات حاکم بر رژیم آرام سیال خالص… 50
3-3- مدل بوزینسک… 51
3-4- خواص نانوسیال. 51
3-5 – معادلات حاکم بر تحقیق حاضر. 52
3-6- شرایط مرزی و اولیه. 53
3-7- روش بررسی تغییر فاز در این پژوهش… 54
3-7-1 تغییر فاز با مرز مجزا 54
3-7-2 تغییر فاز آلیاژها 54
3-7-3 تغییر فاز پیوسته. 54
3-8- معادلات حاکم بر روش آنتالپی.. 56
3-8-1 معادله حاكم بر انتقال حرارت بر پایه روش آنتالپی.. 56
3-8-2 معادلات نهایی حاكم بر انتقال حرارت بر پایه روش آنتالپی تعمیم یافته. 58
3-9  مروری بر روش­های عددی.. 61
3-9-1  روش حل تفکیکی.. 62
3-9-2 روش حل پیوسته. 64
3-9-3 خطی سازی: روش ضمنی و روش صریح. 65
3-9-4 انتخاب حل کننده 67
3-10  خطی سازی.. 69
3-10-1 روش بالادست مرتبه اول. 70
3-10-2  روش بالادست توان-پیرو 70
3-10-3 روش بالادست مرتبه دوم. 72
3-10-4 روش QUICK. 73
3-11  شکل خطی شده معادله گسسته شده. 74
3-12 مادون رهایی.. 75
3-13  حل کننده تفکیکی.. 75
3-13-1  گسسته سازی معادله ممنتوم. 75
3-13-1-1 روش درونیابی فشار 76
3-13-2  گسسته سازی معادله پیوستگی.. 77
4-13-3 پیوند فشار- سرعت.. 78

3-13-3-1 SIMPLE. 79
3-13-3-2 SIMPLEC. 80
3-13-3-3 PISO.. 80
3-14  انتخاب روش گسسته سازی.. 81
3-14-1  مرتبه اول و مرتبه دوم. 81
3-14-2 روش های توان- پیرو و QUICK. 82
3-14-3  انتخاب روش درونیابی فشار 82
3-15  انتخاب روش پیوند فشار- سرعت.. 83
3-15-1  SIMPLE و SIMPLEC. 83
3-15-2  PISO.. 84
3-17 مدلسازی­های وابسته به زمان.. 84
3-17-1 گسسته سازی وابسته به زمان. 85
3-17-2 انتگرال گیری زمانی ضمنی.. 85
3-17-3 انتگرال­گیری زمانی صریح. 86
3-17-4  انتخاب اندازه بازه زمانی.. 87
3-18 انتخاب روش­های حل.. 87
3-19 شبکه بندی و گام زمانی.. 89
3-19-1 آزمون عدم وابستگی نتایج به تعداد نقاط شبکه و گام زمانی.. 89
3-20- مراحل حل مسئله. 91
فصل چهارم. 92
.. 92
4-1 اعتبار سنجی مسئله. 93
4-2  اثر افزودن نانو ذرات.. 98
4-3 بررسی اثر افزودن ذرات نانو در مدل­های گفته شده در قسمت اعتبار سنجی   114
فصل پنجم. 124
5-1 .. 124
5-2 فعالیت های پیشنهادی برای ادامه کار  ……………………………………………………………………….. 126
مراجع  127

 
شکل 1-1 دیدگاه کلی ذخیره انرژی حرارتی.. 9
شکل 1-2 دسته­بندی مواد تغییر فاز دهنده 12
شکل1-3- سیستم­های حاوی چند PCM… 21
شکل1-4- ساختارهای فلزی مورد استفاده در سیستم ذخیره­سازی انرژی.. 23
شکل1-5: نمونه ­ای از میکروکپسوله PCM، (a) روش اسپری خشک، (b) روش تودهای.. 24
شکل 2-2- رژیم­های جریان گاز بر پایه­ عدد نادسن. 28
شکل 2-3- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به زمان برای مخلوط آب اکسید مس [8]. 32
شکل 2-4- افزایش انباشتگی نانوذرات باافزایش زمان برای مخلوط آب اکسیدمس (1/0=f)  الف) 20 دقیقه ب) 60 دقیقه ج) 70 دقیقه [8] 32
شکل 2-5- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی نسبت به نسبت حجمی ذرات نانو [10] 33
شکل 2-6- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به نسبت حجمی و اشکال متفاوت نانوذرات برای مخلوط آب – اکسید آلومینیم [14]. 35
شکل 2-7- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به ضخامت لایه سیال پیرامون نانوذرات . 36
شکل 2-8- نمودار تغییرات ضریب رسانش حرارتی موثر نسبت به دما برای مخلوط آلومینیوم–آب [12] 36
شكل 2-9-  افزایش رسانایی گرمایی K بخاطر افزایش نسبت حجمی    از توده های با رسانایی بالا. نمودار شماتیک به ترتیب موارد زیر را نشان می دهد. (i) ساختار قرارگیری بصورت فشرده Fcc از ذرات (ii) تركیب قرارگیری مكعبی ساده (iii) ساختار بی نظم ذرات كه در تماس فیزیكی با هم قرار دارند (iv) توده از ذرات كه بوسیله لایه نازكی از سیالی كه اجازه جریان گرمای سریع در میان ذرات را می دهد از یكدیگر جدا شده اند. 41
شکل 2-10- شکل هندسه مورد نظر. 49
شکل 3-1: بررسی انتقال حرارت در هندسه مورد نظر. 57
شکل 3-2-  نمای کلی مراحل حل­کننده تفکیکی.. 64
شکل 3-3- نمای کلی حل کننده پیوسته. 65
شکل 3-4-  حجم کنترل استفاده شده برای نمایش گسسته­سازی.. 70
شکل 3-5- تغییر متغیر  بین x=0 و x=L (معادله 4-21) 72
شکل 3-6- حجم کنترل یک بعدی.. 74
و نسبت حجمی 1/0 برای مش­های مختلف   89
و نسبت حجمی 1/0 برای گام های زمانی مختلف   90
=  94
= ]63[ 94
=  و 05/0= φ ) 95
شکل 4-3-  مقایسه زمان لازم برای انجماد سیال در دمای …….. 96
شکل 4-4- پروفیل دما در خط مرکزی برای ارتفاع 20. 97
97
شکل 4-6-  پروفیل­های الف) دما و ب) سرعت در برش میانی حفره مربعی.. 98
=   برای نسبتهای حجمی متفاوت   99
(زمان برحسب دقیقه) در صفحه 005/0 z=  101
(زمان برحسب دقیقه) در صفحه 005/0 z=  103
104
105
105
106
106
با در صد حجمی ذرات نانو 20% در صفحه 005/0=z  108
با در صد حجمی ذرات نانو 20%  109
شکل 4-16- توزیع درجه حرارت را بر روی خط مرکزی حفره مربعی در دو زمان الف)5   دقیقه و ب) 12 دقیقه در گراشف  105  110
شکل 4-17- مقایسه مدت زمان لازم برای انجماد کامل سیال با اختلاف در جه حرارت بین دو دیوار چپ و راست   110
برای الف) C ° 20 =DT ب C ° 30 =DT ج) C ° 50 =DT د) C ° 80 =DT. 111
شکل 4-19- مقایسه خطوط همدما بین سیال خالص و نانوسیال آب در 05/0= φ  و نسبت منظریهای مختلف   112
و  نسبت حجمی مختلف.. 113
با سیال پایهی آب و ذرات نانو مختلف   114
شکل 4-22-  حفره مربعی در پژوهش ……. 114
شکل 4-23- کسر حجمی ماده تغییر فاز یافته در دما و درصد حجمی محتلف از نانو ذرات.. 116
شکل 4-24- مرز ناحیه تغییر فاز در درجه حرارت مختلف دیوار چپ و زمان الف)  10 ب)  50  116
شکل 4-25- میدان سرعت نانو سیال با درصد حجمی مختلف و در زمان های مختلف.. 118
شکل 4-26- خطوط جریان در 10ثا نیه نخست فرایند انجماد برای دیوار چپ با و در صد حجمی ذرات نانو 20%  119
شکل 4-27- منحنی توزیع دما بر خط مرکزی افقی حفره در دمای مختلف دیواره چپ و درصد حجمی مختلف از نانو ذرات   120
شکل 4-28-  حفره مربعی در پژوهش …….. 120
ج) 122
شکل 4-29- منحنی توزیع دما بر خط مرکزی افقی حفره در دمای مختلف دیواره چپ و درصد حجمی مختلف از نانو ذرات الف)  ب) ج) ……………… 122
شکل 4-30- کسر حجمی ماده تغییر فاز یافته برای درصد حجمی محتلف از نانو ذرات و ارتفاع مختلف   123
الف)  ب) ج) ……………… 123
 
 

جدول 1-1 نقطه ذوب و گرمای نهان پارافین‌ها 13
جدول 1-2-  نقطه ذوب و گرمای نهان غیر پارافین‌ها 14
جدول 1-3-  نقطه ذوب و گرمای نهان هیدرات­های نمک… 16
جدول 1-4-  نقطه ذوب و گرمای نهان فلزات.. 17
جدول 1-5-  نقطه ذوب و گرمای نهان اوتکتیک­ها 17
جدول 3-1 الگوریتم­های حل انتخاب شده. 88
جدول 4-1-خواص ترموفیزیکی سیالات و نانوذرات.. 92
جدول 4-2 خواص سیال پایه، ذرات مس و نانوسیال در نسبت حجمی مختلف.. 93
جدول 4-3 مقادیر ناسلت متوسط  برای عدد رایلی مختلف.. 94
جدول 4-4 خواص سیال پایه، ذرات مس و نانوسیال در نسبت حجمی 2/0، 1/0، 0= φ.. 115
جدول 4-5- خواص سیال پایه، ذرات مس و نانوسیال در نسبت حجمی 2/0، 1/0، 0= φ   121
 
 
لیست علائم و اختصارات
 

مقدمه