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

Dit onderzoek wordt ondersteund door Wenzhou Science and Technology Bureau of China (Wenzhou groot wetenschappelijk en technologisch innovatieproject onder Grant No. ZG2020029). Het onderzoek wordt gefinancierd door de Wenzhou Association for Science and Technology met Grant No. KJFW09. Dit onderzoek werd ondersteund door het Wenzhou Municipal Key Science and Research Program (ZN2022001).

1. Pre-simulatie verwerking
OPMERKING: Rekening houdend met de arrays van pijpen, worden de driedimensionale onderste helft en de bovenste helft van de geventileerde doosmodellen vastgesteld met behulp van driedimensionale software en deze op te slaan als X_T bestanden, de totale afmetingen worden weergegeven in figuur 1. Configuraties worden weergegeven in de materiaaltabel.
<ol><li>Voer de simulatiesoftware uit en sleep de Mesh-compone...

<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>

Vanwege de hoge prestaties en complexe structuur hebben we in deze studie een geventileerde doos gebouwd op basis van modelleringssoftware. We analyseerden de interne stroom met simulatiesoftware. Simulatiesoftware staat bekend om zijn geavanceerde fysicamodelleringsmogelijkheden, waaronder turbulentiemodellering, een- en meerfasenstromen, verbranding, batterijmodellering, vloeistof-structuurinteractie en nog veel meer. De monsterselectiemethode die in dit artikel wordt gebruikt, is de orthogonale experimentele ontwerpme...

Verse groenten en fruit nemen een groot deel van de menselijke voedselconsumptie in beslag, niet alleen omdat ze een goede smaak en een aantrekkelijke vorm hebben, maar ook omdat ze van groot voordeel zijn voor mensen om voeding te verkrijgen en de gezondheid te behouden1. Veel studies hebben aangetoond dat verse groenten en fruit een unieke rol spelen bij het voorkomen van veel ziekten 2,3. In het opslagproces van verse groenten en fruit zijn schimmels, licht, temperatuur en relatieve vochtigheid de belangrijke redenen voor hun achteruitgang 4,5,6,7,8. Deze externe omstandigheden beïnvloeden de kwaliteit van opgeslagen verse groenten en fruit door het interne metabolisme of chemische reacties te beïnvloeden9.
Veel voorkomende behandelingstechnologieën voor groenten en fruit omvatten niet-thermische en thermische conservering. Onder hen heeft thermische voorbehandeling een positief effect op het droogproces, maar het kan ook nadelige effecten hebben op de productkwaliteit, zoals verlies van voedingsstoffen, verandering van smaak en geur en verandering van kleur10,11. Daarom heeft de afgelopen jaren de niet-thermische conservering van producten aandacht gekregen vanuit het onderzoeksperspectief om aan de vraag van consumenten naar verse producten te voldoen. Op dit moment zijn er voornamelijk stralingsverwerking, gepulseerd elektrisch veld, ozonverwerking, eetbare coatings, dichte fase koolstofdioxide en andere niet-thermische conserveringstechnologieën om groenten en fruit op te slaan, maar deze technologieën hebben vaak tekortkomingen, zoals de vereiste van grote apparatuur, hoge prijs en de gebruikskosten12. Daarom is het ontwerp van een eenvoudige structuur, lage kosten en handige bediening van de conserveringsapparatuur zeer betekenisvol voor de voedingsindustrie.
In de opslagomgeving voor groenten en fruit helpt een goed luchtcirculatiesysteem om de warmte die door het product zelf wordt gegenereerd te elimineren, de temperatuurgradiënt te verminderen en de temperatuur en vochtigheid in de ruimte waar het zich bevindt te handhaven. Een goede luchtcirculatie voorkomt ook gewichtsverlies als gevolg van ademhaling en schimmelinfecties13,14,15. Er zijn talloze studies uitgevoerd naar de luchtstroom binnen verschillende structuren. Praeger et al.16,17 maten de windsnelheid op verschillende posities onder verschillende werkingsvermogens van de ventilator in een magazijn via sensoren en ontdekten dat er een zevenvoudig verschil in luchtsnelheid kon zijn als gevolg van verschillende verticale hoogten, en de luchtsnelheid op elke positie was positief gecorreleerd met het bedrijfsvermogen van de ventilator. Bovendien onderzocht een studie het effect van de vrachtopstelling en het aantal ventilatoren op de luchtstroom, en er werd geconcludeerd dat het vergroten van de afstand van sommige ventilatorposities en het rationeel kiezen van het aantal ventilatoren nuttig was om het effect te verbeteren. Berry et al.18 bestudeerden het effect van luchtstroom in verschillende fruitopslagomgevingen op de verdeling van huidmondjes in verpakkingsdozen. Met behulp van simulatiesoftware bestudeerden Dehghannya et al.19,20 de luchtstroomtoestand van geforceerde voorkoude lucht in het pakket met verschillende ventilatiegebieden, hoeveelheden en distributieposities op de verpakkingswand en verkregen de niet-lineaire invloed van elke parameter op de luchtstroomtoestand. Delele et al.21 pasten een computationeel vloeistofdynamicamodel toe om de invloed van producten willekeurig verdeeld in verschillende vormen van ventilatieboxen op de luchtstroom te bestuderen. Ze ontdekten dat de productgrootte, porositeit en doosgatverhouding een grotere impact hadden op de luchtstroom, terwijl willekeurige vulling een kleinere impact had. Ilangovan et al.22 bestudeerden luchtstroompatronen en thermisch gedrag tussen de drie verpakkingsstructuren en vergeleken de resultaten met referentiestructuurmodellen. De resultaten toonden aan dat de warmteverdeling in de doos niet uniform was vanwege de verschillende locaties en ontwerpen van de ventilatieopening. Gong et al.23 optimaliseerden de breedte van de opening tussen de rand van de tray en de wand van de container.
De technieken die in dit artikel worden gebruikt, omvatten simulatie- en optimalisatiemethoden. Het principe van de eerste is dat de regerende vergelijkingen werden gediscretiseerd en numeriek opgelost met behulp van de eindige volumemethode21. De optimalisatiemethode die in dit artikel wordt gebruikt, wordt orthogonale optimalisatie24 genoemd. De orthogonale test is een typische multifactor- en multilevel-analysemethode. De orthogonale tafel die met behulp van deze methode is gebouwd, bevat representatieve punten die uniform in de ontwerpruimte zijn verdeeld, die de hele ontwerpruimte visueel kunnen beschrijven en kunnen worden onderzocht. Dat wil zeggen, minder punten vertegenwoordigen de volledige factortest, waardoor tijd, mankracht, materiaal en financiële middelen aanzienlijk worden bespaard. De orthogonale test is op grote schaal gebruikt bij het ontwerpen van experimenten op het gebied van energiesystemen, chemie, civiele techniek, enz.25.
Het doel van deze studie is het ontwerpen en optimaliseren van een hoogwaardige geventileerde box. Een geventileerde doos kan worden gedefinieerd als een originele doos met een gasregelapparaat dat het gas gelijkmatig in de doos verspreidt. Snelheidsuniformiteit verwijst naar hoe gelijkmatig lucht door de geventileerde doos stroomt. Yun-De et al.26 hebben eerder aangetoond dat de eigenschap van multiporeus materiaal een belangrijk effect heeft op de snelheidsuniformiteit van een verse groentebox. In sommige experimenten werd zowel aan de boven- als aan de onderkant van de testkamer een plenum of gemoduleerde kamer gelaten om een homogene verdeling van geforceerde of geïnduceerde lucht te garanderen27. De geventileerde doos die in dit artikel is ontworpen, bevat reeksen pijpen met zigzaggaten. Het regelen van de luchtstroomverdeling in de geventileerde box is de belangrijkste conserveringsstrategie. Er zijn twee luchtinlaten van gelijke grootte parallel geplaatst aan de linker- en rechterkant van de geventileerde doos en een uitlaat is ingesteld aan de bovenkant van de doos. Het ontwerpen van de interne structuur van een geventileerde doos is de sleutel tot deze studie. Met andere woorden, het aantal leidingen en gaten is een belangrijke parameter voor het veranderen van de interne structuur van de geventileerde doos. Het referentiemodel heeft 10 pijpen. De twee middelste pijpen hebben elk 10 gaten, die verspringend zijn over de leidingen. Het aantal gaten van het midden naar de buitenste buis neemt met twee tegelijk toe.
Met andere woorden, wanneer we verse groenten, fruit en andere producten bewaren, kan een continue en stabiele luchtstroom de ademhaling van producten verminderen, ethyleen en andere schadelijke stoffen voor productconservering verminderen en de temperatuur verlagen die door de producten zelf wordt geproduceerd. Vanwege de verschillende parameters van de geventileerde doos is het niet eenvoudig om de vereiste luchtstroomtoestand te verkrijgen, wat de conserveringseigenschap van de geventileerde doos zal beïnvloeden. Daarom neemt het project de uniformiteit van de interne luchtstroomsnelheid van de geventileerde box als besturingsdoelstelling. Er werd een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd voor de structurele parameters van de geventileerde box. De monsters werden geselecteerd door orthogonaal experimenteel ontwerp. We gebruikten bereikanalyse om de combinatie van de drie structurele parameters te optimaliseren. Ondertussen verifiëren we de wenselijkheid van de optimalisatieresultaten.

<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

Deze studie heeft tot doel de problemen van luchtstroomchaos en slechte prestaties in een geventileerde doos op te lossen die worden veroorzaakt door de heterogene verdeling van de luchtstroom door het ontwerp van de interne structuur van de geventileerde doos met constant energieverbruik. Het uiteindelijke doel is om de luchtstroom in de geventileerde box gelijkmatig te verdelen. Gevoeligheidsanalyse werd uitgevoerd voor drie structurele parameters: het aantal buizen, het aantal gaten in de middelste pijp en het aantal van elke toename van de binnen- naar de buitenpijp. Een totaal van 16 willekeurige array sets van drie structurele parameters met vier niveaus werden bepaald met behulp van het orthogonale experimentele ontwerp. Commerciële software werd gebruikt voor de constructie van een 3D-model voor de geselecteerde experimentele punten, en deze gegevens werden gebruikt om de luchtstroomsnelheden te verkrijgen, die vervolgens werden gebruikt om de standaarddeviatie van elk experimenteel punt te verkrijgen. Volgens de bereikanalyse werd de combinatie van de drie structurele parameters geoptimaliseerd. Met andere woorden, er werd een efficiënte en economische optimalisatiemethode vastgesteld die rekening hield met de prestaties van de geventileerde doos en deze kon op grote schaal worden gebruikt om de opslagtijd van vers voedsel te verlengen.

Volgens het protocol waren de eerste drie delen de belangrijkste, waaronder modellering, meshing en simulatie, allemaal om de standaarddeviatie van het debiet te verkrijgen. Vervolgens hebben we de structuuroptimalisatie van de geventileerde doos voltooid door middel van orthogonale experimenten en bereikanalyse. Het model dat in het protocol wordt gebruikt, is het referentie-geventileerde doosmodel, het initiële model dat wordt verkregen uit de referentie. Figuur 4 toont het resultaat van ...

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

Hier presenteren we de bereikanalysemethode om de monsterpunten te optimaliseren die worden gegenereerd door een orthogonaal experimenteel ontwerp om ervoor te zorgen dat vers voedsel lange tijd in een geventileerde doos kan worden bewaard door het luchtstroompatroon te regelen.

Ontwerp- en optimalisatiestrategieën van een krachtige geventileerde doos

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 ...

Deze studie heeft tot doel de problemen van luchtstroomchaos en de slechte prestaties in de geventileerde doos op te lossen die worden veroorzaakt door de onredelijke verdeling van de luchtstroom door het ontwerp van de interne structuur van de geventileerde doos op basis van een constant energieverbruik. Een efficiënte en economische optimalisatiemethode met betrekking tot de prestaties van de geventileerde doos werd vastgesteld en kan gemakkelijk worden gebruikt om de opslagtijd van vers voedsel te verlengen. Het doel van deze studie is het ontwerpen en optimaliseren van een hoogwaardige geventileerde doos met arrays van buizen met zigzaggaten.Er zijn twee luchtinlaten van gelijke grootte parallel geplaatst aan de linker- en rechterkant van de geventileerde doos en een uitlaat is aan de bovenkant van de geventileerde doos geplaatst. Het referentiemodel heeft 10 pijpen. De twee middelste pijpen hebben respectievelijk 10 gaten, die verspringend zijn over de buizen.Het aantal gaten van het midden naar de buitenste buis wordt met twee tegelijk verhoogd. Gezien de arrays van pijpen, worden de driedimensionale onderste helft en de bovenste helft van de geventileerde doosmodellen vastgesteld door driedimensionale software te gebruiken en deze op te slaan als XT-bestanden. Voer de simulatiesoftware uit en sleep de mesh-component van componentsystemen naar het projectschemavenster.Noem het als onderaan. Klik met de rechtermuisknop op geometrie en klik op Bladeren om het onderste XT-bestand te importeren. Klik met de rechtermuisknop op geometrie en klik op nieuwe ontwerpmodelergeometrie om naar het mesh-ontwerpmodellervenster te gaan.Klik op genereren om het onderste model weer te geven. Klik met de rechtermuisknop op het bovenste oppervlak en klik op de benoemde selectie om deze te hernoemen naar Geventileerd bovenwerk. Selecteer de selectiefilterlichamen.Klik met de rechtermuisknop op het onderste model om de benoemde selectie te selecteren en de naam van de onderste te wijzigen. Selecteer de selectiefiltervlakken en schakel de selectiemodus over naar het selectievak. Selecteer alle binnenoppervlakken en klik met de rechtermuisknop om de benoemde selectie te selecteren en deze later te hernoemen als externe binnenoppervlakken, gedefinieerd als netinterfaces.Ga terug naar het oorspronkelijke venster. Dubbelklik op het gaas van de onderkant. Ga naar het meshing-venster.Wijzig de fysieke voorkeur van mechanisch naar CFD. Klik op de update om het netmodel te genereren. Ga terug naar het oorspronkelijke venster.Sleep de netcomponent van componentsystemen naar het projectschemavenster. Noem het als top. Klik met de rechtermuisknop op geometrie en klik op Bladeren om het bovenste XT-bestand te importeren.Klik met de rechtermuisknop op geometrie en klik op nieuwe ontwerpmodelergeometrie om naar het mesh-ontwerpmodellervenster te gaan. Klik op genereren om het topmodel weer te geven. Klik met de rechtermuisknop op het onderste oppervlak en klik op de benoemde selectie om deze te hernoemen naar geventileerd vak lager.Selecteer de selectiefilterlichamen. Klik met de rechtermuisknop op het bovenste model om benoemde selectie te selecteren en de naam ervan te wijzigen in top. Selecteer de selectiefiltervlakken.Klik met de rechtermuisknop op het bovenste oppervlak en klik op de benoemde selectie om deze te hernoemen als stopcontact. Ga terug naar het oorspronkelijke venster. Dubbelklik op het gaas van de bovenkant.Ga naar het meshing-venster. Wijzig de fysieke voorkeur van mechanisch naar CFD. Klik met de rechtermuisknop op het net om de grootte in de insert te selecteren.Selecteer de selectiefilterlichamen. Selecteer het topmodel en de top 18 in elementgrootte. Klik op bijwerken.Ga terug naar het oorspronkelijke venster. Sleep de netcomponent van componentsystemen naar het projectschemavenster. Noem het als pijp.Importeer het pipe XT-bestand door op geometrie te klikken. Ga naar het mesh-ontwerpmodelvenster. Het pijpmodel wordt opnieuw weergegeven door op genereren te klikken.Selecteer de twee eindvlakken van de pijp en label ze als inlaat één en inlaat twee. De pijp per lichaam selecteren is gelabeld als pijp. Alle binnenoppervlakken door het selecteren van vakken worden gelabeld als interne binnenoppervlakken, later gedefinieerd als mesh-interfaces.Ga terug naar het oorspronkelijke venster. Dubbelklikpijpgaas. Ga naar het meshing-venster.Wijzig de fysieke voorkeur van mechanisch naar CFD. Het mesh-model kan worden gegenereerd door op update te klikken. Ga terug naar het oorspronkelijke venster.Sleep het simulatieonderdeel naar het projectschemavenster. Koppel drie mesh-componenten aan de simulatiecomponent en update om in te voeren. Controleer de kwaliteit van het netmodel.Controleer of het gaas een negatief volume heeft. Selecteer de steady, relaxatiefactor, residuele en tijdschaalfactor. Selecteer standaardwaarden.Ga naar de instellingsinterface van het viskeuze model om het K-epsilon-model te selecteren. Stel het luchtmateriaal in. Wijzig het type celzone in vloeistof.Converteer het type geventileerde doos boven, geventileerde doos onder, binnenoppervlakken extern en binnenoppervlakken intern van standaardmuur naar interface. Open de mesh-interfaces en ga naar het venster mesh-interfaces maken/bewerken. Stem binnenoppervlakken buiten af op binnenoppervlakken intern.Match geventileerde doos boven met geventileerde doos onder. Ten slotte worden de twee mesh-interfaces gemaakt tussen de geventileerde doos en respectievelijk interface één en interface twee genoemd. Stel de luchtstroomsnelheden van alle inlaten in op 8,9525 meter per seconde in het snelheidsinlaatvenster.Stel de manometerdruk van de uitlaat in het drukuitlaatvenster in op nul. Stel de stijl van de oplossingsinitialisatie in als standaardinitialisatie voordat u deze initialiseert. Stel het aantal iteraties in als 2000.Klik op berekenen om de simulatie te starten en terug te keren naar het beginvenster totdat de simulatie eindigt. Klik op de resultaten. Ga naar het CFD-berichtvenster.Klik op het pictogram stroomlijnen in de toolbox. Selecteer stopcontact in start van en achteruit in richting. Klik op Toepassen om het interne stroomdiagram van de geventileerde doos te genereren.Klik op het vliegtuig op locatie. Selecteer ZX-vlak in methode en invoerwaarde 0,6. Klik op Toepassen om het vlak op 0,6 meter van het onderste oppervlak te genereren.Klik op het pictogram van contour in de toolbox. Selecteer vlak één op locaties. Selecteer snelheid in variabele.Selecteer lokaal in bereik. Klik op Toepassen om de snelheidscontour te genereren. Exporteer de stroomsnelheidsgegevens voor het hierboven gegenereerde vlak.Verkrijg de standaarddeviatie van het debiet in Excel. Voer de statistische analysesoftware uit. Klik op gegevens en klik genereren in orthogonaal ontwerp.Voer het pijpnummer in factornaam en A in factorlabel in. Klik op Waarden toevoegen en definiëren om vier niveaus in te stellen voor het aantal leidingen. Klik op Doorgaan en terug naar het venster orthogonaal ontwerp genereren.Voer het gatnummer in factornaam en B in factorlabel in. Klik op Waarden toevoegen en definiëren om vier niveaus in te stellen voor het aantal gaten. Klik op Doorgaan en terug naar het venster orthogonaal ontwerp genereren.Voer cumulatief getal in factornaam en C in factorlabel in. Klik op Waarden toevoegen en definiëren om vier niveaus in te stellen voor het aantal stappen. Klik op Doorgaan en maak een nieuw gegevensbestand om 16 arrayvoorbeelden te genereren.Klik op de variabele weergave om nominaal in maat en invoer in rol te selecteren. Hernoem het als standaarddeviatie maal 100.000. Herhaal stap 1.1 tot en met 2.5 met bovenstaande voorbeeldpunten.De resulterende 16 standaarddeviaties vermenigvuldigd met 100.000 worden ingevuld in de steekproeflijst voor latere optimalisatie. Klik op analyseren en klik op univariate in algemeen lineair model. Vul standaarddeviatie maal 100.000 in afhankelijke variabele en vulpijpnummer, gatnummer, cumulatief getal, in vaste factoren.Klik op modelleren en termen maken. Wijzig interactie in hoofdeffecten. Vul A, B, C in model.Klik op doorgaan en terug naar het univariate venster. Klik op EM betekent en vul A, B, C in display betekent voor. Klik op doorgaan en terug naar het univariate venster.Klik op OK en krijg het optimalisatieresultaat. De minimumwaarde van de gemiddelde kolom in de tabel komt overeen met de optimale variabele. Dubbelklik op de tabel.Ga naar het draaitabelvenster. Klik op bewerken en klik op balk in grafiek maken om het histogram te genereren. Zoals te zien is in figuur vier en figuur vijf, is de stroomlijn van de later geventileerde doos nog rommeliger dan die van de eerste, vanwege de binnenstructuur van de geventileerde doos.Zoals te zien is in figuur zes en figuur zeven, is het debiet in de geventileerde doos, een van de modellen die worden gebruikt voor gevoeligheidsanalyse, ongelijker. Om de gestroomlijnde verdeling in de geventileerde doos intuïtiever te begrijpen, wordt de standaarddeviatie berekend met deze formule. Tabel één toont de standaardafwijking van de stroomsnelheden voor de 10 groepen van de geventileerde doos die worden gebruikt voor gevoeligheidsanalyse.Een grote standaarddeviatie vertegenwoordigt een groot verschil tussen de meeste debieten en hun gemiddelde debiet. Het is dus te zien dat het veranderen van de interne structuur van de geventileerde doos de interne stroom kan veranderen en de stroomlijn redelijker maakt. Bij het ontwerpen van het orthogonale experiment zijn er drie ontwerpvariabelen in dit artikel.Elk van deze drie variabelen heeft vier niveaus. Zoals in de tabel te zien is, werden 16 groepen experimentele ontwerppunten verkregen door orthogonaal experimenteel ontwerp. De standaarddeviaties worden berekend.Uiteindelijk wordt de bereikanalysemethode gebruikt als de optimalisatiemethode voor het vinden van een optimale structuurparametercombinatie. Figuur acht toont het optimalisatieresultaat voor de structurele parameter over het aantal leidingen. Hieruit kunnen we zien dat de minimumwaarde wordt verkregen wanneer het aantal leidingen 14 is.Figuur negen toont het optimalisatieresultaat voor de structuurparameter over het aantal gaten in de middelste leidingen. Hieruit kunnen we zien dat de minimumwaarde wordt verkregen wanneer het aantal gaten in de middelste leidingen 14 is. Figuur 10 toont het optimalisatieresultaat voor de structurele parameter over het aantal van elke toename van de binnen- naar de buitenleiding.Hieruit kunnen we zien dat de minimumwaarde wordt verkregen wanneer het aantal van elke toename van de binnen- naar de buitenpijp vier is. Uit bovenstaande analyse blijkt dat de optimale combinatie pijpnummer 14, gatnummer 14, cumulatief nummer vier is. Om de nauwkeurigheid te bevestigen, werd de optimale casus geanalyseerd.Figuren vier en 11 tonen de stroomlijn van het referentiemodel ten opzichte van het geoptimaliseerde model. Figuren zes en 12 tonen de stroomsnelheidsverdeling binnen het referentiemodel versus het geoptimaliseerde model. Tabel drie toont de vergelijking tussen het optimalisatiemodel en het referentiemodel.Te zien is dat de standaarddeviatie berekend door het geoptimaliseerde model lager is ten opzichte van de standaarddeviatie van het referentiemodel. Tabel vier toont de toename van het aantal gaten van vier naar zes, met weinig verandering in standaarddeviatie. In dit artikel wordt de interne omgeving van de geventileerde doos verbeterd door de structuur ervan te optimaliseren en wordt de kwaliteit van de interne omgeving gemeten aan de hand van de standaarddeviatie.Hoe kleiner de standaarddeviatie, hoe redelijker de luchtstroom in de geventileerde doos, wat aangeeft dat de optimalisatiemethode die in dit werk is gebruikt, effectief en haalbaar is.

design-and-optimization-strategies-of-a-high-performance-vented-box

Research

JoVE Journal

Engineering

Research and Development of High-performance Explosives

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

Onderzoek en ontwikkeling van high-performance Explosieven

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

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The characteristics of the C84-embedded Si surface, such as atomic resolution topography, local electronic density of states, band gap energy, field emission properties, nanomechanical stiffness, and surface magnetism, were examined using a variety of surface analysis techniques under ultra, high vacuum (UHV) conditions as well as in an atmospheric system. Experimental results demonstrate the high uniformity of the C84-embedded Si surface fabricated using a controlled self-assembly nanotechnology mechanism, represents an important development in the application of field emission display (FED), optoelectronic device fabrication, MEMS cutting tools, and in efforts to find a suitable replacement for carbide semiconductors. Molecular dynamics (MD) method with semi-empirical potential can be used to study the nanoindentation of C84-embedded Si substrate. A detailed description for performing MD simulation is presented here. Details for a comprehensive study on mechanical analysis of MD simulation such as indentation force, Young&#39;s modulus, surface stiffness, atomic stress, and atomic strain are included. The atomic stress and von-Mises strain distributions of the indentation model can be calculated to monitor deformation mechanism with time evaluation in atomistic level.

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

This paper reports the nanomaterial fabrication of a fullerene Si substrate inspected and verified by nanomeasurements and molecular dynamic simulation.

probing C<sub&gt; 84</sub&gt; Ingebedde Si-substraat met behulp van Scanning Probe Microscopy and 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

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was employed here for demonstration purposes. Multiple evaporation tests on the model compound as a humectant with various concentrations in solutions were conducted for comparison purposes. A conventional weight loss approach is known as the most straightforward, but time-consuming, measurement technique for evaporation rate detection. Yet, a clear disadvantage is that a large volume of sample is required and multiple sample tests cannot be conducted at the same time. For the first time in literature, an electrical impedance sensing chip is successfully applied to a real-time evaporation investigation in a time sharing, continuous and automatic manner. Moreover, as little as 0.5 ml of test samples is required in this impedance-based apparatus, and a large impedance variation is demonstrated among various dilute solutions. The proposed high-sensitivity and fast-response impedance sensing system is found to outperform a conventional weight loss approach in terms of evaporation rate detection.

This paper presents an impedance-based apparatus for evaporation rate detection of solutions. It offers clear advantages over a conventional weight loss approach: a fast response, high-sensitivity detection, a small sample requirement, multiple sample measurements, and easy disassembly for cleaning and reuse purposes.

Een High Performance impedantie-gebaseerd platform voor het Verdampingssnelheid 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

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

Schaalbare Oplossing-Verwerkte Fabricage Strategie voor High Performance, Flexibele, Transparante Elektroden Met 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

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 high-precision chloride profile. Firstly, paste specimens are molded, cured, and exposed to cyclic wet-dry conditions. Then, powder samples at different specimen depths are grinded when the exposure age is reached. Finally, the water-soluble chloride content is detected using a silver nitrate titration method, and chloride profiles are plotted. The key to improving the accuracy of the chloride distribution along the depth is to exclude the error in the powderization, which is the most critical step for testing the distribution of chloride. Based on the above concept, the grinding method in this protocol can be used to grind powder samples automatically layer by layer from the surface inward, and it should be noted that a very thin grinding thickness (less than 0.5 mm) with a minimum error less than 0.04 mm can be obtained. The chloride profile obtained by this method better reflects the chloride distribution in specimens, which helps researchers to capture the distribution features that are often overlooked. Furthermore, this method can be applied to studies in the field of cement-based materials, which require high chloride distribution accuracy.

A protocol for obtaining a water-soluble chloride profile by using a high precision milling method is presented.

Opsporen van de in water oplosbare chloriden verdeling van Cement plakken in een High-precision manier

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-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Stroom-bijgewoonde diëlektroforese: Een Low-Cost methode voor de fabricage van hoogwaardige oplossing-verwerkbaar Nanowire apparaten

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

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 cells. In this work, we present high performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime and high crystal quality of epitaxial GaP layers. It is shown that by applying phosphorus (P)-diffusion layers into the Si substrate and a SiNx layer, the Si minority-carrier lifetime can be well-maintained during the GaP growth in the molecular beam epitaxy (MBE). By controlling the growth conditions, the high crystal quality of GaP was grown on the P-rich Si surface. The film quality is characterized by atomic force microscopy and high-resolution x-ray diffraction. In addition, MoOx was implemented as a hole-selective contact that led to a significant increase in the short-circuit current density. The achieved high device performance of the GaP/Si heterojunction solar cells establishes a path for further enhancement of the performance of Si-based photovoltaic devices.

Here, we present a protocol to develop high-performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime.

Ontwikkeling van High Performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen

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

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without attendance and adjustment. Thermochemical thrusters which utilize thermodynamic properties of gases as a means of acceleration have physical limitations on their exhaust gas velocity, resulting in low efficiency. Moreover, these engines demonstrate extremely low efficiency at small thrusts and may be unsuitable for continuously operating systems which provide real-time adaptive control of the spacecraft orientation, velocity and position. In contrast, electric propulsion systems which use electromagnetic fields to accelerate ionized gases (i.e., plasmas) do not have any physical limitation in terms of exhaust velocity, allowing virtually any mass efficiency and specific impulse. Low-thrust Hall thrusters have a lifetime of several thousand hours. Their discharge voltage ranges between 100 and 300 V, operating at a nominal power of &lt;1 kW. They vary from 20 to 100 mm in size. Large Hall thrusters can provide fractions of millinewton of thrust. Over the past few decades, there has been an increasing interest in small mass, low power, and high efficiency propulsion systems to drive satellites of 50-200 kg. In this work, we will demonstrate how to build, test, and optimize a small (30 mm) Hall thruster capable of propelling a small satellite weighing about 50 kg. We will show the thruster operating in a large space environment simulator, and describe how thrust is measured and electric parameters, including plasma characteristics, are collected and processed to assess key thruster parameters. We will also demonstrate how the thruster is optimized to make it one of the most efficient small thrusters ever built. We will also address challenges and opportunities presented by new thruster materials.

Here, we present a protocol to test and optimize space propulsion systems based on miniaturized Hall-type thrusters.

Optimalisatie-, Test- en diagnostiek van verkleinde Hall Thrusters

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

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate plasma to high speed; they have considerable potential for future space applications with the significant advantages of high specific impulse and thrust density. In this paper, we present a series of protocols for designing and manufacturing a 100 kW class of AF-MPD thruster with water-cooling structures, a 130 V maximum discharge voltage, a 800 A maximum discharge current, and a 0.25 T maximum strength of magnetic field. A hollow tantalum tungsten cathode acts as the only propellant inlet to inhibit the radial discharge, and it is positioned axially at the rear of the anode in order to relieve anode starvation. A cylindrical divergent copper anode is employed to decrease anode power deposition, where the length has been reduced to decrease the wall-plasma connecting area. Experiments utilized a vacuum system that can achieve a working vacuum of 0.01 Pa for a total propellant mass flow rate lower than 40 mg/s and a target thrust stand. The thruster tests were carried out to measure the effects of the working parameters such as propellant flow rates, the discharge current, and the strength of applied magnetic field on the performance and to allow appropriate analysis. The thruster could be operated continuously for significant periods of time with little erosion on the hollow cathode surface. The maximum power of the thruster is 100 kW, and the performance of this water-cooled configuration is comparable with that of thrusters reported in the literature.

The goal of this protocol is to introduce the design of a 100 kW class applied-field magnetoplasmadynamic thruster and relevant experimental methods.

Een 100 KW klasse toegepast-veld Magnetoplasmadynamic boegschroef

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

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 the energy consumption and the payload. They must comply to the race&#39;s rules regarding the overall dimensions, the solar panel size, functionality, and safety and structural requirements, while the shape, the materials, the powertrain, and the mechanics are considered at the discretion of the designer. In this work, the most relevant aspects of the structural design process of a full-carbon fiber-reinforced plastic solar vehicle are detailed. In particular, the protocols used for the design of the lamination sequence of the chassis, the leaf springs structural analysis, and the crash test numerical simulation of the vehicle, including the safety cage, are described. The complexity of the design methodology of fiber-reinforced composite structures is compensated by the possibility of tailoring their mechanical characteristics and optimizing the overall weight of the car.

In this work, several aspects related to the structural design process of a full-carbon fiber-reinforced plastic solar vehicle are detailed, focusing on the monocoque chassis, the leaf springs, and the vehicle as a whole during a crash test.

Structurele ontwerp en de productie van een Cruiser klasse zonne-voertuig

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 ...