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Engineering

एक उच्च प्रदर्शन वेंटेड बॉक्स की डिजाइन और अनुकूलन रणनीतियाँ

Published: June 9, 2023 doi: 10.3791/65076
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 1, 1
1College of Mechanical and Electrical Engineering, Wenzhou University, 2Institute of Laser and Optoelectronics Intelligent Manufacturing, Wenzhou University

Summary

यहां, हम एक ऑर्थोगोनल प्रयोगात्मक डिजाइन द्वारा उत्पन्न नमूना बिंदुओं को अनुकूलित करने के लिए रेंज विश्लेषण विधि प्रस्तुत करते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि ताजा भोजन को एयरफ्लो पैटर्न को विनियमित करके लंबे समय तक वेंटेड बॉक्स में संग्रहीत किया जा सकता है।

Abstract

इस अध्ययन का उद्देश्य निरंतर ऊर्जा खपत के साथ वेंट बॉक्स की आंतरिक संरचना के डिजाइन के माध्यम से वायु प्रवाह अराजकता और वायु प्रवाह के विषम वितरण के कारण एक वेंट बॉक्स में खराब प्रदर्शन की समस्याओं को हल करना है। अंतिम लक्ष्य वेंट बॉक्स के अंदर एयरफ्लो को समान रूप से वितरित करना है। संवेदनशीलता विश्लेषण तीन संरचनात्मक मापदंडों के लिए किया गया था: पाइप की संख्या, मध्य पाइप में छेद की संख्या, और अंदर से बाहर पाइप तक प्रत्येक वृद्धि की संख्या। ऑर्थोगोनल प्रयोगात्मक डिजाइन का उपयोग करके चार स्तरों के साथ तीन संरचनात्मक मापदंडों के कुल 16 यादृच्छिक सरणी सेट निर्धारित किए गए थे। वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर का उपयोग चयनित प्रयोगात्मक बिंदुओं के लिए 3 डी मॉडल के निर्माण के लिए किया गया था, और इस डेटा का उपयोग एयरफ्लो वेग प्राप्त करने के लिए किया गया था, जिसका उपयोग तब प्रत्येक प्रयोगात्मक बिंदु के मानक विचलन को प्राप्त करने के लिए किया गया था। रेंज विश्लेषण के अनुसार, तीन संरचनात्मक मापदंडों का संयोजन अनुकूलित किया गया था। दूसरे शब्दों में, वेंट बॉक्स के प्रदर्शन पर विचार करते हुए एक कुशल और किफायती अनुकूलन विधि स्थापित की गई थी, और इसका व्यापक रूप से ताजा भोजन के भंडारण समय का विस्तार करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

Introduction

ताजी सब्जियां और फल मानव भोजन की खपत के एक उच्च अनुपात पर कब्जा कर लेते हैं, न केवल इसलिए कि उनके पास अच्छा स्वाद और एक आकर्षक रूप है, बल्कि इसलिए भी कि वे लोगों को पोषण प्राप्त करनेऔर स्वास्थ्य बनाए रखने के लिए बहुत लाभ के हैं। कई अध्ययनों से पता चला है कि ताजे फल और सब्जियां कई बीमारियों को रोकने में एक अनूठी भूमिका निभाती हैं 2,3. ताजे फलों और सब्जियों की भंडारण प्रक्रिया में, कवक, प्रकाश, तापमान और सापेक्ष आर्द्रता उनके बिगड़ने के महत्वपूर्ण कारण हैं 4,5,6,7,8. ये बाहरी स्थितियां आंतरिक चयापचय या रासायनिक प्रतिक्रियाओं को प्रभावित करके संग्रहीत ताजे फलों और सब्जियों की गुणवत्ता को प्रभावित करतीहैं।

फलों और सब्जियों के लिए सामान्य उपचार प्रौद्योगिकियों में गैर-तापीय और थर्मल संरक्षण शामिल हैं। उनमें से, थर्मल प्रथागत सुखाने की प्रक्रिया पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है, लेकिन यह उत्पाद की गुणवत्ता पर प्रतिकूल प्रभाव भी डाल सकता है, जैसे पोषक तत्वों का नुकसान, स्वाद और गंध में परिवर्तन, और रंग10,11 का परिवर्तन। इसलिए, हाल के वर्षों में, उत्पादों के गैर-तापीय संरक्षण ने ताजा उत्पादों के लिए उपभोक्ताओं की मांग को पूरा करने के लिए अनुसंधान परिप्रेक्ष्य से ध्यान आकर्षित किया है। वर्तमान में, फलों और सब्जियों को स्टोर करने के लिए मुख्य रूप से विकिरण प्रसंस्करण, स्पंदित विद्युत क्षेत्र, ओजोन प्रसंस्करण, खाद्य कोटिंग्स, घने चरण कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य गैर-तापीय संरक्षण प्रौद्योगिकियां हैं, लेकिन इन प्रौद्योगिकियों में अक्सर कमियां होती हैं, जैसे कि बड़े उपकरणों की आवश्यकता, उच्च कीमत और उपयोग की लागत12। इसलिए, एक सरल संरचना, कम लागत और संरक्षण उपकरणों के सुविधाजनक नियंत्रण का डिजाइन खाद्य उद्योग के लिए बहुत सार्थक है।

फलों और सब्जियों के लिए भंडारण वातावरण में, एक उचित वायु परिसंचरण प्रणाली उत्पाद द्वारा उत्पन्न गर्मी को खत्म करने, तापमान ढाल को कम करने और उस स्थान पर तापमान और आर्द्रता बनाए रखने में मदद करती है जहां यह स्थित है। उचित वायु परिसंचरण श्वसन और फंगल संक्रमण13,14,15 के कारण वजन घटाने को भी रोकता है। विभिन्न संरचनाओं के भीतर वायु प्रवाह पर कई अध्ययन किए गए हैं। प्रेगर एट अल.16,17 ने सेंसर के माध्यम से एक गोदाम में विभिन्न फैन ऑपरेटिंग शक्तियों के तहत अलग-अलग स्थितियों में हवा की गति को मापा और पाया कि अलग-अलग ऊर्ध्वाधर ऊंचाइयों के कारण हवा के वेग में सात गुना अंतर हो सकता है, और प्रत्येक स्थिति में हवा का वेग प्रशंसक ऑपरेटिंग पावर के साथ सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध था। इसके अलावा, एक अध्ययन ने कार्गो व्यवस्था और एयरफ्लो पर पंखों की संख्या के प्रभाव की जांच की, और यह निष्कर्ष निकाला गया कि कुछ प्रशंसकों की स्थिति की दूरी बढ़ाना और तर्कसंगत रूप से प्रशंसकों की संख्या चुनना प्रभाव में सुधार करने में सहायक था। बेरी एट अल .18 ने पैकिंग बक्से में स्टोमेटा वितरण पर विभिन्न फल भंडारण वातावरण में वायु प्रवाह के प्रभाव का अध्ययन किया। सिमुलेशन सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हुए, Dehghannya et al.19,20 ने पैकेजिंग दीवार पर विभिन्न वेंट क्षेत्रों, मात्राओं और वितरण स्थितियों के साथ पैकेज में मजबूर पूर्व-ठंडी हवा की वायु प्रवाह स्थिति का अध्ययन किया, और वायु प्रवाह स्थिति पर प्रत्येक पैरामीटर के गैर-रेखीय प्रभाव को प्राप्त किया। डेले एट अल .21 ने एयरफ्लो पर वेंटिलेशन बक्से के विभिन्न रूपों में यादृच्छिक रूप से वितरित उत्पादों के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए एक कम्प्यूटेशनल द्रव गतिशीलता मॉडल लागू किया। उन्होंने पाया कि उत्पाद का आकार, सरंध्रता और बॉक्स छेद अनुपात का एयरफ्लो पर अधिक प्रभाव पड़ा, जबकि यादृच्छिक भरने का एक छोटा प्रभाव पड़ा। इलांगोवन एट अल .22 ने तीन पैकेजिंग संरचनाओं के बीच एयरफ्लो पैटर्न और थर्मल व्यवहार का अध्ययन किया और संदर्भ संरचनात्मक मॉडल के साथ परिणामों की तुलना की। परिणामों से पता चला कि वेंट के विभिन्न स्थानों और डिजाइनों के कारण बॉक्स में गर्मी वितरण समान नहीं था। गोंग एट अल .23 ने ट्रे के किनारे और कंटेनर की दीवार के बीच अंतर की चौड़ाई को अनुकूलित किया।

इस पेपर में उपयोग की जाने वाली तकनीकों में सिमुलेशन और अनुकूलन विधियां शामिल हैं। पूर्व का सिद्धांत यह है कि शासी समीकरणों को परिमित मात्रा विधि21 का उपयोग करके विभाजित और संख्यात्मक रूप से हल किया गया था। इस पेपर में उपयोग की जाने वाली अनुकूलन विधि को ऑर्थोगोनल ऑप्टिमाइज़ेशन24 के रूप में जाना जाता है। ऑर्थोगोनल परीक्षण एक विशिष्ट बहुकारक और बहुस्तरीय विश्लेषण विधि है। इस विधि का उपयोग करके बनाई गई ऑर्थोगोनल तालिका में डिजाइन स्पेस में समान रूप से वितरित प्रतिनिधि बिंदु होते हैं, जो पूरे डिजाइन स्पेस का नेत्रहीन वर्णन कर सकते हैं और जांच की जा सकती है। यही है, कम अंक पूर्ण कारक परीक्षण का प्रतिनिधित्व करते हैं, समय, जनशक्ति, सामग्री और वित्तीय संसाधनों की बहुत बचत करते हैं। ऑर्थोगोनल परीक्षण का व्यापक रूप से बिजली प्रणालियों, रसायन विज्ञान, सिविल इंजीनियरिंग आदि के क्षेत्र में प्रयोगों के डिजाइन में उपयोग किया गयाहै।

इस अध्ययन का उद्देश्य एक उच्च प्रदर्शन वाले वेंटेड बॉक्स को डिजाइन और अनुकूलित करना है। एक वेंट बॉक्स को एक मूल बॉक्स के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिसमें एक गैस नियंत्रण उपकरण शामिल है जो बॉक्स में समान रूप से गैस को फैलाता है। वेग एकरूपता से तात्पर्य है कि हवा वेंटेड बॉक्स के माध्यम से समान रूप से कैसे बहती है। युन-डे एट अल.26 ने पहले दिखाया है कि मल्टीपोरस सामग्री की संपत्ति का ताजा सब्जी बॉक्स की वेग एकरूपता पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। कुछ प्रयोगों में, परीक्षण कक्ष के शीर्ष और निचले दोनों पर एक प्लेनम या मॉड्यूलेटेड कक्ष छोड़ दिया गया था ताकि मजबूर या प्रेरित वायु27 के समरूप वितरण की गारंटी मिल सके। इस पेपर में डिज़ाइन किए गए वेंट बॉक्स में ज़िगज़ैग छेद के साथ पाइप की सरणी होती है। वेंटेड बॉक्स में एयरफ्लो वितरण को नियंत्रित करना मुख्य संरक्षण रणनीति है। वेंट किए गए बॉक्स के बाईं और दाईं ओर समानांतर रूप से समान आकार के दो एयर इनलेट सेट हैं, और बॉक्स के ऊपरी हिस्से में एक आउटलेट सेट किया गया है। एक वेंट बॉक्स की आंतरिक संरचना को डिजाइन करना इस अध्ययन की कुंजी है। दूसरे शब्दों में, पाइप और छेद की संख्या वेंटेड बॉक्स की आंतरिक संरचना को बदलने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। संदर्भ मॉडल में 10 पाइप हैं। दो मध्य पाइपों में प्रत्येक में 10 छेद होते हैं, जो पाइपों के पार क्रमबद्ध होते हैं। मध्य से बाहरी पाइप तक छेदों की संख्या एक समय में दो से बढ़ जाती है।

दूसरे शब्दों में, जब हम ताजी सब्जियां, फल और अन्य उत्पाद रखते हैं, तो निरंतर और स्थिर वायु प्रवाह उत्पादों के श्वसन को कम कर सकता है, उत्पाद संरक्षण के लिए एथिलीन और अन्य हानिकारक पदार्थों को कम कर सकता है, और उत्पादों द्वारा उत्पादित तापमान को कम कर सकता है। वेंट किए गए बॉक्स के विभिन्न मापदंडों के कारण, आवश्यक एयरफ्लो स्थिति प्राप्त करना आसान नहीं है, जो वेंटेड बॉक्स की संरक्षण संपत्ति को प्रभावित करेगा। इसलिए, परियोजना नियंत्रण उद्देश्य के रूप में वेंट बॉक्स की आंतरिक वायु प्रवाह वेग एकरूपता लेती है। वेंटेड बॉक्स के संरचनात्मक मापदंडों के लिए एक संवेदनशीलता विश्लेषण आयोजित किया गया था। नमूने ऑर्थोगोनल प्रयोगात्मक डिजाइन द्वारा चुने गए थे। हमने तीन संरचनात्मक मापदंडों के संयोजन को अनुकूलित करने के लिए रेंज विश्लेषण का उपयोग किया। इस बीच, हम अनुकूलन परिणामों की वांछनीयता को सत्यापित करते हैं।

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Protocol

1. प्री-सिमुलेशन प्रोसेसिंग

नोट: पाइपों की सरणी को ध्यान में रखते हुए, वेंट बॉक्स मॉडल के त्रि-आयामी निचले आधे और शीर्ष आधे हिस्से को त्रि-आयामी सॉफ्टवेयर का उपयोग करके स्थापित किया जाता है और उन्हें X_T फ़ाइलों के रूप में सहेजते हुए, समग्र आयाम चित्रा 1 में दिखाए गए हैं। कॉन्फ़िगरेशन सामग्री की तालिका में दिखाए गए हैं।

  1. सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर चलाएँ और जाल घटक को "घटक सिस्टम" से "प्रोजेक्ट योजनाबद्ध" विंडो तक खींचें। इसे "नीचे" नाम दें। ज्यामिति पर राइट-क्लिक करें और नीचे X_T फ़ाइल आयात करने के लिए ब्राउज़ करें क्लिक करें.
  2. ज्यामिति पर राइट-क्लिक करें, "मेष-डिज़ाइन मॉडलर" विंडो में प्रवेश करने के लिए नया डिज़ाइन मॉडलर ज्यामिति क्लिक करें, और नीचे मॉडल प्रदर्शित करने के लिए जेनरेट करें पर क्लिक करें।
  3. ऊपरी सतह पर राइट-क्लिक करें और "वेंटेड box_upper" का नाम बदलने के लिए नामित चयन पर क्लिक करें। चयन फ़िल्टर का चयन करें : निकाय. नामित चयन का चयन करने के लिए नीचे के मॉडल पर राइट-क्लिक करें और इसे "नीचे" के रूप में नाम दें।
  4. चयन फ़िल्टर का चयन करें : चेहरे और "मोड का चयन करें" को बॉक्स सेलेकटी में स्विच करें। सभी आंतरिक सतहों का चयन करें, नामित चयन का चयन करने के लिए राइट-क्लिक करें, और इसे "आंतरिक surfaces_external" के रूप में नाम दें, जिसे बाद में मेच इंटरफेस के रूप में परिभाषित किया गया है। प्रारंभिक विंडो पर लौटें।
  5. नीचे जाल डबल-क्लिक करें। "मेशिंग" विंडो दर्ज करें। मैकेनिकल से सीएफडी में "भौतिक प्राथमिकताएं" बदलें। जाल मॉडल जनरेट करने के लिए अद्यतन क्लिक करें. प्रारंभिक विंडो पर लौटें।
  6. जालघटक को "घटक सिस्टम" से "प्रोजेक्ट योजनाबद्ध" विंडो में खींचें। इसे "शीर्ष" नाम दें। ज्यामिति पर राइट-क्लिक करें और शीर्ष X_T फ़ाइल आयात करने के लिए ब्राउज़ करें क्लिक करें.
  7. ज्यामिति पर राइट-क्लिक करें और "मेष-डिज़ाइन मॉडलर" विंडो में प्रवेश करने के लिए नई डिज़ाइन मॉडलर ज्यामिति पर क्लिक करें। शीर्ष मॉडल प्रदर्शित करने के लिए जनरेट करें पर क्लिक करें.
  8. निचली सतह पर राइट-क्लिक करें और इसका नाम बदलकर "वेंटेड box_lower" करने के लिए नामित चयन क्लिक करें. चयन फ़िल्टर का चयन करें : निकाय. नामित चयन का चयन करने के लिए शीर्ष मॉडल पर राइट-क्लिक करें और इसे "शीर्ष" के रूप में नाम दें।
  9. चयन फ़िल्टर का चयन करें : चेहरे. ऊपरी सतह पर राइट-क्लिक करें और इसे आउटलेट के रूप में नाम बदलने के लिए नामित चयन पर क्लिक करें। प्रारंभिक विंडो पर लौटें।
  10. शीर्ष के जाल पर डबल-क्लिक करें। "मेशिंग" विंडो दर्ज करें। मैकेनिकल से सीएफडी में "भौतिक प्राथमिकताएं" बदलें। "सम्मिलित करें" में साइज़िंग का चयन करने के लिए जाल पर राइट-क्लिक करें. चयन फ़िल्टर का चयन करें: निकाय. शीर्ष मॉडल का चयन करें और "तत्व आकार" में 18 टाइप करें। अद्यतन क्लिक करें. प्रारंभिक विंडो पर लौटें।
  11. जाल घटक को "घटक सिस्टम" से "प्रोजेक्ट योजनाबद्ध" विंडो में खींचें। इसे पाइप के रूप में नाम दें। ज्यामिति क्लिक करके पाइप X_T फ़ाइल आयात करें।
  12. "मेष-डिज़ाइन मॉडलर" विंडो दर्ज करें। पाइप मॉडल फिर से प्रदर्शित करने के लिए जेनरेट करें पर क्लिक करें.
  13. पाइप के दो अंतिम चेहरों का चयन करें और उन्हें "इनलेट 1" और "इनलेट 2" के रूप में लेबल करें, और पाइप को पाइप के रूप में चयन और लेबलिंग द्वारा लेबल करें।
  14. बॉक्स चयन द्वारा सभी आंतरिक सतहों को "आंतरिक surfaces_internal" के रूप में लेबल किया जाता है, जिसे बाद में जाल इंटरफेस के रूप में परिभाषित किया जाता है। प्रारंभिक विंडो पर लौटें।
  15. पाइप के जाल को डबलक्लिक करें। "मेशिंग" विंडो दर्ज करें। मैकेनिकल से सीएफडी में "भौतिक प्राथमिकताएं" बदलें। जाल मॉडल "अपडेट" पर क्लिक करके उत्पन्न किया जा सकता है। प्रारंभिक विंडो पर लौटें।
    नोट: चित्रा 2 ए वेंटेड बॉक्स के निचले आधे हिस्से के ग्रिड को दिखाता है, चित्रा 2 बी वेंटेड बॉक्स के शीर्ष आधे हिस्से के ग्रिड को दिखाता है, और चित्रा 2 सी पाइप के ग्रिड को दर्शाता है। जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, ग्रिड की संख्या 4,137,724 से बढ़कर 5,490,081 हो गई है, मानक विचलन परिवर्तन 0.0008 से कम हैं। गणना क्षमता और सटीकता को ध्यान में रखते हुए, निम्नलिखित विश्लेषण 4,448,536 ग्रिड के साथ एक ग्रिड मॉडल पर आधारित है।

2. सिमुलेशन विश्लेषण

नोट: निम्नलिखित ऑपरेशन सेटअप से समाधान से परिणाम तक सिमुलेशन विश्लेषण के सामान्य अनुक्रम के आधार पर वर्णित हैं।

  1. सिमुलेशन घटक को "प्रोजेक्ट योजनाबद्ध" विंडो पर खींचें। सिमुलेशन घटक के लिए तीन जाल घटकों को लिंक करें और दर्ज करने के लिए अपडेट करें।
  2. सेटअप
    नोट: "सेटअप" में पांच चरण होते हैं: सामान्य, मॉडल, सामग्री, सेल क्षेत्र की स्थिति और सीमा की स्थिति।
    1. सामान्य: जाल मॉडल की वैधता को सत्यापित करें। जांचें कि जाल में नकारात्मक मात्रा है या नहीं। स्थिर का चयन करें. विश्राम, अवशिष्ट और समय स्केल कारकों के लिए, डिफ़ॉल्ट मानों का चयन करें. यदि विभाजित ग्रिड या मॉडल सेटिंग्स में कोई समस्या है, तो एक त्रुटि संदेश पॉप अप होगा।
    2. मॉडल: के-एप्सिलॉन मॉडल का चयन करने के लिए "चिपचिपा मॉडल" का सेटिंग इंटरफ़ेस दर्ज करें।
    3. सामग्री: "वायु" सामग्री सेट करें।
    4. सेल ज़ोन की स्थिति: सेल ज़ोन के प्रकार को द्रव में बदलें।
  3. सीमा की स्थिति
    1. वेंट किए गए box_upper, वेंट किए गए box_lower, आंतरिक surfaces_external और आंतरिक surfaces_internal के प्रकार को डिफ़ॉल्ट "दीवार" से "इंटरफ़ेस" में परिवर्तित करें।
      नोट: सिमुलेशन सॉफ्टवेयर उपरोक्त चरण को समाप्त करने के बाद तुरंत "मेष इंटरफेस" उत्पन्न करता है।
    2. जाल इंटरफेस खोलें और "मेष इंटरफेस बनाएं / संपादित करें" विंडो दर्ज करें। आंतरिक surfaces_external का आंतरिक surfaces_internal से मिलान करें। मैच ने box_upper box_lower को बाहर निकाला। अंत में, दो जाल इंटरफेस को वेंटेड बॉक्स में बनाया जाता है और क्रमशः इंटरफ़ेस 1 और इंटरफ़ेस 2 नाम दिया जाता है।
    3. "वेलोसिटी इनलेट" विंडो में सभी इनलेट्स के एयरफ्लो वेग को 8.9525 मीटर / सेकंड के रूप में सेट करें और आउटलेट के गेज दबाव को "प्रेशर आउटलेट" विंडो में शून्य के रूप में सेट करें।
  4. घोल
    1. प्रारंभ करने से पहले मानक आरंभीकरण के रूप में समाधान आरंभीकरण की शैली सेट करें।
    2. पुनरावृत्तियों की संख्या 2,000 के रूप में सेट करें।
    3. सिमुलेशन शुरू करने के लिए गणना करें पर क्लिक करें और सिमुलेशन समाप्त होने तक प्रारंभिक विंडो पर लौटें।
  5. परिणाम
    1. परिणाम क्लिक करें. "CFD पोस्ट" विंडो दर्ज करें और टूलबॉक्स में सुव्यवस्थित आइकन पर क्लिक करें।
    2. "स्टार्ट फ्रॉम" में आउटलेट का चयन करें और "दिशा" में पीछे की ओर। वेंटेड बॉक्स का आंतरिक प्रवाह आरेख उत्पन्न करने के लिए लागू करें क्लिक करें .
    3. "स्थान" में विमान क्लिक करें, "विधि" में ZX विमान का चयन करें, और इनपुट मान को 0.6 के रूप में चुनें। नीचे की सतह से विमान 0.6 मीटर उत्पन्न करने के लिए लागू करें पर क्लिक करें।
    4. टूलबॉक्स में कंटूर आइकन पर क्लिक करें, "स्थान" में प्लेन 1 का चयन करें, "चर" में वेग का चयन करें, और "रेंज" में स्थानीय का चयन करें। वेग समोच्च उत्पन्न करने के लिए लागू करें पर क्लिक करें.
    5. ऊपर उत्पन्न विमान के लिए प्रवाह दर डेटा निर्यात करें। स्प्रेडशीट सॉफ़्टवेयर (जैसे, एक्सेल) में प्रवाह दर का मानक विचलन प्राप्त करें।
      नोट: वेंट बॉक्स के तीन संरचनात्मक चर का संवेदनशीलता विश्लेषण किया गया था। पाइपों की संख्या में चार स्तर हैं: आठ, 10, 12 और 14। मध्य पाइप में छेद की संख्या में चार स्तर होते हैं: आठ, 10, 12 और 14। अंदर से बाहर पाइप तक प्रत्येक वृद्धि की संख्या में चार स्तर होते हैं: शून्य, दो, चार और छह। इन संरचनात्मक मापदंडों में परिवर्तन के अनुसार आधार मॉडल को संशोधित करें। तालिका 1 में डेटा प्राप्त करने के लिए चरण 1.1 से 2.5 10 बार दोहराएं। तालिका से यह देखा जा सकता है कि तीन संरचनात्मक मापदंडों का प्रवाह दर के मानक विचलन पर कुछ प्रभाव पड़ता है।

3. ऑर्थोगोनल प्रयोग डिजाइन और रेंज विश्लेषण

  1. सांख्यिकीय विश्लेषण सॉफ्टवेयर चलाएँ। डेटा क्लिक करें और "ऑर्थोगोनल डिज़ाइन" में जेनरेट करें ।
  2. pipe_number को "फैक्टर नेम" और "फैक्टर लेबल" में ए दर्ज करें। पाइपों की संख्या के लिए चार स्तर सेट करने के लिए मान जोड़ें और परिभाषित करें क्लिक करें. जारी रखें पर क्लिक करें और "ऑर्थोगोनल डिज़ाइन जनरेट करें" विंडो पर लौटें।
  3. whole_number को "फैक्टर नेम" और बी को "फैक्टर लेबल" में दर्ज करें। छेदों की संख्या के लिए चार स्तर सेट करने के लिए मान जोड़ें और परिभाषित करें पर क्लिक करें. जारी रखें पर क्लिक करें और "ऑर्थोगोनल डिज़ाइन जनरेट करें" विंडो पर लौटें।
  4. cumulative_number को "फैक्टर नेम" और सी को "फैक्टर लेबल" में दर्ज करें। वेतन वृद्धि की संख्या के लिए चार स्तर सेट करने के लिए मान जोड़ें और परिभाषित करें क्लिक करें. जारी रखें पर क्लिक करें और "ऑर्थोगोनल डिज़ाइन जनरेट करें" विंडो पर लौटें।
  5. 16 सरणी नमूने उत्पन्न करने के लिए नई डेटा फ़ाइल बनाएँ क्लिक करें. "माप" में नाममात्र और "भूमिका" में इनपुट का चयन करने के लिए चर दृश्य क्लिक करें. इसका नाम बदलकर "standard_deviation×100000" करें।
  6. ऊपर दिए गए नमूना बिंदुओं के साथ चरण 1.1 से 2.5 दोहराएं; परिणामस्वरूप 16 मानक विचलन 100,000 से गुणा किए जाते हैं, जिन्हें बाद में अनुकूलन के लिए नमूना सूची में भर दिया जाता है।
  7. "सामान्य रैखिक मॉडल" में विश्लेषण और अनौपचारिक पर क्लिक करें। standard_deviation×100000 को "आश्रित चर" में भरें और pipe_number, hole_number, cumulative_number को "फिक्स्ड फैक्टर (एस)" में भरें। मॉडल और निर्माण शर्तें क्लिक करें. इंटरैक्शन को मुख्य प्रभावों में बदलें। ए, बी, सी को "मॉडल" में भरें। जारी रखें पर क्लिक करें और "अनौपचारिक" विंडो पर लौटें।
  8. ईएम मीन्स पर क्लिक करें और ए, बी, सी को "डिस्प्ले मीन्स फॉर" में भरें। जारी रखें पर क्लिक करें और "अनौपचारिक" विंडो पर वापस जाएं।
  9. ठीक पर क्लिक करें और अनुकूलन परिणाम प्राप्त करें; तालिका में "माध्य" कॉलम का न्यूनतम मान इष्टतम चर से मेल खाता है। तालिका पर डबल-क्लिक करें, "Pivot Table" विंडो में प्रवेश करें, संपादित करें क्लिक करें, और हिस्टोग्राम उत्पन्न करने के लिए "ग्राफ़ बनाएँ" में बार क्लिक करें।

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Representative Results

प्रोटोकॉल के बाद, पहले तीन भाग सबसे महत्वपूर्ण थे, जिसमें प्रवाह दर के मानक विचलन को प्राप्त करने के लिए मॉडलिंग, मेषिंग और सिमुलेशन शामिल थे। फिर, हमने ऑर्थोगोनल प्रयोगों और रेंज विश्लेषण के माध्यम से वेंट बॉक्स के संरचना अनुकूलन को पूरा किया। प्रोटोकॉल में उपयोग किया जाने वाला मॉडल संदर्भ-वेंट बॉक्स मॉडल है, जो संदर्भ से प्राप्त प्रारंभिक मॉडल है। चित्रा 4 संदर्भ वेंट बॉक्स मॉडल के सुव्यवस्थित प्रवाह का परिणाम दिखाता है, और चित्रा 5 वेंटेड बॉक्स के सुव्यवस्थित प्रवाह का परिणाम दिखाता है, जो संवेदनशीलता विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले मॉडलों में से एक है। यह वेंट बॉक्स मॉडल तालिका 1 में मॉडल नंबर एक है। सुव्यवस्थित प्रवाह वेंट बॉक्स के अंदर तरल पदार्थ के प्रवाह की कल्पना करने के लिए द्रव गति के प्रक्षेपवक्र हैं। जैसा कि चित्र 4 और चित्र 5 में दिखाया गया है, वेंट किए गए बॉक्स की आंतरिक संरचना के कारण बाद वाले वेंट बॉक्स का सुव्यवस्थित प्रवाह पूर्व की तुलना में भी अधिक है। फिगुरे 6 संदर्भ वेंट बॉक्स मॉडल के अंदर प्रवाह वेग वितरण के लिए परिणाम दिखाता है, और चित्रा 7 वेंटेड बॉक्स मॉडल के अंदर प्रवाह वेग वितरण के लिए परिणाम दिखाता है, जो संवेदनशीलता विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले मॉडलों में से एक है। जैसा कि चित्रा 6 और चित्रा 7 में दिखाया गया है, वेंट बॉक्स के अंदर प्रवाह दर, जो संवेदनशीलता विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले मॉडलों में से एक है, अधिक असमान है।

वेंट किए गए बॉक्स के अंदर सुव्यवस्थित वितरण को अधिक सहज रूप से समझने के लिए, हमने वेंटेड बॉक्स के नीचे से 0.6 मीटर दूर एक विमान स्थापित किया। आउटपुट प्लेन पर प्रत्येक नोड की प्रवाह दर का उपयोग गणितीय सांख्यिकी गणना के लिए किया जाता है। मानक विचलन की गणना इस बात से Equation 1 की जाती है कि xiऔर μ क्रमशः प्रत्येक नोड की प्रवाह दर और सभी नोड्स की औसत प्रवाह दर के लिए खड़े हैं। तालिका 1 संदर्भ मॉडल सहित संवेदनशीलता विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले वेंट बॉक्स के 10 समूहों के लिए प्रवाह दरों के मानक विचलन को दर्शाती है। यह देखा जा सकता है कि तीन संरचनात्मक चर प्रवाह दर के मानक विचलन पर एक निश्चित प्रभाव डालते हैं, और पाइपों की संख्या प्रवाह दर के मानक विचलन पर सबसे बड़ा प्रभाव डालती है। एक बड़ा मानक विचलन अधिकांश प्रवाह दरों और उनके औसत प्रवाह दर के बीच एक बड़े अंतर का प्रतिनिधित्व करता है; एक छोटे मानक विचलन का मतलब है कि ये प्रवाह दर उनकी औसत प्रवाह दर के करीब हैं। इस प्रकार, यह देखा जा सकता है कि वेंट बॉक्स की आंतरिक संरचना को बदलने से इसका आंतरिक प्रवाह बदल सकता है और सुव्यवस्थित अधिक सजातीय हो सकता है।

ऑर्थोगोनल प्रयोग को डिजाइन करते समय, इस लेख में तीन डिजाइन चर हैं: पाइप की संख्या, मध्य पाइप में छेद की संख्या, और अंदर से बाहर पाइप तक प्रत्येक वृद्धि की संख्या। इन तीन चरों में से प्रत्येक में चार स्तर हैं। जैसा कि तालिका 2 में दिखाया गया है, प्रयोगात्मक डिजाइन बिंदुओं के 16 समूह ऑर्थोगोनल प्रयोगात्मक डिजाइन द्वारा प्राप्त किए गए थे। मानक विचलन की गणना सिमुलेशन सॉफ्टवेयर द्वारा की गई थी। निकाले गए नमूना बिंदुओं की संख्या से, यह देखा जा सकता है कि ऑर्थोगोनल प्रयोगात्मक डिजाइन कम से कम परीक्षण मामलों के साथ अधिकतम पैरामीटर मूल्य कवरेज प्रदान करने के उद्देश्य को प्राप्त कर सकता है।

अंत में, रेंज विश्लेषण विधि का उपयोग इष्टतम संरचना पैरामीटर संयोजन खोजने के लिए अनुकूलन विधि के रूप में किया जाता है। चित्रा 8 पाइप की संख्या के संरचनात्मक पैरामीटर के लिए अनुकूलन परिणाम दिखाता है। इससे, हम देख सकते हैं कि पाइपों की संख्या 14 होने पर न्यूनतम मान प्राप्त होता है। चित्रा 9 मध्य पाइप में छेद की संख्या के बारे में संरचनात्मक पैरामीटर के लिए अनुकूलन परिणाम दिखाता है। इससे, हम देख सकते हैं कि न्यूनतम मान तब प्राप्त होता है जब मध्य पाइप में छेद की संख्या 14 होती है। चित्रा 10 अंदर से बाहर पाइप तक वेतन वृद्धि की संख्या के बारे में संरचनात्मक पैरामीटर के लिए अनुकूलन परिणाम दिखाता है। इससे, हम देख सकते हैं कि न्यूनतम मूल्य तब प्राप्त होता है जब अंदर से बाहर के पाइप तक वेतन वृद्धि की संख्या चार होती है। उपरोक्त विश्लेषण से पता चलता है कि इष्टतम संयोजन "pipe_number 14, hole_number 14, cumulative_number 4" है। सटीकता की पुष्टि करने के लिए, सिमुलेशन सॉफ्टवेयर द्वारा इष्टतम मामले का विश्लेषण किया गया था। चित्रा 4 और चित्रा 11 अनुकूलित मॉडल बनाम संदर्भ मॉडल के सुव्यवस्थित प्रवाह को दिखाते हैं। चित्रा 6 और चित्रा 12 संदर्भ मॉडल बनाम अनुकूलित मॉडल के अंदर प्रवाह वेग वितरण दिखाते हैं। तालिका 3 अनुकूलन परिणामों और संदर्भ मॉडल के परिणामों के बीच तुलना दिखाती है। यह देखा जा सकता है कि अनुकूलित मॉडल से गणना की गई मानक विचलन संदर्भ मॉडल के मानक विचलन की तुलना में कम है। तालिका 4 मानक विचलन में थोड़े बदलाव के साथ चार से छह तक छेद की संख्या में वृद्धि को दर्शाती है, और मॉडल नंबर तीन मशीनिंग लागत के परिप्रेक्ष्य से अनुकूलित मॉडल है। इस पेपर में, वेंट बॉक्स के आंतरिक वातावरण को इसकी संरचना को अनुकूलित करके सुधार किया जाता है, और इसके आंतरिक वातावरण की गुणवत्ता को मानक विचलन द्वारा मापा जाता है; मानक विचलन जितना छोटा होगा, वेंटेड बॉक्स के अंदर एयरफ्लो उतना ही अधिक सजातीय होगा, जो इंगित करता है कि इस काम में अपनाई गई अनुकूलन विधि प्रभावी और व्यवहार्य है।

सामग्री की तालिका। तालिका इस अध्ययन के लिए मूल कॉन्फ़िगरेशन दिखाती है, जिसमें उच्च प्रदर्शन ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) के साथ आवश्यक कंप्यूटर और सॉलिडवर्क्स, एनसिस-वर्कबेंच और एसपीएसएस के तीन सॉफ्टवेयर शामिल हैं।

तालिका 1: पैरामीटर संवेदनशीलता विश्लेषण। तालिका संवेदनशीलता विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले वेंट बॉक्स के 10 समूहों के लिए प्रवाह दरों के मानक विचलन को दर्शाती है। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

तालिका 2: प्रायोगिक डिजाइन बिंदु। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

तालिका 3: अनुकूलन परिणामों और संदर्भ मॉडल के परिणामों के बीच तुलना। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

तालिका 4: 14 पाइपों और 14 छेदों की संचयी संख्या की तुलना। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 1
चित्रा 1: वेंट बॉक्स का 3 डी मॉडल। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्र 2: ग्रिड आरेख. (A) वेंटेड बॉक्स के निचले आधे हिस्से का ग्रिड, (B) वेंटेड बॉक्स के ऊपरी आधे हिस्से का ग्रिड, और (C) पाइप का ग्रिड। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: ग्रिड स्वतंत्रता परीक्षण। एक्स-अक्ष जाल मॉडल में ग्रिड की अलग-अलग कुल संख्या है, और वाई-अक्ष मानक विचलन है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: संदर्भ-वेंट बॉक्स मॉडल के प्रवाह को सुव्यवस्थित करें। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 5
चित्रा 5: वेंटेड बॉक्स मॉडल के प्रवाह को सुव्यवस्थित करें। आंकड़ा वेंटेड बॉक्स के सुव्यवस्थित का परिणाम दिखाता है, जो संवेदनशीलता विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाने वाला एक मॉडल है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 6
चित्र 6: संदर्भ-वेंट बॉक्स मॉडल के अंदर प्रवाह वेग वितरण. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

Figure 7
चित्रा 7: वेंटेड बॉक्स मॉडल के अंदर प्रवाह वेग वितरण। आंकड़ा वेंट बॉक्स के अंदर प्रवाह वेग वितरण के लिए परिणाम दिखाता है, जो संवेदनशीलता विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाने वाला एक मॉडल है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 8
चित्र 8: पाइपों की संख्या के लिए ऑप्टिमाइज़ेशन परिणाम. कृपया इस आरेख का बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्र 9: मध्य पाइप में छेदों की संख्या के लिए अनुकूलन परिणाम. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

Figure 10
चित्र 10: अंदर से बाहर पाइप तक वेतन वृद्धि की संख्या का अनुकूलन परिणाम। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 11
चित्रा 11: अनुकूलित वेंटेड बॉक्स मॉडल के प्रवाह को सुव्यवस्थित करें। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 12
चित्र 12: अनुकूलित वेंट बॉक्स मॉडल के अंदर प्रवाह वेग वितरण. कृपया इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

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Discussion

इसके उच्च प्रदर्शन और जटिल संरचना के कारण, इस अध्ययन में, हमने मॉडलिंग सॉफ्टवेयर के आधार पर एक हवादार बॉक्स बनाया। हमने सिमुलेशन सॉफ्टवेयर द्वारा आंतरिक प्रवाह का विश्लेषण किया। सिमुलेशन सॉफ्टवेयर अपनी उन्नत भौतिकी मॉडलिंग क्षमताओं के लिए जाना जाता है, जिसमें अशांति मॉडलिंग, एकल और मल्टीफेज प्रवाह, दहन, बैटरी मॉडलिंग, द्रव-संरचना बातचीत और बहुत कुछ शामिल हैं। इस पेपर में उपयोग की जाने वाली नमूना चयन विधि ऑर्थोगोनल प्रयोगात्मक डिजाइन विधि है, जो इसकी वैज्ञानिक विधि, सरल संचालन, लागत-बचत लाभ और उल्लेखनीय प्रभाव के कारण यांत्रिक उत्पादन और अन्य क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है। रेंज विश्लेषण विधि एक सरल गणना के माध्यम से प्राथमिक और द्वितीयक कारकों और प्रयोग के इष्टतम संयोजन को प्राप्त कर सकती है।

परिणाम प्रोटोकॉल के भीतर इस सेटअप के कुछ महत्वपूर्ण घटकों पर निर्भर हैं। सबसे पहले, बैटरी पैक के 3 डी मॉडल बनाते समय, मॉडल में प्रत्येक शरीर और सतह को आसानी से पहचानने योग्य नाम देना बाद में सामग्री जोड़ने, जाल इंटरफ़ेस बनाने और सीमा की स्थिति निर्धारित करने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है। दूसरा, महत्वपूर्ण संरचनात्मक मापदंडों को निर्धारित करने से पहले, पैरामीटर संवेदनशीलता विश्लेषण अधिक महत्वपूर्ण संरचनात्मक मापदंडों का चयन करने के लिए किया जाना चाहिए। तीसरा, प्रत्येक सॉफ्टवेयर का संचालन करते समय, प्रत्येक पैरामीटर को सटीक रूप से सेट करना आवश्यक है, विशेष रूप से पैरामीटर की इकाई।

ग्रिड मॉडल आयात करने के बाद, किसी को जाल मॉडल का समस्या निवारण करना चाहिए और यह जांचने के लिए चेक पर क्लिक करना चाहिए कि जाल में नकारात्मक मात्रा है या नहीं। यदि विभाजित ग्रिड या मॉडल सेटिंग्स में कोई समस्या है, तो एक त्रुटि संदेश पॉप अप होगा। इस अध्ययन की मुख्य सीमा यह है कि उपयोग किए गए 3 डी मॉडल को वास्तविक वेंट बॉक्स को सरल बनाने के बाद बनाया गया है। सिम्युलेटेड वेंट बॉक्स का आंतरिक प्रवाह वास्तविक से थोड़ा अलग होगा। परिणाम वास्तविकता के करीब हो सकता है, लेकिन बिल्कुल नहीं। यह अनुकूलन विधि पूर्णांक-प्रकार के संरचनात्मक मापदंडों पर लागू होती है, जैसे कि पाइप और छेद की संख्या। आनुवंशिक एल्गोरिथ्म और एनीलिंग एल्गोरिथ्म अनुकूलन की तुलना में, इस पेपर में अनुकूलन परिणाम एल्गोरिथ्म अनुकूलन के परिणामों से हीन हैं; हालांकि, इंजीनियरिंग में, पहलू पूर्णांक-प्रकार पैरामीटर संरचना उत्पादों के उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त है।

यह तकनीक न केवल उच्च गुणवत्ता और उच्च विश्वसनीयता परीक्षण डेटा और परीक्षण उत्पादों को प्राप्त कर सकती है, बल्कि परीक्षण डेटा के विश्लेषण में परीक्षण विषयों के बीच आंतरिक संबंधों को मास्टर करने में भी हमारी मदद करती है। यह प्रोटोकॉल एक अनुकूलन विधि स्थापित करने में मदद करेगा, जबकि एक साथ वेंट बॉक्स की ऊर्जा खपत और प्रदर्शन पर विचार करेगा, और इसका व्यापक रूप से ताजा भोजन के भंडारण समय का विस्तार करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। इस तकनीक का उपयोग यांत्रिक डिजाइन, वास्तुशिल्प डिजाइन और अन्य क्षेत्रों में भी किया जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

यह शोध चीन के वेनझोउ विज्ञान और प्रौद्योगिकी ब्यूरो (अनुदान संख्या जेडजी 2020029 के तहत वेनझोउ प्रमुख वैज्ञानिक और तकनीकी नवाचार परियोजना) द्वारा समर्थित है। अनुसंधान को वेनझोउ एसोसिएशन फॉर साइंस एंड टेक्नोलॉजी द्वारा अनुदान संख्या केजेएफडब्ल्यू09 के साथ वित्त पोषित किया गया है। इस शोध को वेनज़ौ नगरपालिका कुंजी विज्ञान और अनुसंधान कार्यक्रम (ZN2022001) द्वारा समर्थित किया गया था।

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

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एक उच्च प्रदर्शन वेंटेड बॉक्स की डिजाइन और अनुकूलन रणनीतियाँ
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Feng, X., Pang, S., Pan, X., Chen,… More

Feng, X., Pang, S., Pan, X., Chen, Z., Wang, S., Li, Z. Design and Optimization Strategies of a High-Performance Vented Box. J. Vis. Exp. (196), e65076, doi:10.3791/65076 (2023).

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