مسیرهای الکترون در لیزر الکترون آزاد با میدان ویگلر مارپیچی واقعی و کانال یونی راهنما تجزیه و تحلیل شده و حالت های پایدار و ناپایدار مدار الکترونی به دست آمده است.نتایج نشان می دهند پایداری مسیرهای (الکترون) تک الکترون در ویگلر مارپیچی واقعی که در فضای سه بعدی مورد بررسی قرار می گیرد در مقایسه با ویگلر مارپیچی ایده آل که در مختصات دو بعدی قبلا به دست آمده است اختلاف دارد. این موضوع مورد بحث قرار گرفته است.

مسیرهای الکترون در لیزر الکترون آزاد با میدان ویگلر مارپیچی واقعی و کانال یونی راهنما تجزیه و تحلیل شده و حالتهای پایدار و ناپایدار مدار الکترونی به دست آمده است. نتایج نشان می دهند پایداری مسیرهای الکترون (تک الکترون) در ویگلر مارپیچی واقعی که در فضای سه بعدی مورد بررسی قرار می گیرد در مقایسه با ویگلر مارپیچی ایده آل که در مختصات دو بعدی قبلا به دست آمده است اختلاف دارد. این موضوع مورد بحث قرار گرفته است.

در این مقاله شتاب الکترون با استفاده از تپ قطبیدۀ شعاعی در حضور میدان مغناطیسی ویگلر پیچشی و میدان مغناطیسی محوری مطالعه شد. معادلات حاکم بر دینامیک الکترون در حضور این میدان­های الکتریکی و مغناطیسی با روش رانگ-کوتای مرتبۀ 4 حل شدند. تأثیر میدان مغناطیسی محوری و زاویۀ تزریق الکترون روی انرژی کسب شده توسط الکترون مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات عددی انجام شده نشان داد که انرژی نهایی الکترون به اندازۀ میدان مغناطیسی و زاویۀ تزریق وابسته است. دیده شد با اعمال میدان مغناطیسی در حدود 2/1 کیلوتسلا و زاویۀ تزریق در حدود 11 درجه، الکترون می­تواند در حدود GeV 3/8 انرژی کسب کند که 40% بیشتر از حالت تزریق با زاویۀ صفر درجه و عدم حضور میدان مغناطیسی خارجی است

در پژوهش حاضر تأثیر زاویه قرارگیری و اندازه گام لوله مارپیچی بر روی آهنگ انتقال حرارت از طریق دیواره لوله به سیال عبوری از آن، در جریان های آرام، گذار و آشفته مورد مطالعه قرار گرفته و در ادامه کار تغییرات عدد ناسلت در اثر اضافه کردن نانو ذرات TiO2 بررسی شده است و در نهایت تأثیر اعمال میدان مغناطیسی با شدت 1 تسلا بر روی میزان انتقال حرارت در حالات مختلف، بررسی شده است. برای این کار لوله مارپیچی در سه گام متفاوت 10، 5/12 و 15 سانتی متر و سه زاویه 0، 45 و 90 درجه در نظر گرفته شده است. طبق نتایج بدست آمده عدد ناسلت با کاهش گام افزایش می یابد و در رینولدزهای مختلف، عدد ناسلت در گام 10 سانتی متر به بالاترین مقدار خود می رسد. این عدد با تغییر زاویه نیز تغییر کرده و به ترتیب در زاویه 45 و 90 درجه بیشترین و کمترین مقدار را دارد. سپس نانو ذرات TiO2 با درصدهای جرمی 01/0%، 3/0% و  5/0% به سیال اضافه شدند که این امر باعث افزایش عدد ناسلت شد. ملاحظه گردید که افزایش غلظت نانوذرات باعث بالا رفتن بیشتر عدد ناسلت می شود. این عدد در کویل با گام 10 سانتی متر، زاویه 45 درجه، رینولدز 15000 و در غلظت 5/0 درصد TiO2 به بالاترین مقدار خود 53/164 می رسد و برای این حالت عدد معیار ارزیابی عملکرد PEC برابر 1154/1 محاسبه گردید. در ادامه کار، میدان مغناطیسی با شدت یک تسلا در جهت محور اصلی کویل اعمال شد و ملاحظه گردید که عدد ناسلت افزایش پیدا می کند و در گام 10 سانتی متر، زاویه 45 درجه، رینولدز 1500 و غلظت 5/0 درصد ذرات TiO2  به بیشترین مقدار خود 6/166 می رسد. در نهایت برای لوله مارپیچی عدد هارتمن محاسبه شد که بیشترین مقدار آن در گام 15 سانتی متر و غلظت 5/0 درصد TiO2  برابر 83/43 بدست آمد.

در پژوهش پیش رو نوع خاصی از مبدل های حرارتی دو لوله ای هم مرکز مورد تحلیل واقع شده که لوله  داخلی مبدل بصورت شیاردار در نظر گرفته شده است. از جریان آشفته نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم در هر دو سمت مبدل استفاده شده و میدان مغناطیسی با شدت ثابت برای تقویت اثر استفاده از نانوسیال به کار رفته است. اثر استفاده از این سیستم و نیز به کارگیری نانو سیال و میدان مغناطیسی بر روی ضریب انتقال حرارت کل و نیز افت فشار کل مبدل بررسی شده است. نتایج مطالعات در این زمینه نشان می دهد که استفاده از نانو سیال باعث افزایش انتقال حرارت رخ داده در مبدل و نیز افت فشار کل میگردد. در حالی که مناسب ترین مقدار درصد حجمی نانو سیال برای بهترین نسبت انتقال حرارت به افت فشار نیز 15 درصد گزارش شده است. نتایج عددی این مقاله نیز نشان داده است که بهترین شرایط بهینه از لحاظ افزایش انتقال حرارت و افت فشار (با توجه به معیار ارزیابی عملکرد PEC) در 15٪ حجمی نانوسیال می باشد. اعمال میدان مغناطیسی بر جریان نانو سیال در مبدل نیز به افزایش انتقال حرارت در مبدل کمک می کند در حالی که افت فشار کل را نیز افزایش می دهد. میزان سرعت جریان در ضریب انتقال حرارت جابجایی مبدل حرارتی و نیز میزان افت فشار کل در آن تأثیر مشهودی دارد. شبیه سازی مبدل حرارتی در مقادیر مختلف عدد رینولدز جریان آشفته نشان می دهد که افزایش عدد رینولدز تأثیر مستقیم بر روی انتقال حرارت جابجایی و افت فشار کل دارد. نتایج نشان می دهد که در شدت میدان مغناطیسی با عدد هارتمن40 بهترین نسبت انتقال حرارت به افت فشار مبدل رخ می دهد. بهترین عدد PEC در عدد هارتمن 40 و به مقدار 05/1 می باشد. در حالیکه با افزایش بیشتر عدد هارتمن به 60 و 80 مقدار عدد PEC افت پیدا می کند و در عدد هارتمن 80 به 99/0 کاهش یابد که عملاً استفاده از نانوسیال در حضور میدان مغناطیسی را بی تأثیر می کند. میزان سرعت جریان در ضریب انتقال حرارت جابجایی مبدل حرارتی و نیز میزان افت فشار کل در آن تأثیر مشهودی دارد. مقدار عدد PEC در افزایش عدد رینولدز از 6000 به 10000، از 01/1 به 09/1 افزایش می یابد. با این حال به نظر می رسد با افزایش نسبتًا کم عدد PEC و زیاد شدن هزینه ها در افزایش عدد رینولدز استفاده از مقادیر کمتر عدد رینولدز انتخاب بهینه تری باشد.

تابش تراهرتز همدوس به واسطه حرکت باریکه الکترون نسبیتی خوشه بندی شده، از درون ویگلر پیچشی در حضور میدان مغناطیسی محوری، مورد مطالعه قرار گرفت. باریکه الکترونی نسبیتی پیش از رسیدن به ویگلر، مورد تابش همزمان دو لیزر با اختلاف بسامد از مرتبه تراهرتز قرار می گیرد، برهم کنش باریکه الکترونی با موج زنش حاصل دو تابش لیزر، باریکه الکترونی را خوشه بندی می نماید، که می تواند با گذشتن از درون ویگلر پیچشی در حضور میدان مغناطیسی محوری، تابش تراهرتز همدوس گسیل نماید. مطالعات عددی انجام شده نشان داد که میدان مغناطیسی محوری سبب تقویت میزان تابش ها می شود.