מחקר זה נועד לפתור את הבעיות של כאוס זרימת האוויר ואת הביצועים הגרועים בתיבה מאווררת הנגרמת על ידי חלוקה בלתי סבירה של זרימת האוויר באמצעות תכנון המבנה הפנימי של התיבה מאוורר על הנחת צריכת אנרגיה קבועה. נקבעה שיטת אופטימיזציה יעילה וחסכונית בהתחשב בביצועי הקופסה המאווררת וניתן להשתמש בה בקלות כדי להאריך את זמן האחסון של מזון טרי. מטרת מחקר זה היא לתכנן ולייעל קופסה מאווררת בעלת ביצועים גבוהים המכילה מערכים של צינורות עם חורי זיגזג.
ישנם שני פתחי אוויר בגודל שווה שנקבעו במקביל בצד שמאל ובצד ימין של התיבה המאווררת, ושקע הוצב בצד העליון של התיבה המאווררת. מודל הייחוס כולל 10 צינורות. לשני הצינורות האמצעיים יש 10 חורים בהתאמה, אשר מדורגים על פני הצינורות.
מספר החורים מהאמצע לצינור החיצוני גדל בשניים בכל פעם. בהתחשב במערכי הצינורות, החצי התחתון התלת מימדי והחצי העליון של דגמי הקופסאות המאווררות נקבעים על ידי שימוש בתוכנה תלת מימדית ושמירתם כקבצי XT. הפעל את תוכנת הסימולציה וגרור את רכיב הרשת ממערכות רכיבים לחלון הסכמטי של הפרויקט.
תן לו שם כתחתית. לחץ לחיצה ימנית על גיאומטריה ולחץ על עיון כדי לייבא את קובץ XT התחתון. לחץ לחיצה ימנית על גיאומטריה ולחץ על גיאומטריה חדשה של מודל עיצוב כדי להיכנס לחלון מודל עיצוב רשת השינוי.
לחץ על צור כדי להציג את הדגם התחתון. לחצו לחיצה ימנית על המשטח העליון ולחצו על הבחירה בעלת השם כדי לשנות את שמה ל-Vented Box Upper. בחר בגופי מסנן הבחירה.
לחץ לחיצה ימנית על הדגם התחתון כדי לבחור את הבחירה בעלת השם ולשנות את שמה למטה. בחר את משטחי מסנן הבחירה והעבר את מצב הבחירה לתיבת הבחירה. בחרו בכל המשטחים הפנימיים ובלחיצה ימנית לבחירת הבחירה בעלת השם ושינו את שמה למשטחים פנימיים חיצוניים, המוגדרים מאוחר יותר כממשקי רשת שינוי.
חזור לחלון הראשוני. לחץ פעמיים על רשת השינוי של החלק התחתון. היכנסו לחלון השינוי.
שנה את ההעדפה הפיזית ממכנית ל- CFD. לחצו על העדכון ליצירת מודל רשת השינוי. חזור לחלון הראשוני.
גרור את רכיב רשת השינוי ממערכות רכיבים לחלון הסכמטי של הפרוייקט. תן לו את השם למעלה. לחץ לחיצה ימנית על גיאומטריה ולחץ על עיון כדי לייבא את קובץ XT העליון.
לחץ לחיצה ימנית על גיאומטריה ולחץ על גיאומטריה חדשה של מודל עיצוב כדי להיכנס לחלון מודל עיצוב רשת השינוי. לחץ על צור כדי להציג את הדגם העליון. לחצו לחיצה ימנית על המשטח התחתון ולחצו על הבחירה בעלת השם כדי לשנות את שמה לתיבה מאווררת נמוכה יותר.
בחר בגופי מסנן הבחירה. לחץ לחיצה ימנית על הדגם העליון כדי לבחור בחירה בעלת שם ולשנות את שמה לעליון. בחר את פני מסנן הבחירה.
לחצו לחיצה ימנית על המשטח העליון ולחצו על הבחירה בעלת השם כדי לשנות את שמו כשקע. חזור לחלון הראשוני. לחץ פעמיים על רשת השינוי של החלק העליון.
היכנסו לחלון השינוי. שנה את ההעדפה הפיזית ממכנית ל- CFD. לחצו לחיצה ימנית על רשת השינוי לבחירת הגודל בהוספה.
בחר בגופי מסנן הבחירה. בחר את הדגם העליון ואת 18 הראשונים בגודל אלמנט. לחץ על עדכן.
חזור לחלון הראשוני. גרור את רכיב רשת השינוי ממערכות רכיבים לחלון הסכמטי של הפרוייקט. תן לו שם צינור.
ייבא את קובץ ה- XT של הצינור בלחיצה על גיאומטריה. היכנסו לחלון מודל עיצוב רשת השינוי. דגם הצינור מוצג שוב על-ידי לחיצה על צור.
בחר את שני פני הקצה של הצינור ותייג אותם ככניסה אחת וכניסה שתיים. הצינור לפי בחירת הגוף מסומן כצינור. כל המשטחים הפנימיים לפי בחירת תיבה מסומנים כמשטחים פנימיים פנימיים, המוגדרים מאוחר יותר כממשקי רשת שינוי.
חזור לחלון הראשוני. לחץ פעמיים על רשת הצינור. היכנסו לחלון השינוי.
שנה את ההעדפה הפיזית ממכנית ל- CFD. ניתן ליצור את מודל רשת השינוי בלחיצה על עדכן. חזור לחלון הראשוני.
גרור את רכיב ההדמיה לחלון הסכימה של הפרוייקט. קשר שלושה רכיבי רשת לרכיב סימולציה ועדכן כדי להיכנס. ודאו את איכות דגם רשת השינוי.
בדקו אם לרשת יש נפח שלילי. בחר גורם יציב, גורם הרפיה, גורם שיורי וציר זמן. בחר ערכי ברירת מחדל.
היכנס לממשק ההגדרה של דגם צמיג כדי לבחור את דגם K-epsilon. הגדר את חומר האוויר. שנה את סוג אזור התא ל- fluid.
המר את סוג התיבה המאווררת העליונה, התיבה המאווררת התחתונה, המשטחים הפנימיים חיצוניים והפנימיים פנימיים מקיר ברירת המחדל לממשק. פתחו את ממשקי רשת השינוי והיכנסו לחלון יצירה/עריכה של ממשקי רשת שינוי. התאימו משטחים פנימיים חיצוניים למשטחים פנימיים פנימיים.
התאימו את הקופסה המאווררת העליונה לקופסה המאווררת התחתונה. לבסוף, שני ממשקי הרשת נוצרים בין התיבה המאווררת ונקראים ממשק אחד וממשק שני, בהתאמה. הגדר את מהירויות זרימת האוויר של כל הכניסות כ- 8.9525 מטר לשנייה בחלון כניסת המהירות.
הגדר את לחץ המד של המוצא כאפס בחלון יציאת הלחץ. הגדר את סגנון אתחול הפתרון כאתחול רגיל לפני האתחול. הגדר את מספר האיטרציות כ- 2000.
לחץ על חשב כדי להתחיל את הסימולציה ולחזור לחלון הראשוני עד לסיום הסימולציה. לחץ על התוצאות. היכנס לחלון הדואר של CFD.
לחץ על סמל היעילות בארגז הכלים. בחר שקע בנקודת התחלה מ ואחורה בכיוון. לחץ על החל כדי ליצור את דיאגרמת הזרימה הפנימית של התיבה המאווררת.
לחץ על המישור במיקום. בחר מישור ZX בשיטה וערך קלט 0.6. לחץ על החל כדי ליצור את המישור במרחק של 0.6 מטר מהמשטח התחתון.
לחץ על סמל קווי המתאר בארגז הכלים. בחר מישור אחד במיקומים. בחר מהירות במשתנה.
בחר מקומי בטווח. לחץ על החל כדי ליצור את מיתאר המהירות. יצא את נתוני קצב הזרימה עבור המישור שנוצר לעיל.
רכוש את סטיית התקן של קצב הזרימה ב- Excel. הפעל את תוכנת הניתוח הסטטיסטי. לחץ על נתונים ולחץ על צור בעיצוב אורתוגונלי.
הזן מספר צינור בשם גורם ו- A בתווית גורם. לחץ על הוסף והגדר ערכים כדי להגדיר ארבע רמות למספר הצינורות. לחץ על המשך וחזור לחלון צור עיצוב אורתוגונלי.
הזן מספר חור בשם גורם ו- B בתווית פקטור. לחץ על הוסף והגדר ערכים כדי להגדיר ארבע רמות למספר החורים. לחץ על המשך וחזור לחלון צור עיצוב אורתוגונלי.
הזן מספר מצטבר בשם גורם ו- C בתווית גורם. לחץ על הוסף והגדר ערכים כדי להגדיר ארבע רמות למספר ההפרשים הקבועים. לחץ על המשך וצור קובץ נתונים חדש כדי ליצור 16 דוגמאות מערך.
לחץ על תצוגת משתנה כדי לבחור נומינלי במידה ובקלט בתפקיד. שנה את שמו כסטיית תקן כפול 100, 000. חזור על שלבים 1.1 עד 2.5 עם נקודות לדוגמה לעיל.
16 סטיות התקן המתקבלות כפול 100, 000 מתמלאות ברשימת המדגם לצורך אופטימיזציה מאוחרת יותר. לחץ על נתח ולחץ על חד-משתנים במודל ליניארי כללי. מלא סטיית תקן כפול 100, 000 למשתנה תלוי ומלא מספר צינור, מספר חור, מספר מצטבר, לגורמים קבועים.
לחץ על מודל ובנה מונחים. שנה את האינטראקציה לאפקטים עיקריים. מלא A, B, C לתוך הדגם.
לחץ על המשך וחזור לחלון החד-משתנה. לחץ על EM פירושו ומלא את A, B, C לתוך אמצעי התצוגה עבור. לחץ על המשך וחזור לחלון החד-משתנה.
לחץ על אישור וקבל את תוצאת האופטימיזציה. הערך המינימלי של עמודת הממוצע בטבלה מתאים למשתנה האופטימלי. לחץ לחיצה כפולה על הטבלה.
היכנס לחלון ה- Pivot Table. לחצו על 'עריכה' ולחצו על סרגל ב'צור גרף' ליצירת ההיסטוגרמה. כפי שניתן לראות באיור ארבע ובאיור חמש, קו הזרימה של התיבה המאווררת המאוחרת מבולגן אף יותר מזה של הראשונה, בשל המבנה הפנימי של התיבה המאווררת.
כפי שניתן לראות באיור שש ובאיור שבע, קצב הזרימה בתוך הקופסה המאווררת, שהוא אחד המודלים המשמשים לניתוח רגישות, אינו אחיד יותר. על מנת להבין את התפלגות היעילות בתוך התיבה המאווררת באופן אינטואיטיבי יותר, סטיית התקן מחושבת על ידי נוסחה זו. טבלה 1 מציגה את סטיית התקן של קצבי הזרימה עבור 10 קבוצות התיבה המאווררת המשמשת לניתוח רגישות.
סטיית תקן גדולה מייצגת הבדל גדול בין רוב קצבי הזרימה לבין קצב הזרימה הממוצע שלהם. לפיכך, ניתן לראות כי שינוי המבנה הפנימי של התיבה המאווררת יכול לשנות את הזרימה הפנימית שלה ולהפוך את הזרימה לסבירה יותר. בעת תכנון הניסוי האורתוגונלי, ישנם שלושה משתני תכנון במאמר זה.
לכל אחד משלושת המשתנים הללו יש ארבע רמות. כפי שניתן לראות בטבלה, 16 קבוצות של נקודות תכנון ניסיוני התקבלו על ידי תכנון ניסויי אורתוגונלי. סטיות התקן מחושבות.
בסופו של דבר, שיטת ניתוח הטווח משמשת כשיטת האופטימיזציה למציאת שילוב פרמטר מבנה אופטימלי. איור 8 מציג את תוצאת המיטוב עבור הפרמטר המבני לגבי מספר הצינורות. מכאן, אנו יכולים לראות כי הערך המינימלי מתקבל כאשר מספר הצינורות הוא 14.
איור תשע מציג את תוצאת המיטוב עבור פרמטר המבנה לגבי מספר החורים בצינורות האמצעיים. מכאן, אנו יכולים לראות כי הערך המינימלי מתקבל כאשר מספר החורים בצינורות האמצעיים הוא 14. איור 10 מציג את תוצאת המיטוב עבור הפרמטר המבני לגבי מספר כל תוספת מהצינור הפנימי לחיצוני.
מכאן, אנו יכולים לראות כי הערך המינימלי מתקבל כאשר מספר כל תוספת מבפנים לצינור החיצוני הוא ארבע. הניתוח לעיל מראה כי השילוב האופטימלי הוא צינור מספר 14, חור מספר 14, מספר מצטבר ארבע. לאישור הדיוק, נותח המקרה האופטימלי.
איורים 4 ו-11 מראים את קו היעילות של מודל הייחוס לעומת המודל הממוטב. איורים 6 ו-12 מראים את התפלגות מהירות הזרימה בתוך מודל הייחוס לעומת המודל הממוטב. טבלה 3 מציגה את ההשוואה בין מודל המיטוב למודל הייחוס.
ניתן לראות כי סטיית התקן המחושבת על ידי המודל הממוטב נמוכה בהשוואה לסטיית התקן של מודל הייחוס. טבלה רביעית מציגה את הגידול במספר החורים מארבעה לשישה, עם שינוי מועט בסטיית התקן. במאמר זה, הסביבה הפנימית של התיבה המאווררת משופרת על ידי אופטימיזציה של המבנה שלה, ואיכות הסביבה הפנימית שלה נמדדת על ידי סטיית תקן.
ככל שסטיית התקן קטנה יותר, כך זרימת האוויר בתוך התיבה המאווררת סבירה יותר, מה שמצביע על כך ששיטת האופטימיזציה שאומצה בעבודה זו יעילה וישימה.
