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

Denne forskning er støttet af Wenzhou Science and Technology Bureau of China (Wenzhou store videnskabelige og teknologiske innovationsprojekt under bevilling nr. ZG2020029). Forskningen er finansieret af Wenzhou Association for Science and Technology med bevilling nr. KJFW09. Denne forskning blev støttet af Wenzhou Municipal Key Science and Research Program (ZN2022001).

1. Behandling før simulering
BEMÆRK: I betragtning af rørene etableres den tredimensionelle nederste halvdel og den øverste halvdel af de ventilerede kassemodeller ved hjælp af tredimensionel software og gemmer dem som X_T filer, de overordnede dimensioner er vist i figur 1. Konfigurationer er vist i materialetabellen.
<ol><li>Kør simuleringssoftwaren, og træk Mesh-komponenten fra vinduet "Komponentsystemer" til vinduet "...

<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>

På grund af sin høje ydeevne og komplekse struktur byggede vi i denne undersøgelse en ventileret kasse baseret på modelleringssoftware. Vi analyserede det interne flow ved hjælp af simuleringssoftware. Simuleringssoftware er kendt for sine avancerede fysikmodelleringsfunktioner, som inkluderer turbulensmodellering, enkelt- og flerfasestrømme, forbrænding, batterimodellering, væskestrukturinteraktion og meget mere. Prøveudvælgelsesmetoden, der anvendes i dette papir, er den ortogonale eksperimentelle designmetod...

Friske grøntsager og frugter indtager en stor andel af menneskers fødevareforbrug, ikke kun fordi de har god smag og en attraktiv form, men også fordi de er til stor gavn for folk at få ernæring og opretholde sundhed1. Mange undersøgelser har vist, at frisk frugt og grøntsager spiller en unik rolle i forebyggelsen af mange sygdomme 2,3. I opbevaringsprocessen af friske frugter og grøntsager er svampe, lys, temperatur og relativ luftfugtighed de vigtige årsager til deres forringelse 4,5,6,7,8. Disse eksterne forhold påvirker kvaliteten af lagrede friske frugter og grøntsager ved at påvirke den indre metabolisme eller kemiske reaktioner9.
Almindelige behandlingsteknologier for frugt og grøntsager omfatter ikke-termisk og termisk konservering. Blandt dem har termisk forbehandling en positiv effekt på tørringsprocessen, men det kan også have negative virkninger på produktkvaliteten, såsom tab af næringsstoffer, ændring af smag og lugt og farveændring10,11. Derfor har den ikke-termiske konservering af produkter i de senere år fået opmærksomhed fra forskningsperspektivet for at imødekomme forbrugernes efterspørgsel efter friske produkter. På nuværende tidspunkt er der hovedsageligt strålingsbehandling, pulserende elektrisk felt, ozonbehandling, spiselige belægninger, tætfasekuldioxid og andre ikke-termiske konserveringsteknologier til opbevaring af frugt og grøntsager, men disse teknologier har ofte mangler, såsom kravet om stort udstyr, høj pris og brugsomkostningerne12. Derfor er designet af en simpel struktur, lave omkostninger og bekvem kontrol af konserveringsudstyret meget meningsfuldt for fødevareindustrien.
I opbevaringsmiljøet for frugt og grøntsager hjælper et korrekt luftcirkulationssystem med at eliminere varmen, der genereres af selve produktet, reducere temperaturgradienten og opretholde temperaturen og fugtigheden i det rum, hvor det er placeret. Korrekt luftcirkulation forhindrer også vægttab på grund af åndedræt og svampeinfektioner13,14,15. Talrige undersøgelser er blevet udført på luftstrøm inden for forskellige strukturer. Praeger et al.16,17 målte vindhastigheden på forskellige positioner under forskellige ventilatordriftskræfter i et lager gennem sensorer og fandt ud af, at der kunne være så stor som en syv gange forskel i lufthastighed på grund af forskellige lodrette højder, og lufthastigheden ved hver position var positivt korreleret med ventilatorens driftseffekt. Desuden undersøgte en undersøgelse effekten af lastarrangement og antallet af ventilatorer på luftstrømmen, og det blev konkluderet, at forøgelse af afstanden til nogle ventilatorpositioner og rationelt valg af antallet af ventilatorer var nyttigt til at forbedre effekten. Berry et al.18 undersøgte effekten af luftstrøm i forskellige frugtopbevaringsmiljøer på stomatafordeling i pakningskasser. Ved hjælp af simuleringssoftware studerede Dehghannya et al.19,20 luftstrømstilstanden for tvungen forkold luft i pakken med forskellige udluftningsområder, mængder og fordelingspositioner på emballagevæggen og opnåede den ikke-lineære indflydelse af hver parameter på luftstrømstilstanden. Delele et al.21 anvendte en beregningsvæskedynamikmodel til at studere indflydelsen af produkter tilfældigt fordelt i forskellige former for ventilationsbokse på luftstrømmen. De fandt ud af, at produktstørrelsen, porøsiteten og bokshulforholdet havde større indflydelse på luftstrømmen, mens tilfældig påfyldning havde en mindre indvirkning. Ilangovan et al.22 studerede luftstrømsmønstre og termisk adfærd mellem de tre emballagestrukturer og sammenlignede resultaterne med referencestrukturelle modeller. Resultaterne viste, at varmefordelingen i kassen ikke var ensartet på grund af udluftningens forskellige placeringer og design. Gong et al.23 optimerede bredden af mellemrummet mellem kanten af bakken og beholderens væg.
De teknikker, der anvendes i dette papir, omfatter simulerings- og optimeringsmetoder. Princippet om førstnævnte er, at de styrende ligninger blev diskretiseret og numerisk løst ved hjælp af den endelige volumenmetode21. Den optimeringsmetode, der anvendes i dette papir, kaldes ortogonal optimering24. Den ortogonale test er en typisk multifaktor- og multilevelanalysemetode. Det ortogonale bord, der er bygget ved hjælp af denne metode, indeholder repræsentative punkter, der er ensartet fordelt i designrummet, som visuelt kan beskrive hele designrummet og undersøges. Det vil sige, at færre point repræsenterer den fulde faktortest, hvilket i høj grad sparer tid, arbejdskraft, materiale og økonomiske ressourcer. Den ortogonale test er blevet brugt i vid udstrækning til design af eksperimenter inden for elsystemer, kemi, civilingeniør osv.25.
Formålet med denne undersøgelse er at designe og optimere en højtydende ventileret kasse. En udluftet kasse kan defineres som en original kasse inklusive en gasstyringsanordning, der spreder gassen ensartet i kassen. Hastighedsensartethed refererer til, hvor jævnt luft strømmer gennem den ventilerede kasse. Yun-De et al.26 har tidligere vist, at egenskaben af multiporøst materiale har en vigtig effekt på hastigheden ensartethed af en frisk grøntsagskasse. I nogle forsøg blev der efterladt et plenum eller moduleret kammer både øverst og nederst i testkammeret for at sikre en homogen fordeling af enten tvungen eller induceret luft27. Den ventilerede kasse designet i dette papir indeholder arrays af rør med zigzag huller. Styring af luftstrømsfordelingen i den ventilerede kasse er den vigtigste bevaringsstrategi. Der er to luftindtag af samme størrelse indstillet parallelt på venstre og højre side af den ventilerede kasse, og et udløb er indstillet på oversiden af kassen. Design af den interne struktur af en ventileret kasse er nøglen til denne undersøgelse. Med andre ord er antallet af rør og huller en vigtig parameter til ændring af den udluftede boks indre struktur. Referencemodellen har 10 rør. De to midterste rør har hver 10 huller, som er forskudt på tværs af rørene. Antallet af huller fra midten til det ydre rør stiger med to ad gangen.
Med andre ord, når vi holder friske grøntsager, frugter og andre produkter, kan kontinuerlig og stabil luftstrøm reducere respiration af produkter, reducere ethylen og andre skadelige stoffer til produktkonservering og reducere temperaturen produceret af produkterne selv. På grund af de forskellige parametre i den ventilerede kasse er det ikke let at opnå den krævede luftstrømstilstand, hvilket vil påvirke den udluftede boks bevaringsegenskab. Derfor tager projektet den interne luftstrømshastighedsensartethed af den udluftede boks som kontrolmål. Der blev udført en følsomhedsanalyse for den udluftede boks' strukturelle parametre. Prøverne blev udvalgt ved ortogonalt eksperimentelt design. Vi brugte rækkeviddeanalyse til at optimere kombinationen af de tre strukturelle parametre. I mellemtiden kontrollerer vi ønskeligheden af optimeringsresultaterne.

<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

Denne undersøgelse sigter mod at løse problemerne med luftstrømskaos og dårlig ydeevne i en ventileret kasse forårsaget af den heterogene fordeling af luftstrømmen gennem designet af den udluftede kasses indre struktur med konstant energiforbrug. Det endelige mål er at fordele luftstrømmen jævnt inde i den udluftede kasse. Følsomhedsanalyse blev udført for tre strukturelle parametre: antallet af rør, antallet af huller i det midterste rør og antallet af hvert trin fra indersiden til det udvendige rør. I alt 16 tilfældige arraysæt af tre strukturelle parametre med fire niveauer blev bestemt ved hjælp af det ortogonale eksperimentelle design. Kommerciel software blev brugt til konstruktion af en 3D-model for de valgte eksperimentelle punkter, og disse data blev brugt til at opnå luftstrømshastighederne, som derefter blev brugt til at opnå standardafvigelsen for hvert eksperimentelt punkt. Ifølge rækkeviddeanalysen blev kombinationen af de tre strukturelle parametre optimeret. Med andre ord blev der etableret en effektiv og økonomisk optimeringsmetode i betragtning af ydeevnen af den ventilerede kasse, og den kunne i vid udstrækning bruges til at forlænge opbevaringstiden for friske fødevarer.

Efter protokollen var de første tre dele de vigtigste, som inkluderer modellering, mesh og simulering, alt sammen for at opnå standardafvigelsen for strømningshastigheden. Derefter afsluttede vi strukturoptimeringen af den ventilerede kasse gennem ortogonale eksperimenter og rækkeviddeanalyse. Den model, der anvendes i protokollen, er den referenceventilerede boksmodel, som er den oprindelige model, der er opnået fra referencen. Figur 4 viser resultatet af den strømlinede strøm af ref...

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

Her præsenterer vi rækkeviddeanalysemetoden for at optimere prøvepunkterne genereret af et ortogonalt eksperimentelt design for at sikre, at frisk mad kan opbevares i en ventileret kasse i lang tid ved at regulere luftstrømsmønsteret.

Design og optimeringsstrategier for en højtydende ventileret kasse

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 ...

Denne undersøgelse sigter mod at løse problemerne med luftstrømskaos og den dårlige ydeevne i den ventilerede kasse forårsaget af den urimelige fordeling af luftstrømmen gennem designet af den indvendige struktur af den ventilerede kasse under forudsætning af konstant energiforbrug. Der blev etableret en effektiv og økonomisk optimeringsmetode i betragtning af den udluftede kasses ydeevne, og den kan let bruges til at forlænge opbevaringstiden for friske fødevarer. Formålet med denne undersøgelse er at designe og optimere en højtydende ventileret kasse, der indeholder arrays af rør med zigzaghuller.Der er to luftindtag af samme størrelse indstillet parallelt på venstre og højre side af den ventilerede kasse, og der blev indstillet et udløb på oversiden af den ventilerede kasse. Referencemodellen har 10 rør. De to midterste rør har henholdsvis 10 huller, som er forskudt hen over rørene.Antallet af huller fra midten til det ydre rør øges med to ad gangen. I betragtning af rørene etableres den tredimensionelle nederste halvdel og den øverste halvdel af de ventilerede kassemodeller ved hjælp af tredimensionel software og gemmer dem som XT-filer. Kør simuleringssoftwaren, og træk mesh-komponenten fra komponentsystemer til projektets skematiske vindue.Navngiv det som bund. Højreklik på geometri, og klik på gennemse for at importere den nederste XT-fil. Højreklik på geometri, og klik på ny designmodelgeometri for at komme ind i vinduet med maskedesignmodel.Klik på generer for at få vist den nederste model. Højreklik på den øverste overflade, og klik på det navngivne valg for at omdøbe det til Vented Box Upper. Vælg markeringsfilterorganerne.Højreklik på den nederste model for at vælge det navngivne valg og omdøbe, det har bunden. Vælg markeringsfilterfladerne, og skift markeringstilstand til feltvalget. Vælg alle indre overflader, og højreklik for at vælge det navngivne valg og omdøbe det til indre overflader eksternt, defineret som mesh-grænseflader senere.Gå tilbage til det oprindelige vindue. Dobbeltklik på bundens maske. Gå ind i maskevinduet.Skift den fysiske præference fra mekanisk til CFD. Klik på opdateringen for at generere maskemodellen. Gå tilbage til det oprindelige vindue.Træk maskekomponenten fra komponentsystemer til projektets skematiske vindue. Navngiv det som top. Højreklik på geometri, og klik på gennemse for at importere den øverste XT-fil.Højreklik på geometri, og klik på ny designmodelgeometri for at komme ind i vinduet med maskedesignmodel. Klik på generer for at få vist topmodellen. Højreklik på den nederste overflade, og klik på det navngivne valg for at omdøbe det til ventileret boks lavere.Vælg markeringsfilterorganerne. Højreklik på topmodellen for at vælge navngivet valg og omdøbe den til top. Vælg markeringsfilterfladerne.Højreklik på den øverste overflade, og klik på det navngivne valg for at omdøbe det som udløb. Gå tilbage til det oprindelige vindue. Dobbeltklik på topmasken.Gå ind i maskevinduet. Skift den fysiske præference fra mekanisk til CFD. Højreklik på masken for at vælge størrelsen i indsatsen.Vælg markeringsfilterorganerne. Vælg topmodellen og top 18 i elementstørrelse. Klik på Opdater.Gå tilbage til det oprindelige vindue. Træk maskekomponenten fra komponentsystemer til projektets skematiske vindue. Navngiv det som rør.Importer røret XT-filen ved at klikke på geometri. Gå ind i vinduet mesh design modeler. Rørmodellen vises igen ved at klikke på generer.Vælg rørets to endeflader, og mærk dem som indløb et og indløb to. Røret efter kropsvalg er mærket som rør. Alle indre overflader ved valg af boks er mærket som indre overflader interne, defineret som maskegrænseflader senere.Gå tilbage til det oprindelige vindue. Dobbeltklik på rørets net. Gå ind i maskevinduet.Skift den fysiske præference fra mekanisk til CFD. Mesh-modellen kan genereres ved at klikke på Opdater. Gå tilbage til det oprindelige vindue.Træk simuleringskomponenten til projektets skematiske vindue. Link tre maskekomponenter til simuleringskomponenten, og opdater for at indtaste. Kontroller kvaliteten af maskemodellen.Kontroller, om masken har et negativt volumen. Vælg stabil, afslapningsfaktor, residual- og tidsskalafaktor. Vælg standardværdier.Indtast indstillingsgrænsefladen for viskøs model for at vælge K-epsilon-modellen. Indstil luftmaterialet. Skift typen af cellezone til væske.Konverter typen af ventileret boks øvre, ventileret boks nedre, indre overflader udvendige og indre overflader internt fra standardvæg til grænseflade. Åbn mesh-grænsefladerne, og gå ind i vinduet Opret/rediger mesh-grænseflader. Match indvendige overflader uden for indvendige overflader indvendigt.Match ventileret kasse øvre til ventileret kasse nederst. Endelig oprettes de to mesh-grænseflader mellem den ventilerede boks og navngives henholdsvis interface et og interface to. Indstil luftstrømshastighederne for alle indløb til 8,9525 meter i sekundet i hastighedsindløbsvinduet.Indstil måletrykket for udløbet til nul i trykudløbsvinduet. Angiv typografien for løsningsinitialiseringen som standardinitialisering før initialisering. Angiv antallet af gentagelser til 2000.Klik på Beregn for at starte simuleringen og vende tilbage til det indledende vindue, indtil simuleringen slutter. Klik på resultaterne. Gå ind i CFD-postvinduet.Klik på ikonet for strømlining i værktøjskassen. Vælg stikkontakt i start fra og bagud i retning. Klik på Anvend for at generere det interne flowdiagram for den udluftede boks.Klik på flyet på stedet. Vælg ZX-plan i metode, og inputværdi 0,6. Klik på Anvend for at generere planet 0.6 meter fra bundoverfladen.Klik på ikonet for kontur i værktøjskassen. Vælg plan et på steder. Vælg hastighed i variabel.Vælg lokal inden for rækkevidde. Klik på Anvend for at generere hastighedskonturen. Eksporter flowhastighedsdataene for det plan, der er genereret ovenfor.Få standardafvigelsen for strømningshastigheden i Excel. Kør den statistiske analysesoftware. Klik på data, og klik på generer i ortogonalt design.Indtast rørnummer i faktornavn og A i faktoretiket. Klik på tilføj og definer værdier for at indstille fire niveauer for antallet af rør. Klik på Fortsæt og tilbage til vinduet generer ortogonalt design.Indtast hulnummer i faktornavn og B i faktoretiket. Klik på tilføj og definer værdier for at indstille fire niveauer for antallet af huller. Klik på Fortsæt og tilbage til vinduet generer ortogonalt design.Indtast kumulativt tal i faktornavn og C i faktoretiket. Klik på Tilføj og definer værdier for at angive fire niveauer for antallet af intervaller. Klik på Fortsæt, og opret en ny datafil for at generere 16 matrixeksempler.Klik på variabelvisning for at vælge nominel i mål og input i rolle. Omdøb det som standardafvigelse gange 100.000. Gentag trin 1.1 til 2.5 med eksempelpunkterne ovenfor.De resulterende 16 standardafvigelser multipliceret med 100.000 udfyldes i prøvelisten til senere optimering. Klik på analysér, og klik på univariat i generel lineær model. Udfyld standardafvigelse gange 100.000 i afhængig variabel og fyld rørnummer, hulnummer, kumulativt tal, i faste faktorer.Klik på model- og buildudtryk. Skift interaktion til hovedeffekter. Udfyld A, B, C i modellen.Klik på Fortsæt og tilbage til det univariate vindue. Klik på EM betyder og udfyld A, B, C i displaymidler til. Klik på Fortsæt og tilbage til det univariate vindue.Klik på okay, og få optimeringsresultatet. Minimumsværdien af middelkolonnen i tabellen svarer til den optimale variabel. Dobbeltklik på tabellen.Gå ind i pivottabelvinduet. Klik på rediger, og klik på linjen i oprettelsesgrafen for at generere histogrammet. Som vist i figur fire og figur fem er strømlinjen i den senere ventilerede kasse endnu mere rodet end den tidligere på grund af den indre struktur af den udluftede kasse.Som vist i figur seks og figur syv er strømningshastigheden inde i den udluftede kasse, som er en af de modeller, der anvendes til følsomhedsanalyse, mere ujævn. For at forstå strømlinjefordelingen inde i den ventilerede boks mere intuitivt beregnes standardafvigelsen ved hjælp af denne formel. Tabel et viser standardafvigelsen for strømningshastigheder for de 10 grupper i den ventilerede kasse, der anvendes til følsomhedsanalyse.En stor standardafvigelse repræsenterer en stor forskel mellem de fleste strømningshastigheder og deres gennemsnitlige strømningshastighed. Det kan således ses, at ændring af den indvendige struktur af den ventilerede kasse kan ændre dens interne strømning og gøre strømlinjen mere rimelig. Når du designer det ortogonale eksperiment, er der tre designvariabler i denne artikel.Hver af disse tre variabler har fire niveauer. Som vist i tabellen blev 16 grupper af eksperimentelle designpunkter opnået ved ortogonalt eksperimentelt design. Standardafvigelserne beregnes.I sidste ende bruges rækkeviddeanalysemetoden som optimeringsmetode til at finde ud af optimal strukturparameterkombination. Figur otte viser optimeringsresultatet for strukturparameteren om antallet af rør. Herfra kan vi se, at minimumsværdien opnås, når antallet af rør er 14.Figur ni viser optimeringsresultatet for strukturparameteren om antallet af huller i de midterste rør. Herfra kan vi se, at minimumsværdien opnås, når antallet af huller i de midterste rør er 14. Figur 10 viser optimeringsresultatet for strukturparameteren om antallet af hvert trin fra indersiden til det udvendige rør.Herfra kan vi se, at minimumsværdien opnås, når antallet af hvert trin fra indersiden til det udvendige rør er fire. Ovenstående analyse viser, at den optimale kombination er rør nummer 14, hul nummer 14, kumulativt nummer fire. For at bekræfte nøjagtigheden blev den optimale sag analyseret.Figur fire og 11 viser referencemodellens strømlining i forhold til den optimerede model. Figur seks og 12 viser flowhastighedsfordelingen inde i referencemodellen i forhold til den optimerede model. Tabel tre viser sammenligningen mellem optimeringsmodellen og referencemodellen.Det ses, at standardafvigelsen beregnet af den optimerede model er lavere sammenlignet med referencemodellens standardafvigelse. Tabel fire viser stigningen i antallet af huller fra fire til seks, med ringe ændring i standardafvigelsen. I dette papir forbedres det indre miljø i den udluftede kasse ved at optimere dens struktur, og kvaliteten af dets indre miljø måles ved standardafvigelse.Jo mindre standardafvigelsen er, desto mere rimelig er luftstrømmen inde i den udluftede kasse, hvilket indikerer, at optimeringsmetoden, der er vedtaget i dette arbejde, er effektiv og gennemførlig.

Research

JoVE Journal

Engineering

Research and Development of High-performance Explosives

Forskning og udvikling af højtydende Sprængstoffer

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

sondering C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si Underlag Brug Scanning Probe Microscopy og Molecular Dynamics

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

En High Performance Impedans-baserede Platform for Fordampningshastighed Detection

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

Scalable Solution-Processed Fabrication Strategi for High Performance, Fleksibel, Transparent Elektroder med Embedded Metal Mesh

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

Påvisning af vandopløselige klorid Distribution af Cement pasta i en høj præcision måde

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

Flow-assisteret dielektroforesis: En billig metode til fremstilling af højtydende løsning-bearbejdes Nanotråd enheder

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

Udvikle højtydende hul/Si Heterojunction solceller

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

Optimering, Test og diagnosticering af Miniaturized Hall styreraketter

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

En 100 KW klasse anvendes feltet Magnetoplasmadynamic bovpropel

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

Strukturelle Design og fremstilling af en Cruiser klasse Solar køretøj

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 ...