एक उच्च प्रदर्शन वेंटेड बॉक्स की डिजाइन और अनुकूलन रणनीतियाँ
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।
Protocol
Representative Results
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 अ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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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