Summary
Her præsenterer vi rækkeviddeanalysemetoden for at optimere prøvepunkterne genereret af et ortogonalt eksperimentelt design for at sikre, at frisk mad kan opbevares i en ventileret kasse i lang tid ved at regulere luftstrømsmønsteret.
Abstract
Denne undersøgelse sigter mod at løse problemerne med luftstrømskaos og dårlig ydeevne i en ventileret kasse forårsaget af den heterogene fordeling af luftstrømmen gennem designet af den udluftede kasses indre struktur med konstant energiforbrug. Det endelige mål er at fordele luftstrømmen jævnt inde i den udluftede kasse. Følsomhedsanalyse blev udført for tre strukturelle parametre: antallet af rør, antallet af huller i det midterste rør og antallet af hvert trin fra indersiden til det udvendige rør. I alt 16 tilfældige arraysæt af tre strukturelle parametre med fire niveauer blev bestemt ved hjælp af det ortogonale eksperimentelle design. Kommerciel software blev brugt til konstruktion af en 3D-model for de valgte eksperimentelle punkter, og disse data blev brugt til at opnå luftstrømshastighederne, som derefter blev brugt til at opnå standardafvigelsen for hvert eksperimentelt punkt. Ifølge rækkeviddeanalysen blev kombinationen af de tre strukturelle parametre optimeret. Med andre ord blev der etableret en effektiv og økonomisk optimeringsmetode i betragtning af ydeevnen af den ventilerede kasse, og den kunne i vid udstrækning bruges til at forlænge opbevaringstiden for friske fødevarer.
Introduction
Friske grøntsager og frugter indtager en stor andel af menneskers fødevareforbrug, ikke kun fordi de har god smag og en attraktiv form, men også fordi de er til stor gavn for folk at få ernæring og opretholde sundhed1. Mange undersøgelser har vist, at frisk frugt og grøntsager spiller en unik rolle i forebyggelsen af mange sygdomme 2,3. I opbevaringsprocessen af friske frugter og grøntsager er svampe, lys, temperatur og relativ luftfugtighed de vigtige årsager til deres forringelse 4,5,6,7,8. Disse eksterne forhold påvirker kvaliteten af lagrede friske frugter og grøntsager ved at påvirke den indre metabolisme eller kemiske reaktioner9.
Almindelige behandlingsteknologier for frugt og grøntsager omfatter ikke-termisk og termisk konservering. Blandt dem har termisk forbehandling en positiv effekt på tørringsprocessen, men det kan også have negative virkninger på produktkvaliteten, såsom tab af næringsstoffer, ændring af smag og lugt og farveændring10,11. Derfor har den ikke-termiske konservering af produkter i de senere år fået opmærksomhed fra forskningsperspektivet for at imødekomme forbrugernes efterspørgsel efter friske produkter. På nuværende tidspunkt er der hovedsageligt strålingsbehandling, pulserende elektrisk felt, ozonbehandling, spiselige belægninger, tætfasekuldioxid og andre ikke-termiske konserveringsteknologier til opbevaring af frugt og grøntsager, men disse teknologier har ofte mangler, såsom kravet om stort udstyr, høj pris og brugsomkostningerne12. Derfor er designet af en simpel struktur, lave omkostninger og bekvem kontrol af konserveringsudstyret meget meningsfuldt for fødevareindustrien.
I opbevaringsmiljøet for frugt og grøntsager hjælper et korrekt luftcirkulationssystem med at eliminere varmen, der genereres af selve produktet, reducere temperaturgradienten og opretholde temperaturen og fugtigheden i det rum, hvor det er placeret. Korrekt luftcirkulation forhindrer også vægttab på grund af åndedræt og svampeinfektioner13,14,15. Talrige undersøgelser er blevet udført på luftstrøm inden for forskellige strukturer. Praeger et al.16,17 målte vindhastigheden på forskellige positioner under forskellige ventilatordriftskræfter i et lager gennem sensorer og fandt ud af, at der kunne være så stor som en syv gange forskel i lufthastighed på grund af forskellige lodrette højder, og lufthastigheden ved hver position var positivt korreleret med ventilatorens driftseffekt. Desuden undersøgte en undersøgelse effekten af lastarrangement og antallet af ventilatorer på luftstrømmen, og det blev konkluderet, at forøgelse af afstanden til nogle ventilatorpositioner og rationelt valg af antallet af ventilatorer var nyttigt til at forbedre effekten. Berry et al.18 undersøgte effekten af luftstrøm i forskellige frugtopbevaringsmiljøer på stomatafordeling i pakningskasser. Ved hjælp af simuleringssoftware studerede Dehghannya et al.19,20 luftstrømstilstanden for tvungen forkold luft i pakken med forskellige udluftningsområder, mængder og fordelingspositioner på emballagevæggen og opnåede den ikke-lineære indflydelse af hver parameter på luftstrømstilstanden. Delele et al.21 anvendte en beregningsvæskedynamikmodel til at studere indflydelsen af produkter tilfældigt fordelt i forskellige former for ventilationsbokse på luftstrømmen. De fandt ud af, at produktstørrelsen, porøsiteten og bokshulforholdet havde større indflydelse på luftstrømmen, mens tilfældig påfyldning havde en mindre indvirkning. Ilangovan et al.22 studerede luftstrømsmønstre og termisk adfærd mellem de tre emballagestrukturer og sammenlignede resultaterne med referencestrukturelle modeller. Resultaterne viste, at varmefordelingen i kassen ikke var ensartet på grund af udluftningens forskellige placeringer og design. Gong et al.23 optimerede bredden af mellemrummet mellem kanten af bakken og beholderens væg.
De teknikker, der anvendes i dette papir, omfatter simulerings- og optimeringsmetoder. Princippet om førstnævnte er, at de styrende ligninger blev diskretiseret og numerisk løst ved hjælp af den endelige volumenmetode21. Den optimeringsmetode, der anvendes i dette papir, kaldes ortogonal optimering24. Den ortogonale test er en typisk multifaktor- og multilevelanalysemetode. Det ortogonale bord, der er bygget ved hjælp af denne metode, indeholder repræsentative punkter, der er ensartet fordelt i designrummet, som visuelt kan beskrive hele designrummet og undersøges. Det vil sige, at færre point repræsenterer den fulde faktortest, hvilket i høj grad sparer tid, arbejdskraft, materiale og økonomiske ressourcer. Den ortogonale test er blevet brugt i vid udstrækning til design af eksperimenter inden for elsystemer, kemi, civilingeniør osv.25.
Formålet med denne undersøgelse er at designe og optimere en højtydende ventileret kasse. En udluftet kasse kan defineres som en original kasse inklusive en gasstyringsanordning, der spreder gassen ensartet i kassen. Hastighedsensartethed refererer til, hvor jævnt luft strømmer gennem den ventilerede kasse. Yun-De et al.26 har tidligere vist, at egenskaben af multiporøst materiale har en vigtig effekt på hastigheden ensartethed af en frisk grøntsagskasse. I nogle forsøg blev der efterladt et plenum eller moduleret kammer både øverst og nederst i testkammeret for at sikre en homogen fordeling af enten tvungen eller induceret luft27. Den ventilerede kasse designet i dette papir indeholder arrays af rør med zigzag huller. Styring af luftstrømsfordelingen i den ventilerede kasse er den vigtigste bevaringsstrategi. Der er to luftindtag af samme størrelse indstillet parallelt på venstre og højre side af den ventilerede kasse, og et udløb er indstillet på oversiden af kassen. Design af den interne struktur af en ventileret kasse er nøglen til denne undersøgelse. Med andre ord er antallet af rør og huller en vigtig parameter til ændring af den udluftede boks indre struktur. Referencemodellen har 10 rør. De to midterste rør har hver 10 huller, som er forskudt på tværs af rørene. Antallet af huller fra midten til det ydre rør stiger med to ad gangen.
Med andre ord, når vi holder friske grøntsager, frugter og andre produkter, kan kontinuerlig og stabil luftstrøm reducere respiration af produkter, reducere ethylen og andre skadelige stoffer til produktkonservering og reducere temperaturen produceret af produkterne selv. På grund af de forskellige parametre i den ventilerede kasse er det ikke let at opnå den krævede luftstrømstilstand, hvilket vil påvirke den udluftede boks bevaringsegenskab. Derfor tager projektet den interne luftstrømshastighedsensartethed af den udluftede boks som kontrolmål. Der blev udført en følsomhedsanalyse for den udluftede boks' strukturelle parametre. Prøverne blev udvalgt ved ortogonalt eksperimentelt design. Vi brugte rækkeviddeanalyse til at optimere kombinationen af de tre strukturelle parametre. I mellemtiden kontrollerer vi ønskeligheden af optimeringsresultaterne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Behandling før simulering
BEMÆRK: I betragtning af rørene etableres den tredimensionelle nederste halvdel og den øverste halvdel af de ventilerede kassemodeller ved hjælp af tredimensionel software og gemmer dem som X_T filer, de overordnede dimensioner er vist i figur 1. Konfigurationer er vist i materialetabellen.
- Kør simuleringssoftwaren, og træk Mesh-komponenten fra vinduet "Komponentsystemer" til vinduet "Projektskematisk". Navngiv det "bunden". Højreklik på Geometri , og klik på Gennemse for at importere den nederste X_T fil.
- Højreklik på Geometri, klik på Ny DesignModeler Geometri for at åbne vinduet "Mesh-Designmodeler", og klik på Generer for at få vist den nederste model.
- Højreklik på den øverste overflade, og klik på Navngivet markering for at omdøbe den til "ventileret box_upper". Vælg Markeringsfilter: Kroppe. Højreklik på den nederste model for at vælge den navngivne markering og omdøbe den til "bunden".
- Vælg Markeringsfilter: Ansigter, og skift "Vælg tilstand" til Box Select. Vælg alle de indre overflader, højreklik for at vælge den navngivne markering, og omdøb den til "indre surfaces_external", defineret som mech-grænseflader senere. Gå tilbage til det oprindelige vindue.
- Dobbeltklik på det nederste net. Gå ind i vinduet "Meshing". Skift "Fysiske præferencer" fra mekanisk til CFD. Klik på Opdater for at generere maskemodellen. Gå tilbage til det oprindelige vindue.
- Træk Mesh-komponentenfra "Komponentsystemer" til vinduet "Projektskematisk". Navngiv det "top". Højreklik på Geometri , og klik på Gennemse for at importere den øverste X_T fil.
- Højreklik på Geometri , og klik på Ny DesignModeler-geometri for at åbne vinduet "Mesh-Designmodeler". Klik på Generer for at få vist topmodellen.
- Højreklik på den nederste overflade, og klik på Navngivet markering for at omdøbe den til "ventileret box_lower". Vælg Markeringsfilter: Kroppe. Højreklik på topmodellen for at vælge det navngivne valg og omdøbe det til "top".
- Vælg Markeringsfilter: Ansigter. Højreklik på den øverste overflade, og klik på Navngivet markering for at omdøbe den som udløb. Gå tilbage til det oprindelige vindue.
- Dobbeltklik på den øverste maske. Gå ind i vinduet "Meshing". Skift "Fysiske præferencer" fra mekanisk til CFD. Højreklik på Mesh for at vælge størrelsen i "Indsæt". Vælg Markeringsfilter: Kroppe. Vælg topmodel og skriv 18 i "Elementstørrelse". Klik på Opdater. Gå tilbage til det oprindelige vindue.
- Træk Mesh-komponenten fra "Komponentsystemer" til vinduet "Projektskematisk". Navngiv det som røret. Importer pipe-X_T filen ved at klikke på Geometri.
- Gå ind i vinduet "Mesh-Designmodeler". Klik på Generer for at få vist rørmodelvisningerne igen.
- Vælg rørets to endeflader, og mærk dem som "indløb1" og "indløb2", og røret efter krop vælger og mærker som et rør.
- Alle indvendige overflader ved valg af boks er mærket som "indre surfaces_internal", defineret som mesh-grænseflader senere. Gå tilbage til det oprindelige vindue.
- Dobbeltklik på rørets maske. Gå ind i vinduet "Meshing". Skift "Fysiske præferencer" fra mekanisk til CFD. Mesh-modellen kan genereres ved at klikke på "Opdater". Gå tilbage til det oprindelige vindue.
BEMÆRK: Figur 2A viser gitteret for den nederste halvdel af den ventilerede boks, figur 2B viser gitteret for den øverste halvdel af den ventilerede kasse, og figur 2C viser rørets gitter. Som vist i figur 3 er ændringerne i standardafvigelsen mindre end 0,0008, når antallet af net stiger fra 4.137.724 til 5.490.081. I betragtning af beregningsevnen og nøjagtigheden er følgende analyse baseret på en gittermodel med 4.448.536 gitre.
2. Simuleringsanalyse
BEMÆRK: Følgende handlinger er beskrevet ud fra den generelle sekvens af simuleringsanalyse fra opsætning til løsning til resultat.
- Træk simuleringskomponenten til vinduet "Projektskema". Knyt tre Mesh-komponenter til simuleringskomponenten, og opdater for at indtaste.
- Installationsprogrammet
BEMÆRK: "Opsætningen" består af fem trin: Generelt, Modeller, Materialer, Cellezonebetingelser og Grænsebetingelser.- Generelt: Kontroller gyldigheden af maskemodellen. Kontroller, om masken har negativt volumen. Vælg Stabil. Vælg standardværdierne for afslapnings-, rest- og tidsskalafaktorerne. Hvis der er noget problem med det opdelte gitter eller modelindstillingerne, vises en fejlmeddelelse.
- Modeller: Indtast indstillingsgrænsefladen for "Viskøs model" for at vælge K-epsilon-modellen.
- Materialer: Indstil "luft" -materialet.
- Cellezonebetingelser: Skift typen af cellezone til Væske.
- Grænsebetingelser
- Konverter typen af ventileret box_upper, ventileret box_lower, indre surfaces_external og indre surfaces_internal fra standard "Væg" til "Interface".
BEMÆRK: Simuleringssoftware genererer straks "Mesh-grænsefladerne" efter afslutningen af ovenstående trin. - Åbn Mesh-grænseflader , og gå ind i vinduet "Opret / rediger mesh-grænseflader". Match indre surfaces_external med indre surfaces_internal. Match ventileret box_upper til ventileret box_lower. Endelig oprettes de to mesh-grænseflader i den ventilerede boks og navngives henholdsvis interface1 og interface2.
- Indstil luftstrømshastighederne for alle indtag til 8,9525 m/s i vinduet "Velocity Inlet" og målertrykket for udløbet til nul i vinduet "Pressure Outlet".
- Konverter typen af ventileret box_upper, ventileret box_lower, indre surfaces_external og indre surfaces_internal fra standard "Væg" til "Interface".
- Opløsning
- Angiv typografien for initialisering af løsningen som Standardinitialisering før initialisering .
- Angiv antallet af gentagelser til 2.000.
- Klik på Beregn for at starte simuleringen og vende tilbage til startvinduet, indtil simuleringen slutter.
- Resultater
- Klik på Resultater. Gå ind i vinduet "CFD Post", og klik på strømlinjeikonet i værktøjskassen.
- Vælg stikkontakt i "Start fra" og bagud i "Retning". Klik på Anvend for at generere det interne flowdiagram for den udluftede boks.
- Klik på Plan i "Placering", vælg ZX Plane i "Metode", og vælg inputværdien som 0,6. Klik på Anvend for at generere planet 0,6 m fra bundoverfladen.
- Klik på ikonet Kontur i værktøjskassen, vælg Plan 1 i "Placeringer", vælg Hastighed i "Variabel", og vælg Lokal i "Område". Klik på Anvend for at generere hastighedskonturen.
- Eksporter flowhastighedsdataene for det plan, der er genereret ovenfor. Få standardafvigelsen for strømningshastigheden i regnearkssoftware (f.eks. Excel).
BEMÆRK: Følsomhedsanalyse af tre strukturelle variabler i den ventilerede boks blev udført. Antallet af rør har fire niveauer: otte, 10, 12 og 14. Antallet af huller i de midterste rør har fire niveauer: otte, 10, 12 og 14. Antallet af hvert trin fra indersiden til det udvendige rør har fire niveauer: nul, to, fire og seks. Rediger basismodellen i henhold til ændringer i disse strukturelle parametre. Gentag trin 1.1 til 2.5 10 gange for at hente dataene i tabel 1. Det fremgår af tabellen, at de tre strukturelle parametre har visse virkninger på strømningshastighedens standardafvigelse.
3. Ortogonalt eksperimentdesign og rækkeviddeanalyse
- Kør den statistiske analysesoftware. Klik på data og generer i "Ortogonalt design".
- Indtast pipe_number i "Faktornavn" og A i "Faktoretiket". Klik på Tilføj og definer værdier for at indstille fire niveauer for antallet af rør. Klik på Fortsæt , og vend tilbage til vinduet "Generer ortogonalt design".
- Indtast whole_number i "Faktornavn" og B i "Faktoretiket". Klik på Tilføj og definer værdier for at indstille fire niveauer for antallet af huller. Klik på Fortsæt , og vend tilbage til vinduet "Generer ortogonalt design".
- Indtast cumulative_number i "Faktornavn" og C i "Faktoretiket". Klik på Tilføj og definer værdier for at angive fire niveauer for antallet af intervaller. Klik på Fortsæt , og vend tilbage til vinduet "Generer ortogonalt design".
- Klik på Opret ny datafil for at generere 16 matrixeksempler. Klik på Variabelvisning for at vælge Nominel i "Mål" og Indtast i "Rolle". Omdøb det til "standard_deviation×100000".
- Gentag trin 1.1 til 2.5 med eksempelpunkterne ovenfor; De resulterende 16 standardafvigelser ganget med 100.000 udfyldes i eksempellisten til senere optimering.
- Klik på Analysér og Univariate i "General Linear Model". Udfyld standard_deviation×100000 i "Afhængig variabel" og pipe_number, hole_number, cumulative_number ind i "Fast faktor (er)". Klik på Vilkår for model og build. Skift interaktion til Hovedeffekter. Udfyld A, B, C i "Model". Klik på Fortsæt, og vend tilbage til vinduet "Univariate".
- Klik på EM Means og udfyld A, B, C i "Display Means For". Klik på Fortsæt, og gå tilbage til vinduet "Univariate".
- Klik på OK og få optimeringsresultatet; Minimumsværdien af kolonnen "middelværdi" i tabellen svarer til den optimale variabel. Dobbeltklik på tabellen, gå ind i vinduet "Pivottabel", klik på Rediger, og klik på Bar i "Opret graf" for at generere histogrammet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Efter protokollen var de første tre dele de vigtigste, som inkluderer modellering, mesh og simulering, alt sammen for at opnå standardafvigelsen for strømningshastigheden. Derefter afsluttede vi strukturoptimeringen af den ventilerede kasse gennem ortogonale eksperimenter og rækkeviddeanalyse. Den model, der anvendes i protokollen, er den referenceventilerede boksmodel, som er den oprindelige model, der er opnået fra referencen. Figur 4 viser resultatet af den strømlinede strøm af referencemodellen for ventileret kasse, og figur 5 viser resultatet af den strømlinede strøm af den ventilerede kasse, som er en af de modeller, der anvendes til følsomhedsanalyse. Denne ventilerede kassemodel er model nummer et i tabel 1. Strømlinjestrømme er banerne for væskebevægelse for at visualisere væskestrømmen inde i den udluftede kasse. Som vist i figur 4 og figur 5 er den strømlinede strøm af sidstnævnte ventilerede kasse endnu mere rodet end den førstnævnte på grund af den indvendige struktur af den ventilerede kasse. Figure 6 viser resultatet for strømningshastighedsfordelingen inde i referencemodellen for ventileret boks, og figur 7 viser resultatet for strømningshastighedsfordelingen inde i den ventilerede kassemodel, som er en af de modeller, der anvendes til følsomhedsanalyse. Som vist i figur 6 og figur 7 er strømningshastigheden inde i den ventilerede boks, som er en af de modeller, der anvendes til følsomhedsanalyse, mere ujævn.
For at forstå den strømlinede fordeling inde i den ventilerede kasse mere intuitivt etablerede vi et plan 0,6 m væk fra bunden af den ventilerede kasse. Strømningshastigheden for hver node på outputplanet bruges til beregning af matematisk statistik. Standardafvigelsen beregnes ved 
, hvor xiog μ står for henholdsvis strømningshastigheden for hver knude og den gennemsnitlige strømningshastighed for alle noder. Tabel 1 viser standardafvigelserne for strømningshastigheder for de 10 grupper i den udluftede kasse, der anvendes til følsomhedsanalyse, herunder referencemodellen. Det kan ses, at de tre strukturelle variabler har en vis indvirkning på strømningshastighedens standardafvigelse, og antallet af rør har størst indflydelse på strømningshastighedens standardafvigelse. En stor standardafvigelse repræsenterer en stor forskel mellem de fleste strømningshastigheder og deres gennemsnitlige strømningshastighed; En lille standardafvigelse betyder, at disse strømningshastigheder er tæt på deres gennemsnitlige strømningshastighed. Det kan således ses, at ændring af den indvendige struktur af den ventilerede kasse kan ændre dens interne strømning og gøre strømlinjen mere homogen.
Ved design af det ortogonale eksperiment er der tre designvariabler i denne artikel: antallet af rør, antallet af huller i de midterste rør og antallet af hvert trin fra indersiden til det udvendige rør. Hver af disse tre variabler har fire niveauer. Som vist i tabel 2 blev 16 grupper af eksperimentelle designpunkter opnået ved ortogonalt eksperimentelt design. Standardafvigelserne blev beregnet ved hjælp af simuleringssoftware. Fra antallet af udtagne prøvepunkter kan det ses, at det ortogonale eksperimentelle design kan nå målet om at tilvejebringe maksimal parameterværdidækning med det mindste antal testsager.
I sidste ende bruges rækkeviddeanalysemetoden som optimeringsmetode til at finde den optimale strukturparameterkombination. Figur 8 viser optimeringsresultatet for den strukturelle parameter for antallet af rør. Herfra kan vi se, at minimumsværdien opnås, når antallet af rør er 14. Figur 9 viser optimeringsresultatet for strukturparameteren om antallet af huller i de midterste rør. Herfra kan vi se, at minimumsværdien opnås, når antallet af huller i de midterste rør er 14. Figur 10 viser optimeringsresultatet for strukturparameteren om antallet af trin fra indersiden til det udvendige rør. Herfra kan vi se, at minimumsværdien opnås, når antallet af trin fra indersiden til det udvendige rør er fire. Ovenstående analyse viser, at den optimale kombination er "pipe_number 14, hole_number 14, cumulative_number 4"". For at bekræfte nøjagtigheden blev den optimale sag analyseret af simuleringssoftware. Figur 4 og figur 11 viser strømlinjeflowet for referencemodellen i forhold til den optimerede model. Figur 6 og figur 12 viser strømningshastighedsfordelingen inde i referencemodellen i forhold til den optimerede model. Tabel 3 viser en sammenligning mellem optimeringsresultaterne og resultaterne af referencemodellen. Det ses, at standardafvigelsen beregnet ud fra den optimerede model er lavere sammenlignet med referencemodellens standardafvigelse. Tabel 4 viser stigningen i antallet af huller fra fire til seks med ringe ændring i standardafvigelse, og model nummer tre er den optimerede model ud fra bearbejdningsomkostningerne. I dette papir forbedres det indre miljø i den udluftede kasse ved at optimere dens struktur, og kvaliteten af dets indre miljø måles ved standardafvigelse; Jo mindre standardafvigelsen er, desto mere homogen er luftstrømmen inde i den udluftede boks, hvilket indikerer, at optimeringsmetoden, der er vedtaget i dette arbejde, er effektiv og gennemførlig.
Tabel over materialer. Tabellen viser de grundlæggende konfigurationer til denne undersøgelse, som inkluderer den nødvendige computer med en højtydende grafikbehandlingsenhed (GPU) og tre software fra SolidWorks, Ansys-Workbench og SPSS.
Tabel 1: Analyse af parameterfølsomhed. Tabellen viser standardafvigelserne for strømningshastigheder for de 10 grupper i den udluftede kasse, der anvendes til følsomhedsanalyse. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 2: Eksperimentelle designpunkter. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 3: Sammenligning mellem optimeringsresultaterne og resultaterne af referencemodellen. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 4: Sammenligning af det kumulative antal 14 rør og 14 huller. Klik her for at downloade denne tabel.
Figur 1: 3D-model af den ventilerede kasse. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Gitterdiagram . (A) gitteret i den nederste halvdel af den ventilerede kasse, (B) gitteret i den øverste halvdel af den ventilerede kasse og (C) rørets gitter. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Test af nettets uafhængighed. X-aksen er det forskellige samlede antal gitre i maskemodellen, og Y-aksen er standardafvigelsen. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Strømlin flowet i den referenceventilerede kassemodel. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Strømlin flowet i den ventilerede kassemodel. Figuren viser resultatet af strømlinjen i den udluftede kasse, som er en model, der anvendes til følsomhedsanalyse. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: Flowhastighedsfordeling inde i den referenceventilerede boksmodel. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Flowhastighedsfordeling inde i den ventilerede kassemodel. Figuren viser resultatet for strømningshastighedsfordelingen inde i den ventilerede boks, som er en model, der anvendes til følsomhedsanalyse. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 8: Optimeringsresultater for antallet af rør. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9: Optimeringsresultater for antallet af huller i de midterste rør. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 10: Optimeringsresultat af antallet af trin fra indersiden til det udvendige rør. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 11: Strømlin flowet i den optimerede kassemodel med ventiler. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 12: Flowhastighedsfordeling inde i den optimerede ventilboksmodel. Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
På grund af sin høje ydeevne og komplekse struktur byggede vi i denne undersøgelse en ventileret kasse baseret på modelleringssoftware. Vi analyserede det interne flow ved hjælp af simuleringssoftware. Simuleringssoftware er kendt for sine avancerede fysikmodelleringsfunktioner, som inkluderer turbulensmodellering, enkelt- og flerfasestrømme, forbrænding, batterimodellering, væskestrukturinteraktion og meget mere. Prøveudvælgelsesmetoden, der anvendes i dette papir, er den ortogonale eksperimentelle designmetode, som er velegnet til mekanisk produktion og andre områder på grund af dens videnskabelige metode, enkle betjening, omkostningsbesparende fordel og bemærkelsesværdige effekt. Områdeanalysemetoden kan opnå de primære og sekundære faktorer og den optimale kombination af eksperimentet gennem en simpel beregning.
Resultaterne afhænger af nogle kritiske komponenter i denne opsætning i protokollen. For det første, når du opretter 3D-modellen af batteripakken, er det et vigtigt skridt at give hver krop og overflade i modellen et let genkendeligt navn for efterfølgende at tilføje materiale, skabe en maskegrænseflade og indstille grænsebetingelser. For det andet skal parameterfølsomhedsanalyse udføres for at vælge de vigtigere strukturelle parametre, inden vigtige strukturelle parametre bestemmes. For det tredje, når du betjener hver software, er det nødvendigt at indstille hver parameter nøjagtigt, især parameterenheden.
Efter import af gittermodellen skal man fejlfinde maskemodellen og klikke på Kontroller for at kontrollere, om masken har et negativt volumen. Hvis der er noget problem med det opdelte gitter eller modelindstillingerne, vises en fejlmeddelelse. Hovedbegrænsningen ved denne undersøgelse er, at den anvendte 3D-model er bygget efter forenkling af den ægte ventilerede kasse. Den interne strøm af den simulerede ventilerede kasse vil være lidt anderledes end den virkelige. Resultatet kan være tæt på virkeligheden, men ikke nøjagtigt. Denne optimeringsmetode gælder for strukturelle parametre af heltalstype, såsom antallet af rør og huller. Sammenlignet med genetisk algoritme og udglødningsalgoritmeoptimering er optimeringsresultaterne i dette papir ringere end resultaterne af algoritmeoptimering; I teknik er aspektheltalstype parameterstruktur imidlertid mere egnet til produktion af produkter.
Denne teknologi kan ikke kun opnå testdata og testprodukter af høj kvalitet og høj pålidelighed, men også hjælpe os med at mestre det interne forhold mellem testpersoner i analysen af testdata. Denne protokol hjælper med at etablere en optimeringsmetode, samtidig med at den udluftede kasses energiforbrug og ydeevne overvejes, og den kan i vid udstrækning bruges til at forlænge opbevaringstiden for friske fødevarer. Denne teknik kan også bruges i mekanisk design, arkitektonisk design og andre områder.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Denne forskning er støttet af Wenzhou Science and Technology Bureau of China (Wenzhou store videnskabelige og teknologiske innovationsprojekt under bevilling nr. ZG2020029). Forskningen er finansieret af Wenzhou Association for Science and Technology med bevilling nr. KJFW09. Denne forskning blev støttet af Wenzhou Municipal Key Science and Research Program (ZN2022001).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hardware | |||
| NVIDIA GPU | NVIDIA | N/A | An NVIDIA GPU is needed as some of the software frameworks below will not work otherwise. https://www.nvidia.com |
| Software | |||
| Ansys-Workbench | ANSYS | N/A | Multi-purpose finite element method computer design program software.https://www.ansys.com |
| SOLIDWORKS | Dassault Systemes | N/A | SolidWorks provides different design solutions, reduces errors in the design process, and improves product quality www.solidworks.com |
| SPSS | IBM | N/A | Software products for statistical analytical operations, data mining, predictive analysis, and decision support tasks software.https://www.ibm.com |
References
- Villa-Rodriguez, J. A., et al. Maintaining antioxidant potential of fresh fruits and vegetables after harvest. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 55 (6), 806-822 (2015).
- Mozaffari, H., Lafrenière, J., Conklin, A. Does eating more variety of fruits and vegetables reduce risk of cancer? Findings from a systematic review and meta-analysis. Current Developments in Nutrition. 4, 339-339 (2020).
- Wu, S., Fisher-Hoch, S. P., Reininger, B. M., Lee, M., McCormick, J. B. Fruit and vegetable intake is inversely associated with cancer risk in Mexican-Americans. Nutrition and Cancer. 71 (8), 1254-1262 (2019).
- Nan, M., Xue, H., Bi, Y. Contamination, detection and control of mycotoxins in fruits and vegetables. Toxins. 14 (5), 309 (2022).
- Alothman, M., Bhat, R., Karim, A. A. Effects of radiation processing on phytochemicals and antioxidants in plant produce. Trends in Food Science & Technology. 20 (5), 201-212 (2009).
- Ayala-Zavala, J. F., Wang, S. Y., Wang, C. Y., González-Aguilar, G. A. Effect of storage temperatures on antioxidant capacity and aroma compounds in strawberry fruit. LWT-Food Science and Technology. 37 (7), 687-695 (2004).
- Piljac-Žegarac, J., Šamec, D. Antioxidant stability of small fruits in postharvest storage at room and refrigerator temperatures. Food Research International. 44 (1), 345-350 (2011).
- Lal Basediya, A., Samuel, D. V. K., Beera, V. Evaporative cooling system for storage of fruits and vegetables - a review. Journal of Food Science and Technology. 50 (3), 429-442 (2013).
- Sandhya, Modified atmosphere packaging of fresh produce: Current status and future needs. LWT-Food Science and Technology. 43 (3), 381-392 (2010).
- Bassey, E. J., Cheng, J. H., Sun, D. W. Novel nonthermal and thermal pretreatments for enhancing drying performance and improving quality of fruits and vegetables. Trends in Food Science & Technology. 112, 137-148 (2021).
- Mieszczakowska-Frąc, M., Celejewska, K., Płocharski, W. Impact of innovative technologies on the content of vitamin C and its bioavailability from processed fruit and vegetable products. Antioxidants. 10 (1), 54 (2021).
- Xue, Z., Li, J., Yu, W., Lu, X., Kou, X. Effects of nonthermal preservation technologies on antioxidant activity of fruits and vegetables: A review. Food Science and Technology International. 22 (5), 440-458 (2016).
- Olaimat, A. N., Holley, R. A. Factors influencing the microbial safety of fresh produce: a review. Food Microbiology. 32 (1), 1-19 (2012).
- Caleb, O. J., Mahajan, P. V., Al-Said, F. A. J., Opara, U. L. Modified atmosphere packaging technology of fresh and fresh-cut produce and the microbial consequences-a review. Food and Bioprocess Technology. 6 (2), 303-329 (2013).
- Waghmare, R. B., Mahajan, P. V., Annapure, U. S. Modelling the effect of time and temperature on respiration rate of selected fresh-cut produce. Postharvest Biology and Technology. 80, 25-30 (2013).
- Praeger, U., et al. Airflow distribution in an apple storage room. Journal of Food Engineering. 269, 109746 (2020).
- Praeger, U., et al. Influence of room layout on airflow distribution in an industrial fruit store. International Journal of Refrigeration. 131, 714-722 (2021).
- Berry, T. M., Delele, M. A., Griessel, H., Opara, U. L. Geometric design characterisation of ventilated multi-scale packaging used in the South African pome fruit industry. Agricultural Mechanization in Asia, Africa, and Latin America. 46 (3), 34-42 (2015).
- Dehghannya, J., Ngadi, M., Vigneault, C. Mathematical modeling of airflow and heat transfer during forced convection cooling of produce considering various package vent areas. Food Control. 22 (8), 1393-1399 (2011).
- Dehghannya, J., Ngadi, M., Vigneault, C. Transport phenomena modelling during produce cooling for optimal package design: thermal sensitivity analysis. Biosystems Engineering. 111 (3), 315-324 (2012).
- Delele, M. A., et al. Combined discrete element and CFD modelling of airflow through random stacking of horticultural products in vented boxes. Journal of Food Engineering. 89 (1), 33-41 (2008).
- Ilangovan, A., Curto, J., Gaspar, P. D., Silva, P. D., Alves, N. CFD modelling of the thermal performance of fruit packaging boxes-influence of vent-holes design. Energies. 14 (23), 7990 (2021).
- Gong, Y. F., Cao, Y., Zhang, X. R. Forced-air precooling of apples: Airflow distribution and precooling effectiveness in relation to the gap width between tray edge and box wall. Postharvest Biology and Technology. 177, 111523 (2021).
- Guo, R., Li, L. Heat dissipation analysis and optimization of lithium-ion batteries with a novel parallel-spiral serpentine channel liquid cooling plate. International Journal of Heat and Mass Transfer. 189, 122706 (2022).
- Chen, J., et al. Optimization of geometric parameters of hydraulic turbine runner in turbine mode based on the orthogonal test method and CFD. Energy Reports. 8, 14476-14487 (2022).
- Yun-De, S., Hai-Dong, Q., Sun, B., Li, Z. Z., Cao, K. B. Flow analysis of fresh vegetable box based on multiporosity material. International Journal of Education and Management Engineering. 2 (1), 29 (2012).
- Elansari, A. M., Mostafa, Y. S. Vertical forced air pre-cooling of orange fruits on bin: Effect of fruit size, air direction, and air velocity. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 19 (1), 92-98 (2020).
