:
جرم های ذخیره حرارت در فضای مسکونی موجب تأخیر در افزایش دما در این فضا می شود و در شب با تهویه طبیعی یا حتی مکانیکی هنگامی که پیک بار وجود ندارد، می توان آن را خنک نمود.
بالا بودن جرم دیوارها در بنای عالی قاپو (شکل 1-1 پیوست) موجب کاهش انتقال حرارت از طریق هدایت به فضای داخل ساختمان می شود و هم چنین باعث بالا بودن ظرفیت نگهداری هوای سرد شب در آن می گردد. افزایش سطوح داخلی موجب تبادل حرارت بهتر دیوارها از طریق همرفت با فضای داخل شده و این نیز سرعت افزایش دمای داخل را کاهش می دهد. در شب با تهویه طبیعی اجرام فوق با سرعت بیشتری خنک شده و تغییرات دما در شبانه روز در فضای داخلی به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. به این نوع سیستم، سیستم کنت رل و تأخیر در حرارت ورودی گفته می شود.
در این پروژه سعی بر آن شده تا سقف های گنبدی از جنبه های مختلف بررسی گردد. کلاً سقف های انحنادار را می توان به سقف های گنبدی و قوسی تقسیم بندی نمود. سقف های قوسی به سقف هایی گفته می شود که در یک جهت انحنا دارند و در ج هت دیگر خطی هستند .این سقفها اگر در راستای جهتی که خطی هستند، به شکل قوس و نمیدایره دربیایند، به سقف های گنبدی شکل شبیه تر می شوند. این نوع سقف ها بیشتر برای فضاهایی که مستطیل شکل هستند مناسب تر می باشد. از مهمترین ویژگی های این نوع سقف ها می توان به کمترین تنش کششی که در آن ها به وجود می آید، نام برد که حتی از موادی مانند گل، آجر، سنگ و موادی از این قبیل که تحمل خمش را ندارند، استفاده نمود.
فصل اول
ی بر فعالیتهای انجام شده
سقف های گنبدی خود نیز انواع مختلفی دارند، مانند گنبدی یک لایه، کروی و گنبدی دولایه. از آنجایی که سقف های گنبدی سطح بیشتری در فضای خارج خود دارند، تبادل حرارت بهتری انجام می دهند و کمتر گرم می شوند. مصالحی که برای ساختن این نوع سقف به کار می رود در ابتدا خشت بود، سپس از آجر که به طور معمول به ضخامت 1-2cm روی آن از کاه گل پوشیده می شود استفاده می شده است . وجود کاه گل موجب جلوگیری از نفوذ باران بوده و مانند عایقی در برابر گرما عمل می کند. امروزه نیز این نوع سقف ها گاهاً در انبارها و کارگاه ها و هم چنین برای ساخت سقف نیروگاه های اتمی و بعضی اماکن دیگر مورد استفاده واقع می شود.
سقف های گنبدی در مقایسه با سقف های تخت دارای تغییرات فشار بیشتری روی گنبد خود به خصوص در رأس آن می باشند. ه مچنین سرعت در بالای سقف گنبدی افزایش بیشتری پیدا کرده و در ناحیه پشت گنبد وجود تلاطم را خواهیم داشت اما هم د ر سقف های گنبدی و هم تخت شاهد تغییرات فشار در جلو و پشت ساختمان می باشیم.
تاکنون محققان بسیاری همچون تانگ، پیلموتر، نهار تحقیقات بسیاری درباره انواع سقف ها در مناطق مختلف براساس شرایط اقلیمی و جوی منطقه های گرم و خشک یا معتدل و مرطوب یا کوهستانی انجام داده اند. از آنجایی که سقف یکی از بخش های مهم ساختمان است. ساختار هندسی آن تأثیر عمده ای در مصرف انرژی، کاهش برودت و آسایش حرارتی دارد و از آنجایی که سقف در طول روز در معرض تابش خورشید می باشد، حرارت زیادی را وارد ساختمان می کند. لذا جهت قرار گرفتن ساختمان (

شرق  غرب یا شمال  جنوب) مهم می باشد.
در طی سالیان گذشته استفاده زیادی از این نوع سقف ها بسته به شرایط اقلیمی، آداب و رسوم منطقه ای و نوع ساختمان شده است .ساختمان های مسکونی همانند خانه های عربی، اسکیموها، ساختمان های دولتی یا ساختمان های مذهبی به خصوص کلیساها و مساجد از این قبیل می باشند.
طبق بررسی های انجام شده در مناطقی با آب و هوای گرم و خشک سقف های قوسی یا گنبدی دمای داخل را در فصل زمستان کاهش می دهند و دلیل آن را زیاد بودن انعکاس تابشی این نوع سقف ها بیان می کنند که باعث کاسته شدن فشار حرا رتی ورودی به ساختمان می گردد. مبنای سنجیدن برهم کنش بین آب و هوای طراحی و هر نوع سقفی در مقایسه با سقف تخت را می توان جذب، انعکاس و پخش تابش از خورشید و میزان شار حرارتی از طریق جابه جایی با توجه به میزان ضریب انتقال هدایت سقف و عایق به کار رفته در آن در ن ظر گرفت. الجیای و فلیسی بیان کردند که سقف گنبدی اثر شار تابشی را در اطراف ساختمان کم می کند و دمای سقف کاهش می یابد و پخش تابش از سطح سقف و انتقال حرارت جابه جایی با محیط اطراف موجب کاسته شدن دمای سقف می شود. لایه بندی حرارتی هوای زیر سقف گنبدی یا قوس ی به گونه ای است که هوای گرم شده در زیر سقف قرار گرفته و به عنوان عایق عمل می کند. از آنجایی که دمای محیط خارج اغلب بالاتر از هوای محیط داخل ساختمان در طول روز است، بنابراین حرارت بیشتری توسط جابه جایی به داخل ساختمان از طریق سقف ها انتقال می یابد.

توانایی ساخت ابزارهای کوچک در حدود میکرون (MEMS) بهانه ای جدید برای تحقیقات گسترده علمی شده است و آهنگ رشد مقالات علمی با ایده های نو را شتاب داده است. حوزه سیالاتی (MEMS) شامل طراحی و ساخت ابزارهایی برای انتقال ماهرانه و هدفمند سیالات است. مطالعات علمی این حوزه تحت نام میکروسیالات انجام می شود و در این میان میکرو کانال ها آتش علاقه به مکانیک سیالات کلاسیک را مجددا شعله ور ساخته اند . به طور کلی کانال هایی با قطر هیدرولیکی بین 1 تا 100 میکرومتر را میکروکانال می نامند و از آن ها به منظورهای مختلفی نظیر انتقال حرارت، انتقال گونه های جرمی و طراحی لایه های سطحی در ابزار (MEMS) استفاده می شود.
استفاده از سیستم های میکروسیالی برای کنترل حجم های کوچک سیال، فواید بسیاری را در صنایع مهندسی شیمی و بیوشیمی دارد. تولیدات میکروسیالی پیشرفته شامل مبدل های حرارتی مینیاتوری برای خنک کردن سیکل های مرکب، میکرو راکتورها برای تولید مقادیر کم مواد خطرناك یا گران، سنسورهای بیوشیمیایی lab-on-a-chip که آزمایشات بیولوژیک پیچیده روی نمونه های نانو لیتری انجام می دهند، سیستم های کروماتوگرافی (رنگ نگاری) گاز قابل حل برای یافتن منابع آلوده کننده هوا می باشند. وجه مشترك بین این مثال ها نیاز به حرکت دادن سیال در وسیله به صورت کنترل شده است.
فصل اول: کلیات
1-1) آشنایی با میکروکانال ها
تکنولوژی میکرو ماشین کاری که در اواخر سال 1980 به وجود آمده، توانایی تولید سنسورها و فعال کننده هایی در ابعاد میکرون را دارد. این میکرو مبدل ها (میکرو ترانس ها) می توانند با سیگنال های مناسب و شدت جریان یکی شده تا میکرو سیستم های الکتریکی – مکانیکی را به وجود آورند. که می توانند توزیع زمان حقیقی را ایجاد کنند.
این قابلیت یک نظریه جدید را برای تحقیقات مربوط به کنترل جریان، ایجاد می کند. از سوی دیگر، اثرات سطحی، بر جریان سیال میان این وسایل میکرو مکانیکی غالب می شود. که این امر به خاطر، بزرگی نسبت سطح به حجم در شکل گیری ابعاد میکرون می باشد.
ما نیاز به آزمایش دوباره نیروهای سطحی در معادلۀ مومنتوم داریم . به علت کوچک بود ن شان، گاز در اعداد نادسن بالا جریان می یابد و بنابراین شرایط مرزی نیاز به تغییرات دارد. به علاوه با ایجاد این تکنولوژی، این سیستم ها همچنین می توانند، زمینه ساز اصلی برای تحقیقات علم جریان باشند.
در طول دهه اخیر، تکنولوژی میکروماشین کاری برای ساختن اجزاء مکانیکی در ابعاد میکرون، در دسترس است. میکرو ماشین ها نقش مهمی در بیشتر علوم داشته اند (نظیر بیولوژی، پزشکی، اپتیک، علوم فضا و مهندسی برق و مکانیک) که ما در این تحقیق، بحث خود را به آثار انتقال جریان و به طور ویژه روی دینانیک سیالات، محدود می کنیم.
این زمینه جدید فقط مبدل های کوچک برای حس کردن و کارکرد در ی ک محدوده که ما قبلاً آزمایش نکرده ایم را ایجاد نمی کند بلکه به ما این امکان را می دهد که، وارد محیطی بشویم که در آن اثرات سطحی بیشترین آثار را دارد. شکل (1-1) تصویر یک موتور محرك الکترواستاتیکی توسط یک میکروسکوپ الکتریکی را نشان می دهد.
این وسیله بهانه ای بر ای شروع زمینه میکروماشین ها شد . یک ساختار گرفته شده از مفهوم میکروموتور که در نهایت منجر به شکل گیری حسگر کیسه هوا (ایربگ) شد. باعث کاهش تلفات ناشی از تصادفات اتومبیل شد و امروزه در اکثر ماشین ها به کار می رود. در طول دوره تکامل میکروموتور، مشخص شد که نیروی اصطکاك بین روتور و لایۀ زیرین، تابعی از سطح تماس است. این نتیجه از قانون سنتی اصطکاك گرفته شده است. (f=uN) که می گوید، نیروی اصطکاك به طور خطی فقط به نیروی عمودی سطح

N بستگی دارد. در مورد میکروموتور، نیروی سطحی بی ن روتور و لایه زیری ن، بیشتر نیروی اصطکاك را تشکیل می دهند. با این حال قانون قدیمی اصطکاك، شرایطی را بیان می کند که نیروی وارد بر جسم به سطح تماس بستگی ندارد.انحرافات از دانش مرسوم معمولاً در دنیای میکرو یافت می شود.
این امر، عرصه میکروماشین ها به عنوان یک تکنولوژی تا مرز ایجاد یک دانش جدید را فراهم می کند.
از فرایند میکرو ماشین کاری در لیتوگرافی (چاپ روی سنگ) برای ظاهر کردن الگوهای طراحی شده استفاده می شود. بخش اضافی سپس کنار گذاشته می شود . این روش ها مشابه روش استفاده شده در ساخت یک مدار فشرده (IC) است اما با یک تفاوت: ساختاره ای ساده و سه بعدی معمولاً به علت طبیعت اجزای مکانیکی ویژگی های رایجی هستند . تکنولوژی های تولید گوناگون مانند میکروماشین کاری بدنه جسم، میکروماشین کاری سطحی و لیگا (برگرفته از عبارت آلمانی LIGA) برای ساخت میکرو ماشین های مختلف گسترش یافته اند.

در سا لهای اخیر با رشد روزافزون و شتابان صنایع مختلف و پیشرفته تر شدن دستگاه های صنعتی و توسعه موتورهای پرقدرت صنایع هوافضا، توربین ها و راكتورها و دیگر ماشین ها نیاز به موادی با مقاومت حرارتی بالا و مقاوم تر از لحاظ مكانیكی احساس شده است. در سال های قبل در صنا یع هوافضا از مواد سرامیكی خالص جهت پوشش و روكش قطعات با درجه كاركرد بالا استفاده می شد. این مواد عایق های بسیار خوبی بودند ولی مقاومت زیادی در برابر تنش های پسماند نداشتند. تنش های پسماند در این مواد مشكلات زیادی از جمله ایجاد حفره و ترك می نمود. بعدها برای رفع این مشكل از مواد مركب لایه ای استفاده شد. تنش های حرارتی در این مواد نیز موجب پدیده لایه لایه شدن می گردید. با توجه به این مشكلات طرح ماده ای مركب كه هم مقاومت حرارتی و مكانیكی بالا داشته و هم مشكل لایه لایه شدن نداشته باشد، ضرورت پیدا كرد.
FGM ها موادی مركب با ریزساختار ناهمگن می باشند، كه خواص مكان یكی آنها بطور ملایم و پیوسته از یک سطح جسم به سطح دیگر آن تغییر می كند. نوع رایج آن تركیب پیوسته ای از سرامیک و فلز می باشد. این مواد از اختلاط پودر فلز و سرامیک بدست می آیند. تغییر فلز و سرامیک از یک سطح به سطح دیگر كاملاً پیوسته می باشد؛ به گونه ای كه یک سطح از جنس سرامیک خالص و یک سطح، فلز خالص است. بین دو سطح، تركیب پیوسته ای از هر دو ماده می باشد. خواص مكانیكی نیز با توجه به نوع تركیب تغییرات پیوسته ای در جهت ضخامت دارد. ماده ساختاری سرامیک به علت ضریب انتقال حرارت كم و مقاومت زیاد در مقابل دما، درجات حرارت بسیار بالا را تحمل كرده و ماده ساختاری فلز انعطاف پذیری لازم را فراهم می كند. بعلاوه، اختلاط سرامیک و فلز با تغییرات پیوسته از یک سطح تا سطح دیگر در یک سازه به آسانی قابل ساختن می باشد. به علت تغییرات پیوسته خواص مكانیكی، مشكلات عدم پیوستگی كه در سازه های مركب لایه ای وجود دارد؛ در مواد FGM به وجود نمی آید. این مواد ابتدا برای ایجاد سپر حرارتی و پوشش های عایق حرارتی در سازه های مختلف تولید شدند. مزیت استفاده از این مواد، این است كه قادر به تحمل درجات حرارت بسیار بالا و اختلاف درجه حرارت بسیار بالا بوده و مقاوم در مقابل خوردگی و سایش می باشند و همچنین مقاومت بالایی در مقابل شكست دارند. در حال حاضر از این مواد برای سازه هایی كه در مقابل درجات حرارت بالا باید مقاوم باشند، استفاده می گردد. از نكات بسیار برجسته این مواد، امكان بهینه سازی تغییرات تنش در آنها با تغییر مناسب پروفیل تغییرات مواد ساختاری است. تا مدت ها افزایش یكنواختی در ریز ساختارها مورد توجه بود تا بدین وسیله خصوصیات ماده بهبود یابد. حال آنكه امروزه، مواد FGM همراه با غیریكنواختی های فضایی كه عمداً در آنها ایجاد می شود، محبوبیت زیادی در محی طهای با دمای بالا كسب نموده اند. این مواد با توجه به پیوستگی تركیب مواد تشكیل دهنده، دارای خواص مكانیكی مؤثرتری نسبت به مواد مركب لایه ای می باشد.
مواد FGM در ساخت صفحات و پوسته های مخازن، راكتورها، توربین ها و دیگر اجزای ماشین ها و هواپیماها و فضاپیماها كاربرد زیادی دارند، زیرا این قطعات آمادگی بالایی جهت واماندگی ناشی از كمانش حرارتی دارند. از دیگر مزایای مواد FGM نسبت به مواد مركب لایه ای، عدم گسستگی در محل اتصال لایه ها می باشد؛ زیرا همانطور كه گفته شد در مواد FGM تركیب سرامیک و فلز پیوسته می باشد.
در سال های اخیر، مطالعات بر روی سازه های FGM از جذابیت ویژه ای برخوردار بوده است. از دیرباز پژوهش های بسیاری بر روی كمانش پوسته ها به انجام رسیده اما تحقیقات بر روی كمانش مكانیكی و حرارتی پوسته های FGM كم است و آغاز آن به سال 2003 برمی گردد.

در این پژوهش تحلیلی بر انتقال حرارت تشعشعی در میكروكانال ها انجام شده است. تحلیل حرارتی یک میكروكانال با سطح مقطع مستطیلی شكل كه توسط سیال عاملی چون یک نانوسیال تك فاز با جریان لایه ای خنك می شدند. از نتایج كارهای قبلی كه در شرایط دیواره دما ثابت به دست آمده بودند در این بررسی استفاده شد و نقشه خطای روش یک معادله ای و دو معادله ای در شناسایی مسائلی كه اثر تشعشع در آنها بیشتر است استفاده شد. تبادل تشعشعی بین سطوح سقف و كف میكروكانال بررسی شد. به اثر حضور نانوذره ها و اثر تشعشع در فاصله های بسیار كم نیز اشاره شد.
دیباچه:
در چند دهه اخیر افق های جدیدی پیش روی ساخت تجهیزات و سیستم های با مقیاس میكرو قرار گرفته است. هر چه كه توانایی بشر در افزایش میزان دفع حرارت از واحد سطح تكامل بیشتری یابد امكان استفاده از فناوری های پیشرفته برای افراد بیشتری فراهم می شود. یكی از مهم ترین چالش هایی كه توسعه سیستم های با مقیاس میكرو با آن مواجه بوده و می باشد، مسئله دفع حرارت ناشی از عملكرد این دستگاه ها می باشد، لذا دستیابی به مدارج بالاتر انتقال حرارت با بهره گرفتن از میكروكانال ها مورد توجه قرار گرفت لیكن به سهم تشعشع در انتقال حرارت در میكروكانال ها كمتر پرداخته شده است.
هدف از پژوهش حاضر در نظر گرفتن سهم تشعشع در انتقال حرارت در میكروكانال ها جهت دستیابی به پیش بینی های دقیق تری از انتقال حرارت كل در میكروكانال ها می باشد.
گفتار نخست
1- معرفی میكروكانال ها
1-1- نیازمندی به گذرگاه های باریكتر برای عبور جریان
جریان سیال داخل كانال ها در بطن بسیاری از سیستم های طبیعی و سیستم های ساخته شده توسط بشر قرار دارد، انتقال جرم و حرارت در سیستم های بیولوژیكی در كل طول دیواره های كانال قابل انجام می باشد، مواردی چون مغز، ریه ، كلیه، روده و مانند آنها، به مانند آنچه كه در بسیاری از سیستم های ساخته شده توسط بشر به وقوع می پیوندد. مواردی چون مبدل های حرارتی، راكتورهای هسته ای، واحدهای تقطیر، واحدهای جداسازی هوا و نظیر آنها. به طور كلی فرایندهای انتقال در طول دیوارة كانال ها انجام می شود، چرا كه جریان حجمی از روی سطح مقطع كانال عبور می كند بنابراین سطح مقطع كانال می تواند به عنوان عبور دهنده سیال به داخل یا خارج دیواره های كانال ایفای نقش نماید. كانال دو وظیفه اساسی دارد كه باید در طول عملكرد خود به انجام برساند:
1- سیال را به برخورد موثر با دیواره های كانال وادار نماید.

2- به منظور اینكه فرایند انتقال به خوبی انجام پذیرد كانال باید همواره سیال جدید را به سمت دیواره فرستاده و سیالی را كه در نزدیک دیواره است و وظیفه فرایند انتقال خود را انجام داده از دیدار دور نماید تا سیال جدید در مجاورت دیواره جایگزین آن شود.
نرخ فرایند انتقال به مساحت سطح تماس با سیال بستگی دارد كه این خود برای كانال با سطح مقطع دایره ای به قطر كانال، D بستگی داشته همچنان كه نرخ جریان نیز به مساحت سطح مقطع كانال بستگی دارد، كه سطح مقطع نیز به طور خطی با D2 متناسب است، بنابراین نسبت مساحت سطح داخلی كانال به حجم با قطر كانال نسبت عكس خواهد داشت، پر واضح است كه با كاهش قطر نسبت مساحت سطح داخلی كانال به حجم افزایش خواهد داشت.
در بدن انسان دوفرایند انتقال حرارت و جرم با اهمیت بسیار زیاد در ریه و كلیه اتفاق می افتد. جایی كه قطر كانال ها یا به عبارتی دیگر مجراهای باریک چیزی در حدود چهارمیكرومتر می باشد. گستره ای از میكروكانال ها با ابعاد مختلف با ذكر نوع سیستمی كه میكروكانال در آنها به كار رفته است، در شكل (1-1) آورده شده است.
جالب است كه در سیستم های بیولوژیکی فرایندهای انتقال جرم، ابعاد كانال كوچكتری دارند، جایی كه از كانال های با ابعاد بالاتر فقط به منظورجابجایی سیال استفاده می شود. از نقطه نظر مهندسی ما شاهد حركتی از كانال های با ابعاد بالا یعنی حدود 10 تا 20 میلیمتر به كانال های با ابعاد پایین تر می باشیم تا جایی كه علاقه به گستره از چند ده تا چندصد میكرومتر، استفاده از كلمه “مقیاس میكرو” به عنوان یک واژه متداول جهت استفاده در تقسیم بندی های علمی و مهندسی كه با فرایندهایی در این مقیاس سروكار دارند، شناخته شده و پذیرفته شده است.
هرچه ابعاد كانال کوچکتر می شود تعداد بیشتری از تئوری هایی كه برای توصیف وضعیت سیال، انرژی و انتقال جرم استفاده می شد نیازمند بررسی بیشتر جهت حصول اطمینان از اعتبار این تئوری ها در تشریح مسئله با ابعاد میكرو می باشد. دو عامل اساسی جهت دور شدن از تئوری های معمولی جهت توصیف مقیاس میكرو وجود دارد، به عنوان مثال به دلیل قطر كوچك كانال ممكن است شاهد تغییراتی در نحوه مدل سازی جریان سیال داخل كانال باشیم:
1- تغییری در فرایندهای اساسی مانند انحراف از فرضی محیط پیوسته برای جریان گاز، یا اثر گذاری مضاعف بعضی از نیروها مانند نیروهای الكتروسینتیكی و مانند آن.
2- عدم قطعیت در كاربرد عوامل اساسی كه به روش های آزمایشگاهی در مسائل با

مقیاس بالاتر به دست آمده است مانند ضرایب افت، ورودی و خروجی، جریان سیال داخل لوله ها.
3- عدم قطعیت در اندازه گیری های مقیاس میكرو مانند ابعاد هندسی و پارامترهای مسئله.

:
مسأله انتقال حرارت در صنعت در حال پیشرفت امروز، به دلیل مطرح بودن آن در شاخه ها و زمینه های کاربردی وسیع، از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار بوده و مطالعات بسیاری برای بهبود فرایندهای مربوط به آن انجام گرفته و می گیرد. به طور کلی انتقال حرارت از لحاظ ماهیت فیزیکی به سه نوع هدایتی، جابجایی و تشعشعی صورت می گیرد. در انتقال حرارت به روش هدایتی، انرژی حرارتی با حرکت جنبشی یا برخورد مستقیم مولکول ها (مثلا در شاره ساکن) و یا با رانش الکترون ها (مثلا در فلزات) منتقل می شود. انتقال گرما به روش جابجایی را معمولا با انتقال گرما بین یک سیال و یک جسم جامد بیان می نمایند بدین صورت که انرژی حرارتی در نتیجه حرکت سیال نسبت به سطح جسم جامد مبادله می شود. انتقال حرارت تشعشعی بر این اصل استوار است که کلیه اجسام پیوسته انرژی گسل می نمایند که ناشی از دمای بالای آنها است. انرژی تابشی گسیل شده از جسم، براساس نظریه کلاسیک امواج الکترومغناطیسی ماکسول به صورت امواج الکترومغناطیسی و براساس فرضیه پلانک به صورت فوتون های مجزا در فضا منتقل می شود. گسیل یا جذب انرژی تشعشعی در اجسام فرایندهای کلی است. یعنی تابشی که از داخل جسم سرچشمه گرفته، از سطح آن گسیل می شود و برعکس تابش فرود آمده بر سطح یک جسم، تا عمقی که تابش در آن تضعیف شود، نفوذ می کند.
انتقال حرارت به روش جابجایی به دلیل گستردگی کاربرد در صنعت و خصوصیات ویژه ای که از نظر حضور و حرکت سیال دارد، درخور توجه است. عموما تجهیزاتی که به عنوان واسطه انتقال حرارت بین دو سیال مورد استفاده قرار می گیرند، مبدل های حرارتی نامیده می شوند. مبدل های حرارتی برای استفاده در صنایع مختلف از قبیل نیروگاهی، صنایع مربوط به پروسه های شیمیایی (پالایشگاهی، پتروشیمی و غیره)، صنایع تهویه مطبوع و… در نوع و ابعاد مختلف طراحی و ساخته می شوند.
مشکل اصلی در مورد این تجهیزات و به طور کلی تجهیزات حرارتی پایین بودن راندمان می باشد. دلیل این است که انرژی حرارتی را نمی توان به سادگی انرژی مکانیکی و نظیر آن تحت کنترل درآورد و اتلافات در فرایندهای حرارتی بالاست. انتقال حرارت به علت وجود گرادیان دما صورت می پذیرد و چون در پروسه های حرارتی تجهیزات با محیط اطراف نیز اختلاف دما دارند، لذا انرژی حرارتی با محیط هم مبادله می شود. این موضوع سبب افت راندمان این تجهیزات می گردد.
در صنعت، با در نظر گرفتن ابعاد و راندمان مبدل حرارتی، موضوع افزایش میزان انتقال حرارت و نیز مسائل اقتصادی برای طراحی مبدل های حرارتی مطرح می باشد. حالت بهینه این است که مبدل حرارتی حدالامکان حجم کمتری داشته و راندمان آن نیز بالا باشد. طبق معادله عمومی انتقال حرارت (Q=UA^T و Q میزان انتقال حرارت، U ضریب عمومی انتقال حرارت، A سطح تبادل حرارت و ^T اختلاف دما) برای افزایش میزان انتقال حرارت می توان هر سه کمیت مربوطه را افزایش داد. مقدار UA را در شرایط دماهای ورودی یکسان و کاهش اختلاف دماهای میانگین در مبدل بالا می برند.
در اکثر مبدل های حرارتی از انواع مختلف لوله ها استفاده می شود. در این میان مبدل های حرارتی با لوله های انحنادار نیز طیف وسیعی را تشکیل می دهند. مبدل هایی که در آنها از لوله های انحنادار استفاده می شود در عین حال که از نظر حجم و ابعاد کوچکتر می شوند به دلیل طبیعت جریان در این لوله ها، دارای ضریب انتقال حرارت بالاتری نسبت به مبدل های با لوله های مستقیم بوده و لذا میزان انتقال حرارت بالاتری خواهند داشت.
لوله های انحنادار به انواع کویل های هلیکال، اسپیرال و خم ها دسته بندی می شوند. لوله های انحنادار در راکتورهای شیمیایی، شیرهای متلاطم کننده، مخازن ذخیره سازی، سیستم های بازیافت گرما و… استفاده می شوند. در صنایعی از قبیل خشک کنی و صنایع غذایی، تبرید و فرایندهای هیدروکربنی به صورت وسیعی از مبدل های حرارتی با لوله های انحنادار استفاده می شود. کاربرد دیگر این لوله ها در تجهیزات پزشکی نظیر ماشین های دیالیز کلیه بوده و نیز در میادین نفتی، لوله های انحنادار به عنوان ابزار Inline برای سنجش ویسکوزیته به کار برده می شوند.