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 forskningen støttes av Wenzhou Science and Technology Bureau of China (Wenzhou store vitenskapelige og teknologiske innovasjonsprosjekt under Grant No. ZG2020029). Forskningen er finansiert av Wenzhou Association for Science and Technology med stipend nr. KJFW09. Denne forskningen ble støttet av Wenzhou Municipal Key Science and Research Program (ZN2022001).

1. Behandling før simulering
MERK: Med tanke på rørets matriser, er den tredimensjonale nederste halvdelen og den øverste halvdelen av de ventilerte boksmodellene etablert ved å bruke tredimensjonal programvare og lagre dem som X_T filer, er de generelle dimensjonene vist i figur 1. Konfigurasjoner vises i materialfortegnelsen.
<ol><li>Kjør simuleringsprogramvaren og dra Mesh-komponenten fra "Component Systems" til "Projec...

<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 grunn av sin høye ytelse og komplekse struktur, bygde vi i denne studien en ventilert boks basert på modelleringsprogramvare. Vi analyserte den interne flyten ved hjelp av simuleringsprogramvare. Simuleringsprogramvare er kjent for sine avanserte fysikkmodelleringsfunksjoner, som inkluderer turbulensmodellering, en- og flerfasestrømmer, forbrenning, batterimodellering, væskestrukturinteraksjon og mye mer. Prøvevalgsmetoden som brukes i dette papiret er den ortogonale eksperimentelle designmetoden, som er egnet f...

Friske grønnsaker og frukt opptar en høy andel av menneskelig matforbruk, ikke bare fordi de har god smak og en attraktiv form, men også fordi de har stor fordel for folk å skaffe ernæring og opprettholde helse1. Mange studier har vist at frisk frukt og grønnsaker spiller en unik rolle i å forebygge mange sykdommer 2,3. I lagringsprosessen av frisk frukt og grønnsaker er sopp, lys, temperatur og relativ fuktighet de viktigste årsakene til deres forverring 4,5,6,7,8. Disse ytre forholdene påvirker kvaliteten på lagret frisk frukt og grønnsaker ved å påvirke den interne metabolismen eller kjemiske reaksjoner9.
Vanlige behandlingsteknologier for frukt og grønnsaker inkluderer ikke-termisk og termisk konservering. Blant dem har termisk forbehandling en positiv effekt på tørkeprosessen, men det kan også ha negative effekter på produktkvaliteten, for eksempel tap av næringsstoffer, endring av smak og lukt og endring av farge10,11. Derfor har de siste årene ikke-termisk bevaring av produkter fått oppmerksomhet fra forskningsperspektivet for å møte forbrukernes etterspørsel etter ferske produkter. For tiden er det hovedsakelig strålingsbehandling, pulserende elektrisk felt, ozonbehandling, spiselige belegg, tett fase karbondioksid og andre ikke-termiske bevaringsteknologier for å lagre frukt og grønnsaker, men disse teknologiene har ofte mangler, for eksempel kravet til stort utstyr, høy pris og brukskostnadene12. Derfor er utformingen av en enkel struktur, lave kostnader og praktisk kontroll av bevaringsutstyret svært meningsfylt for næringsmiddelindustrien.
I lagringsmiljøet for frukt og grønnsaker bidrar et riktig luftsirkulasjonssystem til å eliminere varmen som genereres av selve produktet, redusere temperaturgradienten og opprettholde temperatur og fuktighet i rommet der den ligger. Riktig luftsirkulasjon forhindrer også vekttap på grunn av respirasjon og soppinfeksjoner13,14,15. Tallrike studier har blitt utført på luftstrøm i forskjellige strukturer. Praeger et al.16,17 målte vindhastigheten i forskjellige posisjoner under forskjellige viftedriftskrefter i et lager gjennom sensorer og fant at det kunne være så stor som en syv ganger forskjell i lufthastighet på grunn av forskjellige vertikale høyder, og lufthastigheten i hver posisjon var positivt korrelert med viftens driftseffekt. Videre undersøkte en studie effekten av lastarrangement og antall vifter på luftstrømmen, og det ble konkludert med at å øke avstanden til noen vifteposisjoner og rasjonelt velge antall vifter var nyttig for å forbedre effekten. Berry et al.18 studerte effekten av luftstrøm i forskjellige fruktlagringsmiljøer på stomatadistribusjon i pakkebokser. Ved hjelp av simuleringsprogramvare studerte Dehghannya et al.19,20 luftstrømstilstanden til tvungen forkald luft i pakken med forskjellige ventilasjonsområder, mengder og distribusjonsposisjoner på emballasjeveggen, og oppnådde den ikke-lineære påvirkningen av hver parameter på luftstrømningstilstanden. Delele et al.21 anvendte en beregningsorientert fluiddynamikkmodell for å studere påvirkningen av produkter tilfeldig fordelt i forskjellige former for ventilasjonsbokser på luftstrøm. De fant at produktstørrelsen, porøsiteten og bokshullforholdet hadde større innvirkning på luftstrømmen, mens tilfeldig fylling hadde mindre innvirkning. Ilangovan et al.22 studerte luftstrømsmønstre og termisk oppførsel mellom de tre emballasjestrukturene og sammenlignet resultatene med referansestrukturmodeller. Resultatene viste at varmefordelingen i boksen ikke var jevn på grunn av ventilens forskjellige plasseringer og design. Gong et al.23 optimaliserte bredden på gapet mellom kanten av brettet og veggen på beholderen.
Teknikkene som brukes i denne artikkelen inkluderer simulerings- og optimaliseringsmetoder. Prinsippet for førstnevnte er at de styrende ligningene ble diskretisert og numerisk løst ved hjelp av den endelige volummetoden21. Optimaliseringsmetoden som brukes i denne artikkelen kalles ortogonal optimalisering24. Den ortogonale testen er en typisk multifaktor- og multinivåanalysemetode. Det ortogonale bordet bygget ved hjelp av denne metoden inneholder representative punkter jevnt fordelt i designrommet, som visuelt kan beskrive hele designområdet og undersøkes. Det vil si at færre poeng representerer hele faktortesten, noe som sparer tid, arbeidskraft, materielle og økonomiske ressurser sterkt. Den ortogonale testen har blitt mye brukt i utformingen av eksperimenter innen kraftsystemer, kjemi, anleggsteknikk, etc25.
Målet med denne studien er å designe og optimalisere en ventilert boks med høy ytelse. En ventilert boks kan defineres som en original boks, inkludert en gasskontrollenhet som sprer gassen jevnt i esken. Hastighetsuniformitet refererer til hvor jevnt luft strømmer gjennom den ventilerte boksen. Yun-De et al.26 har tidligere vist at egenskapen til multiporøst materiale har en viktig effekt på hastighetsuniformiteten til en fersk grønnsaksboks. I noen eksperimenter ble et plenum eller modulert kammer igjen både øverst og nederst i testkammeret for å garantere en homogen fordeling av enten tvungen eller indusert luft27. Den ventilerte boksen designet i dette papiret inneholder arrays av rør med sikksakkhull. Kontroll av luftstrømfordelingen i den ventilerte boksen er den viktigste bevaringsstrategien. Det er to luftinntak av samme størrelse satt parallelt på venstre og høyre side av den ventilerte boksen, og et utløp er satt på oversiden av boksen. Å designe den indre strukturen til en ventilert boks er nøkkelen til denne studien. Med andre ord er antall rør og hull en viktig parameter for å endre den indre strukturen til den ventilerte boksen. Referansemodellen har 10 rør. De to midterste rørene har 10 hull hver, som er forskjøvet over rørene. Antall hull fra midten til det ytre røret øker med to om gangen.
Med andre ord, når vi holder friske grønnsaker, frukt og andre produkter, kan kontinuerlig og stabil luftstrøm redusere respirasjonen av produkter, redusere etylen og andre skadelige stoffer for produktkonservering, og redusere temperaturen som produseres av produktene selv. På grunn av de forskjellige parametrene til den ventilerte boksen, er det ikke lett å oppnå den nødvendige luftstrømstilstanden, noe som vil påvirke bevaringsegenskapen til den ventilerte boksen. Derfor tar prosjektet den interne luftstrømhastighetsensartetheten til den ventilerte boksen som kontrollmål. En følsomhetsanalyse ble utført for de strukturelle parametrene til den ventilerte boksen. Prøvene ble valgt ved ortogonal eksperimentell design. Vi brukte rekkeviddeanalyse for å optimalisere kombinasjonen av de tre strukturelle parametrene. I mellomtiden verifiserer vi ønskeligheten av optimaliseringsresultatene.

<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 studien tar sikte på å løse problemene med luftstrømkaos og dårlig ytelse i en ventilert boks forårsaket av heterogen fordeling av luftstrømmen gjennom utformingen av den indre strukturen til den ventilerte boksen med konstant energiforbruk. Det endelige målet er å fordele luftstrømmen jevnt inne i den ventilerte boksen. Sensitivitetsanalyse ble utført for tre strukturelle parametere: antall rør, antall hull i midtrøret og antallet av hver økning fra innsiden til utsiden av røret. Totalt 16 tilfeldige matrisesett med tre strukturelle parametere med fire nivåer ble bestemt ved hjelp av ortogonal eksperimentell design. Kommersiell programvare ble brukt til konstruksjon av en 3D-modell for de valgte eksperimentelle punktene, og disse dataene ble brukt til å oppnå luftstrømhastighetene, som deretter ble brukt til å oppnå standardavviket til hvert eksperimentelt punkt. Ifølge rekkeviddeanalysen ble kombinasjonen av de tre strukturelle parametrene optimalisert. Med andre ord ble det etablert en effektiv og økonomisk optimaliseringsmetode med tanke på ytelsen til den ventilerte boksen, og den kan brukes mye til å forlenge lagringstiden for fersk mat.

Etter protokollen var de tre første delene de viktigste, som inkluderer modellering, meshing og simulering, alt for å oppnå standardavviket til strømningshastigheten. Deretter fullførte vi strukturoptimaliseringen av den ventilerte boksen gjennom ortogonale eksperimenter og rekkeviddeanalyse. Modellen som brukes i protokollen er den referanseventilerte boksmodellen, som er den første modellen hentet fra referansen. Figur 4 viser resultatet av den strømlinjeformede strømningen av den ...

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 presenterer vi rekkeviddeanalysemetoden for å optimalisere prøvepunktene generert av en ortogonal eksperimentell design for å sikre at fersk mat kan lagres i en ventilert boks i lang tid ved å regulere luftstrømsmønsteret.

Design og optimaliseringsstrategier for en ventilert boks med høy ytelse

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 studien tar sikte på å løse problemene med luftstrømskaos og den dårlige ytelsen i den ventilerte boksen forårsaket av urimelig fordeling av luftstrømmen gjennom utformingen av den indre strukturen til den ventilerte boksen under forutsetning av konstant energiforbruk. En effektiv og økonomisk optimaliseringsmetode med tanke på ytelsen til den ventilerte boksen ble etablert, og den kan lett brukes til å forlenge lagringstiden for fersk mat. Målet med denne studien er å designe og optimalisere en ventilert boks med høy ytelse som inneholder arrays av rør med sikksakkhull.Det er to luftinntak av samme størrelse satt parallelt på venstre og høyre side av den ventilerte boksen, og et utløp ble satt på oversiden av den ventilerte boksen. Referansemodellen har 10 rør. De to midterste rørene har henholdsvis 10 hull, som er forskjøvet over rørene.Antall hull fra midten til det ytre røret økes med to om gangen. Tatt i betraktning arrays av rør, er den tredimensjonale nedre halvdelen og den øverste halvdelen av ventilerte boksmodeller etablert ved hjelp av tredimensjonal programvare og lagre dem som XT-filer. Kjør simuleringsprogramvaren og dra nettkomponenten fra komponentsystemer til prosjektets skjematiske vindu.Navngi den som bunn. Høyreklikk geometri og klikk bla gjennom for å importere den nederste XT-filen. Høyreklikk geometri og klikk ny design modeler geometri for å gå inn i mesh design modeler vinduet.Klikk generer for å vise den nederste modellen. Høyreklikk på den øvre overflaten og klikk på det navngitte utvalget for å gi det nytt navn til Ventilert boks øvre. Velg brødteksten i utvalgsfilteret.Høyreklikk den nederste modellen for å velge det navngitte utvalget og gi nytt navn til det har bunnen. Velg utvalgsfilterets ansikter, og bytt valgmodus til boksvalget. Velg alle indre overflater og høyreklikk for å velge det navngitte utvalget og gi det nytt navn til indre overflater eksternt, definert som maskegrensesnitt senere.Gå tilbake til startvinduet. Dobbeltklikk på bunnens nett. Gå inn i maskevinduet.Endre den fysiske preferansen fra mekanisk til CFD. Klikk oppdateringen for å generere nettmodellen. Gå tilbake til startvinduet.Dra nettkomponenten fra komponentsystemer til prosjektets skjematiske vindu. Gi den navnet øverst. Høyreklikk geometri og klikk bla gjennom for å importere den øverste XT-filen.Høyreklikk geometri og klikk ny design modeler geometri for å gå inn i mesh design modeler vinduet. Klikk generer for å vise toppmodellen. Høyreklikk på den nedre overflaten og klikk på det navngitte utvalget for å gi det nytt navn til ventilert boks nederst.Velg brødteksten i utvalgsfilteret. Høyreklikk på toppmodellen for å velge navngitt utvalg og gi den nytt navn som topp. Velg utvalgsfilterets sider.Høyreklikk på den øvre overflaten og klikk på det navngitte valget for å gi det nytt navn til uttak. Gå tilbake til startvinduet. Dobbeltklikk på toppens nett.Gå inn i maskevinduet. Endre den fysiske preferansen fra mekanisk til CFD. Høyreklikk nettet for å velge størrelsen i innsatsen.Velg brødteksten i utvalgsfilteret. Velg toppmodell og topp 18 i elementstørrelse. Klikk på oppdater.Gå tilbake til startvinduet. Dra nettkomponenten fra komponentsystemer til prosjektets skjematiske vindu. Navngi det som rør.Importer rør XT-filen ved å klikke geometri. Gå inn i vinduet for mesh design modeler. Rørmodellen vises igjen ved å klikke på generer.Velg de to endeflatene på røret og merk dem som innløp en og innløp to. Røret ved kroppsvalg er merket som rør. Alle indre overflater ved boksvalg er merket som indre overflater internt, definert som maskegrensesnitt senere.Gå tilbake til startvinduet. Dobbeltklikk rørets nett. Gå inn i maskevinduet.Endre den fysiske preferansen fra mekanisk til CFD. Mesh-modellen kan genereres ved å klikke oppdater. Gå tilbake til startvinduet.Dra simuleringskomponenten til prosjektets skjematiske vindu. Koble tre mesh-komponenter til simuleringskomponent og oppdater for å komme inn. Kontroller kvaliteten på maskemodellen.Sjekk om nettet har et negativt volum. Velg jevn, avslapningsfaktor, gjenværende og tidsskalafaktor. Velg standardverdier.Gå inn i innstillingsgrensesnittet til den viskøse modellen for å velge K-epsilon-modellen. Still inn luftmaterialet. Endre typen cellesone til flytende.Konverter typen ventilert boks øvre, ventilert boks nedre, indre overflater utvendig og indre overflater internt fra standard vegg til grensesnitt. Åpne mesh-grensesnittene og gå inn i vinduet opprett/rediger mesh-grensesnitt. Match indre overflater utenfor indre overflater internt.Match ventilert boks øvre til ventilert boks nedre. Til slutt opprettes de to mesh-grensesnittene blant den ventilerte boksen og heter henholdsvis grensesnitt en og grensesnitt to. Still inn luftstrømshastighetene til alle innløp som 8,9525 meter per sekund i hastighetsinnløpsvinduet.Sett målertrykket til utløpet som null i trykkutløpsvinduet. Angi stilen for løsningsinitialiseringen som standard initialisering før initialisering. Angi antall gjentakelser som 2000.Klikk på beregn for å starte simuleringen og gå tilbake til det første vinduet til simuleringen avsluttes. Klikk på resultatene. Gå inn i CFD-innleggsvinduet.Klikk på ikonet for effektivisering i verktøykassen. Velg uttak i start fra og bakover i retning. Klikk Bruk for å generere det interne flytskjemaet for den ventilerte boksen.Klikk flyet på stedet. Velg ZX-plan i metode, og inngangsverdi 0,6. Klikk på Bruk for å generere planet 0,6 meter fra bunnoverflaten.Klikk på konturikonet i verktøykassen. Velg plan én på steder. Velg hastighet i variabel.Velg lokalt innen rekkevidde. Klikk Bruk for å generere hastighetskonturen. Eksporter flythastighetsdataene for planet som genereres ovenfor.Oppnå standardavviket til strømningshastigheten i Excel. Kjør programvaren for statistisk analyse. Klikk på data, og klikk generer i ortogonalt design.Skriv inn rørnummer i faktornavn og A i faktoretikett. Klikk legg til og definer verdier for å angi fire nivåer for antall kanaler. Klikk fortsett og tilbake til vinduet for generering av ortogonal utforming.Skriv inn hullnummer i faktornavn og B i faktoretikett. Klikk legg til og definer verdier for å angi fire nivåer for antall hull. Klikk fortsett og tilbake til vinduet for generering av ortogonal utforming.Skriv inn kumulativt tall i faktornavn og C i faktoretikett. Klikk legg til og definer verdier for å angi fire nivåer for antall intervaller. Klikk fortsett og opprett ny datafil for å generere 16 matriseprøver.Klikk variabelvisning for å velge nominell i mål og inndata i rolle. Gi den nytt navn til standardavvik ganger 100 000. Gjenta trinn 1.1 til 2.5 med eksempelpunktene ovenfor.De resulterende 16 standardavvikene multiplisert med 100 000 fylles ut i prøvelisten for senere optimalisering. Klikk på analyser og klikk univariat i generell lineær modell. Fyll standardavvik ganger 100 000 i avhengig variabel og fyllrørnummer, hullnummer, kumulativt tall, til faste faktorer.Klikk på modeller og bygg termer. Endre interaksjon til hovedeffekter. Fyll A, B, C i modellen.Klikk fortsett og tilbake til det univariate vinduet. Klikk EM betyr og fyll A, B, C i visningsmidler for. Klikk fortsett og tilbake til det univariate vinduet.Klikk ok og få optimaliseringsresultatet. Minimumsverdien av gjennomsnittskolonnen i tabellen tilsvarer den optimale variabelen. Dobbeltklikk på bordet.Gå inn i pivottabellvinduet. Klikk rediger, og klikk på linjen i opprett graf for å generere histogrammet. Som vist i figur fire og figur fem, er strømlinjen til den senere ventilerte boksen enda mer messier enn den tidligere, på grunn av den indre strukturen til den ventilerte boksen.Som vist i figur seks og figur syv, er strømningshastigheten inne i den ventilerte boksen, som er en av modellene som brukes til sensitivitetsanalyse, mer ujevn. For å forstå strømlinjefordelingen inne i den ventilerte boksen mer intuitivt, beregnes standardavviket med denne formelen. Tabell en viser standardavviket for strømningshastigheter for de 10 gruppene i den ventilerte boksen som brukes til sensitivitetsanalyse.Et stort standardavvik representerer en stor forskjell mellom de fleste strømningshastigheter og deres gjennomsnittlige strømningshastighet. Dermed kan det sees at endring av den indre strukturen til den ventilerte boksen kan endre den interne strømmen og gjøre strømlinjen mer rimelig. Ved utforming av det ortogonale eksperimentet er det tre designvariabler i denne artikkelen.Hver av disse tre variablene har fire nivåer. Som vist i tabellen ble 16 grupper av eksperimentelle designpunkter oppnådd ved ortogonal eksperimentell design. Standardavvikene beregnes.Til slutt brukes rekkeviddeanalysemetoden som optimaliseringsmetode for å finne ut optimal strukturparameterkombinasjon. Figur åtte viser optimaliseringsresultatet for strukturparameteren om antall rør. Fra dette kan vi se at minimumsverdien oppnås når antall rør er 14.Figur ni viser optimaliseringsresultatet for strukturparameteren om antall hull i midtrørene. Fra dette kan vi se at minimumsverdien oppnås når antall hull i midtrørene er 14. Figur 10 viser optimaliseringsresultatet for strukturparameteren om antall av hvert trinn fra innsiden til utsiden av røret.Fra dette kan vi se at minimumsverdien oppnås når antallet av hver økning fra innsiden til utsiden av røret er fire. Ovennevnte analyse viser at den optimale kombinasjonen er rør nummer 14, hull nummer 14, kumulativt nummer fire. For å bekrefte nøyaktigheten ble det optimale tilfellet analysert.Figur fire og 11 viser strømlinjen til referansemodellen kontra den optimaliserte modellen. Figur seks og 12 viser strømningshastighetsfordelingen inne i referansemodellen versus den optimaliserte modellen. Tabell tre viser sammenligningen mellom optimaliseringsmodellen og referansemodellen.Det kan sees at standardavviket beregnet av den optimaliserte modellen er lavere sammenlignet med referansemodellens standardavvik. Tabell fire viser økningen i antall hull fra fire til seks, med liten endring i standardavvik. I dette papiret forbedres det indre miljøet til den ventilerte boksen ved å optimalisere strukturen, og kvaliteten på det interne miljøet måles ved standardavvik.Jo mindre standardavviket er, desto mer fornuftig er luftstrømmen inne i den ventilerte boksen, noe som indikerer at optimaliseringsmetoden som er vedtatt i dette arbeidet, er effektiv og gjennomførbar.

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.

Forskning og utvikling av høy ytelse Sprengstoff

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.

Verifiserer C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si underlaget med Scanning Probe Mikroskopi 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

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.

En High Performance Impedans-basert plattform for Fordunstingstall 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.

Skalerbar løsning-behandlet Fabrication Strategy for High-Performance, Fleksibel, Transparent Elektroder med innebygd 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.

Oppdage vannløselige klorid fordelingen av sement lim på høypresisjons måte

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.

Flyt-assistert Dielectrophoresis: En rimelig metode for fabrikasjon av høytytende løsningen-processable Nanowire enheter

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.

Utvikle høy ytelse GaP/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

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.

Optimalisering, Test og diagnostisering av miniatyriserte Hall thrustere

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.

En 100 KW klassen brukes feltet Magnetoplasmadynamic Thruster

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.

Strukturelle Design og produksjon av en Cruiser klasse Solar kjøretøy

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 ...