Name: design and optimization strategies of a high-performance vented box
Uploaded: 2023-06-09T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box at JoVE.com

يتم دعم هذا البحث من قبل مكتب ونتشو للعلوم والتكنولوجيا في الصين (مشروع ونتشو الرئيسي للابتكار العلمي والتكنولوجي بموجب المنحة رقم ZG2020029). يتم تمويل البحث من قبل جمعية ونتشو للعلوم والتكنولوجيا مع منحة رقم KJFW09. تم دعم هذا البحث من قبل برنامج العلوم والبحوث الرئيسية لبلدية ونتشو (ZN2022001).

1. معالجة ما قبل المحاكاة
ملاحظة: بالنظر إلى صفائف الأنابيب ، يتم إنشاء النصف السفلي ثلاثي الأبعاد والنصف العلوي من نماذج الصناديق ذات التهوية باستخدام برنامج ثلاثي الأبعاد وحفظها كملفات X_T ، يتم عرض الأبعاد الكلية في الشكل 1. يتم عرض التكوينات في جدو...

<ol>
	<li>Villa-Rodriguez, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintaining+antioxidant+potential+of+fresh+fruits+and+vegetables+after+harvest.">Maintaining antioxidant potential of fresh fruits and vegetables after harvest.</a> Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 55 (6), 806-822 (2015).</li><li>Mozaffari, H., Lafreni&#232;re, J., Conklin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+eating+more+variety+of+fruits+and+vegetables+reduce+risk+of+cancer?+Findings+from+a+systematic+review+and+meta-analysis.">Does eating more variety of fruits and vegetables reduce risk of cancer? Findings from a systematic review and meta-analysis.</a> Current Developments in Nutrition. 4, 339-339 (2020).</li><li>Wu, S., Fisher-Hoch, S. P., Reininger, B. M., Lee, M., McCormick, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fruit+and+vegetable+intake+is+inversely+associated+with+cancer+risk+in+Mexican-Americans.">Fruit and vegetable intake is inversely associated with cancer risk in Mexican-Americans.</a> Nutrition and Cancer. 71 (8), 1254-1262 (2019).</li><li>Nan, M., Xue, H., Bi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contamination,+detection+and+control+of+mycotoxins+in+fruits+and+vegetables.">Contamination, detection and control of mycotoxins in fruits and vegetables.</a> Toxins. 14 (5), 309 (2022).</li><li>Alothman, M., Bhat, R., Karim, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+radiation+processing+on+phytochemicals+and+antioxidants+in+plant+produce.">Effects of radiation processing on phytochemicals and antioxidants in plant produce.</a> Trends in Food Science &amp; Technology. 20 (5), 201-212 (2009).</li><li>Ayala-Zavala, J. F., Wang, S. Y., Wang, C. Y., Gonz&#225;lez-Aguilar, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+storage+temperatures+on+antioxidant+capacity+and+aroma+compounds+in+strawberry+fruit.">Effect of storage temperatures on antioxidant capacity and aroma compounds in strawberry fruit.</a> LWT-Food Science and Technology. 37 (7), 687-695 (2004).</li><li>Piljac-&#381;egarac, J., &#352;amec, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antioxidant+stability+of+small+fruits+in+postharvest+storage+at+room+and+refrigerator+temperatures.">Antioxidant stability of small fruits in postharvest storage at room and refrigerator temperatures.</a> Food Research International. 44 (1), 345-350 (2011).</li><li>Lal Basediya, A., Samuel, D. V. K., Beera, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaporative+cooling+system+for+storage+of+fruits+and+vegetables+-+a+review.">Evaporative cooling system for storage of fruits and vegetables - a review.</a> Journal of Food Science and Technology. 50 (3), 429-442 (2013).</li><li>Sandhya, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+atmosphere+packaging+of+fresh+produce:+Current+status+and+future+needs.">Modified atmosphere packaging of fresh produce: Current status and future needs.</a> LWT-Food Science and Technology. 43 (3), 381-392 (2010).</li><li>Bassey, E. J., Cheng, J. H., Sun, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+nonthermal+and+thermal+pretreatments+for+enhancing+drying+performance+and+improving+quality+of+fruits+and+vegetables.">Novel nonthermal and thermal pretreatments for enhancing drying performance and improving quality of fruits and vegetables.</a> Trends in Food Science &amp; Technology. 112, 137-148 (2021).</li><li>Mieszczakowska-Fr&#261;c, M., Celejewska, K., P&#322;ocharski, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+innovative+technologies+on+the+content+of+vitamin+C+and+its+bioavailability+from+processed+fruit+and+vegetable+products.">Impact of innovative technologies on the content of vitamin C and its bioavailability from processed fruit and vegetable products.</a> Antioxidants. 10 (1), 54 (2021).</li><li>Xue, Z., Li, J., Yu, W., Lu, X., Kou, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+nonthermal+preservation+technologies+on+antioxidant+activity+of+fruits+and+vegetables:+A+review.">Effects of nonthermal preservation technologies on antioxidant activity of fruits and vegetables: A review.</a> Food Science and Technology International. 22 (5), 440-458 (2016).</li><li>Olaimat, A. N., Holley, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+influencing+the+microbial+safety+of+fresh+produce:+a+review.">Factors influencing the microbial safety of fresh produce: a review.</a> Food Microbiology. 32 (1), 1-19 (2012).</li><li>Caleb, O. J., Mahajan, P. V., Al-Said, F. A. J., Opara, U. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+atmosphere+packaging+technology+of+fresh+and+fresh-cut+produce+and+the+microbial+consequences-a+review.">Modified atmosphere packaging technology of fresh and fresh-cut produce and the microbial consequences-a review.</a> Food and Bioprocess Technology. 6 (2), 303-329 (2013).</li><li>Waghmare, R. B., Mahajan, P. V., Annapure, U. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+the+effect+of+time+and+temperature+on+respiration+rate+of+selected+fresh-cut+produce.">Modelling the effect of time and temperature on respiration rate of selected fresh-cut produce.</a> Postharvest Biology and Technology. 80, 25-30 (2013).</li><li>Praeger, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Airflow+distribution+in+an+apple+storage+room.">Airflow distribution in an apple storage room.</a> Journal of Food Engineering. 269, 109746 (2020).</li><li>Praeger, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+room+layout+on+airflow+distribution+in+an+industrial+fruit+store.">Influence of room layout on airflow distribution in an industrial fruit store.</a> International Journal of Refrigeration. 131, 714-722 (2021).</li><li>Berry, T. M., Delele, M. A., Griessel, H., Opara, U. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+design+characterisation+of+ventilated+multi-scale+packaging+used+in+the+South+African+pome+fruit+industry.">Geometric design characterisation of ventilated multi-scale packaging used in the South African pome fruit industry.</a> Agricultural Mechanization in Asia, Africa, and Latin America. 46 (3), 34-42 (2015).</li><li>Dehghannya, J., Ngadi, M., Vigneault, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mathematical+modeling+of+airflow+and+heat+transfer+during+forced+convection+cooling+of+produce+considering+various+package+vent+areas.">Mathematical modeling of airflow and heat transfer during forced convection cooling of produce considering various package vent areas.</a> Food Control. 22 (8), 1393-1399 (2011).</li><li>Dehghannya, J., Ngadi, M., Vigneault, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+phenomena+modelling+during+produce+cooling+for+optimal+package+design:+thermal+sensitivity+analysis.">Transport phenomena modelling during produce cooling for optimal package design: thermal sensitivity analysis.</a> Biosystems Engineering. 111 (3), 315-324 (2012).</li><li>Delele, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+discrete+element+and+CFD+modelling+of+airflow+through+random+stacking+of+horticultural+products+in+vented+boxes.">Combined discrete element and CFD modelling of airflow through random stacking of horticultural products in vented boxes.</a> Journal of Food Engineering. 89 (1), 33-41 (2008).</li><li>Ilangovan, A., Curto, J., Gaspar, P. D., Silva, P. D., Alves, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CFD+modelling+of+the+thermal+performance+of+fruit+packaging+boxes-influence+of+vent-holes+design.">CFD modelling of the thermal performance of fruit packaging boxes-influence of vent-holes design.</a> Energies. 14 (23), 7990 (2021).</li><li>Gong, Y. F., Cao, Y., Zhang, X. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forced-air+precooling+of+apples:+Airflow+distribution+and+precooling+effectiveness+in+relation+to+the+gap+width+between+tray+edge+and+box+wall.">Forced-air precooling of apples: Airflow distribution and precooling effectiveness in relation to the gap width between tray edge and box wall.</a> Postharvest Biology and Technology. 177, 111523 (2021).</li><li>Guo, R., Li, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+dissipation+analysis+and+optimization+of+lithium-ion+batteries+with+a+novel+parallel-spiral+serpentine+channel+liquid+cooling+plate.">Heat dissipation analysis and optimization of lithium-ion batteries with a novel parallel-spiral serpentine channel liquid cooling plate.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 189, 122706 (2022).</li><li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+geometric+parameters+of+hydraulic+turbine+runner+in+turbine+mode+based+on+the+orthogonal+test+method+and+CFD.">Optimization of geometric parameters of hydraulic turbine runner in turbine mode based on the orthogonal test method and CFD.</a> Energy Reports. 8, 14476-14487 (2022).</li><li>Yun-De, S., Hai-Dong, Q., Sun, B., Li, Z. Z., Cao, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+analysis+of+fresh+vegetable+box+based+on+multiporosity+material.">Flow analysis of fresh vegetable box based on multiporosity material.</a> International Journal of Education and Management Engineering. 2 (1), 29 (2012).</li><li>Elansari, A. M., Mostafa, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertical+forced+air+pre-cooling+of+orange+fruits+on+bin:+Effect+of+fruit+size,+air+direction,+and+air+velocity.">Vertical forced air pre-cooling of orange fruits on bin: Effect of fruit size, air direction, and air velocity.</a> Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 19 (1), 92-98 (2020).</li></ol>

نظرا لأدائها العالي وهيكلها المعقد ، قمنا في هذه الدراسة ببناء صندوق جيد التهوية يعتمد على برامج النمذجة. قمنا بتحليل التدفق الداخلي بواسطة برنامج المحاكاة. يعرف برنامج المحاكاة بقدراته المتقدمة في النمذجة الفيزيائية ، والتي تشمل نمذجة الاضطرابات ، والتدفقات أحادية ومتعددة الأطوار ، وا...

تحتل الخضروات والفواكه الطازجة نسبة عالية من استهلاك الغذاء البشري ، ليس فقط لأنها تتمتع بمذاق جيد وشكل جذاب ، ولكن أيضا لأنها ذات فائدة كبيرة للناس للحصول على التغذية والحفاظ على الصحة1. أظهرت العديد من الدراسات أن الفواكه والخضروات الطازجة تلعب دورا فريدا في الوقاية من العديد من الأمراض 2,3. في عملية تخزين الفواكه والخضروات الطازجة ، تعد الفطريات والضوء ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية من الأسباب المهمة لتدهورها4،5،6،7،8. تؤثر هذه الظروف الخارجية على جودة الفواكه والخضروات الطازجة المخزنة من خلال التأثير على التمثيل الغذائي الداخلي أو التفاعلات الكيميائية9.
تشمل تقنيات المعالجة الشائعة للفواكه والخضروات الحفظ غير الحراري والحراري. من بينها ، المعالجة الحرارية لها تأثير إيجابي على عملية التجفيف ، ولكن يمكن أن يكون لها أيضا آثار ضارة على جودة المنتج ، مثل فقدان العناصر الغذائية ، وتغيير النكهة والرائحة ، وتغيير اللون10,11. لذلك ، في السنوات الأخيرة ، حظي الحفاظ على المنتجات غير الحرارية بالاهتمام من منظور البحث لتلبية طلب المستهلكين على المنتجات الطازجة. في الوقت الحاضر ، هناك بشكل أساسي معالجة الإشعاع ، والمجال الكهربائي النبضي ، ومعالجة الأوزون ، والطلاءات الصالحة للأكل ، وثاني أكسيد الكربون الكثيف الطور ، وغيرها من تقنيات الحفظ غير الحراري لتخزين الفواكه والخضروات ، ولكن هذه التقنيات غالبا ما يكون لها أوجه قصور ، مثل متطلبات المعدات الكبيرة ، والسعر المرتفع ، وتكلفة الاستخدام12. لذلك ، فإن تصميم هيكل بسيط وتكلفة منخفضة وتحكم مريح في معدات الحفظ له مغزى كبير لصناعة الأغذية.
في بيئة تخزين الفواكه والخضروات ، يساعد نظام تدوير الهواء المناسب على التخلص من الحرارة الناتجة عن المنتج نفسه ، وتقليل تدرج درجة الحرارة ، والحفاظ على درجة الحرارة والرطوبة في المساحة التي يوجد بها. يمنع دوران الهواء السليم أيضا فقدان الوزن بسبب التنفس والالتهابات الفطرية13،14،15. أجريت العديد من الدراسات حول تدفق الهواء داخل الهياكل المختلفة. قام Praeger et al.16,17 بقياس سرعة الرياح في مواضع مختلفة تحت قوى تشغيل مروحة مختلفة في مستودع من خلال أجهزة استشعار ووجدوا أنه يمكن أن يكون هناك فرق كبير يصل إلى سبعة أضعاف في سرعة الهواء بسبب الارتفاعات الرأسية المختلفة ، وكانت سرعة الهواء في كل موضع مرتبطة بشكل إيجابي مع قوة تشغيل المروحة. علاوة على ذلك ، فحصت دراسة تأثير ترتيب الحمولة وعدد المراوح على تدفق الهواء ، وخلصت إلى أن زيادة مسافة بعض مواضع المروحة واختيار عدد المراوح بشكل عقلاني كان مفيدا في تحسين التأثير. درس بيري وآخرون تأثير تدفق الهواء في بيئات تخزين الفاكهة المختلفة على توزيع الثغور في صناديق التعبئة. باستخدام برنامج المحاكاة ، درس Dehghannya et al.19,20 حالة تدفق الهواء للهواء القسري قبل البارد في العبوة مع مناطق تنفيس وكميات ومواضع توزيع مختلفة على جدار العبوة ، وحصلوا على التأثير غير الخطي لكل معلمة على حالة تدفق الهواء. طبق Delele et al.21 نموذج ديناميكيات الموائع الحسابية لدراسة تأثير المنتجات الموزعة عشوائيا في أشكال مختلفة من صناديق التهوية على تدفق الهواء. ووجدوا أن حجم المنتج والمسامية ونسبة ثقب الصندوق كان لها تأثير أكبر على تدفق الهواء ، في حين أن التعبئة العشوائية كان لها تأثير أقل. درس Ilangovan et al.22 أنماط تدفق الهواء والسلوك الحراري بين هياكل التغليف الثلاثة وقارن النتائج مع النماذج الهيكلية المرجعية. أظهرت النتائج أن توزيع الحرارة في الصندوق لم يكن منتظما بسبب اختلاف مواقع وتصميمات الفتحة. قام Gong et al.23 بتحسين عرض الفجوة بين حافة الدرج وجدار الحاوية.
تشمل التقنيات المستخدمة في هذا البحث طرق المحاكاة والتحسين. مبدأ الأول هو أن المعادلات الحاكمة تم تمييزها وحلها عدديا باستخدام طريقة الحجم المحدود21. يشار إلى طريقة التحسين المستخدمة في هذا البحث باسم التحسين المتعامد24. الاختبار المتعامد هو طريقة تحليل نموذجية متعددة العوامل ومتعددة المستويات. يحتوي الجدول المتعامد الذي تم إنشاؤه باستخدام هذه الطريقة على نقاط تمثيلية موزعة بشكل موحد في مساحة التصميم ، والتي يمكن أن تصف بصريا مساحة التصميم بأكملها ويتم فحصها. أي أن عددا أقل من النقاط يمثل اختبار العامل الكامل ، مما يوفر الوقت والقوى العاملة والموارد المادية والمالية بشكل كبير. تم استخدام الاختبار المتعامد على نطاق واسع في تصميم التجارب في مجالات أنظمة الطاقة والكيمياء والهندسة المدنية وما إلى ذلك25.
الهدف من هذه الدراسة هو تصميم وتحسين صندوق تهوية عالي الأداء. يمكن تعريف الصندوق ذو التهوية على أنه صندوق أصلي بما في ذلك جهاز التحكم في الغاز الذي يشتت الغاز بشكل موحد في الصندوق. يشير توحيد السرعة إلى كيفية تدفق الهواء بالتساوي عبر الصندوق ذي التهوية. أظهر Yun-De et al.26 سابقا أن خاصية المواد متعددة المسام لها تأثير مهم على توحيد سرعة صندوق الخضروات الطازجة. في بعض التجارب ، تم ترك غرفة كاملة أو معدلة في كل من الجزء العلوي والسفلي من غرفة الاختبار لضمان توزيع متجانس للهواء القسري أو المستحث27. يحتوي الصندوق ذو التهوية المصمم في هذه الورقة على صفائف من الأنابيب ذات ثقوب متعرجة. التحكم في توزيع تدفق الهواء في الصندوق ذو التهوية هو استراتيجية الحفظ الرئيسية. يوجد مدخلان للهواء متساويان في الحجم مثبتان بالتوازي على الجانبين الأيسر والأيمن من الصندوق ذي التهوية ، ويتم ضبط مخرج في الجانب العلوي من الصندوق. تصميم الهيكل الداخلي لصندوق التهوية هو مفتاح هذه الدراسة. بمعنى آخر ، يعد عدد الأنابيب والثقوب معلمة مهمة لتغيير الهيكل الداخلي للصندوق ذي التهوية. يحتوي النموذج المرجعي على 10 أنابيب. يحتوي الأنبوبان الأوسطان على 10 ثقوب لكل منهما ، وهي متداخلة عبر الأنابيب. يزداد عدد الثقوب من الأنبوب الأوسط إلى الأنبوب الخارجي بمقدار اثنين في المرة الواحدة.
بمعنى آخر ، عندما نحتفظ بالخضروات والفواكه الطازجة وغيرها من المنتجات ، يمكن أن يقلل تدفق الهواء المستمر والمستقر من تنفس المنتجات ، ويقلل من الإيثيلين والمواد الضارة الأخرى للحفاظ على المنتج ، ويقلل درجة الحرارة التي تنتجها المنتجات نفسها. نظرا للمعلمات المختلفة للصندوق ذي التهوية ، ليس من السهل الحصول على حالة تدفق الهواء المطلوبة ، والتي ستؤثر على خاصية الحفاظ على الصندوق ذي التهوية. لذلك ، يأخذ المشروع توحيد سرعة تدفق الهواء الداخلي للصندوق المهواة كهدف للتحكم. تم إجراء تحليل حساسية للمعلمات الهيكلية للصندوق المهواة. تم اختيار العينات عن طريق التصميم التجريبي المتعامد. استخدمنا تحليل النطاق لتحسين الجمع بين المعلمات الهيكلية الثلاثة. وفي الوقت نفسه ، نتحقق من استصواب نتائج التحسين.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Hardware</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NVIDIA GPU</td>
			<td>NVIDIA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>An NVIDIA GPU is needed as some of the software frameworks below will not work otherwise. https://www.nvidia.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ansys-Workbench</td>
			<td>ANSYS</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Multi-purpose finite element method computer design program software.https://www.ansys.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOLIDWORKS</td>
			<td>Dassault Systemes</td>
			<td>N/A</td>
			<td>SolidWorks provides different design solutions, reduces errors in the design process, and improves product quality 
			www.solidworks.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPSS</td>
			<td>IBM</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Software products for statistical analytical operations, data mining, predictive analysis, and decision support tasks software.https://www.ibm.com</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and optimization strategies of a high-performance vented box

تهدف هذه الدراسة إلى حل مشاكل فوضى تدفق الهواء وضعف الأداء في صندوق التهوية الناجم عن التوزيع غير المتجانس لتدفق الهواء من خلال تصميم الهيكل الداخلي للصندوق ذو التهوية مع استهلاك ثابت للطاقة. الهدف النهائي هو توزيع تدفق الهواء بالتساوي داخل الصندوق ذي التهوية. تم إجراء تحليل الحساسية لثلاثة معلمات هيكلية: عدد الأنابيب ، وعدد الثقوب في الأنبوب الأوسط ، وعدد كل زيادة من الداخل إلى الأنبوب الخارجي. تم تحديد ما مجموعه 16 مجموعة صفيف عشوائية من ثلاثة معلمات هيكلية مع أربعة مستويات باستخدام التصميم التجريبي المتعامد. تم استخدام البرمجيات التجارية لبناء نموذج 3D للنقاط التجريبية المختارة ، وتم استخدام هذه البيانات للحصول على سرعات تدفق الهواء ، والتي تم استخدامها بعد ذلك للحصول على الانحراف المعياري لكل نقطة تجريبية. وفقا لتحليل النطاق ، تم تحسين الجمع بين المعلمات الهيكلية الثلاثة. بمعنى آخر ، تم إنشاء طريقة تحسين فعالة واقتصادية مع مراعاة أداء الصندوق ذي التهوية ، ويمكن استخدامه على نطاق واسع لتمديد وقت تخزين الطعام الطازج.

بعد البروتوكول ، كانت الأجزاء الثلاثة الأولى هي الأكثر أهمية ، والتي تشمل النمذجة والربط والمحاكاة ، كل ذلك من أجل الحصول على الانحراف المعياري لمعدل التدفق. بعد ذلك ، أكملنا تحسين هيكل الصندوق المنفيس من خلال التجارب المتعامدة وتحليل النطاق. النموذج المستخدم في البروتوكول هو نموذج المر?...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box at JoVE.com

Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box

هنا ، نقدم طريقة تحليل النطاق لتحسين نقاط العينة الناتجة عن تصميم تجريبي متعامد لضمان إمكانية تخزين الطعام الطازج في صندوق تهوية لفترة طويلة من خلال تنظيم نمط تدفق الهواء.

استراتيجيات التصميم والتحسين لصندوق تنفيس عالي الأداء

This study aims to solve the problems of air flow chaos and poor performance in a vented box caused by the heterogeneous distribution of airflow through ...

تهدف هذه الدراسة إلى حل مشاكل فوضى تدفق الهواء والأداء الضعيف في صندوق التهوية الناجم عن التوزيع غير المعقول لتدفق الهواء من خلال تصميم الهيكل الداخلي للصندوق المنفيس على أساس الاستهلاك المستمر للطاقة. تم إنشاء طريقة تحسين فعالة واقتصادية مع الأخذ في الاعتبار أداء الصندوق ذي التهوية ويمكن استخدامه بسهولة لتمديد وقت تخزين الطعام الطازج. الهدف من هذه الدراسة هو تصميم وتحسين صندوق تنفيس عالي الأداء يحتوي على صفائف من الأنابيب ذات ثقوب متعرجة.يوجد مدخلان للهواء متساويان في الحجم مضبوطان بالتوازي على الجانبين الأيسر والأيمن من الصندوق ذي التهوية ، وتم وضع مخرج في الجانب العلوي من الصندوق ذي التهوية. يحتوي النموذج المرجعي على 10 أنابيب. يحتوي الأنبوبان الأوسطان على 10 ثقوب على التوالي ، متداخلة عبر الأنابيب.يزداد عدد الثقوب من الأنبوب الأوسط إلى الأنبوب الخارجي بمقدار اثنين في المرة الواحدة. بالنظر إلى صفائف الأنابيب ، يتم إنشاء النصف السفلي ثلاثي الأبعاد والنصف العلوي من نماذج الصناديق ذات التهوية باستخدام برنامج ثلاثي الأبعاد وحفظها كملفات XT. قم بتشغيل برنامج المحاكاة واسحب مكون الشبكة من أنظمة المكونات إلى النافذة التخطيطية للمشروع.سمها أسفل. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الهندسة وانقر فوق استعراض لاستيراد ملف XT السفلي. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الهندسة وانقر فوق هندسة مصمم تصميم جديد للدخول في نافذة مصمم تصميم الشبكة.انقر فوق إنشاء لعرض النموذج السفلي. انقر بزر الماوس الأيمن فوق السطح العلوي وانقر فوق التحديد المسمى لإعادة تسميته باسم Vented Box Upper. حدد هيئات مرشح التحديد.انقر بزر الماوس الأيمن فوق النموذج السفلي لتحديد التحديد المسمى وإعادة تسميته أسفل. حدد وجوه مرشح التحديد وقم بتبديل وضع التحديد إلى مربع التحديد. حدد جميع الأسطح الداخلية وانقر بزر الماوس الأيمن لتحديد التحديد المسمى وإعادة تسميته كأسطح داخلية خارجية ، تعرف على أنها واجهات شبكية لاحقا.ارجع إلى النافذة الأولية. انقر نقرا مزدوجا فوق شبكة الجزء السفلي. أدخل في نافذة الشبكات.تغيير التفضيل المادي من الميكانيكية إلى CFD. انقر فوق التحديث لإنشاء نموذج الشبكة. ارجع إلى النافذة الأولية.اسحب مكون الشبكة من أنظمة المكونات إلى النافذة التخطيطية للمشروع. سمها أعلى. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الهندسة وانقر فوق استعراض لاستيراد ملف XT العلوي.انقر بزر الماوس الأيمن فوق الهندسة وانقر فوق هندسة مصمم تصميم جديد للدخول في نافذة مصمم تصميم الشبكة. انقر فوق إنشاء لعرض النموذج العلوي. انقر بزر الماوس الأيمن فوق السطح السفلي وانقر فوق التحديد المسمى لإعادة تسميته كمربع تنفيس أسفل.حدد هيئات مرشح التحديد. انقر بزر الماوس الأيمن فوق النموذج العلوي لتحديد التحديد المسمى وإعادة تسميته على أنه أعلى. حدد وجوه مرشح التحديد.انقر بزر الماوس الأيمن فوق السطح العلوي وانقر فوق التحديد المسمى لإعادة تسميته كمنفذ. ارجع إلى النافذة الأولية. انقر نقرا مزدوجا فوق شبكة أعلى.أدخل في نافذة الشبكات. تغيير التفضيل المادي من الميكانيكية إلى CFD. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الشبكة لتحديد الحجم في الإدخال.حدد هيئات مرشح التحديد. حدد الطراز الأعلى وأعلى 18 في حجم العنصر. انقر فوق تحديث.ارجع إلى النافذة الأولية. اسحب مكون الشبكة من أنظمة المكونات إلى النافذة التخطيطية للمشروع. سمها كأنبوب.قم باستيراد ملف الأنبوب XT بالنقر فوق الشكل الهندسي. أدخل في نافذة مصمم تصميم الشبكة. يتم عرض نموذج الإخراج مرة أخرى بالنقر فوق إنشاء.حدد الوجهين النهائيين للأنبوب وقم بتسميتهما على أنهما مدخل واحد ومدخل اثنان. يتم تصنيف الأنبوب حسب اختيار الجسم على أنه أنبوب. يتم تصنيف جميع الأسطح الداخلية حسب اختيار الصندوق على أنها أسطح داخلية ، يتم تعريفها على أنها واجهات شبكية لاحقا.ارجع إلى النافذة الأولية. انقر نقرا مزدوجا فوق شبكة الأنابيب. أدخل في نافذة الشبكات.تغيير التفضيل المادي من الميكانيكية إلى CFD. يمكن إنشاء نموذج الشبكة بالنقر فوق تحديث. ارجع إلى النافذة الأولية.اسحب مكون المحاكاة إلى النافذة التخطيطية للمشروع. اربط ثلاثة مكونات شبكية بمكون المحاكاة وقم بالتحديث للدخول. تحقق من جودة نموذج الشبكة.تحقق مما إذا كانت الشبكة لها حجم سالب. حدد عامل الثبات والاسترخاء والعامل المتبقي والجدول الزمني. حدد القيم الافتراضية.أدخل في واجهة الإعداد للنموذج اللزج لتحديد طراز K-epsilon. اضبط مادة الهواء. تغيير نوع منطقة الخلية إلى سائل.قم بتحويل نوع الصندوق العلوي ذو التهوية ، والصندوق السفلي ، والأسطح الداخلية الخارجية ، والأسطح الداخلية الداخلية من الجدار الافتراضي إلى الواجهة. افتح واجهات الشبكة وادخل إلى نافذة إنشاء / تحرير واجهات الشبكة. تطابق الأسطح الداخلية الخارجية مع الأسطح الداخلية الداخلية.تطابق مربع تنفيس العلوي إلى مربع تنفيس أسفل. أخيرا ، يتم إنشاء الواجهتين الشبكيتين بين الصندوق المهواة والواجهة المسماة الأولى والواجهة الثانية ، على التوالي. اضبط سرعات تدفق الهواء لجميع المداخل على أنها 8.9525 مترا في الثانية في نافذة مدخل السرعة.اضبط مقياس ضغط المخرج على أنه صفر في نافذة مخرج الضغط. قم بتعيين نمط تهيئة الحل كتهيئة قياسية قبل التهيئة. تعيين عدد التكرارات على أنه 2000.انقر فوق حساب لبدء المحاكاة والعودة إلى النافذة الأولية حتى تنتهي المحاكاة. انقر على النتائج. أدخل في نافذة نشر العقود مقابل الفروقات.انقر فوق رمز تبسيط في صندوق الأدوات. حدد منفذ في البداية من والخلف في الاتجاه. انقر فوق تطبيق لإنشاء مخطط التدفق الداخلي للصندوق الذي تم تنفيسه.انقر فوق الطائرة في الموقع. حدد مستوى ZX في الطريقة ، وقيمة الإدخال 0.6. انقر فوق تطبيق لإنشاء الطائرة على بعد 0.6 متر من السطح السفلي.انقر فوق رمز الكفاف في صندوق الأدوات. حدد طائرة واحدة في المواقع. حدد السرعة في المتغير.حدد محلي في النطاق. انقر فوق تطبيق لإنشاء محيط السرعة. تصدير بيانات معدل التدفق للمستوى الذي تم إنشاؤه أعلاه.احصل على الانحراف المعياري لمعدل التدفق في Excel. قم بتشغيل برنامج التحليل الإحصائي. انقر فوق البيانات وانقر فوق إنشاء في تصميم متعامد.أدخل رقم الأنبوب في اسم العامل و A في تسمية العامل. انقر فوق إضافة وتعريف القيم لتعيين أربعة مستويات لعدد الأنابيب. انقر فوق متابعة والعودة إلى نافذة إنشاء تصميم متعامد.أدخل رقم الثقب في اسم العامل و B في تسمية العامل. انقر فوق إضافة وتعريف القيم لتعيين أربعة مستويات لعدد الثقوب. انقر فوق متابعة والعودة إلى نافذة إنشاء تصميم متعامد.أدخل الرقم التراكمي في اسم العامل و C في تسمية العامل. انقر فوق إضافة وتعريف قيم لتعيين أربعة مستويات لعدد الزيادات. انقر فوق متابعة وأنشئ ملف بيانات جديدا لإنشاء 16 عينة صفيف.انقر فوق طريقة عرض المتغير لتحديد الاسمية في القياس والإدخال في الدور. أعد تسميته كانحراف معياري مضروبا في 100،000. كرر الخطوات من 1.1 إلى 2.5 مع نقاط العينة أعلاه.يتم ملء الانحرافات المعيارية ال 16 الناتجة مضروبة في 100،000 في قائمة العينات لتحسينها لاحقا. انقر فوق تحليل وانقر فوق أحادي المتغير في النموذج الخطي العام. املأ الانحراف المعياري مضروبا في 100،000 في متغير تابع واملأ رقم الأنبوب ورقم الفتحة والرقم التراكمي في عوامل ثابتة.انقر فوق النموذج وبناء المصطلحات. تغيير التفاعل إلى التأثيرات الرئيسية. املأ A و B و C في النموذج.انقر فوق متابعة والعودة إلى النافذة أحادية المتغير. انقر فوق EM يعني واملأ A و B و C في وسائل العرض ل. انقر فوق متابعة والعودة إلى النافذة أحادية المتغير.انقر فوق موافق واحصل على نتيجة التحسين. تتوافق القيمة الدنيا لعمود المتوسط في الجدول مع المتغير الأمثل. انقر نقرا مزدوجا فوق الجدول.أدخل في نافذة الجدول المحوري. انقر فوق تحرير وانقر فوق شريط في إنشاء رسم بياني لإنشاء الرسم البياني. كما هو موضح في الشكل الرابع والشكل الخامس ، فإن انسيابية الصندوق الذي تم تنفيسه لاحقا أكثر فوضى من السابق ، بسبب الهيكل الداخلي للصندوق ذي التهوية.كما هو موضح في الشكل السادس والشكل السابع ، فإن معدل التدفق داخل الصندوق المنفيس ، وهو أحد النماذج المستخدمة لتحليل الحساسية ، يكون أكثر تفاوتا. من أجل فهم توزيع الانسيابية داخل الصندوق المهواة بشكل أكثر سهولة ، يتم حساب الانحراف المعياري بواسطة هذه الصيغة. يوضح الجدول الأول الانحراف المعياري لمعدلات التدفق ل 10 مجموعات من الصندوق المنفيس المستخدم لتحليل الحساسية.يمثل الانحراف المعياري الكبير فرقا كبيرا بين معظم معدلات التدفق ومتوسط معدل التدفق الخاص بها. وبالتالي ، يمكن ملاحظة أن تغيير الهيكل الداخلي للصندوق المنفيس يمكن أن يغير تدفقه الداخلي ويجعل خط الانسيابية أكثر منطقية. عند تصميم التجربة المتعامدة ، هناك ثلاثة متغيرات تصميم في هذه المقالة.كل من هذه المتغيرات الثلاثة له أربعة مستويات. كما هو موضح في الجدول ، تم الحصول على 16 مجموعة من نقاط التصميم التجريبية عن طريق التصميم التجريبي المتعامد. يتم حساب الانحرافات المعيارية.في النهاية ، يتم استخدام طريقة تحليل النطاق كطريقة تحسين لمعرفة تركيبة معلمات الهيكل الأمثل. يوضح الشكل الثامن نتيجة التحسين للمعلمة الهيكلية حول عدد الأنابيب. من هذا ، يمكننا أن نرى أنه يتم الحصول على الحد الأدنى للقيمة عندما يكون عدد الأنابيب 14.يوضح الشكل التاسع نتيجة التحسين لمعلمة الهيكل حول عدد الثقوب في الأنابيب الوسطى. من هذا ، يمكننا أن نرى أنه يتم الحصول على الحد الأدنى للقيمة عندما يكون عدد الثقوب في الأنابيب الوسطى 14. يوضح الشكل 10 نتيجة التحسين للمعلمة الهيكلية حول عدد كل زيادة من الداخل إلى الأنبوب الخارجي.من هذا ، يمكننا أن نرى أنه يتم الحصول على الحد الأدنى للقيمة عندما يكون عدد كل زيادة من الداخل إلى الأنبوب الخارجي أربعة. يوضح التحليل أعلاه أن التركيبة المثلى هي الأنبوب رقم 14 ، الثقب رقم 14 ، الرقم التراكمي أربعة. لتأكيد الدقة ، تم تحليل الحالة المثلى.يوضح الشكلان الرابع و 11 تبسيط النموذج المرجعي مقابل النموذج الأمثل. يوضح الشكلان السادس و 12 توزيع سرعة التدفق داخل النموذج المرجعي مقابل النموذج الأمثل. ويبين الجدول الثالث المقارنة بين نموذج التحسين والنموذج المرجعي.يمكن ملاحظة أن الانحراف المعياري المحسوب بواسطة النموذج الأمثل أقل مقارنة بالانحراف المعياري للنموذج المرجعي. يوضح الجدول الرابع الزيادة في عدد الثقوب من أربعة إلى ستة ، مع تغيير طفيف في الانحراف المعياري. في هذا البحث ، تم تحسين البيئة الداخلية للصندوق ذو التهوية من خلال تحسين هيكله ، ويتم قياس جودة بيئته الداخلية بالانحراف المعياري.كلما كان الانحراف المعياري أصغر ، كلما كان تدفق الهواء داخل الصندوق المهواة أكثر منطقية ، مما يشير إلى أن طريقة التحسين المعتمدة في هذا العمل فعالة ومجدية.

Research

JoVE Journal

Engineering

Research and Development of High-performance Explosives

البحوث والتنمية من المتفجرات عالية الأداء

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance ...

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

التحقيق C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded سي الركيزة عن طريق المجهر التحقيقي وحيوية الجزيئية

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The ...

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

ومنصة مقرها معاوقة عالية الأداء للكشف التبخر تقييم

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

قابلة للتطوير حل معالجتها استراتيجية تصنيع عالية الأداء، مرنة، أقطاب شفافة مع شبكة معدنية جزءا لا يتجزأ

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Detecting the Water-soluble Chloride Distribution of Cement Paste in a High-precision Way

الكشف عن توزيع الأسمنت لصق كلوريد للذوبان في الماء بطريقة عالية الدقة

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

ديليكتروفوريسيس ساعد تدفق: طريقة منخفضة تكلفة لتصنيع الأجهزة عالية الأداء الحل مفهرسة أسلاك متناهية الصغر

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

تطوير الخلايا الشمسية هيتيروجونكشن الفجوة/سي عالية الأداء

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

التحسين، واختبار وتشخيص للدفاعات قاعة المنمنمة

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

100 كيلوواط فئة حقل تطبيق ستدمر ماجنيتوبلاسماديناميك

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...

Structural Design and Manufacturing of a Cruiser Class Solar Vehicle

التصميم الهيكلي والتصنيع من طراد فئة السيارة الشمسية

Cruisers are multi-occupant solar vehicles that are conceived to compete in long-range (over 3,000 km) solar races based on the best compromise between ...