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

Denna forskning stöds av Wenzhou Science and Technology Bureau of China (Wenzhou stora vetenskapliga och tekniska innovationsprojekt under bidrag nr. ZG2020029). Forskningen finansieras av Wenzhou Association for Science and Technology med anslag nr. KJFW09. Denna forskning stöddes av Wenzhou Municipal Key Science and Research Program (ZN2022001).

1. Bearbetning före simulering
OBS: Med tanke på rörmatriserna fastställs den tredimensionella nedre halvan och den övre halvan av de ventilerade lådmodellerna med hjälp av tredimensionell programvara och sparar dem som X_T filer, de övergripande dimensionerna visas i figur 1. Konfigurationer visas i materialtabellen.
<ol><li>Kör simuleringsprogrammet och dra Mesh-komponenten från fönstret "Component Systems" till "Pr...

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

På grund av dess höga prestanda och komplexa struktur byggde vi i denna studie en ventilerad låda baserad på modelleringsprogramvara. Vi analyserade det interna flödet med simuleringsprogram. Simuleringsprogramvara är känd för sina avancerade fysikmodelleringsfunktioner, som inkluderar turbulensmodellering, en- och flerfasflöden, förbränning, batterimodellering, vätskestrukturinteraktion och mycket mer. Provvalsmetoden som används i detta dokument är den ortogonala experimentella designmetoden, som är läm...

Färska grönsaker och frukter upptar en hög andel av människors livsmedelskonsumtion, inte bara för att de har god smak och en attraktiv form, men också för att de är till stor nytta för människor att få näring och bibehålla hälsan1. Många studier har visat att färsk frukt och grönsaker spelar en unik roll för att förebygga många sjukdomar 2,3. I lagringsprocessen av färsk frukt och grönsaker är svampar, ljus, temperatur och relativ fuktighet de viktiga orsakerna till deras försämring 4,5,6,7,8. Dessa yttre förhållanden påverkar kvaliteten på lagrade färska frukter och grönsaker genom att påverka den interna ämnesomsättningen eller kemiska reaktioner9.
Vanliga behandlingstekniker för frukt och grönsaker inkluderar icke-termisk och termisk konservering. Bland dem har termisk förbehandling en positiv effekt på torkningsprocessen, men det kan också ha negativa effekter på produktkvaliteten, såsom förlust av näringsämnen, förändring av smak och lukt och färgförändring10,11. Därför har de senaste åren fått icke-termisk konservering av produkter uppmärksamhet ur forskningsperspektivet för att möta konsumenternas efterfrågan på färska produkter. För närvarande finns det främst strålbehandling, pulserande elektriskt fält, ozonbehandling, ätbara beläggningar, koldioxid i tät fas och annan icke-termisk konserveringsteknik för att lagra frukt och grönsaker, men dessa tekniker har ofta brister, såsom kravet på stor utrustning, högt pris och kostnaden för användning12. Därför är utformningen av en enkel struktur, låg kostnad och bekväm kontroll av konserveringsutrustningen mycket meningsfull för livsmedelsindustrin.
I lagringsmiljön för frukt och grönsaker hjälper ett ordentligt luftcirkulationssystem till att eliminera värmen som genereras av själva produkten, minska temperaturgradienten och bibehålla temperaturen och luftfuktigheten i utrymmet där den ligger. Korrekt luftcirkulation förhindrar också viktminskning på grund av andning och svampinfektioner13,14,15. Många studier har genomförts på luftflödet inom olika strukturer. Praeger et al.16,17 mätte vindhastigheten vid olika positioner under olika fläktdriftskrafter i ett lager genom sensorer och fann att det kunde vara så stor som en sjufaldig skillnad i lufthastighet på grund av olika vertikala höjder, och lufthastigheten vid varje position var positivt korrelerad med fläktens driftseffekt. Dessutom undersökte en studie effekten av lastarrangemang och antalet fläktar på luftflödet, och man drog slutsatsen att öka avståndet till vissa fläktpositioner och rationellt välja antalet fläktar var till hjälp för att förbättra effekten. Berry et al.18 studerade effekten av luftflöde i olika fruktlagringsmiljöer på stomatafördelning i förpackningslådor. Med hjälp av simuleringsprogramvara studerade Dehghannya et al.19,20 luftflödestillståndet för tvingad förkall luft i förpackningen med olika ventilationsområden, kvantiteter och fördelningspositioner på förpackningsväggen och erhöll den icke-linjära påverkan av varje parameter på luftflödestillståndet. Delele et al.21 tillämpade en beräkningsvätskedynamikmodell för att studera påverkan av produkter slumpmässigt fördelade i olika former av ventilationslådor på luftflödet. De fann att produktstorleken, porositeten och lådhålförhållandet hade större inverkan på luftflödet, medan slumpmässig fyllning hade en mindre inverkan. Ilangovan et al.22 studerade luftflödesmönster och termiskt beteende mellan de tre förpackningsstrukturerna och jämförde resultaten med referensstrukturmodeller. Resultaten visade att värmefördelningen i lådan inte var enhetlig på grund av ventilens olika placeringar och utformningar. Gong et al.23 optimerade bredden på gapet mellan brickans kant och behållarens vägg.
De tekniker som används i denna uppsats inkluderar simulerings- och optimeringsmetoder. Principen för den förra är att de styrande ekvationerna diskretiserades och löstes numeriskt med hjälp av ändlig volymmetod21. Optimeringsmetoden som används i denna uppsats kallas ortogonal optimering24. Det ortogonala testet är en typisk multifaktor- och flernivåanalysmetod. Det ortogonala bordet byggt med denna metod innehåller representativa punkter jämnt fördelade i designutrymmet, vilket visuellt kan beskriva hela designutrymmet och undersökas. Det vill säga färre poäng representerar hela faktortestet, vilket sparar tid, arbetskraft, material och ekonomiska resurser. Det ortogonala testet har använts i stor utsträckning vid utformningen av experiment inom kraftsystem, kemi, civilingenjör etc25.
Syftet med denna studie är att designa och optimera en högpresterande ventilerad låda. En ventilerad låda kan definieras som en originallåda inklusive en gaskontrollanordning som sprider gasen jämnt i lådan. Hastighetsenhetlighet avser hur jämnt luft strömmar genom den ventilerade lådan. Yun-De et al.26 har tidigare visat att egenskapen hos multiporöst material har en viktig effekt på hastigheten enhetlighet hos en färsk grönsakslåda. I vissa experiment lämnades en anslutningslåda eller modulerad kammare både på toppen och botten av testkammaren för att garantera en homogen fördelning av antingen forcerad eller inducerad luft27. Den ventilerade lådan utformad i detta papper innehåller uppsättningar av rör med sicksackhål. Att styra luftflödesfördelningen i den ventilerade lådan är den viktigaste bevarandestrategin. Det finns två luftinlopp av samma storlek parallellt på vänster och höger sida av den ventilerade lådan, och ett utlopp är inställt på lådans övre sida. Att utforma den inre strukturen hos en ventilerad låda är nyckeln till denna studie. Med andra ord är antalet rör och hål en viktig parameter för att ändra den ventilerade lådans inre struktur. Referensmodellen har 10 rör. De två mittrören har 10 hål vardera, som är förskjutna över rören. Antalet hål från mitten till ytterröret ökar med två åt gången.
Med andra ord, när vi håller färska grönsaker, frukter och andra produkter kan kontinuerligt och stabilt luftflöde minska andningen av produkter, minska eten och andra skadliga ämnen för produktkonservering och minska temperaturen som produceras av själva produkterna. På grund av de olika parametrarna i den ventilerade lådan är det inte lätt att erhålla det önskade luftflödestillståndet, vilket kommer att påverka den ventilerade lådans bevarandeegenskap. Därför tar projektet den interna luftflödeshastigheten enhetlighet hos den ventilerade lådan som kontrollmål. En känslighetsanalys utfördes för de strukturella parametrarna för den ventilerade lådan. Proverna valdes ut genom ortogonal experimentell design. Vi använde intervallanalys för att optimera kombinationen av de tre strukturella parametrarna. Under tiden verifierar vi önskvärdheten av optimeringsresultaten.

<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

Denna studie syftar till att lösa problemen med luftflödeskaos och dålig prestanda i en ventilerad låda orsakad av den heterogena fördelningen av luftflödet genom utformningen av den inre strukturen hos den ventilerade lådan med konstant energiförbrukning. Det slutliga målet är att jämnt fördela luftflödet inuti den ventilerade lådan. Känslighetsanalys utfördes för tre strukturella parametrar: antalet rör, antalet hål i mittröret och antalet för varje steg från insidan till utsidan. Totalt 16 slumpmässiga uppsättningar av tre strukturella parametrar med fyra nivåer bestämdes med hjälp av den ortogonala experimentella designen. Kommersiell programvara användes för konstruktion av en 3D-modell för de valda experimentpunkterna, och dessa data användes för att erhålla luftflödeshastigheterna, vilka sedan användes för att erhålla standardavvikelsen för varje experimentpunkt. Enligt intervallanalysen optimerades kombinationen av de tre strukturella parametrarna. Med andra ord etablerades en effektiv och ekonomisk optimeringsmetod med tanke på den ventilerade lådans prestanda, och den kan användas i stor utsträckning för att förlänga lagringstiden för färsk mat.

Efter protokollet var de tre första delarna de viktigaste, som inkluderar modellering, meshing och simulering, allt för att erhålla standardavvikelsen för flödeshastigheten. Därefter slutförde vi strukturoptimeringen av den ventilerade lådan genom ortogonala experiment och intervallanalys. Modellen som används i protokollet är referensventilboxmodellen, som är den ursprungliga modellen som erhålls från referensen. Figur 4 visar resultatet av det strömlinjeformade flödet för d...

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

Här presenterar vi intervallanalysmetoden för att optimera provpunkterna som genereras av en ortogonal experimentell design för att säkerställa att färsk mat kan förvaras i en ventilerad låda under lång tid genom att reglera luftflödesmönstret.

Design- och optimeringsstrategier för en högpresterande ventilerad låda

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 ...

Denna studie syftar till att lösa problemen med luftflödeskaos och den dåliga prestandan i den ventilerade lådan orsakad av den orimliga fördelningen av luftflödet genom utformningen av den ventilerade lådans inre struktur på grundval av konstant energiförbrukning. En effektiv och ekonomisk optimeringsmetod med tanke på den ventilerade lådans prestanda etablerades och den kan lätt användas för att förlänga lagringstiden för färsk mat. Syftet med denna studie är att designa och optimera en högpresterande ventilerad låda som innehåller matriser av rör med sicksackhål.Det finns två luftinlopp av samma storlek parallellt på vänster och höger sida av den ventilerade lådan, och ett utlopp sattes på ovansidan av den ventilerade lådan. Referensmodellen har 10 rör. De två mittrören har 10 hål respektive, som är förskjutna över rören.Antalet hål från mitten till ytterröret ökas med två åt gången. Med tanke på rörens matriser upprättas den tredimensionella nedre halvan och den övre halvan av de ventilerade lådmodellerna med hjälp av tredimensionell programvara och sparar dem som XT-filer. Kör simuleringsprogrammet och dra nätkomponenten från komponentsystem till projektschemats fönster.Namnge det som botten. Högerklicka på geometri och klicka på bläddra för att importera den nedre XT-filen. Högerklicka på geometri och klicka på ny designmodellerargeometri för att komma in i fönstret för nätdesignmodellerare.Klicka på generera för att visa den nedre modellen. Högerklicka på den övre ytan och klicka på den namngivna markeringen för att byta namn på den till Vented Box Upper. Markera markeringsfilterkropparna.Högerklicka på den nedre modellen för att välja det namngivna urvalet och byt namn på det har botten. Markera markeringsfiltrets ytor och växla valläge till rutans markering. Markera alla inre ytor och högerklicka för att välja den namngivna markeringen och byt namn på den till inre ytor extern, definierad som nätgränssnitt senare.Återgå till det ursprungliga fönstret. Dubbelklicka på det nedre nätet. Gå in i maskfönstret.Ändra den fysiska inställningen från mekanisk till CFD. Klicka på uppdateringen för att generera nätmodellen. Återgå till det ursprungliga fönstret.Dra nätkomponenten från komponentsystem till projektschemats fönster. Namnge den som överst. Högerklicka på geometri och klicka på bläddra för att importera den översta XT-filen.Högerklicka på geometri och klicka på ny designmodellerargeometri för att komma in i fönstret för nätdesignmodellerare. Klicka på generera för att visa toppmodellen. Högerklicka på den nedre ytan och klicka på den namngivna markeringen för att byta namn på den till ventilerad ruta lägre.Markera markeringsfilterkropparna. Högerklicka på toppmodellen för att välja namngivet urval och byt namn på den som topp. Markera markeringsfiltrets ytor.Högerklicka på den övre ytan och klicka på det namngivna valet för att byta namn på det som uttag. Återgå till det ursprungliga fönstret. Dubbelklicka på toppnätet.Gå in i maskfönstret. Ändra den fysiska inställningen från mekanisk till CFD. Högerklicka på nätet för att välja storlek i insatsen.Markera markeringsfilterkropparna. Välj toppmodellen och de 18 översta i elementstorlek. Klicka på uppdatera.Återgå till det ursprungliga fönstret. Dra nätkomponenten från komponentsystem till projektschemats fönster. Namnge det som rör.Importera pipe XT-filen genom att klicka på geometri. Gå in i fönstret för nätdesignmodellerare. Rörmodellen visas igen genom att klicka på generera.Välj rörets två ändytor och märk dem som inlopp ett och inlopp två. Röret efter kroppsval är märkt som rör. Alla inre ytor efter att ha valt ruta markeras som inre ytor interna, definierade som nätgränssnitt senare.Återgå till det ursprungliga fönstret. Dubbelklicka på rörets nät. Gå in i maskfönstret.Ändra den fysiska inställningen från mekanisk till CFD. Nätmodellen kan genereras genom att klicka på uppdatera. Återgå till det ursprungliga fönstret.Dra simuleringskomponenten till projektschemats fönster. Länka tre nätkomponenter till simuleringskomponenten och uppdatera för att komma in. Kontrollera kvaliteten på nätmodellen.Kontrollera om nätet har en negativ volym. Välj steady, relaxation factor, residual och timescale factor. Välj standardvärden.Gå in i inställningsgränssnittet för viskös modell för att välja K-epsilon-modellen. Ställ in luftmaterialet. Ändra typen av cellzon till vätska.Konvertera typen av ventilerad låda övre, ventilerad låda nedre, inre ytor yttre och inre ytor internt från standardvägg till gränssnitt. Öppna mesh-gränssnitten och gå in i fönstret skapa/redigera mesh-gränssnitt. Matcha inre ytor utanför till inre ytor inre.Matcha ventilerad låda övre till ventilerad låda nedre. Slutligen skapas de två nätgränssnitten bland den ventilerade lådan och namngivna gränssnitt ett respektive gränssnitt två. Ställ in luftflödeshastigheterna för alla inlopp som 8,9525 meter per sekund i hastighetsinloppsfönstret.Ställ in utloppets mättryck som noll i tryckutloppsfönstret. Ange formatet för lösningsinitieringen som standardinitiering innan du initierar. Ange antalet iterationer som 2000.Klicka på beräkna för att starta simuleringen och återgå till det ursprungliga fönstret tills simuleringen är slut. Klicka på resultaten. Gå in i CFD-inläggsfönstret.Klicka på ikonen för effektivisera i verktygslådan. Välj uttag i start från och bakåt i riktning. Klicka på Använd för att generera det interna flödesschemat för den ventilerade lådan.Klicka på planet på plats. Välj ZX-plan i metod och indatavärde 0,6. Klicka på Apply för att generera planet 0,6 meter från bottenytan.Klicka på konturikonen i verktygslådan. Välj plan ett på platser. Välj hastighet i variabel.Välj lokal i intervallet. Klicka på Använd för att generera hastighetskonturen. Exportera flödeshastighetsdata för planet som genereras ovan.Skaffa standardavvikelsen för flödeshastigheten i Excel. Kör programvaran för statistisk analys. Klicka på data och klicka på generera i ortogonal design.Ange rörnummer i faktornamn och A i faktoretikett. Klicka på lägg till och definiera värden för att ange fyra nivåer för antalet rör. Klicka på Fortsätt och tillbaka till fönstret generera ortogonal design.Ange hålnummer i faktornamn och B i faktoretikett. Klicka på lägg till och definiera värden för att ange fyra nivåer för antalet hål. Klicka på Fortsätt och tillbaka till fönstret generera ortogonal design.Ange kumulativt tal i faktornamn och C i faktoretikett. Klicka på Lägg till och definiera värden för att ange fyra nivåer för antalet steg. Klicka på Fortsätt och skapa en ny datafil för att generera 16 matrisexempel.Klicka på variabelvy för att välja nominell i mått och indata i roll. Byt namn på det som standardavvikelse gånger 100 000. Upprepa steg 1.1 till 2.5 med exempelpunkterna ovan.De resulterande 16 standardavvikelserna multiplicerade med 100 000 fylls i provlistan för senare optimering. Klicka på analysera och klicka på univariat i allmän linjär modell. Fyll standardavvikelse gånger 100 000 i beroende variabel och fyll rörnummer, hålnummer, kumulativt antal, i fasta faktorer.Klicka på modell- och byggtermer. Ändra interaktion till huvudeffekter. Fyll A, B, C i modell.Klicka på Fortsätt och tillbaka till det univariata fönstret. Klicka på EM-medel och fyll i A, B, C i visningsmedel för. Klicka på Fortsätt och tillbaka till det univariata fönstret.Klicka på okej och få optimeringsresultatet. Minimivärdet för medelkolumnen i tabellen motsvarar den optimala variabeln. Dubbelklicka på tabellen.Gå in i pivottabellfönstret. Klicka på redigera och klicka på stapeln i skapa diagram för att generera histogrammet. Som visas i figur fyra och figur fem är strömlinjeformningen av den senare ventilerade lådan ännu rörigare än den förra, på grund av den ventilerade lådans inre struktur.Som visas i figur sex och figur sju är flödeshastigheten inuti den ventilerade lådan, som är en av modellerna som används för känslighetsanalys, mer ojämn. För att förstå strömlinjefördelningen inuti den ventilerade lådan mer intuitivt beräknas standardavvikelsen med denna formel. Tabell ett visar standardavvikelsen för flödeshastigheter för de 10 grupperna i den ventilerade lådan som används för känslighetsanalys.En stor standardavvikelse representerar en stor skillnad mellan de flesta flöden och deras genomsnittliga flödeshastighet. Således kan man se att förändring av den ventilerade lådans inre struktur kan ändra dess interna flöde och göra strömlinjeformningen mer rimlig. Vid utformningen av det ortogonala experimentet finns det tre designvariabler i den här artikeln.Var och en av dessa tre variabler har fyra nivåer. Som visas i tabellen erhölls 16 grupper av experimentella designpunkter genom ortogonal experimentell design. Standardavvikelserna beräknas.I slutändan används intervallanalysmetoden som optimeringsmetod för att ta reda på optimal strukturparameterkombination. Figur åtta visar optimeringsresultatet för konstruktionsparametern om antalet rör. Av detta kan vi se att minimivärdet erhålls när antalet rör är 14.Figur nio visar optimeringsresultatet för strukturparametern om antalet hål i mittrören. Av detta kan vi se att minimivärdet erhålls när antalet hål i mittrören är 14. Figur 10 visar optimeringsresultatet för den strukturella parametern om antalet steg från insidan till utsidan.Av detta kan vi se att minimivärdet erhålls när antalet steg från insidan till utsidan är fyra. Ovanstående analys visar att den optimala kombinationen är rör nummer 14, hål nummer 14, kumulativt nummer fyra. För att bekräfta noggrannheten analyserades det optimala fallet.Figur fyra och 11 visar referensmodellens strömlinjeformning jämfört med den optimerade modellen. Figur sex och 12 visar flödeshastighetsfördelningen inuti referensmodellen jämfört med den optimerade modellen. Tabell tre visar jämförelsen mellan optimeringsmodellen och referensmodellen.Det kan ses att standardavvikelsen beräknad av den optimerade modellen är lägre jämfört med referensmodellens standardavvikelse. Tabell fyra visar ökningen av antalet hål från fyra till sex, med liten förändring i standardavvikelsen. I detta dokument förbättras den inre miljön i den ventilerade lådan genom att optimera dess struktur, och kvaliteten på dess interna miljö mäts med standardavvikelse.Ju mindre standardavvikelsen desto rimligare är luftflödet inuti den ventilerade lådan, vilket indikerar att optimeringsmetoden som antagits i detta arbete är effektiv och genomförbar.

Research

JoVE Journal

Engineering

Research and Development of High-performance Explosives

Forskning och utveckling av högpresterande Sprängämnen

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

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

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

Probing C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si substrat med användning av svepspetsmikroskopi och Molecular Dynamics

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

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

En högpresterande Impedans-baserad plattform för Avdunstningshastighet 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

Skalbar lösning-bearbetad tillverkningsstrategi för högpresterande, flexibla, transparenta elektroder med inbyggd metallmask

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

Att upptäcka vattenlösliga klorid fördelningen av cementpasta i hög precision sätt

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

Flöde-assisted Dielectrophoresis: En låg kostnad metod för tillverkning av högpresterande lösning-bearbetningsbar nanotråd 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

Utveckla högpresterande GaP/Si halvledarkontakt solceller

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

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

Optimering, Test och diagnostik av Miniaturized Hall bogpropellrar

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

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

En 100 KW klass tillämpas-fältet Magnetoplasmadynamic bogpropeller

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

Konstruktion och tillverkning av en kryssare klass Solar fordon

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 ...