Name: design and optimization strategies of a high-performance vented box
Uploaded: 2023-06-09T14:00:00
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Esta investigación cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencia y Tecnología de Wenzhou de China (importante proyecto de innovación científica y tecnológica de Wenzhou bajo la subvención No. ZG2020029). La investigación está financiada por la Asociación de Ciencia y Tecnología de Wenzhou con la subvención No. KJFW09. Esta investigación fue apoyada por el Programa Municipal de Ciencia e Investigación Clave de Wenzhou (ZN2022001).

1. Procesamiento previo a la simulación
NOTA: Teniendo en cuenta las matrices de tuberías, la mitad inferior tridimensional y la mitad superior de los modelos de cajas ventiladas se establecen mediante el uso de software tridimensional y guardándolos como archivos X_T, las dimensiones generales se muestran en la Figura 1. Las configuraciones se muestran en la tabla de materiales.
<ol><li>Ejecute el software de simulación y arrastre el compon...

<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>

Debido a su alto rendimiento y estructura compleja, en este estudio, construimos una caja ventilada basada en software de modelado. Se analizó el flujo interno mediante software de simulación. El software de simulación es conocido por sus capacidades avanzadas de modelado físico, que incluyen modelado de turbulencia, flujos monofásicos y multifásicos, combustión, modelado de baterías, interacción fluido-estructura y mucho más. El método de selección de muestras utilizado en este documento es el método de dis...

Las verduras y frutas frescas ocupan una alta proporción del consumo humano de alimentos, no solo porque tienen buen sabor y una forma atractiva, sino también porque son de gran beneficio para que las personas obtengan nutrición y mantengan la salud1. Muchos estudios han demostrado que las frutas y verduras frescas desempeñan un papel único en la prevención de muchas enfermedades 2,3. En el proceso de almacenamiento de frutas y verduras frescas, los hongos, la luz, la temperatura y la humedad relativa son las razones importantes de su deterioro 4,5,6,7,8. Estas condiciones externas afectan la calidad de las frutas y verduras frescas almacenadas al afectar el metabolismo interno o las reacciones químicas9.
Las tecnologías de tratamiento comunes para frutas y verduras incluyen la conservación térmica y no térmica. Entre ellos, el pretratamiento térmico tiene un efecto positivo en el proceso de secado, pero también puede tener efectos adversos en la calidad del producto, como pérdida de nutrientes, cambio de sabor y olor, y cambio de color10,11. Por lo tanto, en los últimos años, la conservación no térmica de los productos ha recibido atención desde la perspectiva de la investigación para satisfacer la demanda de los consumidores de productos frescos. En la actualidad, existen principalmente procesamiento de radiación, campo eléctrico pulsado, procesamiento de ozono, recubrimientos comestibles, dióxido de carbono en fase densa y otras tecnologías de conservación no térmica para almacenar frutas y verduras, pero estas tecnologías a menudo tienen deficiencias, como el requisito de equipos grandes, el alto precio y el costo de uso12. Por lo tanto, el diseño de una estructura simple, bajo costo y control conveniente del equipo de conservación es muy significativo para la industria alimentaria.
En el entorno de almacenamiento de frutas y verduras, un sistema adecuado de circulación de aire ayuda a eliminar el calor generado por el propio producto, reducir el gradiente de temperatura y mantener la temperatura y la humedad en el espacio donde se encuentra. La circulación adecuada del aire también previene la pérdida de peso debido a la respiración y las infecciones fúngicas13,14,15. Se han realizado numerosos estudios sobre el flujo de aire dentro de diferentes estructuras. Praeger et al.16,17 midieron la velocidad del viento en diferentes posiciones bajo diferentes potencias operativas del ventilador en un almacén a través de sensores y encontraron que podría haber una diferencia tan grande como siete veces en la velocidad del aire debido a diferentes alturas verticales, y la velocidad del aire en cada posición se correlacionó positivamente con la potencia operativa del ventilador. Además, un estudio examinó el efecto de la disposición de la carga y el número de ventiladores en el flujo de aire, y se concluyó que aumentar la distancia de algunas posiciones de los ventiladores y elegir racionalmente el número de ventiladores era útil para mejorar el efecto. Berry et al.18 estudiaron el efecto del flujo de aire en diferentes ambientes de almacenamiento de fruta sobre la distribución de los estomas en cajas de embalaje. Utilizando software de simulación, Dehghannya et al.19,20 estudiaron el estado del flujo de aire del aire prefrío forzado en el paquete con diferentes áreas de ventilación, cantidades y posiciones de distribución en la pared del embalaje, y obtuvieron la influencia no lineal de cada parámetro en el estado del flujo de aire. Delele et al.21 aplicaron un modelo computacional de dinámica de fluidos para estudiar la influencia de productos distribuidos aleatoriamente en diferentes formas de cajas de ventilación sobre el flujo de aire. Descubrieron que el tamaño del producto, la porosidad y la relación de orificios de la caja tenían un mayor impacto en el flujo de aire, mientras que el llenado aleatorio tenía un impacto menor. Ilangovan et al.22 estudiaron los patrones de flujo de aire y el comportamiento térmico entre las tres estructuras de envasado y compararon los resultados con los modelos estructurales de referencia. Los resultados mostraron que la distribución del calor en la caja no era uniforme debido a las diferentes ubicaciones y diseños de la ventilación. Gong et al.23 optimizaron el ancho del espacio entre el borde de la bandeja y la pared del recipiente.
Las técnicas utilizadas en este trabajo incluyen métodos de simulación y optimización. El principio de la primera es que las ecuaciones gobernantes fueron discretizadas y resueltas numéricamente usando el método de volumen finito21. El método de optimización utilizado en este trabajo se conoce como optimización ortogonal24. La prueba ortogonal es un método típico de análisis multifactorial y multinivel. La tabla ortogonal construida con este método contiene puntos representativos distribuidos uniformemente en el espacio de diseño, que pueden describir visualmente todo el espacio de diseño y ser examinados. Es decir, menos puntos representan la prueba del factor completo, ahorrando mucho tiempo, mano de obra, materiales y recursos financieros. La prueba ortogonal ha sido ampliamente utilizada en el diseño de experimentos en los campos de sistemas de potencia, química, ingeniería civil, etc.25.
El objetivo de este estudio es diseñar y optimizar una caja ventilada de alto rendimiento. Una caja ventilada se puede definir como una caja original que incluye un dispositivo de control de gas que dispersa el gas uniformemente en la caja. La uniformidad de velocidad se refiere a la uniformidad con la que fluye el aire a través de la caja ventilada. Yun-De et al.26 han demostrado previamente que la propiedad del material multiporoso tiene un efecto importante en la uniformidad de velocidad de una caja de vegetales frescos. En algunos experimentos, se dejó un plenum o cámara modulada tanto en la parte superior como en la inferior de la cámara de prueba para garantizar una distribución homogénea del aire forzado o inducido27. La caja ventilada diseñada en este documento contiene matrices de tuberías con agujeros en zigzag. El control de la distribución del flujo de aire en la caja ventilada es la principal estrategia de preservación. Hay dos entradas de aire de igual tamaño colocadas paralelamente en los lados izquierdo y derecho de la caja ventilada, y una salida se establece en la parte superior de la caja. Diseñar la estructura interna de una caja ventilada es la clave de este estudio. En otras palabras, el número de tuberías y agujeros es un parámetro importante para cambiar la estructura interna de la caja ventilada. El modelo de referencia tiene 10 tubos. Los dos tubos centrales tienen 10 agujeros cada uno, que se escalonan a través de los tubos. El número de orificios desde el medio hasta la tubería exterior aumenta en dos a la vez.
En otras palabras, cuando mantenemos verduras, frutas y otros productos frescos, el flujo de aire continuo y estable puede reducir la respiración de los productos, reducir el etileno y otras sustancias nocivas para la conservación del producto y reducir la temperatura producida por los propios productos. Debido a los diferentes parámetros de la caja ventilada, no es fácil obtener el estado de flujo de aire requerido, lo que afectará la propiedad de preservación de la caja ventilada. Por lo tanto, el proyecto toma la uniformidad de la velocidad del flujo de aire interno de la caja ventilada como objetivo de control. Se realizó un análisis de sensibilidad para los parámetros estructurales de la caja ventilada. Las muestras fueron seleccionadas por diseño experimental ortogonal. Utilizamos el análisis de rango para optimizar la combinación de los tres parámetros estructurales. Mientras tanto, verificamos la conveniencia de los resultados de optimización.

<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

Este estudio tiene como objetivo resolver los problemas de caos de flujo de aire y bajo rendimiento en una caja ventilada causada por la distribución heterogénea del flujo de aire a través del diseño de la estructura interna de la caja ventilada con consumo constante de energía. El objetivo final es distribuir uniformemente el flujo de aire dentro de la caja ventilada. El análisis de sensibilidad se realizó para tres parámetros estructurales: el número de tuberías, el número de agujeros en la tubería central y el número de cada incremento desde el interior hacia el exterior de la tubería. Se determinaron un total de 16 conjuntos de matrices aleatorias de tres parámetros estructurales con cuatro niveles utilizando el diseño experimental ortogonal. Se utilizó software comercial para la construcción de un modelo 3D para los puntos experimentales seleccionados, y estos datos se utilizaron para obtener las velocidades de flujo de aire, que luego se utilizaron para obtener la desviación estándar de cada punto experimental. De acuerdo con el análisis de rango, se optimizó la combinación de los tres parámetros estructurales. En otras palabras, se estableció un método de optimización eficiente y económico considerando el rendimiento de la caja ventilada, y podría ser ampliamente utilizado para extender el tiempo de almacenamiento de alimentos frescos.

Siguiendo el protocolo, las tres primeras partes fueron las más importantes, que incluyen modelado, mallado y simulación, todo con el fin de obtener la desviación estándar del caudal. Luego, completamos la optimización de la estructura de la caja ventilada a través de experimentos ortogonales y análisis de rango. El modelo utilizado en el protocolo es el modelo de caja ventilada de referencia, que es el modelo inicial obtenido de la referencia. La Figura 4 muestra el resultado del flu...

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Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box

Aquí, presentamos el método de análisis de rango para optimizar los puntos de muestra generados por un diseño experimental ortogonal para garantizar que los alimentos frescos se puedan almacenar en una caja ventilada durante mucho tiempo mediante la regulación del patrón de flujo de aire.

Diseño y estrategias de optimización de una caja ventilada de alto rendimiento

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 ...

Este estudio tiene como objetivo resolver los problemas de caos del flujo de aire y el bajo rendimiento en la caja ventilada causada por la distribución irrazonable del flujo de aire a través del diseño de la estructura interna de la caja ventilada bajo la premisa de un consumo constante de energía. Se estableció un método de optimización eficiente y económico teniendo en cuenta el rendimiento de la caja ventilada y se puede utilizar fácilmente para extender el tiempo de almacenamiento de alimentos frescos. El objetivo de este estudio es diseñar y optimizar una caja ventilada de alto rendimiento que contenga matrices de tuberías con agujeros en zigzag.Hay dos entradas de aire de igual tamaño colocadas paralelamente en los lados izquierdo y derecho de la caja ventilada, y se estableció una salida en el lado superior de la caja ventilada. El modelo de referencia tiene 10 tubos. Los dos tubos intermedios tienen 10 orificios respectivamente, que están escalonados a través de los tubos.El número de orificios desde el medio hasta la tubería exterior se incrementa en dos a la vez. Teniendo en cuenta las matrices de tuberías, la mitad inferior tridimensional y la mitad superior de los modelos de cajas ventiladas se establecen mediante el uso de software tridimensional y guardándolos como archivos XT. Ejecute el software de simulación y arrastre el componente de malla desde los sistemas de componentes a la ventana esquemática del proyecto.Nómbralo como inferior. Haga clic con el botón derecho en geometría y haga clic en Examinar para importar el archivo XT inferior. Haga clic con el botón derecho en geometría y haga clic en nueva geometría del modelador de diseño para entrar en la ventana del modelador de diseño de malla.Haga clic en generar para mostrar el modelo inferior. Haga clic con el botón derecho en la superficie superior y haga clic en la selección con nombre para cambiarle el nombre a Vented Box Upper. Seleccione los cuerpos del filtro de selección.Haga clic con el botón derecho en el modelo inferior para seleccionar la selección con nombre y cambiarle el nombre que tiene inferior. Seleccione las caras del filtro de selección y cambie el modo de selección a la casilla de selección. Seleccione todas las superficies internas y haga clic con el botón derecho para seleccionar la selección con nombre y cámbiele el nombre a superficies internas externas, definidas como interfaces de malla más adelante.Vuelva a la ventana inicial. Haga doble clic en la malla de la parte inferior. Entra en la ventana de mallado.Cambie la preferencia física de mecánica a CFD. Haga clic en la actualización para generar el modelo de malla. Vuelva a la ventana inicial.Arrastre el componente de malla desde los sistemas de componentes a la ventana esquemática del proyecto. Nómbralo como superior. Haga clic con el botón derecho en geometría y haga clic en Examinar para importar el archivo XT superior.Haga clic con el botón derecho en geometría y haga clic en nueva geometría del modelador de diseño para entrar en la ventana del modelador de diseño de malla. Haga clic en generar para mostrar el modelo superior. Haga clic con el botón secundario en la superficie inferior y haga clic en la selección con nombre para cambiarle el nombre a cuadro ventilado inferior.Seleccione los cuerpos del filtro de selección. Haga clic con el botón derecho en el modelo superior para seleccionar la selección con nombre y cambiarle el nombre como superior. Seleccione las caras del filtro de selección.Haga clic con el botón secundario en la superficie superior y haga clic en la selección con nombre para cambiarle el nombre a salida. Vuelva a la ventana inicial. Haga doble clic en la malla de la parte superior.Entra en la ventana de mallado. Cambie la preferencia física de mecánica a CFD. Haga clic con el botón derecho en la malla para seleccionar el tamaño en el inserto.Seleccione los cuerpos del filtro de selección. Seleccione el modelo superior y el top 18 en tamaño de elemento. Haga clic en actualizar.Vuelva a la ventana inicial. Arrastre el componente de malla desde los sistemas de componentes a la ventana esquemática del proyecto. Nómbralo como tubería.Importe el archivo XT de tubería haciendo clic en geometría. Ingrese a la ventana del modelador de diseño de malla. El modelo de tubería se muestra de nuevo haciendo clic en generar.Seleccione las dos caras finales de la tubería y etiquételas como entrada uno y entrada dos. La tubería por selección de cuerpo se etiqueta como tubería. Todas las superficies internas mediante la selección de cajas se etiquetan como superficies internas internas, definidas como interfaces de malla más adelante.Vuelva a la ventana inicial. Haga doble clic en la malla de la tubería. Entra en la ventana de mallado.Cambie la preferencia física de mecánica a CFD. El modelo de malla se puede generar haciendo clic en actualizar. Vuelva a la ventana inicial.Arrastre el componente de simulación a la ventana esquemática del proyecto. Vincule tres componentes de malla al componente de simulación y actualice para entrar. Verifique la calidad del modelo de malla.Compruebe si la malla tiene un volumen negativo. Seleccione factor de relajación, factor residual y factor de escala de tiempo. Seleccione los valores predeterminados.Ingrese a la interfaz de configuración del modelo viscoso para seleccionar el modelo K-épsilon. Ajuste el material de aire. Cambie el tipo de zona celular a fluido.Convierta el tipo de caja ventilada superior, caja ventilada inferior, superficies internas externas y superficies internas internas de pared predeterminada a interfaz. Abra las interfaces de malla y entre en la ventana crear/editar interfaces de malla. Haga coincidir las superficies internas externas con las internas internas.Haga coincidir la caja ventilada superior con la caja ventilada inferior. Finalmente, las dos interfaces de malla se crean entre la caja ventilada y se denominan interfaz uno e interfaz dos, respectivamente. Establezca las velocidades de flujo de aire de todas las entradas como 8,9525 metros por segundo en la ventana de entrada de velocidad.Ajuste la presión manométrica de salida como cero en la ventana de salida de presión. Establezca el estilo de inicialización de la solución como inicialización estándar antes de inicializar. Establezca el número de iteraciones como 2000.Haga clic en calcular para iniciar la simulación y volver a la ventana inicial hasta que finalice la simulación. Haga clic en los resultados. Ingrese a la ventana de publicación de CFD.Haga clic en el icono de optimización en la caja de herramientas. Seleccione la salida en inicio desde y hacia atrás en dirección. Haga clic en aplicar para generar el diagrama de flujo interno de la caja ventilada.Haga clic en el avión en la ubicación. Seleccione el plano ZX en el método y el valor de entrada 0.6. Haga clic en aplicar para generar el plano a 0,6 metros de la superficie inferior.Haga clic en el icono de contorno en la caja de herramientas. Seleccione el plano uno en ubicaciones. Seleccione la velocidad en variable.Seleccione local en el rango. Haga clic en aplicar para generar el contorno de velocidad. Exporte los datos de caudal para el plano generado anteriormente.Adquirir la desviación estándar del caudal en Excel. Ejecute el software de análisis estadístico. Haga clic en datos y haga clic en generar en diseño ortogonal.Introduzca el número de tubería en el nombre del factor y A en la etiqueta del factor. Haga clic en agregar y defina valores para establecer cuatro niveles para el número de tuberías. Haga clic en continuar y vuelva a la ventana de generación de diseño ortogonal.Introduzca el número de orificio en el nombre del factor y B en la etiqueta del factor. Haga clic en agregar y definir valores para establecer cuatro niveles para el número de agujeros. Haga clic en continuar y vuelva a la ventana de generación de diseño ortogonal.Introduzca el número acumulativo en el nombre del factor y C en la etiqueta del factor. Haga clic en agregar y definir valores para establecer cuatro niveles para el número de incrementos. Haga clic en continuar y cree un nuevo archivo de datos para generar 16 ejemplos de matriz.Haga clic en vista variable para seleccionar nominal en medida y entrada en rol. Cámbiele el nombre como desviación estándar multiplicada por 100, 000. Repita los pasos 1.1 a 2.5 con los puntos de ejemplo anteriores.Las 16 desviaciones estándar resultantes multiplicadas por 100, 000 se completan en la lista de muestra para su posterior optimización. Haga clic en analizar y haga clic en univariante en el modelo lineal general. Llene la desviación estándar multiplicada por 100, 000 en variable dependiente y llene el número de tubería, el número de agujeros, el número acumulativo, en factores fijos.Haga clic en términos de modelo y compilación. Cambiar la interacción a efectos principales. Rellene A, B, C en el modelo.Haga clic en continuar y vuelva a la ventana univariada. Haga clic en EM significa y rellene A, B, C en mostrar medios para. Haga clic en continuar y vuelva a la ventana univariada.Haga clic en Aceptar y obtenga el resultado de optimización. El valor mínimo de la columna media de la tabla corresponde a la variable óptima. Haga doble clic en la tabla.Ingrese a la ventana de tabla dinámica. Haga clic en editar y haga clic en la barra en crear gráfico para generar el histograma. Como se muestra en la figura cuatro y la figura cinco, la corriente de la caja ventilada posterior es aún más desordenada que la de la primera, debido a la estructura interna de la caja ventilada.Como se muestra en la figura seis y séptima, el caudal dentro de la caja ventilada, que es uno de los modelos utilizados para el análisis de sensibilidad, es más desigual. Para comprender la distribución optimizada dentro de la caja ventilada de manera más intuitiva, la desviación estándar se calcula mediante esta fórmula. La Tabla uno muestra la desviación estándar de los caudales para los 10 grupos de la caja ventilada utilizada para el análisis de sensibilidad.Una desviación estándar grande representa una gran diferencia entre la mayoría de los caudales y su caudal medio. Por lo tanto, se puede ver que cambiar la estructura interna de la caja ventilada puede cambiar su flujo interno y hace que la corriente sea más razonable. Al diseñar el experimento ortogonal, hay tres variables de diseño en este artículo.Cada una de estas tres variables tiene cuatro niveles. Como se muestra en la tabla, se obtuvieron 16 grupos de puntos de diseño experimental por diseño experimental ortogonal. Se calculan las desviaciones estándar.Al final, el método de análisis de rango se utiliza como método de optimización para descubrir la combinación óptima de parámetros de estructura. La figura ocho muestra el resultado de optimización para el parámetro estructural sobre el número de tuberías. A partir de esto, podemos ver que el valor mínimo se obtiene cuando el número de tuberías es 14.La figura nueve muestra el resultado de optimización para el parámetro de estructura sobre el número de agujeros en las tuberías intermedias. A partir de esto, podemos ver que el valor mínimo se obtiene cuando el número de agujeros en las tuberías intermedias es 14. La Figura 10 muestra el resultado de optimización para el parámetro estructural sobre el número de cada incremento desde el interior hasta el exterior de la tubería.A partir de esto, podemos ver que el valor mínimo se obtiene cuando el número de cada incremento desde el interior hacia el exterior de la tubería es cuatro. El análisis anterior muestra que la combinación óptima es la tubería número 14, el agujero número 14, el número acumulativo cuatro. Para confirmar la precisión, se analizó el caso óptimo.Las figuras cuatro y 11 muestran la racionalización del modelo de referencia frente al modelo optimizado. Las figuras seis y 12 muestran la distribución de la velocidad de flujo dentro del modelo de referencia frente al modelo optimizado. La tercera tabla muestra la comparación entre el modelo de optimización y el modelo de referencia.Se puede ver que la desviación estándar calculada por el modelo optimizado es menor en comparación con la desviación estándar del modelo de referencia. La Tabla cuatro muestra el aumento en el número de agujeros de cuatro a seis, con pocos cambios en la desviación estándar. En este documento, el entorno interno de la caja ventilada se mejora optimizando su estructura, y la calidad de su entorno interno se mide por desviación estándar.Cuanto menor sea la desviación estándar, más razonable será el flujo de aire dentro de la caja ventilada, lo que indica que el método de optimización adoptado en este trabajo es efectivo y factible.

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.

Investigación y Desarrollo de explosivos de alto rendimiento

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

Investigación

Ingeniería

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.

Sondeo de C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si Sustrato Uso del análisis de microscopio de sonda y Dinámica Molecular

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.

Una plataforma basada en la impedancia de alto rendimiento para la Tasa de detección de evaporación

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.

Estrategia escalable de fabricación procesada por soluciones para electrodos transparentes de alto rendimiento y flexibles con malla metálica integrada

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.

Detección de la distribución de cloruro soluble en agua de la pasta de cemento en forma de alta precisión

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.

Asistida por flujo dielectroforesis: Un método de bajo costo para la fabricación de dispositivos de nanocable procesables en solución de alto rendimiento

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.

Desarrollo de células solares de alto rendimiento brecha/Si Heterojunction

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.

Optimización, pruebas y diagnóstico de propulsores Hall miniatura

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.

Un 100 KW clase campo aplicado Magnetoplasmadynamic hélice de proa

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.

Diseño estructural y fabricación de un crucero clase vehículo Solar

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 ...