رضا بیگزاده

به دلیل ضعف فولاد در برابر حرارت و افزایش دما، ایمنی در برابر آتش مهمترین نگرانی مهندسان در ساخت ساز ه های فولادی است. اطلاع از مشخصات مکانیکی پس از آتش فولاد، مهمترین پارامتر در ارزیابی ساز ه های فولادی پس از شرایط آتشسوزی و پیش از کاربرد مجدد این ساز ه ها محسوب می شود. انجام پروژه های آزمایشگاهی جهت تعیین این مشخصات، سخت، هزینه بر و زمان گیر است. به همین دلیل پژوهشگران همواره سعی در پیشبینی این مشخصات برمبنای مشاهدات آزمایشگاهی دارند. این در حالی است که توانایی هوش مصنوعی در یادگیری روابط پیچیده و پیش بینی با دقت بالا، باعث کاربرد گسترده ی آن در زمینه های مختلف شده است. به همین دلیل در این پژوهش سعی شد تا با استفاده از داده های آزمایشگاهی موجود و با به کارگیری هوش مصنوعی، مشخصات مکانیکی پیچهای پرمقاومت پیش بینی گردد. به همین منظور اطلاعات موجود در مقالات برای 3 رده پیچ پرمقاومت 8.8 ، 10.9 و 12.9 جمع آوری و برای هر رده یک شبک هی عصبی آموزش و توسعه داده شد. نمودارهای همبستگی مقادیر پیشبینی شده و داده های آزمایشگاهی نشان داد که شبکه عصبی با دقت بالایی توانسته مشخصات مکانیکی را پیش بینی کند. همچنین جهت بررسی دقت پیش بینی در مقایسه با سایر معادلات پیش بینی ارائه شده، نتایج شبکه ی عصبی با مقادیر پیش بینی شده در مقالات برای پی چهای رده 8.8 و 10.9 مقایسه شد. این مقایسه نشان داد که استفاده از شبکه ی عصبی باعث حداقل کاهش 50 درصدی میانگین خطا در پیش بینی مشخصات مکانیکی پس از آتش پیچهای پرمقاومت شده است

در این تحقیق مدل‌سازی CFD، فرایند اختلاط در راکتور مخزن‌دار همزن پیوسته به منظور بررسی پارامترهای عملیاتی مختلف مانند نوع و زاویه پره‌های همزن، تاثیر دور همزن، بررسی شده است. در نرم افزار انسیس پس از رسم هر 4 نوع پره، اقدام به مش‌بندی آن‌ها شد و پس از بررسی استقلال از مش و بدست آوردن مش بهینه و اعتبارسنجی آن، اقدام به شبیه‌سازی فرایند شد. در گام بعدی میزان اختلاط چهار پره با هم نسبت به حالت ایده‌آل مقایسه می‌شوند. در مرحله بعد میزان اختلاط هر پره در سرعت ثابت m/s028/0 V= و در دورهای 20و40و60 rpm بررسی شده است. پس از آن میزان اختلاط پره‌ها در دور ثابت rpm 20 و سرعت‌های ورودی m/s028/0 V= و 05/0، 04/0، 03/0 متر بر ثانیه و اختلاف آن‌ها با حالت ایده‌آل مقایسه شده است. نتایج نشان داد که تعداد مش 1466737 به عنوان مش بهینه انتخاب شد که سایر شبیه‌سازی و محاسبات بر مبنای آن انجام گرفت. اعتبارسنجی مش نشان داد که که نتایج شبیه‌سازی پژوهش حاضر به حالت ایده‌آل نزدیک بوده و می‌توان گفت که مش انتخابی دارای اعتبار خوبی است. پره backswept rushton بهترین میزان اختلاط و نزدیک‌ترین رفتار را نسبت به حالت ایده‌آل دارا می‌باشد که درθبرابر با 3، فاکتور اختلاط آن برابر با 083879/0 می‌باشد. پس از آن پره‌ی backswept impeller قرار دارد که تقریبا منطبق بر منحنی backswept rushton می‌باشد و درθ برابر با 3، فاکتور اختلاط آن برابر با 084289/0 بدست آمد. پره‌ی smith turbie رفتار متفاوتی درθهای مختلف از خود نشان داده است و تا θ برابر با 06/2 تقریبا منطبق بر منحنی‌های backswept rushton و backswept impeller بوده و پس از آن با شیب ملایم از حالت ایده‌آل فاصله گرفته تا درθ برابر با 3، فاکتور اختلاط آن برابر با 01633/0 بدست آمد که در این زمان بیشترین اختلاف را با حالت ایده‌آل دارد. پره‌ی rushton impeller تاθ برابر با 43/2 بیشترین انحراف از حالت ایده‌آل را داراست و پس از آن با شیب تقریبا ثابت پیش می‌رود تا درθ برابر با 3، فاکتور اختلاط آن برابر با 013877/0 بدست آمد. در زمان‌های ابتدایی شبیه‌سازی میزان اختلاط تمامی پره‌ها با افزایش سرعت میزان اختلاط نیز در تعداد دور برابر افزایش می‌یابد. همچنین مشاهده شد که با افزایش سرعت، شیب تغییرات اختلاط نیز تندتر شده است. همچنین هر چه به پایان زمان شبیه‌سازی نزدیک می‌شود، به جز در سرعت 05/0متر بر ثانیه، میزان اختلاط در سرعت‌های مختلف، اختلاف کمتری با حالت ایده‌آل از خود نشان می‌دهند. مشاهده شد که پره‌ی backswept rushton کمترین حساسیت را نسبت به تغییر دور نسبت به سه پره‌ی دیگر از خود نشان می‌دهد. مشخص شد در میان کلیه‌ی اجرا‌های پژوهش حاضر که بهترین میزان اختلاط برای پره‌ی backswept rushton در دور برابر با rpm 20 و سرعت03/0 متر بر ثانیه بدست آمد.

فرآیند اختلاط مواد در مخازن اختلاط از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است که توسط عوامل متعددی ازجمله طراحی چند پره، قطر همزن و سرعت اختلاط متاثر می‌شود. در این تحقیق، به‌منظور بهبود بهره‌وری و کیفیت فرآیند اختلاط، تاثیر هر یک از این عوامل از طریق شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی موردبررسی قرار می‌گیرد. در این تحقیق، ابتدا مدلی برای شبیه‌سازی جریان سیال و اختلاط در مخازن ارائه می‌شود. در این پژوهش از دو تکنیک دینامیک سیالاتی محاسباتی و شبکه عصبی مصنوعی برای یافتن مطلوب‌ترین طراحی استفاده‌شده است. به وسیله‌ی نرم افزار ANSYS FLUENT 2021 R2 کار شبیه سازی راکتور CSTR صورت گرفته است. در این مقاله راکتورهای تک، دو و سه همزنه بر روی یک شفت و قطرهای 1/2 و 1/3 پره شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفت، همچنین تحلیل دور پره در دورهای 20rpm، 50rpm و 80rpm نیز انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که طراحی بهینه چند پره و انتخاب مناسب قطر و سرعت همزن می‌تواند بهبود قابل‌توجهی در فرآیند اختلاط و توزیع یکنواخت مواد داشته باشد. با افزایش تعداد پره‌ها، آشفتگی بیشتری ایجاد می‌شود که منجر به افزایش سرعت اختلاط می‌گردد. همچنین، افزایش قطر همزن باعث افزایش مساحت سطح تماس مواد و بهبود توزیع مواد در مخزن می‌شود. با توجه به نتایج حاصل از این مطالعه، می‌توان تاکید کرد که انتخاب بهینه چند پره، قطر همزن و سرعت اختلاط می‌تواند به‌عنوان راهکاری موثر در بهبود کارایی و کیفیت فرآیند اختلاط در مخازن مورداستفاده قرار گیرد. روش دیگر مدل‌سازی مورداستفاده در این تحقیق هوش مصنوعی می‌باشد. در این مطالعه از داده‌های حاصل از CFD به‌عنوان ورودی‌های شبکه عصبی مصنوعی (ANN) برای پیش‌بینی اختلاط در مخازن همزن‌دار‌ استفاده شد. در انتها توانایی تخمین و پیش‌بینی عملکرد همزن‌ها توسط تکنیک مدلسازی شبکه عصبی مصنوعی بررسی شد. نتایج بیانگر کارایی مناسب شبکه عصبی در پیش‌بینی پارامترهای مورد مطالعه در این تحقیق بود.

تبادل حرارت در صنایع معمولا از طریق مبدل‌های حرارتی انجام می‌شود. مبدل‌های حرارتی در صنایع شیمیایی، غذایی، پالایشگاهی و پتروشیمی، تجهیزات الکترونیکی و غیره کاربرد دارند. آن‌ها تجهیزات بسیار مهمی در صنایع محسوب می‌شوند. به همین علت پیش‌بینی و بهبود عملکرد حرارتی در تاسیسات مهندسی به یکی از مهم‌ترین موضوعات تبدیل شده و مطالعات گسترده‌ای برای این منظور انجام شده است. در این تحقیق تاثیر پارامتر‌های هندسی بر عدد ناسلت (ضریب انتقال حرارت جابجایی) و ضریب اصطکاک (افت فشار) در مبدل‌های حرارتی مجهز به صفحات بافل مدور با استفاده از روش شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. شرایط مرزی (دمای ورودی سیال 293 کلوین و دمای دیواره ثابت 333 کلوین) در همه مبدل‌های حرارتی مجهز به صفحات بافل مدور یکسان در نظر گرفته شد. شبیه‌سازی برای جریان‌های آشفته (آب به عنوان سیال عامل) انجام شده و محدوده عدد رینولدز ۳0000 تا ۷0000 انتخاب شد. پارامتر هندسی و عملیاتی مورد بررسی در مبدل‎های حرارتی مجهز به بافل مدورشامل: ۱)نسبت قطر (DR=d/D=0.584,0.5,0.417)، ۲)‌‌‌نسبت‌فاصله (SR=s/D=2.381,3.34,5.56)،‌۳)‌تعدادحفره (n=2,4,6) و ۴)‌محدوده عدد ‌رینولدز (Re=30000-70000) درنظر گرفته شدند. مشاهده شد که دو پارامتر ضریب انتقال حرارت جابجایی (عامل مثبت) و افت فشار (عامل منفی) به‌طور هم‌زمان با تغییر ابعاد هندسی افزایش یا کاهش یافتند. در نهایت با استفاده از داده‌های به دست آمده از شبیه‌سازی، فرمول‌های ضریب اصطکاک و عدد ناسلت با الگوریتم ژنتیک ارائه شدند و پس از بهینه‌سازی دو منظوره، دو عامل اصلی برای یافتن مناسب‌ترین عدد ناسلت و حداقل ضریب اصطکاک ایجاد شد.

تبادل حرارتی در صنایع معمولاً توسط مبدل های حرارتی انجام می گیرد و پیش بینی و بهبود عملکرد حرارتی همواره یکی از مهم ترین چالش ها در تاسیسات مهندسی بوده است. در این پژوهش، تاثیر پارامترهای هندسی کانال های سرپنتین (مارپیچ) مجهز به همزن استاتیک بر روی عدد ناسلت (ضریب انتقال حرارت جابجایی) و ضریب اصطکاک)افت فشار) با استفاده از روش شبیه-سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) موردبررسی قرارگرفته است. شبیه سازی ها برای جریان های آشفته (آب به عنوان سیال عامل) انجام شده و عدد رینولدز (Re) در محدوده بین 10000 تا 30000 انتخاب شد. پارامتر موردبررسی همزن استاتیک شامل سه قطر (W) 5، 7 و 9 میلی متر و سه فاصله گام (B) 2، 3 و 4 سانتی متر در لوله سرپنتین با قطر یک سانتی متر است. مشاهده شد که دو مشخصه ضریب انتقال حرارت جابجایی و افت فشار به طور هم زمان با تغییر ابعاد هندسی افزایش یا کاهش یافت. همچنین در این مطالعه عملکرد انتقال حرارت و افت فشار سیستم موردبررسی با استفاده از روش های هوش مصنوعی شامل شبکه عصبی (ANN) و الگوریتم ژنتیک (GA) مدل شد. سه پارامتر Re، W/D و B/D به عنوان متغیرهای ورودی مدل شبکه عصبی و Nu و f به عنوان داده های هدف تعیین شدند. پارامترهای شبکه عصبی توسط روش سعی و خطا بهینه شد و دو فرمول برای پیش بینی Nu و f با استفاده از الگوریتم ژنتیک تعیین گردید. میانگین خطای نسبی (MRE) دو مدل شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک به ترتیب برای عدد ناسلت 125/0 و 326/1 درصد و برای ضریب اصطکاک 139/0 و 104/4 درصد به دست آمد که بیانگر دقت بالای مدل ها وبرتری مشهود شبکه عصبی است.

مبدل حرارتی به عنوان عنصر اصلی در طیف گسترده ای از کاربردها مانند تولید نیرو، فرآیند، صنایع شیمیایی و غذایی، الکترونیک، مهندسی محیط زیست، بازیابی گرمای زباله، تهویه مطبوع، تبرید، کاربردهای فضایی و غیره استفاده می شوند. مبدل حرارتی پوسته ولوله پرکاربردترین مبدل حرارتی در صنعت به شمار می رود. بافل ها اجزای مهمی برای کنترل توزیع جریان در سمت پوسته و افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی پوسته ولوله هستند. بافل های مارپیچ به عنوان جایگزین مناسب به جای بافل های رایج یعنی بافل های برشی مورداستفاده قرار می گیرند. به دلیل اهمیت این نوع مبدل ها، عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی مبدل حرارتی پوسته ولوله با بافل های مارپیچ با تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی مدل سازی و موردبررسی قرارگرفته است. تاثیر دو پارامتر هندسی اصلی شامل فاصله گام بافل ها و زاویه بافل ها و یک پارامتر عملیاتی یعنی دبی جرمی ورودی بر ضریب انتقال حرارت و افت فشار موردبررسی قرار گرفت و همچنین به منظور مقایسه عملکرد این نوع مبدل با مبدل های بافل برشی، 5 مدل از مبدل بافل برشی نیز شبیه سازی شده است. با تغییرات هر پارامتر هندسی و عملیاتی، افزایش یا کاهش ضریب انتقال حرارت و افت فشار در یک جهت بوده و از طرف دیگر این دو پارامتر ازنظر مطلوب بودن در تضاد باهم هستند. بنابراین از بهینه سازی چندهدفه با استفاده از تکنیک الگوریتم ژنتیک استفاده شد. با استفاده از داده های خروجی از شبیه سازی و به کارگیری تکنیک الگوریتم ژنتیک فرمول های پیش بینی ضریب انتقال حرارت و افت فشار حاصل شد و میانگین خطای نسبی و میانگین مربعات خطا برای پیش بینی افت فشار نسبت به افت فشار هدف به ترتیب 61/13 درصد و 11/17و برای ضریب انتقال حرارت نیز به ترتیب 15/11 درصد و 23/273 بدست آمد. سپس بهینه سازی دو هدفه توسط تکنیک الگوریتم ژنتیک برای بدست آوردن بیشترین ضریب انتقال حرارت و کمترین افت فشار به عنوان دو تابع هدف اصلی انجام شد. در آخر می توان به کمک منحنی های پارتو بیشترین ضریب انتقال حرارت در کمترین افت فشار و مناسب ترین پارامترهای هندسی و عملیاتی مدنظر طراح را بدست آورد.

یکی از تجهیزاتی که نقش زیادی در کاهش مصرف انرژی ایفا می کنند مبدل های حرارتی هستند. ازاین رو، بهینه سازی و طراحی بهینه آن ها بسیار حائز اهمیت است. یکی از انواع مبدل ها، مبدل حرارتی مارپیچی است که باتوجه به مزایای آن نسبت به انواع دیگر مبدل ها امروزه بسیار استفاده می شود. در مکان هایی که کمبود فضا وجود دارد استفاده از مبدل های حرارتی مارپیچ کاربرد زیادی دارد؛ بنابراین مطالعه این نوع مبدل می تواند یکی از موضوعات جدید و پراهمیت باشد. در این تحقیق لوله های مارپیچی اسپیرال با سطح مقطع های دایره ای ، بیضوی و مربعی و با زاویه مخروطی 10، 30 و 50 درجه و طول گام های 15، 30 و 45 میلی متر برای بررسی عملکرد حرارتی و هیدرودینامیکی توسط تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی مدل سازی گردید. نتایج نشان داد که در بین هندسه های مختلف، مقطع بیضوی عملکرد انتقال حرارت بهتری نسبت به سایر هندسه ها دارد. همچنین به واسطه تغییر ضخامت لایه مرزی مقدار عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هندسه با مقطع مربعی دارای مقادیر کمتری است. درنهایت به منظور پیش بینی مقدار عدد ناسلت و ضریب اصطکاک از تکنیک منطق فازی که از زیرمجموعه های هوش مصنوعی محسوب می شود، استفاده گردید. نتایج مقدار درصد خطای نسبی مربوط به سطح مقطع دایره ای، بیضوی و مربع برای عدد ناسلت به ترتیب 68/0، 0٫42 و 0٫64 به دست آمد. همچنین خطای مدل های آموزش دیده برای تخمین ضریب اصطکاک برای سه مقطع دایره ای، بیضوی و مربع به ترتیب 78/2، 3٫21 و 06/1 می باشد. این نتایج بیانگر دقت بالای پیش بینی منطق فازی برای سیستم مورد بررسی است.

پلی اتیلن سبک پلیمری از خانواده پلی اتیلن هاست که در فشارها و دماهای بالا با استفاده از واکنش رادیکالی تولید می شوند. پدیده رسوب گرفتگی در راکتور لوله ای پلیمریزاسیون پلی اتیلن سبک به دلیل تشکیل دو فاز در داخل راکتور می باشد. رسوب گذاری ناشی از جداسازی فاز ترمودینامیکی پلیمر و اتیلن است که این جداسازی فاز در منطقه دیواره (دیواره نزدیک به سیال خنک کننده) راکتور لوله ای رخ می دهد، سپس فاز غنی از پلیمر به دیواره داخلی راکتور چسبیده و باعث کاهش انتقال حرارت می شود که این موضوع موجب کاهش تولید و در موارد بحرانی باعث تجزیه خطرناک اتیلن می شود. هدف این پایان نامه ارائه ی یک مدل برای تشکیل رسوب و تاثیرات دما و فشار بر روی آن و درنهایت بررسی تاثیر رسوب در میزان انتقال حرارت می باشد. مدل ریاضی حل شده بر اساس معادلات انتقال حرارت شکل گرفته و برای محاسبه داده های تعادل فازی با توجه به فشار و دما از معادلات حالت SRK استفاده شده است و در انتها با بهره گیری از دینامیک سیالات محاسباتی (نرم افزار فلوئنت ) داده های به دست آمده حل و شبیه سازی شد. نتایج به دست آمده به خوبی نشان داد که با افزایش ضخامت رسوب از میزان انتقال حرارت کاسته می شود. همچنین با تغییر در پارامترهایی همچون دمای سیال خنک کننده و دما و فشار ترکیب پلیمر ورودی می توان تاثیرپذیری میزان رسوب تشکیل شده و انتقال حرارت را مشاهده کرد. مشخص شد که پارامتر دمای ورودی جریان خنک کننده تاثیر به مراتب بالاتر از موارد دیگر دارد. مدل انجام شده در شرایط عملیاتی برای پلی اتیلن سبک با درجه 2420H تحت لیسانس شرکت بازل انجام شده است.

در طراحی فرآیندهای جداسازی آگاهی از منحنی های تعادل فاز و محاسبه بسیاری از ترکیبات موجود در سیستم از اهمیت خاصی برخوردار است. این موضوع ضرورت علم ترمودینامیک را نشان داده و برای دستیابی به خواص ترمودینامیکی اولین راه در دسترس بودن اطلاعات آزمایشگاهی است. اما به دلیل هزینه بالا و زمان بر بودن اجرای آن ها پژوهشگران را به سمت روش های تئوری سوق داده است. به علت اهمیت داده های تعادلی مایع-مایع برای سیستمهای چند جزئی، در طراحی فرایندهای شیمیایی و عملیات جداسازی در حال حاضر معادلات حالت بهترین روش برای طراحی فرایند ها محسوب می شود. اما معادلات حالت نیز توانایی پیش بینی خواص ترمودینامیکی در زمینه های مختلف را ندارد. بنابراین شرط وجود همزمان دو یا چند فاز این است که دما و نوع ترکیب همه فازهای موجود برابر بوده و آن ها را در هر دمایی که داده های تعادلی مایع-مایع نیاز است محاسبه نمود. یکی از روش های که امروزه مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی در طراحی فرآیندهای جداسازی می باشد. زیرا شبکه های عصبی کاربرد گسترده ای را برای تخمین خواص مواد و سیستم های تعادلی از نظر کمی و کیفی پیدا کرده اند و در حال رشد و پیشرفت می باشند. لذا، در این پایان نامه از داده های تعادلی مایع-مایع با مدل های ترمودینامیکی جهت کاهش خطای نسبی مدل استفاده، و ترکیبات تعادلی مایع-مایع سیستم های چندجزئی توسط شبکه عصبی پیشخور دردماهای مختلف پیش بینی شده است. در روش پیشنهادی، از شبکه عصبی پیشخور مورد استفاده در شرایط تعداد لایه، نورون و توابع انتقال مختلف مورد بررسی قرار گرفته است تا بهترین وضعیت از ساختار شبکه عصبی بدست آید. همچنین، به منظور بررسی و صحت سنجی روش پیشنهادی، نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی روش پیشنهادی با داده های آزمایشگاهی موجود در مراجع مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفته شده است. نتیجه این مقایسه نشان داد که روش پیشنهادی مورد استفاده نسبت به مدل هایی به کار رفته پیشین دقت بالاتری را به خود اختصاص داده است بطوریکه در مدل سازی نتایج آزمایشگاهی به دقتی معادل با 3/99 % دست یافته که این دقت در مدل UNIQUAC معادل با 1/98 درصد بوده است.

انتقال حرارت در داخل لوله های مبدلهای حرارتی از نوع پوسته-لوله که در آنها ضمائمی همچون نوارهای تابیده به کار برده شده است، جذابیت زیادی در سالهای اخیر یافته است. در این تحقیق برای تحلیل دو پارامتر انتقال حرارت نظیر نرخ انتقال حرارت جابه جایی به انتقال حرارت هدایتی یا همان عدد ناسلت (Nu) و ضریب اصطکاک(f) مدلسازی بر روی چهار سیستم مختلف انجام شده است.برای این کار روش شبکه عصبی پیشنهاد داده شد. با بکار بردن مقالات مختلف و استفاده از داده های آزمایشگاهی و مدل سازی توسط شبکه عصبی با مقدار خطای پایین پارامتر های مورد نظر پیش بینی شد. در از بعضی از مقالات هم در مقایسه با رابطه تجربی برتری شبکه عصبی نشان داده شد و شبکه عصبی به عنوان روش محاسباتی پیش بینی کننده به خوبی توانست داده های آزمایشگاهی را پوشش دهد، که در آن ماکزیمم خطای شبکه عصبی نسبت به داده تجربی 324912/2 درصد ولی خطای رابطه تجربی نسبت به داده تجربی 55124/22 درصد مشاهده شد که به پایین بودن خطا و دقت بالای شبکه عصبی اشاره دارد.

مبدل های حرارتی از تجهیزات بسیار مهم در صنایع مختلف از قبیل صنایع غذایی، شیمیایی، پالایشی و پتروشیمی، تجهیزات الکترونیکی و نظامی می باشند. به همین دلیل تلاش برای بهبود عملکرد حرارتی-هیدرولیکی مبدل های حرارتی بسیار حائز می باشد و مطالعات گسترده ای برای این هدف انجام شده است. در مطالعه حاضر، تاثیر پارامترهای هندسی کانال های زیگزاگ، مستطیلی و مارپیچ بر روی عدد ناسلت (ضریب انتقال حرارت جابجایی) و ضریب اصطکاک ( افت فشار) با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شد. در همه کانال ها شرایط مرزی (دمای سیال ورودی 298 کلوین) و (دمای دیواره ثابت و برابر با 353 کلوین) یکسان در نظر گرفته شدند. شبیه سازی برای جریان های کاملاً آشفته انجام گرفت و رینولدز بین 20000 تا 60000 انتخاب شد و سیال کار، آب مایع در نظر گرفته شد. کانال زیگزاگ بهترین عملکرد حرارتی و کانال مارپیچ بهترین عملکرد هیدرولیکی را از خود نشان دادند. تمامی کانال ها عملکرد حرارتی بهتر و عملکرد هیدرولیکی ضعیف تری نسبت به کانال مستقیم داشتند. با افزایش پیچیدگی سطوح کانال ها، دو پارامتر ضریب انتقال حرارت جابجایی ( عامل مثبت) و افت فشار (عامل منفی) به طور هم زمان افزایش یافتند. به همین دلیل یافتن نقاط بهینه در بازه های مختلف عدد رینولدز در هندسه های مختلف با اهمیت می باشد. طبق نتایج، تاثیر تغییر هندسه ی کانال و عدد رینولدز بر روی افت فشار بیشتر از ضریب انتقال حرارت جابجایی بود. در نهایت با استفاده از داده های حاصل از شبیه سازی، به کمک الگوریتم ژنتیک فرمول های پیش بینی کننده برای ضریب اصطکاک و عدد ناسلت ارائه شد و سپس بهینه سازی دو هدفه برای یافتن مناسب ترین عدد ناسلت و ضریب اصطکاک مینیمم به عنوان دو تابع اصلی هدف انجام شد. مجموعه پارتو حاصل که دربرگیرنده ابعاد هندسی بهینه مبدل های حرارتی مورد بررسی می باشد، امکان انتخاب هندسه مورد نظر طراح بر مبنای انتقال حرارت بیشتر یا توان پمپاژ کمتر را فراهم می کند.

همزن های استاتیکی تجهیزاتی برای انجام عمل اختلاط بین سیال های مختلف در بسیاری از صنایع می باشند، زیرا اختلاط یکی از مهم ترین عملیات واحد در بسیاری از این فرایندها است که نقش زیادی در کیفیت محصول نهایی دارد. در این پژوهش از دو روش دینامیک سیالاتی محاسباتی و شبکه عصبی مصنوعی برای یافتن مطلوب ترین طراحی استفاده شده است. ابتدا با استفاده از CFD هندسه های موردنظر طراحی شدند و پارامترهای رینولدز، افت فشار و ضریب اصطکاک برای تمامی حالت ها بررسی گردید. در این پایان نامه سه همزن نوارپیچیده کلاسیک ، نوارپیچیده حفره دار و نوارپیچیده V-Cut برای رینولدزهای 3000 تا 19000 بررسی شدند. مشخص شد افزایش نسبت پیچش (کاهش تعداد عناصر اختلاط) در همزن نوارپیچیده کلاسیک باعث کاهش افت فشار و ضریب اصطکاک می شود و ایجاد حفره و برش V-Cut به ترتیب باعث کاهش و افزایش افت فشار نسبت به حالت کلاسیک شد. همچنین همزن حفره دار به علت افت فشار کم تر و ایجاد جریان های چرخشی و شعاعی و ترکیبی از هر دو دارای اختلاط بهتر می باشد و نسبت به دو همزن دیگر کارآمدتر است. روش دیگر مدلسازی مورداستفاده در این تحقیق هوش مصنوعی می باشد. در این مطالعه از شبکه عصبی مصنوعی (ANN) برای پیش بینی ضریب اصطکاک در همزن های استاتیکی استفاده شد. عدد رینولدز و پارامترهای هندسی همزن به عنوان متغیرهای ورودی شبکه عصبی برای برآورد ضریب اصطکاک استفاده شدند و کارایی مدل ها در تخمین ضریب اصطکاک مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفت که نتایج بیانگر خطای نسبی کمتر از 1٪ است. خطای نسبی برای کلیه داده ها در حالت کلاسیک، V-Cut و حفره دار به ترتیب %75/0، %57/0 و %52/0 بود و برای داده های ارزیابی برای سه همزن کلاسیک، V-Cut و حفره دار به ترتیب %1/1، %92/0 و %62/0 بود که نشان می-دهد این مدل ها توانایی بالایی در تخمین ضریب اصطکاک دارند.

در این پژوهش روش بیواسید لیچینگ بر پایه استفاده از عصاره لیمو جهت استخراج فلزات مس و روی از صفحات مدارچاپی تلفن همراه بهکار گرفته شد. سه فاکتور چگالی پسماند، غلظت هیدروژن پراکسید و عصاره لیمو با استفاده از روش سطح پاسخ بهینه سازی شدند. نتایج نشان داد که برای ذراتی با اندازه 150 تا 180μm در دمای ثابت °C 20 و زمان h 4 در شرایط بهینه شامل چگالی پسماند ) w/v %) 4 / 1 غلظت هیدروژن ) v/v %) 2 / 12 و غلظت عصاره لیمو ) v/v %) 74 ، راندمان بازیابی فلزات مس و روی به ترتیب 89 % و 73 % است. مطابق نتایج، افزایش غلظت هیدروژن پراکسید و غلظت عصاره لیمو و همچنین کاهش چگالی پسماند تاثیر مثبت روی راندمان استخراج مس و روی دارند. به منظور بررسی تاثیر زمان بر استخراج فلزات، از مدل هسته کوچک شونده استفاده شد. بعد از 5 ساعت به حداکثر استخراج 90 % مس و 76 % روی رسید. مرحله نفوذ در ساختار جامد با بیشترین ضریب همبستگی به عنوان مرحله کنترل کننده سرعت انتخاب شد.

باتری های فرسوده لیتیوم-یونی به علت وجود فلزات سمی مانند لیتیوم، نیکل و کبالت از لحاظ زیست محیطی خطرناک هستند. جهت انحلال این فلزات، از عصاره ی لیمو که خود محصولی بیولوژیک است و متشکل از اسیدهای آلی مختلفی همچون اسید سیتریک، آسکوربیک اسید و مالیک اسید می باشد به عنوان یک عامل نوین بیولیچینگ مورد استفاده قرار گرفت. برای بازیابی بیشتر فلزات و بالا بردن سینتیک واکنش از امواج فراصوت به عنوان عامل کمکی استفاده شد. از روش سطح پاسخ برای بهینه سازی فاکتورهای نسبت جامد به مایع ، هیدروژن پراکسید و عصاره ی لیمو استفاده شد. نقطه ی بهینه تحت شرایط (w/v)% 98/0 نسبت جامد به مایع، (v/v)% 07/8 هیدروژن پراکسید و (v/v)% 84/57 عصاره ی لیمو تعیین شد که میزان بازیابی هر سه فلز لیتیوم، کبالت و نیکل در این شرایط %100 به دست آمد. برای بررسی سینتیک فرآیند از مدل هسته کوچک شونده استفاده شد و مرحله ی انجام واکنش شیمیایی بر روی سطح به عنوان مرحله ی کنترل کننده سرعت تعیین شد. سرعت درجه واکنش برای هر سه فلز مورد مطالعه از نوع درجه اول تعیین شد. همچنین مطالعات ترمودینامیکی این فرآیند مورد بررسی قرار گرفت و میزان آنتالپی برای لیتیوم و کبالت به ترتیب kJ.mol-1 6/52 و kJ.mol-1 8/61 به دست آمد که نشان می دهد فرآیند گرماگیر است. مقادیر انرژی آزاد گیبس در تمامی دماهای مورد مطالعه دارای مقادیری با علامت منفی بودند که نشان می دهد فرآیند خود به خودی است. برای جداسازی و خالص سازی فلزات انحلال یافته در محلول، از روش ترسیب استفاده شد که با این روش %96 از کبالت انحلال یافته به صورت کبالت کربنات (CoCO3)، %98 از منگنز به صورت منگنز کربنات (MnCO3) و %96 از نیکل به صورت نیکل کربنات (NiCO3) رسوب کردند و در نهایت محلولی با %80 خلوص از فلز لیتیوم نسبت به حالت قبل از عملیات ترسیب به دست آمد.

عملکرد اختلاط میکرو یک شاخص کارایی قابل توجه در اکثر راکتورهای شیمیایی است. بازده و عملکرد بسیاری از فرایندهای صنعتی به نحوه اختلاط مواد بستگی دارد. ازنقطه نظر مهندسی، اختلاط پدیده ای است که در بسیاری از فرآیندها نقش داشته و کیفیت نهایی محصولات را تحت تاثیر قرار می دهد. توسعه و ساخت تجهیزاتی که بتواند اختلاط میکروی کارآمدی را به وجود آورد، توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در سیستم های مختلف میکروسیال مانند میکروراکتورها، میکروکولرها، میکرو مبدل های حرارتی و میکرو زیست تراشه ها، از میکروکانال های منحنی شکل برای تغییر جهت حرکت سیال، افزایش طول مسیر جریان و افزایش بازده اختلاط در یک فضای فشرده استفاده می شود. در این پایان نامه، تاثیر هندسه میکروکانال های مارپیچی بر کیفیت و بازدهی اختلاط در مقیاس میکرو موردمطالعه قرارگرفته است. برای این منظور از میکروکانال های مارپیچی (12 هندسه) با نسبت انحنا و طول گام متفاوت استفاده شده است. میکروکانال های مارپیچی دارای سطح مقطع استوانه ای و به قطر 780 میکرومتر و طول 40 سانتیمتر هستند. آزمایشات در رژیم جریان آرام انجام شد و عملکرد اختلاط با استفاده از واکنش رقابتی - موازی Villermaux / Dushman مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که هندسه میکروکانال تاثیر قابل توجهی بر ضریب اصطکاک و شاخص جدایش دارد. نسبت عملکرد با استفاده از افت فشار برای ارزیابی اختلاط و مشخصه های جریان تعریف شد. مقادیر نسبت عملکرد برای همه هندسه ها بزرگ تر از یک است و مقدار آن در نسبت های انحنای بزرگ تر، بیشتر است و با کاهش طول گام مقدار آن کاهش می یابد. بنابراین نسبت عملکرد به دست آمده برای هندسه های با نسبت انحنا بیشتر و طول گام کمتر %98 بیشتر از میکرولوله های مارپیچی با نسبت انحنا کمتر و طول گام بیشتر است. در همه هندسه ها، با افزایش دبی جریان، شاخص جدایش کاهش می یابد. همچنین در دبی های مختلف، میکروکانال های با نسبت انحنا بزرگ تر و طول گام کوچک تر منجر به بهبود قابل توجهی در عملکرد اختلاط میکرو می شوند. جهت پیش بینی و بهینه سازی یک سیستم، ارائه یک مدل دقیق و مناسب بسیار سودمند است. در این تحقیق، تکنیک های متفاوت هوش مصنوعی مانند شبکه های عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک جهت مدلسازی داده های آزمایشگاهی بکار گرفته شد، که نتایج آن تطابق خوبی با داده ها