پروژه انتقال حرارت

مراحل کلی انجام یک پروژه انتقال حرارت:

1. تعریف مسئله و هدف: دقیقاً چه چیزی می‌خواهید بررسی یا طراحی کنید؟

2. جمع‌آوری اطلاعات و ادبیات موضوع: مقالات، کتب درسی و استانداردها.

3. انتخاب روش حل: تحلیلی، عددی (مثلاً با نرم‌افزارهایی مانند ANSYS Fluent، COMSOL، یا برنامه‌نویسی در MATLAB/Python) یا آزمایشگاهی.

4. اجرا و تحلیل: انجام شبیه‌سازی، آزمایش یا محاسبات.

5. نتیجه‌گیری و گزارش‌نویسی.

ایده‌های پروژه در سطوح مختلف:

الف) پروژه‌های مفهومی و تحلیلی (مناسب برای دروس دانشگاهی)

• طراحی و تحلیل یک رادیاتور (مبدل حرارتی): محاسبه سطح مورد نیاز برای انتقال گرمای معین.

• آنالیز عایق‌کاری حرارتی یک دیوار یا لوله: یافتن ضخامت بهینه عایق.

• مدلسازی انتقال حرارت هدایتی در یک فین (پره): بررسی تأثیر شکل فین (مستطیلی، سوزنی) بر بازدهی.

• شبیه‌سازی ساده انتشار حرارت در یک قطعه با شرایط مرزی مختلف.

ب) پروژه‌های شبیه‌سازی عددی (محبوب و قدرتمند)

• شبیه‌سازی جریان و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله: بررسی اثر آرایش لوله‌ها (مثلثی یا مربعی) و سرعت جریان.

• تحلیل انتقال حرارت جابه‌جایی اجباری و طبیعی در یک محفظه (Cavity): مثل بررسی جریان در یک اتاق یا فضای بین دو استوانه.

• بررسی عملکرد نانوسیالات در بهبود انتقال حرارت: مثلاً در یک مبدل حرارتی یا رادیاتور.

• مدلسازی انتقال حرارت در یک مقطع از موتور یا سیلندر.

• شبیه‌سازی خنک‌کاری الکترونیکی: مانند خنک‌کاری یک تراشه یا CPU با هیت‌سینک و فن.

• بررسی پدیده جوشش (Boiling) یا میعان (Condensation) روی سطوح.

ج) پروژه‌های آزمایشگاهی (نیازمند تجهیزات)

• ساخت و آزمایش یک آبگرمکن خورشیدی ساده.

• بررسی عملکرد انواع مختلف عایق‌های حرارتی.

• اندازه‌گیری ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی در سطح یک جسم در تونل باد.

• مطالعه تجربی تاثیر زبری سطح بر انتقال حرارت.

د) پروژه‌های کاربردی و میان‌رشته‌ای

• بهینه‌سازی مصرف انرژی در یک ساختمان با تحلیل انتقال حرارت از جداره‌ها.

• طراحی سیستم‌های خنک‌کاری در باتری‌های خودروهای الکتریکی.

• بررسی انتقال حرارت در فرآیندهای ساخت افزونه (3D Printing).

• کاربرد انتقال حرارت در سیستم‌های پزشکی (مانند هایپرترمی یا کرایوژنیک).

نکات کلیدی برای موفقیت پروژه:

1. محدود کردن دامنه پروژه: یک موضوع خاص را انتخاب کنید (مثلاً “تحلیل عددی تاثیر نانوذرات Al2O3 بر عملکرد حرارتی یک مبدل حرارتی صفحه‌ای” به جای “مطالعه مبدل حرارتی”).

2. مرور منابع: حتماً مقالات معتبر (از پایگاه‌هایی مثل ScienceDirect, Google Scholar) را مطالعه کنید تا با کارهای قبلی آشنا شوید.

3. انتخاب نرم‌افزار مناسب:

   • ANSYS Fluent/CFX: برای شبیه‌سازی جریان سیال و انتقال حرارت پیشرفته.

   • COMSOL Multiphysics: برای مسائل کوپل شده (مثلاً انتقال حرارت و ساختار).

   • MATLAB/Python: برای حل تحلیلی/نیمه تحلیلی و رسم نمودارها.

4. اعتبارسنجی (Validation): نتایج خود را با داده‌های تجربی یا مقالات معتبر مقایسه کنید.

5. تحلیل نتایج: نمودارها را تفسیر کنید (مثلاً تغییرات دما، ضریب انتقال حرارت، Nusselt Number). پارامترهای مؤثر را بیابید.

یک مثال عملی برای شروع (پروژه شبیه‌سازی):

• عنوان: شبیه‌سازی عددی جریان و انتقال حرارت در یک کانال مربعی با مقطع مثلثی.

• هدف: بررسی اثر عدد رینولدز و شکل مقطع بر ضریب انتقال حرارت و افت فشار.

• مراحل:

  1. ترسیم هندسه در نرم‌افزار (مثلاً DesignModeler در ANSYS یا SpaceClaim).

  2. ایجاد شبکه‌بندی (Meshing) با کیفیت مناسب.

  3. تعریف شرایط مرزی: ورود سیال با دما و سرعت مشخص، دیواره‌های داغ، خروجی.

  4. تعریف مدل آشفتگی (Turbulence Model) مناسب (مثلاً k-ε).

  5. حل معادلات و همگرایی.

  6. استخراج نتایج: نمودار تغییرات دما، ضریب انتقال حرارت محلی، عدد ناسلت.

  7. تحلیل و نتیجه‌گیری.

نکات عملی برای اجرای موفق پروژه:

الف) در شبیه‌سازی عددی:

1. همگرایی (Convergence): معیارهای همگرایی را دقیق تعریف کنید (مانند residuals به ۱۰^-۶^)

2. استقلال از شبکه (Grid Independence): حداقل با ۳ شبکه مختلف شبیه‌سازی کنید

3. انتخاب مدل: مدل آشفتگی مناسب انتخاب کنید (برای جریان جداشده از SST k-ω استفاده کنید)

4. ذخیره‌سازی داده‌ها: هر مرحله را backup بگیرید

ب) در آزمایش‌های تجربی:

1. کالیبراسیون: تمام حسگرهای دما و جریان را کالیبره کنید

2. تکرارپذیری: هر آزمایش را حداقل ۳ بار تکرار کنید

3. آنالیز عدم قطعیت: خطای اندازه‌گیری را محاسبه کنید

ج) در تحلیل تحلیلی:

1. فرضیات: فرضیات ساده‌کننده را واضح بیان کنید

2. تحلیل ابعادی: از تحلیل ابعادی برای کاهش پارامترها استفاده کنید

3. اعتبارسنجی: نتایج را با حالات حدی (limiting cases) مقایسه کنید

منابع آموزشی مفید:

کتاب‌های کلیدی:

1. Incropera, Fundamentals of Heat and Mass Transfer – مرجع استاندارد

2. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow – برای روش‌های عددی

3. Bejan, Convection Heat Transfer – برای جابه‌جایی

دوره‌های آنلاین رایگان:

• Coursera: “Computational Fluid Dynamics” توسط دانشگاه میشیگان

• edX: “Heat Transfer” توسط MIT

• YouTube: آموزش‌های Ansys Fluent توسط احمد نوری و غیره

بانک‌های مقاله:

• ScienceDirect (Elsevier)

• ASME Digital Collection

• Taylor & Francis Online

پروژه‌های پیشرفته و چالش‌برانگیز (برای پایان‌نامه‌های ارشد و دکتری):

۱. پروژه‌های مرتبط با انرژی‌های تجدیدپذیر:

الف) سیستم‌های خورشیدی حرارتی:

• بهینه‌سازی گیرنده‌های مرکزی برج خورشیدی: تحلیل شار غیریکنواخت ناشی از هلیوستات‌ها

• مدل‌سازی دینامیکی یک آبگرمکن خورشیدی با ذخیره‌ساز حرارتی PCM: تحلیل ذوب و انجماد

• شبیه‌سازی سه‌بعدی جریان و انتقال حرارت در کلکتورهای خورشیدی لوله‌ای خلأ

ب) سیستم‌های زمین‌گرمایی:

• مدل‌سازی انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی زمینی (GHE) با جریان دو فاز

• تحلیل عملکرد بلندمدت سیستم‌های GSHP با در نظر گرفتن تغییرات فصلی

۲. پروژه‌های صنعتی کاربردی:

الف) صنایع پتروشیمی و نفت:

• شبیه‌سازی کوره‌های صنعتی با احتراق و تشعشع: استفاده از مدل‌های DO و WSGG

• طراحی مبدل‌های حرارتی Compact برای بازیابی حرارت گازهای دودکش

• تحلیل انتقال حرارت در ریبویلرهای Thermosiphon

ب) صنایع خودروسازی:

• مدل‌سازی سیستم خنک‌کاری موتورهای الکتریکی با روغن اسپری

• بهینه‌سازی سیستم‌های HVAC خودرو با کاهش مصرف انرژی

• تحلیل حرارتی ترمزها در شرایط سخت (Brake Fade Analysis)

۳. پروژه‌های فناوری‌های پیشرفته:

الف) سیستم‌های میکرو/نانو مقیاس:

• مدل‌سازی انتقال حرارت در تراشه‌های سه‌بعدی (3D IC) با TSV

• تحلیل اثرات غیرفوریه‌ای در انتقال حرارت فوق‌سریع (Hyperbolic Heat Conduction)

• طراحی و بهینه‌سازی میکروکانال‌های با قابلیت خنک‌کاری جت نانوسیال

ب) کاربردهای پزشکی:

• شبیه‌سازی فرآیند کرایوژنیک برای انجماد بافت‌های سرطانی

• تحلیل انتقال حرارت در فرآیندهای لیزر درمانی (Photothermal Therapy)

• طراحی سیستم‌های هیپوترمی موضعی برای درمان تومورها

روش‌های پیشرفته تحلیل و بهینه‌سازی:

۱. روش‌های بهینه‌سازی چندهدفه:

پارامترهای ورودی → شبیه‌سازی CFD → استخراج اهداف → الگوریتم بهینه‌سازی → پاره‌تو فرونت

• الگوریتم‌های رایج: NSGA-II, MOEA/D, SPEA2

• نرم‌افزارهای کمکی: modeFrontier, ISIGHT, خودِ ANSYS Workbench

۲. روش‌های کاهش مدل (Reduced Order Modeling):

• Proper Orthogonal Decomposition (POD)

• Radial Basis Functions (RBF)

• برای کاهش زمان محاسبه در بهینه‌سازی و کنترل

۳. یادگیری ماشین در انتقال حرارت:

• پیش‌بینی ضریب انتقال حرارت با شبکه‌های عصبی

• بهینه‌سازی هندسی با Reinforcement Learning

• تشخیص الگوهای جریان با بینایی کامپیوتر

چالش‌های رایج و راه‌حل‌ها:

نکات نگارشی و ارائه پروژه:

الف) در تدوین مقاله:

1. چکیده ساختاریافته: شامل Background, Methods, Results, Conclusion

2. مقدمه هدفمند: نشان دادن خلأ تحقیقاتی و نوآوری کار

3. روش‌شناسی شفاف: طوری بنویسید که قابل تکرار باشد

4. نتیجه‌گیری مستدل: با داده‌ها پشتیبانی کنید، از ادعاهای بی‌پایه پرهیز کنید

ب) در ارائه شفاهی:

1. اسلاید اول: مشکل، راه‌حل، نوآوری (در ۱ دقیقه)

2. توزیع زمان: ۲۰% مقدمه، ۳۰% روش، ۴۰% نتایج، ۱۰% نتیجه‌گیری

3. نمودارهای گویا: از نمودارهای بی‌معنی پرهیز کنید

4. آماده‌باش برای سوالات: احتمالات را پیش‌بینی کنید

ج) در تدوین پایان‌نامه:

1. انسجام منطقی: هر فصل باید به فصل بعد منتهی شود

2. استناد صحیح: از نرم‌افزارهای مدیریت منابع استفاده کنید (EndNote, Mendeley)

3. پیوست‌های کاربردی: کدها، داده‌ها، دستورالعمل‌های اجرایی

4. خلاصه مدیریتی: پروژه را برای غیرمتخصصان توضیح دهید

جدول زمانی پیشنهادی برای یک پروژه ۶ ماهه:

پرسش‌های تحقیق نمونه برای هدف‌گذاری:

1. آیا استفاده از نانوسیال‌های هیبریدی نسبت به نانوسیال‌های معمولی بهبود قابل توجهی در انتقال حرارت ایجاد می‌کند؟

2. چه پیکربندی هندسی برای میکروکانال‌ها بیشترین نسبت انتقال حرارت به افت فشار را ارائه می‌دهد؟

3. آیا می‌توان با تغییر طراحی پره‌ها، هم‌زمان هم انتقال حرارت را افزایش داد و هم افت فشار را کاهش داد؟

4. تأثیر ناهمسانگردی حرارتی مواد کامپوزیتی بر توزیع دما در قطعات الکترونیکی چیست؟

5. چه استراتژی کنترلی برای سیستم‌های خنک‌کاری دو فاز بیشترین کارایی انرژی را دارد؟

راهکار برای دانشجویانی که تازه شروع کرده‌اند:

پروژه آغازین مناسب: “تحلیل انتقال حرارت در هیت سینک کامپیوتر”

مراحل ساده‌شده:

1. هندسه ساده هیت سینک را در SpaceClaim بکشید

2. شبکه‌بندی اولیه با سایز ۲mm

3. شرایط مرزی: شار حرارتی پایه (مثلاً 100W)، جابه‌جایی طبیعی اطراف پره‌ها

4. حل و مشاهده توزیع دما

5. تغییر تعداد پره‌ها و مشاهده اثر آن

یادگیری تدریجی:

1. هفته ۱-۲: آشنایی با رابط کاربری

2. هفته ۳-۴: یادگیری شبکه‌بندی

3. هفته ۵-۶: تنظیم شرایط مرزی

4. هفته ۷-۸: تحلیل نتایج اولیه

5. هفته ۹-۱۲: اضافه کردن پیچیدگی‌ها (جریان اجباری، تشعشع)

منابع داده و پایگاه‌های استاندارد:

داده‌های تجربی برای اعتبارسنجی:

1. NIST REFPROP: برای خواص ترمودینامیکی مواد

2. جامعه‌ی ASME: داده‌های آزمایشگاهی استاندارد

3. مقالات مروری: جمع‌آوری داده‌های مختلف در یک جدول

کدهای آماده برای شروع:

1. GitHub: جستجوی “heat transfer CFD code”

2. ANSYS Customer Portal: مثال‌های آموزشی

3. COMSOL Application Gallery: مدل‌های آماده

نکته نهایی مهم:

انتقال حرارت علم تعادل و مصالحه است:

• بین انتقال حرارت و افت فشار

• بین کارایی و هزینه

• بین پیچیدگی و قابلیت اطمینان

بخش ۷: جزئیات فنی اجرای پروژه (Technical Implementation)

۱. مراحل دقیق شبیه‌سازی CFD در ANSYS Fluent:

گام ۱: پیش‌پردازش (Preprocessing)

Geometry Creation → Meshing → Mesh Quality Check

نکات حیاتی:

• هندسه: از simplifying geometry برای کاهش پیچیدگی استفاده کنید (مثلاً استفاده از symmetry)

• شبکه‌بندی:

  • برای لایه‌های مرزی: y+ ≈ 1 برای مدل‌های Low-Re (مثل SST k-ω)

  • Skewness: کمتر از ۰.۹ (ترجیحاً کمتر از ۰.۸)

  • Orthogonal Quality: بیشتر از ۰.۱ (ترجیحاً بیشتر از ۰.۲)

  • Aspect Ratio: کمتر از ۱۰۰ برای مناطق بحرانی

گام ۲: تنظیمات فیزیکی (Physics Setup)

# تنظیمات نمونه برای جریان داخلی آشفته
Solver Type = Pressure-Based
Time = Steady/Transient
Viscous Model = k-omega SST
Heat Transfer = Enabled
Material = Air (ideal gas if compressible)

انتخاب مدل آشفتگی:

گام ۳: شرایط مرزی (Boundary Conditions)

انواع رایج:

1. ورودی (Inlet):

   • Velocity Inlet (اگر سرعت مشخص است)

   • Pressure Inlet (اگر فشار مشخص است)

   • Mass Flow Rate (اگر دبی جرمی مشخص است)

2. خروجی (Outlet):

   • Pressure Outlet (رایج‌ترین)

   • Outflow (برای جریان کاملاً توسعه‌یافته)

3. دیواره (Wall):

   • No Slip Condition (برای بیشتر موارد)

   • Thermal Condition:

     • Constant Temperature

     • Constant Heat Flux

     • Convection (با ضریب h مشخص)

     • Radiation (با emissivity مشخص)

گام ۴: تنظیمات حلگر (Solver Settings)

# تنظیمات پیشنهادی برای جریان پایا
Pressure-Velocity Coupling = SIMPLE/Coupled
Spatial Discretization:
  - Pressure = Second Order
  - Momentum = Second Order Upwind
  - Turbulence = First Order Upwind (ابتدا)، سپس Second Order
  - Energy = Second Order Upwind

Under-Relaxation Factors:
  - Pressure = 0.3
  - Momentum = 0.7
  - Turbulence = 0.8
  - Energy = 1.0

گام ۵: مانیتورینگ و همگرایی (Monitoring & Convergence)

• Residuals: به ۱e-۶ برسانید

• مانیتورهای نقطه‌ای: دما یا سرعت در نقاط کلیدی

• مانیتورهای کلی: ضریب درگ، عدد ناسلت متوسط

۲. اعتبارسنجی (Validation) – با مثال عملی:

مثال: اعتبارسنجی جریان در لایه

1. انتخاب مقاله معتبر: مثلاً “Experimental investigation of turbulent flow in a pipe”

2. استخراج داده‌ها: عدد رینولدز، پروفیل سرعت، ضریب اصطکاک

3. شبیه‌سازی دقیقاً مشابه: همان هندسه، شرایط مرزی، خواص سیال

4. مقایسه کمی:

   • پروفیل سرعت بی‌بعد: u/u_max vs r/R

   • عدد ناسلت در طول لوله

   • ضریب اصطکاک vs عدد رینولدز

5. محاسبه خطا:

   text

   RMSE = sqrt(Σ(y_sim - y_exp)² / n)
   R² = 1 - (Σ(y_sim - y_exp)² / Σ(y_exp - y_mean)²)

   • خطای قابل قبول: RMSE < 5% معمولاً قابل قبول است

۳. تحلیل نتایج (Data Analysis):

پارامترهای کلیدی برای گزارش:

1. عدد ناسلت (Nu): شاخص انتقال حرارت جابه‌جایی

   text

   Nu_local = h_local * D / k
   Nu_avg = ∫ Nu_local dA / A

2. ضریب اصطکاک (f): شاخص افت فشار

   text

   f = (ΔP/L) * (2D) / (ρV²)

3. ضریب عملکرد حرارتی-هیدرولیکی (η):

   text

   η = (Nu/Nu_ref) / (f/f_ref)^(1/3)  # Webb's Performance Factor

4. عدد استنتون (St): برای مبدل‌های حرارتی

   text

   St = Nu / (Re * Pr)

نمودارهای استاندارد:

1. Nu vs Re: برای نشان دادن اثر سرعت

2. f vs Re: برای نشان دادن اثر اصطکاک

3. Temperature Contour: برای نمایش توزیع دما

4. Streamlines/Velocity Vectors: برای نمایش الگوی جریان

5. Local Nu along surface: برای شناسایی نقاط بحرانی

بخش ۸: پروژه‌های ترکیبی و میان‌رشته‌ای پیشرفته

۱. انتقال حرارت + ترمودینامیک:

• آنالیز اگزرژی (Exergy Analysis) سیستم‌های خنک‌کاری:

  Exergy Destruction = T₀ * S_gen
  Second Law Efficiency = 1 - (Exergy Destruction / Exergy Input)

  • پروژه: بهینه‌سازی مبدل حرارتی با کمینه‌سازی تخریب اگزرژی

۲. انتقال حرارت + مکانیک جامدات:

• تحلیل تنش حرارتی (Thermal Stress):

  σ_thermal = α * E * ΔT

  • پروژه: تحلیل شکست حرارتی در پوسته‌های راکتور

۳. انتقال حرارت + شیمی:

• واکنش‌های شیمیایی با تولید/مصرف گرما:

  ρCp dT/dt = ∇·(k∇T) + q'''_chem

  • پروژه: مدل‌سازی احتراق در محفظه‌های احتراق

۴. انتقال حرارت + الکترومغناطیس:

• گرمایش القایی (Induction Heating):

  text

  Q''' = (σ/2) * ω * μ * H²

  • پروژه: طراحی سیستم‌های گرمایش القایی برای عملیات حرارتی

بخش ۹: کدنویسی برای انتقال حرارت

نمونه کد MATLAB برای حل معادله حرارت ۱D:

% حل عددی معادله حرارت 1D با شرایط مرزی رابین
clear; clc;

% پارامترها
L = 1;          % طول میله (m)
N = 100;        % تعداد نقاط
dx = L/(N-1);   % فاصله مکانی
x = linspace(0, L, N);

% خواص ماده
k = 50;         % رسانندگی حرارتی (W/m.K)
rho = 7800;     % چگالی (kg/m3)
cp = 500;       % گرمای ویژه (J/kg.K)
alpha = k/(rho*cp); % نفوذپذیری حرارتی

% شرایط مرزی
T_inf = 300;    % دمای محیط (K)
h = 100;        % ضریب جابه‌جایی (W/m2.K)
q_base = 1000;  % شار حرارتی در پایه (W/m2)

% ماتریس ضرایب
A = zeros(N, N);
B = zeros(N, 1);

% معادله در نقاط داخلی (تفاضل محدود)
for i = 2:N-1
    A(i, i-1) = 1;
    A(i, i) = -2;
    A(i, i+1) = 1;
    B(i) = 0;
end

% شرط مرزی در x=0 (شار مشخص)
A(1, 1) = -3/(2*dx);
A(1, 2) = 4/(2*dx);
A(1, 3) = -1/(2*dx);
B(1) = -q_base/k;

% شرط مرزی در x=L (جابه‌جایی)
A(N, N-2) = 1/(2*dx);
A(N, N-1) = -4/(2*dx);
A(N, N) = 3/(2*dx) + h/k;
B(N) = h*T_inf/k;

% حل سیستم معادلات
T = A\B;

% رسم نتایج
figure;
plot(x, T, 'b-', 'LineWidth', 2);
xlabel('Position (m)');
ylabel('Temperature (K)');
title('Temperature Distribution in 1D Fin');
grid on;

پایتون با کتابخانه‌های تخصصی:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import fenics as fe  # برای روش المان محدود

# حل معادله حرارت 2D با FEniCS
mesh = fe.UnitSquareMesh(50, 50)
V = fe.FunctionSpace(mesh, 'P', 1)

# تعریف شرایط مرزی
def boundary(x, on_boundary):
    return on_boundary

bc = fe.DirichletBC(V, fe.Constant(300), boundary)

# تعریف مسئله
u = fe.TrialFunction(V)
v = fe.TestFunction(V)
f = fe.Constant(0)  # تولید حرارت داخلی
a = fe.dot(fe.grad(u), fe.grad(v)) * fe.dx
L = f * v * fe.dx

# حل
u_sol = fe.Function(V)
fe.solve(a == L, u_sol, bc)

# تجسم نتایج
plt.figure()
c = fe.plot(u_sol)
plt.colorbar(c)
plt.title('Temperature Distribution')
plt.show()

بخش ۱۰: مدیریت داده‌های پروژه

ساختار فایل‌بندی پیشنهادی:

Project_Heat_Transfer/
│
├── 01_Literature/
│   ├── Papers/
│   ├── Books/
│   └── Reviews/
│
├── 02_Geometry/
│   ├── CAD_Files/
│   ├── Drawings/
│   └── Dimensions/
│
├── 03_Simulation/
│   ├── ANSYS_Files/
│   │   ├── Geometry/
│   │   ├── Mesh/
│   │   ├── Setup/
│   │   └── Results/
│   ├── Validation_Cases/
│   └── Convergence_Studies/
│
├── 04_Experimental/ (اگر وجود دارد)
│   ├── Setup_Photos/
│   ├── Raw_Data/
│   └── Calibration/
│
├── 05_Codes/
│   ├── MATLAB/
│   ├── Python/
│   └── UDFs/
│
├── 06_Results/
│   ├── Figures/
│   ├── Tables/
│   └── Animations/
│
├── 07_Reports/
│   ├── Progress/
│   ├── Final/
│   └── Presentations/
│
└── README.md  # راهنمای پروژه

نکات مدیریت داده:

1. نام‌گذاری سیستماتیک: YYYYMMDD_Description_Version.ext

2. نسخه‌بندی: استفاده از Git برای کدها

3. Backup منظم: حداقل دو مکان جداگانه

4. مستندسازی: ثبت تمام تغییرات و تصمیمات

بخش ۱۳: پروژه‌های انتقال حرارت در حوزه‌های تخصصی خاص

۱. مهندسی پزشکی (Biomedical Engineering):

پروژه‌های پیشنهادی:

• طراحی و بهینه‌سازی کاتترهای خنک‌کننده برای درمان فیبریلاسیون دهلیزی:

  مسئله: جلوگیری از آسیب بافت اطراف در طی فرسایش (Ablation)
  روش: شبیه‌سازی جریان دو فاز در میکروکانال‌های کاتتر
  هدف: کاهش دمای سطح کاتتر به زیر ۴ درجه سانتی‌گراد

• مدل‌سازی انتقال حرارت در فرآیند کرایوژنیک پوست:

  معادله پنانسکی: ρc∂T/∂t = ∇⋅(k∇T) + ω_b ρ_b c_b (T_a - T) + q_met
  چالش: پیش‌بینی عمق انجماد بدون آسیب به بافت سالم

• سیستم‌های خنک‌کاری کلاه ایمنی برای بیماران شیمی‌درمانی:

  مکانیزم: کاهش ریزش مو از طریق انقباض عروق پوست سر
  طراحی: شبکه‌ای از میکروکانال‌ها با سیال خنک‌کننده
  بهینه‌سازی: یکنواختی توزیع دما در سطح پوست سر

۲. مهندسی هوافضا (Aerospace):

پروژه پیشنهادی: “تحلیل حرارتی بال‌های هیپرسونیک”

جزئیات فنی:

# شرایط پروازی
Mach = 8
Altitude = 30 km
Stagnation Temperature ≈ 2500 K

# چالش‌ها:
# 1. تشعشع حرارتی قابل توجه
# 2. تغییر خواص هوا با دما
# 3. وابستگی خواص ماده کامپوزیت به دما

# روش حل:
# - کوپلینگ CFD با تحلیل تشعشع (DO Model)
# - استفاده از خواص وابسته به دما
# - تحلیل تنش حرارتی

مراحل اجرا:

1. محاسبه شار حرارتی آیرودینامیکی با حل Navier-Stokes

2. اضافه کردن شار تشعشعی با مدل WSGG

3. تحلیل انتقال حرارت هدایتی در ساختار کامپوزیتی

4. محاسبه تنش‌های حرارتی و تغییر شکل