simulation
در نشریات گروه مکانیزاسیون کشاورزی-
فناوری دوقلوی دیجیتال به عنوان یک مدل مجازی از سیستم های فیزیکی، توانایی فراهم آوردن داده های بلادرنگ و دقیق از محیط ها و فرآیندهای مختلف را دارد. این فناوری در بخش های مختلف کشاورزی از جمله کشاورزی دقیق، مدیریت منابع آب، رباتیک کشاورزی و بهینه سازی فرآیندهای پس از برداشت، قابلیت های قابل توجهی برای افزایش بهره وری و کاهش هزینه ها به ارمغان می آورد. مقاله حاضر به بررسی کاربردهای فناوری دوقلوی دیجیتال در کشاورزی و تحلیل فرصت ها و چالش های آن پرداخته است. در ابتدا، فرصت های این فناوری، مانند بهبود مدیریت مزرعه، افزایش دقت پیش بینی ها، بهینه سازی مصرف منابع بررسی شده است و سپس چالش های موجود برای پیاده سازی آن در بخش کشاورزی، نظیر مسائل مربوط به کیفیت داده ها، حریم خصوصی، هزینه های اجرایی و پیچیدگی های فنی و قانونی، ارائه شده است. هدف این مطالعه، ارائه درک جامع تری از ظرفیت ها و موانع استفاده از دوقلوی دیجیتال در کشاورزی و ارائه پیشنهادهایی برای تحقیقات و برنامه ریزی های آینده در این حوزه است.
کلید واژگان: کشاورزی دیجیتال، دوقلوی دیجیتال، سیستم های سایبر- فیزیکی، شبیه سازیDigital Twin technology, as a virtual model of physical systems, enables the provision of real-time and precise data from various environments and processes. In agricultural sectors, including precision farming, water resource management, agricultural robotics, and post-harvest process optimization, this technology offers significant capabilities for enhancing productivity and reducing costs. This paper examines the applications of Digital Twin technology in agriculture and analyzes its opportunities and challenges. Initially, the opportunities, such as improved farm management, enhanced prediction accuracy, and resource consumption optimization, are examined. Subsequently, the implementation challenges in the agricultural sector, including data quality issues, privacy concerns, operational costs, and technical and legal complexities, are presented. This study aims to provide a more comprehensive understanding of the capabilities and barriers in implementing Digital Twin technology in agriculture while offering recommendations for future research and planning in this domain.
Keywords: Digital Agriculture, Digital Twin, Cyber-Physical Systems, Simulation -
نوشتار پیش رو به معرفی فناوری متاورس و تشریح قابلیت ها، چشم اندازها و چالش های آن در مدیریت مخاطرات طبیعی می پردازد. متاورس یا فراجهان چشم اندازی از اینترنت آینده است که با ترکیب فناوری های واقعیت مجازی، واقعیت افزوده، واقعیت ترکیبی، اینترنت اشیا، بلاک چین و هوش مصنوعی، ابزاری قدرتمند برای مدیریت مخاطرات طبیعی ارائه می دهد. متاورس می تواند شرایط مخاطرات طبیعی را شبیه سازی و بر مبنای آن برنامه های آموزشی و تمرینی موثری برای واکنش به مخاطرات تدوین کند. با استفاده از متاورس، داده های بلادرنگ از محیط جمع آوری و تحلیل می شوند و نتایج برای پیش بینی و واکنش سریع تر به مخاطرات طبیعی به کار می روند. امکان همکاری بین المللی و به اشتراک گذاری بهترین شیوه ها و تجربه ها نیز از دیگر مزایای متاورس است. این همکاری موجب افزایش بهره وری اقتصادی و ارتقاء سطح آماده باش در مواجهه با مخاطرات طبیعی می شود. متاورس با افزایش آگاهی عمومی و آموزش مردم درباره مخاطرات طبیعی موجب کاهش اضطراب در مواقع بحران می شود. با این حال، چالش هایی نیز در استفاده از متاورس وجود دارد، از جمله مقاومت در برابر تغییر ساختارهای سنتی، نیاز به زیرساخت های پیشرفته، حفاظت از حریم خصوصی داده ها، تامین امنیت اطلاعات و هزینه های زیاد. به رغم این چالش ها، نقش متاورس در مدیریت مخاطرات طبیعی بی نظیر است و پتانسیل های زیادی برای آینده دارد.کلید واژگان: آتشسوزی جنگل و مرتع، خشک سالی، زمین لغزش، سیل، شبیه سازی، متاورس، مدیریت بحرانThis article introduces Metaverse technology and outlines its capabilities, prospects, and challenges in managing natural hazards. Metaverse is a vision of the future Internet that combines virtual reality, augmented reality, mixed reality, the Internet of Things, blockchain, and artificial intelligence to offer a powerful tool for managing natural hazards. Metaverse can simulate natural hazard conditions and propose effective training and educational programs for hazard response. Further, the Metaverse aids in data analysis and hazard prediction. Metaverse collects real-time data from the environment and transfers it to analytical systems. This data plays a crucial role in predicting and reacting more swiftly to natural hazards. Metaverse makes international collaboration and sharing of best practices and experiences possible. This cooperation increases economic efficiency and improves preparedness levels in facing natural hazards. Additionally, the Metaverse can reduce crisis management's social and psychological impacts. However, challenges also exist in using the Metaverse. These challenges include resistance to traditional structure changes, the need for advanced technological infrastructure, data privacy protection, ensuring information security, and high setup and maintenance costs. Despite these challenges, the Metaverse's role in managing natural hazards is unparalleled, offering numerous potential benefits for the future.Keywords: Drought, Crisis Management, Flood, Landslide, Metaverse, Simulation, Wildfire
-
تولید محصولات باغی با تنش های محیطی مواجه است و هر ساله خسارات سنگینی به محصولات وارد می شود. کاربرد سایبان ها و توری خانه های کشاورزی برای کاهش تنش ها و افزایش کمیت و کیفیت محصول در چند سال اخیر به طور قابل توجهی توسعه یافته اند. با اینکه بعد از ستون ها، توری سایبان ها و توری خانه های کشاورزی مهم ترین جز این گونه کشت های محافظت شده هستند ولی اطلاعات زیادی در خصوص رفتار آن ها تحت بار های واردشده در دست نیست. هدف این مقاله بررسی و تحلیل رفتار توری ها در صورت وارده شدن بار های مختلف به آن هاست. در این تحقیق، نمونه سایبان های اجرا شده در سطح کشور بررسی شدند. برای تحلیل تنش و محاسبه تغییرمکان توری ها، با توجه به نحوه نصب و کارکرد، بار برف و شکل برف گیری آن ها از نرم افزار SolidWorks استفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد با چینش فاصله بین ستون ها و عرض به کار رفته برای توری ها، حداکثر بار برف مجاز قابل تحمل آنها 5/52-40 کیلوگرم در مترمربع است. همچنین مشخص شد تغییر فاصله ستون ها و عرض راهروها می توانند ضمن کاهش تجمع برف، نقشی مستقیم در پایداری سازه داشته باشند به طوریکه متناسب با بار منطقه، فاصله ستون ها به گونه ای می تواند تنظیم شود که امکان کرنش و تنش کمتری در توری به وجود آید و توری قابلیت بارگیری بیشتری پیدا کند. با توجه به تفاوت های نه چندان چشمگیر، جنبه اقتصادی در انتخاب فاصله ستون ها می تواند نقش تعیین کننده ای داشته باشد. این موضوع (تغییر فاصله عرض ستون ها)، می تواند به عنوان یک مزیت در توری های سایبان نیز در نظر گرفته شود. محاسبات نشان دادند که شرایط تسلیم در توری ها به شدت متاثر از تغییرمکان در آنهاست. به عبارت دیگر، با انتخاب فاصله مناسب بین ستون ها در ردیف راهرو و امکان ایجاد خیز بیشتر در توری ها، ظرفیت تحمل افزایش خواهد یافت اما باید توجه کرد که سطح بارگیری وسیع تر می شود و توری سایبان باید بار برف بیشتری را تحمل کند.کلید واژگان: بارگذاری، توری، شبیه سازی، کشاورزی محافظت شده، محیط های کنترل شده کشاورزیThe production of horticultural products is faced with environmental stress; and heavy damages are caused to the products every year. The use of shade/net houses to reduce stress and to increase the quantity and quality of the product have been significantly developed in the last few years. Although after the columns, screens of the shade/net houses are the most important part of such protected agriculture, there is not much information about their behavior under the loads. The purpose of this article is to investigate and analyze the behavior of screens when different loads are applied to them. In this research, the samples of shade/net houses implemented in the country were examined. The stress analysis and calculation of the displacement of the screens according to the way of installation and operation, the snow load and the shape of their snow removal were done using SolidWorks software. The results showed that with the arrangement of the distance between the cenotes and the width used for the nets, the maximum allowable snow load is 40-52.5 kg/m2. It was also found that changing the distances of the columns and the width of the corridors could have a direct role in the stability of the structure while reducing the accumulation of snow, so that according to the load of the area, the distance between the columns could be adjusted in such a way that it was possible to strain with less stress in the screen and the screen could be loaded. Having no significant differences, the economic aspect can play a decisive role in the selection of column distances. This issue (changing the width of the columns) can be considered as an advantage in screens of shade/net houses. Also, the calculations showed that the conditions of yielding in the nets were strongly affected by the change of location in them. In other words, by choosing the appropriate distance between the columns in the row of the corridor and the possibility of creating more rise in the screens, the bearing capacity would increase, but it should be noted that the loading surface is wider and the screens of shade/net houses must bear more snow load.Keywords: Controlled Agricultural Environments, Loading, Protected Agriculture, Screen, Net, Simulation
-
در کشورهای در حال توسعه، نشاکاری به صورت سنتی یکی از روش های مرسوم در سطح مزرعه است. در این روش به دلیل آلودگی زیست محیطی بجا مانده از سینی های پلاستیکی موجب تخریب ساختمان و بافت خاک می شود به همین دلیل امروزه از یک روش جایگزین، بنام گلدان های تجزیه پذیر استفاده می کنند. در این تحقیق خصوصیات دو نوع گلدان تجدیدپذیر با استفاده از دستگاه آزمون فشار با سه سطح رطوبتی در سه تکرار بررسی گردید. هدف کلی معرفی بهترین گلدان برای کاشت نشاء در دستگاه هوشمند جهت توسعه دانش فنی و افزایش بهره وری کاشت با کمترین ضایعات در سطح مزارع ایران است. نتایج نشان داد نوع گلدان، برای شاخص های چگالی، تنش نهایی و تسلیم، جابجایی در تنش نهایی و تسلیم در سطح 5 درصد و زمان جذب آب، برای شاخص های چگالی، رطوبت، تنش نهایی و تسلیم، جابجایی در تنش نهایی و تسلیم و ضخامت گلدان در سطح 1 درصد معنادار است. همچنین نتیجه آزمون شبیه سازی گلدان تجدیدپذیر استوانه مخروطی ناقص و هرم مربعی شکل با استفاده از نرم افزار انسیس با داده های آزمایشگاهی به ترتیب ضریب همبستگی 88 و 91 درصد را نشان داد. با توجه به پژوهش حاضر بهترین گزینه برای استفاده در دستگاه نشاکار هوشمند جهت کاشت، نمونه گلدان استوانه مخروطی ناقص در محتوی رطوبتی اولیه و مدت زمان 30 دقیقه جذب آب است.کلید واژگان: خصوصیات فیزیکی و مکانیکی، شبیه سازی، کشاورزی پایدار، گلدان تجدید پذیر، نرم افزار انسیسIn developing countries, transplanting in a traditional way is one of the conventional methods at the farm level. In this method, due to the environmental pollution left over from plastic trays, it destroys the structure and soil texture. For this reason, nowadays, they use an alternative method, degradable pots. In this research, the characteristics of two types of renewable pots were investigated using a pressure test device with three humidity levels in three repetitions. The general goal is to introduce the best pot for planting seedlings in a smart device to develop technical knowledge and increase the productivity of planting with the least waste in Iranian farms. Is. The results showed that the type of pot, for parameters density, ultimate stress, displacement in ultimate stress, yield stress and displacement in yield stress at the level of 5% and water absorption time, for parameters density, humidity, ultimate stress, displacement in ultimate stress , yield stress, displacement in yield stress and pot thickness is significant at 1% level. Also, the result of the simulation test of incomplete conical cylinder and square pyramid renewable pot using Ansys software with laboratory data showed a correlation coefficient of 88 and 91%, respectively. According to the present research, the best option to use in the smart planter for planting is the sample of the incomplete conical cylinder pot in the initial moisture content and the duration of 30 minutes of water absorption.Keywords: Ansys Software, Physical, Mechanical Properties, Renewable Pot, Simulation, Sustainable Agriculture
-
خشک کن ها نقش بسیار زیادی در فرآوری محصولات غذایی، شیمیایی و دارویی ایفا می کنند. عملکرد خشک کردن به عوامل مختلفی مانند نوع خشک کن، دما و سرعت هوای ورودی به خشک کن، اندازه و میزان مواد ورودی و زمان ماند مواد در محفظه بستگی دارد. به همین دلیل لازم است تا مطالعات اختصاصی در زمینه خشک کردن محصولات صورت پذیرد. از طرفی طراحی، ساخت و تجهیز خشک کن به حسگرها، برای اندازه گیری ویژگی های مختلف، فرایندی هزینه بر است و در تحقیقات اخیر از روش های عددی و شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل خشک کن ها استفاده شده است. لذا در این مقاله ویژگی های موثر بر فرآیند خشک کردن در یک خشک کن بستر شناور با جریان متقاطع با سینی، به روش CFD مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور اثر دبی جرمی مواد در 3 سطح 76/2 ، 76/5 و 1/8 کیلوگرم بر ساعت، سرعت هوای گرم ورودی در 4 سطح 5/2، 3، 4 و 5 متر بر ثانیه و دماهای هوای گرم در 4 سطح50، 60، 70 و 80 درجه سلسیوس روی سرعت و فشار داخل محفظه، توسط نرم افزار ANSYS fluent 18 بررسی گردید. نتایج نشان داد که افزایش دما باعث افزایش فشار و سرعت هوا در داخل محفظه و در بستر شد. افزایش دبی خوراک، باعث کاهش فشار و سرعت گردید.کلید واژگان: خشک کن بستر شناور، شبیه سازی، جریان متقاطع، CFDDryers play a very important role in the processing of food, chemical and pharmaceutical products. The drying performance depends on various factors such as the type of dryer, the temperature and speed of the incoming air to the dryer, the size and amount of incoming materials, and the time the materials stay in the chamber. For this reason, it is necessary to carry out specific studies in the field of drying products. On the other hand, designing, manufacturing, and equipping dryers with sensors to measure various characteristics is a costly process, and in recent research, numerical and simulation methods have been used to analyze dryers. Therefore, in this article, the characteristics affecting the drying process in a cross-flow fluidized bed dryer with a tray were investigated by CFD method. For this purpose, the mass flow rate effect of materials in 3 levels is 2.76, 5.76 and 8.1 kg/h, the velocity of incoming hot air in 4 levels is 2.5, 3, 4 and 5 m/s and hot air temperatures in 4 levels of 50, 60, 70 and 80 degrees Celsius on the speed and pressure inside the chamber was checked by ANSYS fluent 18 software. The results showed that increasing the temperature caused an increase in the air pressure and speed inside the chamber and in the bed. Increasing the feed flow decreased the pressure and velocity.Keywords: Fluidized Bed Dryer, Simulation, Cross Flow, CFD
-
در باغبانی برای کنترل تنش های زیستی و غیرزیستی در محیطی حفاظت شده، استفاده از سایبان ها و توری خانه ها می توانند راه حلی مقرون به صرفه باشند. برخلاف گلخانه، سایبان برای بارهای غیرسنگین طراحی شده است. علاوه بر این، روش اعمال بارها به عنوان نکته ای کلیدی در طراحی سازه باید مد نظر قرار گیرد. بنابراین، طراحی ستون ها با توجه به ممان های ناشی از بار باد، موضوعی بحث برانگیز است. این ممان های خمشی و پیچشی در ستون ها به دلیل نبود تعادل بار باد روی مش ایجاد می شوند. سطح مقطع ستون های به کار رفته در سازه سایبان، تاثیر مستقیمی بر مقاومت آن در بارهای مختلف دارد. از این رو، در این تحقیق تحلیل تنش ستون ها با مقطع مستطیلی (قوطی)، ناودان و (سینوسی) برای مقایسه در نظر گرفته شده است. برای تمامی تحلیل ها از نرم افزار SolidWorks استفاده شده است. تحلیل تنش برای مقاطع ستون های مذکور که به صورت دوتایی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند نیز انجام شد. نتایج تحلیل تنش تک ستون ها نشان داد در بارگذاری از مقابل، ستون با مقطع سینوسی، نسبت به ستون های دارای دو مقطع دیگر، استحکام بیشتری دارد و تغییر مکان کمتری در آن در نتیجه بارگذاری به وجود آمد. در بارگذاری جانبی نیز تنش کمتری برای مقطع سینوسی محاسبه شد. از نظر بار پیچشی، ستون قوطی شکل عملکرد بهتری داشت و تغییر شکل زاویه ای بسیار کمتری نسبت به ستون های سینوسی شکل و ناودان در آن مشاهده شد. به طورکلی می توان نتیجه گرفت که در تک ستون های مذکور، عملکرد مقطع شکل بهتر از عملکرد دو مقطع دیگر است. نتایج بارگذاری و تحلیل سه نوع ستون دوتایی نشان داد استحکام پروفیل سینوسی با سطح مقطع شکل بهتر است تا ستون های قوطی و ناودان و تغییر مکان ایجاد شده کمتر از دو نوع ستون دیگر است. در بارگذاری جانبی، تحلیل تنش نشان داد ستون مقطع سینوسی، نسبت به دو نوع مقطع دیگر، استحکام بیشتر و تغییر مکان کمتری دارد. در بارگذاری پیچشی، ستون قوطی با سطح مقطع مستطیل دوتایی استحکام بیشتر و تغییر مکان کمتری داشت. سرانجام، بر اساس نتایج تحلیل تنش مشخص شد که سطح مقطع سینوسی دوتایی استحکام بیشتری دارد و می تواند با موفقیت به عنوان ستون سازه های سایبان و توری خانه، به ویژه برای مناطقی انتخاب شود که بادهای شدید دارند.
کلید واژگان: استحکام، بارگذاری، شبیه سازی، محیط های کنترل شده کشاورزیIn horticulture, to control biotic and abiotic stresses in a protected environment, the use of shade/net house or anti hail-net house can be a cost-effective solution. Unlike a greenhouse, a shade/net house is designed for non-extreme loads. In addition, the method of applying loads as a key point should be considered in the design of the structure. Therefore, the design of columns is a controversial issue considering the moments caused by wind load. These bending and twisting moments in the columns are created due to the imbalance of the wind load on the mesh. The columns cross-section used in shade/net structures have a direct effect on its strength, under different loads. Hence, stress analysis of columns with rectangular cross-section, C and U (sine) channels are considered for comparison. All these analyses were calculated and performed by SolidWorks software. This stress analysis was also performed for the mentioned columns sections that were placed next to each other in a double form. The results of the stress analysis of single columns showed that in front loading, the column with sinusoidal U section had more strength than that the columns with two other sections. It also had less deflection. In lateral loading, less stress was calculated for the sinusoidal U section. In terms of torsional load, the column with a rectangular cross-section performed better and had a much smaller angular deviation than the sinusoidal U-shaped and C-channel columns. In general, it can be concluded that in the mentioned single columns, the performance of the U-shaped section is more acceptable. The results of the loading and analysis of three types of double columns showed that the strength of the sinusoidal profile with a U-shaped cross-section was higher than that of rectangular tube and C channel. Also, the deflection created was less than that the other two types of columns. In lateral loading, the stress analysis showed that the sinusoidal U-section column had more strength and also had less deflection. In torsional loading, the double rectangular tube column had more strength and less deflection than that the other two sections. Finally, based on the stress analysis results, it was clarified that the double sinusoidal U-cross-section had more strength and successfully could be chosen in shade/net house infrastructures.
Keywords: Consistency, Controlled Agricultural Environments, Loading, Protected Agriculture, Simulation -
این مطالعه با هدف شبیه سازی انتقال حرارت و جرم در طول خشک کردن رفرکتنس ویندو برای ژل آلوئه ورا انجام شده است. با کمک نرم افزار کامسول مولتی فیزیکس (COMSOL Multiphysics) یک مدل سه بعدی برای حل معادلات انتقال حرارت و جرم ایجاد شد. بدین منظور معادلات دیفرانسیل انتقال حرارت و جرم به صورت هم زمان و وابسته به هم حل شدند. مدل فوق با شرایط اولیه، دمای آب 60، 70، 80 و 90 درجه سلسیوس و ضخامت ژل آلوئه ورا 5 و 10 میلی متر در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد زمان خشک کردن مورد نیاز برای کاهش رطوبت ژل آلوئه ورا از 110 به 0.1 گرم آب بر گرم ماده خشک در طول خشک کردن رفرکتنس ویندو در دمای آب 60، 70، 80 و 90 درجه سلسیوس برای ژل آلوئه ورا با ضخامت 5 میلی متر به ترتیب 120، 100، 70 و 50 دقیقه و برای ژل آلوئه ورا با ضخامت 10 میلی متر به ترتیب 240، 190، 150 و 120 دقیقه بود. هم چنین سرعت خشک شدن برای ژل آلوئه ورا با ضخامت 5 میلی متر به ترتیب 0.915، 1.099، 1.57 و 2.198 گرم آب بر دقیقه و برای ژل آلوئه ورا با ضخامت 10 میلی متر به ترتیب 0.457، 0.578، 0.732 و 0.915 گرم آب بر دقیقه بود. بنابراین نتایج حاصل از شبیه سازی، مطابق داده های تجربی مقالات مشابه است و هرچه دمای آب بالاتر و ضخامت محصول کم تر باشد، محصول سریع تر خشک می شود.
کلید واژگان: انتقال حرارت، انتقال جرم، رفرکتنس ویندو، ژل آلوئه ورا، شبیه سازیIntroductionDrying is one of the oldest methods of food preservation. To increase the efficiency of heat and mass transfer while maintaining product quality, the study of the drying process is crucial scientifically and meticulously. It is possible to conduct experimental tests, trial and error, in the drying process. However, this approach consumes time and cost, with a significant amount of energy resources. By harnessing available software and leveraging technological advancement to develop a general model for drying food under varying initial conditions, the drying process can be significantly optimized.
Materials and MethodsThis study was conducted with the aim of simulating heat and mass transfer during Refractance window drying for aloe vera gel. Comsol Multiphysics version 5.6 is a three-dimensional model used to solve heat and mass transfer equations. For this purpose, the differential equations of heat and mass transfer were solved simultaneously and interdependently. The above model considered various initial conditions: water temperature of 60, 70, 80, and 90℃, and aloe vera gel thickness of 5 and 10 mm. The initial humidity and temperature of the aloe vera is uniform. The initial temperature is 4℃ and the initial humidity of the fresh aloe vera sample is 110 gwater/gdry matter. Heat is supplied only by hot water from the bottom surface of the product.
Results and DiscussionThe drying time was needed to reduce the moisture content of aloe vera gel from 110 to 0.1 gwater/gdry matter during Refractance window drying. Aloe vera gel with a thickness of 5 mm dried in 120, 100, 70, and 50 minutes at water temperatures of 60, 70, 80, and 90℃, respectively. For a 10 mm thick layer of aloe vera gel, the drying time was 240, 190, 150, and 120 minutes, for water temperatures of 60 to 90℃, respectively. These results demonstrate the importance of both the water temperature and thickness on the drying time. Furthermore, the drying rate of aloe vera gel increased as the water temperature increased from 60 to 90℃, the drying rates were 0.915, 1.099, 1.57, and 2.198 gwater/min for 5 mm thickness and 0.457, 0.578, 0.732, and 0.915 gwater/min for 10 mm thick layer of aloe vera gel, respectively.
ConclusionBased on the simulation results, the optimal model is with a water temperature of 90℃ and an aloe vera gel thickness of 5 mm. Overall, the modeling results are consistent with the results of experimental data.
Keywords: Aloe Vera Gel, Heat Transfer, Mass Transfer, Refractance Window Dryer, Simulation -
این تحقیق با هدف بهینه سازی هم زنی در هاضم های بی هوازی گاز-بالابر لجن فاضلاب شهری انجام شد، زیرا هم زنی یکنواخت برای ارتباط موثر بین باکتری های متانوژن و مواد مغذی مهم است. نمونه برداری لجن فاضلاب شهری در تصفیه خانه غرب اهواز (چنیبه) در تابستان 1401 انجام شد. یک مدل برای شبیه سازی، بهینه سازی و تایید فرآیند شبیه سازی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) توسط نرم افزار ANSYS Fluent 19.0 ارایه شد. سرعت گاز ورودی به هاضم تعیین شد و یک لوله گاز- بالابر و بافل آویزان مخروطی به طرح هاضم اضافه شد. سرعت های مختلف گاز ورودی برای بهینه سازی اختلاط در هاضم مورد بررسی قرار گرفت و شاخص های ارزیابی مانند سرعت ذرات لجن، گرادیان سرعت ذرات لجن، انرژی جنبشی تلاطم و ویسکوزیته گردابی ذرات لجن مورد ارزیابی قرار گرفت. سرعت بهینه گاز ورودی 0.3 ms-1 تعیین شد. نتایج شبیه سازی با استفاده از روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV) تایید شد و درصد همبستگی کافی بین کانتورهای CFD و PIV وجود داشت (98.8% در محل اتصال دیواره به کف هاضم). نتایج نشان داد که مدل مورداستفاده برای شبیه سازی، بهینه سازی و تایید فرآیند شبیه سازی موفق بوده است و می توان آن را برای هاضم های بی هوازی گاز- بالابر استوانه ای شکل با نسبت ارتفاع به قطر 1.5، نسبت قطر لوله گاز- بالابر به قطر هاضم 0.2، نسبت ارتفاع لوله گاز- بالابر به ارتفاع سیال 0.75، فاصله بافل آویزان مخروطی از سطح سیال 0.125 برابر ارتفاع سیال و قطر بیرونی بافل به قطر هاضم 2/3 توصیه کرد.
کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، سرعت سنجی تصویر ذرات (PIV)، شبیه سازی، هضمThis research aims to optimize the mixing process in gas-lift anaerobic digesters of municipal sewage sludge since mixing and maintaining uniform contact between methanogenic bacteria and nutrients is essential. Wastewater municipal sludge sampling was performed at the Ahvaz West treatment plant (Chonibeh, Iran) during the summer of 2022. A Computational Fluid Dynamics (CFD) model was implemented to simulate, optimize, and confirm the simulation process using ANSYS Fluent software 19.0. The velocity of the inlet-gas into the digester was determined and a draft tube and a conical hanging baffle were added to the digester design. Different inlet-gas velocities were investigated to optimize the mixing in the digester. Furthermore, turbulence kinetic energy and other evaluation indexes related to the sludge particles such as their velocity, velocity gradient, and eddy viscosity were studied. The optimal inlet-gas velocity was determined to be 0.3 ms-1. The simulation results were validated using the Particle Image Velocimetry (PIV) method and the correlation between CFD and PIV contours was statistically sufficient (98.8% at the bottom corner of the digester’s wall). The results showed that the model used for simulating, optimizing, and verifying the simulation process is valid. It can be recommended for gas-lift anaerobic digesters with the following specifications: cylindrical tank with a height-to-diameter ratio of 1.5, draft tube-to-digester diameter ratio of 0.2, draft tube-to-fluid height ratio of 0.75, the conical hanging baffle distance from the fluid level equal to 0.125 of the fluid height, and its outer diameter-to-digester diameter of 2/3.
Keywords: Computational Fluid Dynamics (CFD), Digestion, Particles Image Velocimetry (PIV), simulation -
هدف از تحقیق حاضر شبیهسازی سه بعدی فرآیند انتقال هم زمان گرما و رطوبت در عملیات خشک کردن همرفتی مواد غذایی از جمله هویج بود که این فرآیندها روی پدیده های تبعی مانند ترک تاثیرگذار است. مدل هندسی ورقه های هویج در محیط نرم افزار Comsol Multiphysics 3.5 ترسیم شد و سپس به تعداد 10017 المان و با درجه آزادی 30550 گسسته سازی شد. توسعه مدل با حل عددی معادلات دیفرانسیل حاکم به روش اجزاء محدود در محیط نرم افزار مذکور تحت دماهای مختلف هوای گرم انجام شد. در حل معادلات حاکم، خصوصیات مهندسی هویج به صورت متغیر در نظر گرفته شده و پروفایل های دما و رطوبت در شرایط مختلف خشک کردن پیشبینی شد. هم چنین آزمایشهایی برای به-دست آوردن مقادیر خصوصیات مهندسی از قبیل دانسیته واقعی و ظاهری و ضریب نفوذ موثر رطوبت و سینتیک خشک شدن، با استفاده از خشککن قفسهای متصل به ابزارهای مختلف اندازه گیری، در دماهای مختلف هوای گرم و ضخامتهای مختلف نمونهها انجام شد. نتایج به-دست آمده از شبیه ساز با دادههای آزمایشی حاصل از خشککردن هویج مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مدل توسعه یافته توانسته است با دقت بالایی روند کاهش رطوبت و افزایش دما را در داخل نمونهها پیشبینی نماید. دقت پیشبینیها در محدوده 87/99 تا 98/99 درصد قرار داشت. بنابراین شبیهساز توسعه یافته میتواند برای پیش بینی پروفیل های دما و رطوبت در فرآیند خشک کردن محصولات کشاورزی مختلف با خواص مهندسی مشابه و با دقت بالا به منظور بررسی تاثیر عملیات خشک کردن روی خواص کیفی نهایی و رسیدن به بالاترین کیفیت محصول مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: شبیه سازی، انتقال گرما و رطوبت، مواد غذایی، خشک کردن همرفتیThe aim of this study was a three-dimensional simulation of the heat and moisture transfer process in food drying operations. A three-dimensional geometric model of carrot slices was used for simulation. The domain was discretized into 1017 tetrahedral elements, with a freedom degree of 30550. Governing differential equations of heat transfer and moisture transfer during the carrot drying process were solved under different drying air temperatures based on the finite element method using the Comsol Multiphysics 3.5 software. The equation was solved by considering the variable engineering properties of carrots. The temperature and moisture profiles were predicted at different drying conditions. In addition, some experiments were performed to obtain the engineering properties of carrot slices, such as bulk and true density and the effective moisture diffusion coefficient during hot air drying at different thicknesses of slices and air temperatures. The predicted data were compared with the experimental data. Results showed that the model can accurately predict the moisture and temperature variation of the sample during the drying process. Prediction accuracy was 99.87 to 99.98 %, and the error was 3.5 to 19 %. Therefore, the developed simulator can be highly accurate for other agricultural products with similar engineering propertiesKeywords: Simulation, Heat, Moisture Transfer, Food, Convectional Drying
-
One of the most popular and oldest ways to preserve fruits and vegetables out of season is drying. The mass and heat transfer mechanisms during the drying of food products are complex. In this study, orange slices were dried by the natural convection with a vacuum dryer and the heat and mass transfer process of slices during drying were simulated and predicted by the finite element method using Comsol Multiphysics software. The simulation was done for temperatures of 45, 65, and 85 °C and pressure of 60 kPa. The results showed that the predicted model simulated moisture transfer (R2 between 0.92 and 0.97) and heat transfer (R2 between 0.97 and 0.99) with appropriate accuracy. The simulation showed that after the surface moisture drying, the moisture gradient was from the center to the surface, while the temperature gradient was from the surface to the center.Keywords: Orange, Vacuum dryer, Comsol Multiphysics, Finite Elements, Simulation
-
یکی از عوامل موثر در رشد گیاهان، وجود دمای مناسب و یکنواخت در گلخانه ها می باشد لذا به منظور دستیابی به این مهم و صرفه جویی در مصرف انرژی، استفاده از نانوسیالات و بهینه سازی سیستم های گرمایشی می تواند جایگزین مناسبی برای سیستم های گرمایشی پرمصرف و غیر یکنواخت باشد. برای این منظور در این تحقیق از پیکربندی گرمایش از کف و کاربرد نانوسیال برای گلخانه استفاده شده است. ابتدا هندسه ی حجم کنترل یک گلخانه در نرم افزار سالیدورک طراحی و به منظور بررسی شبیه سازی، هندسه ی هرمی شکل برای آن در نظر گرفته شد. شرایط مرزی برای سردترین دمای شبانه روز در سال با توجه به شرایط محیطی با اندازه گیری داده های دما، رطوبت و جریان هوا استخراج گردید. تحلیل پارامتریک نتایج برای دو نوع نانوسیال آلومینا و دی اکسید تیتانیوم در درصدهای حجمی 1، 2 و 3 درصد صورت پذیرفت و تاثیر پارامترهای مذکور بر عدد ناسلت و در جریان گرمایش از کف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نانوسیال آلومینا نسبت به نانوسیال دی اکسید تیتانیوم دارای عدد ناسلت بیشتری بوده و افزایش قطر نانوذرات تاثیر منفی بر مقدار عدد ناسلت دارد. همچنین با مقایسه ی ضریب عملکرد گرمایش از کف گلخانهی هرمی شکل بین نانوسیال آلومینا و نانوسیال دی اکسید تیتانیوم مشاهده می شود که متوسط مقدار این ضریب برای نانوسیال آلومینا 14 درصد بیشتر است.
کلید واژگان: شبیه سازی، گلخانه، گرمایش از کف، نانوسیال، دینامیک سیالات محاسباتیIntroduction:
In recent years, Underground heating systems are one of the cleanest and best types of heating systems which these techniques have been used in many greenhouses. In this method, a source of thermal energy, which is often a gas or diesel, is used to heat the fluid. Then, the heated fluid is transferred to the entire greenhouse through the pipe networks that are placed on the floor of the greenhouses and under the soil, and creates a pleasant heat. During the cold months of the year, having a proper heating system for the greenhouse is essential. A standard greenhouse heating system could improve the temperature inside the greenhouse and spread it evenly on the entire surface of the greenhouse and finally, it is very effective in the growth and quality of plants and products in all months of the year. Today, fluids play a very important role in industry, especially in heating systems. Common fluids such as water, ethylene glycol and motor oil have a limited conductivity coefficient. Therefore, using the above-mentioned fluids at high temperatures causes heat transfer problems. Nanofluids consist of very small particles (usually less than 400 nm) dispersed in a base fluid. The conducted research shows that due to the high thermal conductivity of nanofluids compared to common fluids, in the future nanofluids will become a new type of fluid used in advanced heat transfer for engineering applications. Therefore, according to the importance of this topic, in this research, the heating system of the greenhouse floor is simulated and analyzed using CFD technique.
Materials and Methods:
In this research, in order to simplify the process of simulation, the inhomogeneity in the fluid flow is ignored and the single-phase flow is considered. In order to investigate the effect of each of the nanofluids on the fluid behavior and heat transfer of the pyramidal greenhouse, analysis and simulation of the greenhouse was performed based on three-dimensional computational fluid dynamics. First, the geometry of the control volume of a greenhouse was designed in Solidwork software, and in order to check the simulation, a pyramidal geometry was considered. The boundary conditions for the coldest day and night temperature in the year were extracted according to the environmental conditions by measuring the data of temperature, humidity and air flow. Two parameters of pressure drop value and Nusselt number were selected as target parameters in this research. The flow friction coefficient in the floor heating section was calculated through the pressure drop along the section and its hydraulic diameter. Single-phase fluid pressure drop in all pipes inside the thermal cycle was modeled in this section. Finally, the parametric analysis of the results and the comparison of the heating efficiency of the greenhouse floor for two types of nanofluid alumina and titanium dioxide in volume percentages of 1%, 2% and 3% were used. Besides, the effect of the mentioned parameters on the Nusselt number and in the flow of floor heating was investigated.
Results and Discussion:
Based on the obtained results, it was concluded that an increase in Reynolds number in all volume percentages leads to an increase in Nusselt number and alumina nanofluid has a higher Nusselt number than titanium dioxide nanofluid. Also, in both nanofluids assuming a constant inlet temperature of 40℃ and a diameter of nanoparticles of 5 nm, the Nusselt number also increased with an increase in the volume percentage of particles at a constant Reynolds number. According to the results obtained with the increase in the diameter of nanoparticles, the Nusselt number decreased for both alumina and titanium dioxide nanofluids, which is greater for titanium dioxide nanofluids. Considering the findings related to the pressure drop, with the increase in the volume percentage of nanoparticles in both nanofluids, the pressure drop increased, and this drop is more severe in the alumina nanofluid, and it could be attributed to the higher density and viscosity of the alumina nanofluid compared to the titanium dioxide nanofluid. The results related to the pressure drop showed that, with the increase in the volume percentage of nanoparticles in both nanofluids, the pressure drop increased, and this drop is more intense in the alumina nanofluid and this factor is attributed to the higher density and viscosity of alumina nanofluid compared to titanium dioxide nanofluid. On the other hand, the increase in Reynolds number in both nanofluids has resulted in an increase in pressure drop. The results related to the changes in the friction coefficient in terms of Reynolds number in different volume percentages show that the coefficient decreases with the increase in Reynolds number, and these changes are more intense at lower Reynolds numbers. By comparing the performance coefficient between alumina nanofluid and titanium dioxide nanofluid, it can be concluded that the average value of this coefficient is 14% higher than other nanofluids for alumina nanofluid. But, the sensitivity of the performance coefficient of titanium dioxide nanofluid compared to alumina nanofluid is more intense to the changes of Reynolds number.
Conclusion:
Due to the production of greenhouse products in all seasons and the necessity of precise greenhouse control, it can be concluded that dealing with new and advanced methods in the management and optimization of the country's greenhouses is importance. The results of the present research show the fact that the simulation of heating from the greenhouse floor and its various aspects can be a suitable measure to check the uniformity and proper distribution of heat inside the greenhouse. In order to improve the efficiency of thermal equipment, using nanofluids with higher thermal ability is essential. Besides, comparing the performance coefficient of the system due to the use of nanofluids indicated the high efficiency of the use of nanofluids in comparison with pure water in the greenhouse floor heating system.
Keywords: Simulation, Greenhouse, Underfloor heating, Nanofluid, Computational fluid dynamics (CFD) -
خشک کن های گلخانه ای نور خورشید را مستقیما از طریق پوشش شفاف روی سقف سازه گلخانه جذب می کنند. جذب تابش خوشید در این خشک کن ها فقط از سمتی که تابش خورشید وجود دارد، انجام می شود و امکان جذب تابش خوشید از سمت مقابل وجود ندارد. هدف از این تحقیق، استفاده از کلکتور سهموی خورشیدی برای انعکاس نور خوشید در طرف دیگر خشک کن است تا بازده ی خشک کن افزایش یابد. برای این منظور، اثر استفاده از کلکتور خوشیدی سهموی خطی و سهموی نقطه ای و اثر شدت تابش خورشید به نمایندگی از ساعات مختلف روز و ماه در شهر اصفهان، روی سرعت و دمای هوای داخل محفظه چهار نوع خشک کن گلخانه ای متداول به روش دینامیک سیالات محاسباتی ارزیابی گردید. رفتار جریان هوای گرم داخل خشک کن با استفاده از نرم افزار تجاری ANSYS fluent 18 شبیه سازی شد. خلاصه نتایج بدست آمده نشان داد که استفاده از کلکتور خورشیدی در خشک کن های گلخانه ای، باعث افزایش سرعت و دمای هوای داخل خشک کن شد. اگر چه کلکتور سهموی نقطه ای نسبت به کلکتور سهموی خطی، نقاط داغ موضعی بیشتری در خشک کن ایجاد کرد ولی کلکتور سهموی خطی نسبت به کلکتور سهموی نقطه ای، سرعت و دمای یکنواخت تری ایجاد کرد. در مجموع در بین خشک کن های شبیه سازی شده، خشک کن نوع چهارم با کلکتور سهموی خطی، بهترین عملکرد را دارا بود.کلید واژگان: خشک کن گلخانه ای، کلکتور خورشیدی سهموی، محصولات کشاورزی، دینامیک سیالات محاسباتیGreenhouse dryers absorb sunlight directly through the transparent coating on the roof of the greenhouse structure. Absorption of pleasant radiation in these dryers is done only from the side where there is sunlight, and it is not possible to absorb pleasant radiation from the opposite side. The purpose of this study is to use a solar parabolic collector to reflect pleasant light on the other side of the dryer to increase the dryer efficiency. For this purpose, the effect of using linear parabolic and point parabolic pleasant collectors and the effect of solar radiation intensity, representing different hours of the day and month in Isfahan, on the speed and temperature of the air inside the chamber of four types of common greenhouse dryers were evaluated by computational fluid dynamics method. The behavior of hot air flow insidethe dryer was simulated using ANSYS fluent 18 commercial software. The results showed that using solar collectors in greenhouse dryers increased the speed and temperature of the air inside the dryer. Although the point parabolic collector created more localized hot spots in the dryer than the linear parabolic collector, the linear parabolic collector produced a more uniform speed and temperature than the point parabolic collector. Overall, the fourth type ofdryer with a linear parabolic collector had the best performance among the simulated dryers.Keywords: Computational fluid, Dynamics, Greenhouse dryer, Parabolic solar collector, Simulation
-
شبیه سازی فرآیند می تواند گامی مثبت در کاهش هزینه و زمان باشد، نانوامولسیون اسانس آویشن با استفاده از تویین80 تحت شرایط آب تحت فشار (دمای بالاتر از 100 درجه سلسیوس) تولید گردید. شبیه سازی شرایط عملیاتی با استفاده از نرم افزار COMSOL-Multiphysics انجام گرفت و ویژگی های محصول مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که در دمای 120درجه سلسیوس و زمان 120 دقیقه حرارت دهی، دمای مربوط به محفظه حاوی نانوامولسیون اسانس آویشن بازه دمایی 108 الی 111 درجه سلسیوس بوده که شرایط آب تحت فشار را پوشش خواهد داد. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نانوامولسیون تولید شده مورد ارزیابی قرار گرفت، میانگین اندازه ذرات 33 نانومتر با شاخص پراکندگی ذرات 212/0 و پتانسیل زتای 5/13- میلی ولت، بدست آمد، در نهایت مورفولوژی نانوامولسیون تولید شده نشان از کروی بودن نانو قطرات روغن بود که نشان دهنده پایداری ترمودینامیکی بالای نانوامولسیون تولید شده می باشد.کلید واژگان: نانوامولسیون، اسانس آویشن، شبیه سازی، آب مادون بحرانی، شرایط عملیاتیSimulating of operating conditions for different processes is a positive step towards saving time and cost. In the present study, Thyme essential oil nanoemulsions using tween 80, as emulsifier, under sub-critical water conditions (Temperature above 100 ° C) were prepared according to the results of the simulation of operating conditions using the COMSOL Multiphysics software and their physical properties were evaluated. The simulation results showed that heating at temperature of 120 ° C up to 120 minutes, could not provide sub-critical water conditions, and the Thyme essential oil nanoemulsions were not formed. However, oven heating of sealed container containing Thyme essential oil nanoemulsions, at same temperature for minimum 120 min, indicated that the temperature of the formed nanoemulsions was ranged in108 to 111 ° C, which that was completely satisfied sub-critical water temperature condition. Physico-chemical properties of Thyme essential oil in water nanoemulsions were analyzed using DLS, FTIR and TEM. Obtained results indicated that the prepared nanoemulsions under sub-critical water conditions had particle size, polydispersity index and zeta potential of 33 nm, 0.221 and -13.5 mV, respectively. Morphological attributes of the formed nanodroplets indicated that nanodroplets with spherical shape were formed which that revealed their highest thermodynamic stability.Keywords: Nanoemulsion, Thyme essential oil, simulation, Sub-critical water, Operation conditions
-
روش المان گسسته یک روش مناسب برای مطالعه و بررسی لحظه ای جریان مواد گرانولی، تشخیص داده شده است. در این تحقیق حرکت میوه زیتون تلخ در یک مخزن شیب دار با استفاده از دو روش آزمایشگاهی و المان گسسته مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها بر اساس آزمون فاکتوریل با دو عامل ارتفاع و دهانه خروج هر یک در چهار سطح انجام شدند. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که سطح دهانه خروجی و ارتفاع محصول و اثر متقابل آن ها بر مقدار دبی جرمی معنی دار بود. بررسی رابطه رگرسیونی نشان داد که دبی جرمی با سطح دهانه خروج به صورت خطی مستقیم رابطه دارد ولی ارتفاع میوه درون مخزن دارای اثر خطی منفی است. اثر متقابل این دو فاکتور هم بر دبی جرمی به صورت خطی مستقیم است (99/0=R2). در مجموع اثر تغییرات سطح خروج موثر تر از اثر تغییرات ارتفاع می باشد. نتایج بررسی شبیه سازی المان گسسته نشان داد در هنگام تخلیه سرعت دانه ها یکنواخت نبوده و تحت تاثیر موقعیت هر دانه نسبت به سایر دانه ها قرار می گیرند. نمودارهای ترسیم شده نشان دادند که با افزایش ارتفاع، در صورتیکه سطح دهانه خروج ثابت باشد، سرعت خروج مواد کاهش پیدا می کند که این نتیجه کاملا متضاد قوانین سیالات نیوتنی است. همچنین با افزایش سطح دهانه خروج، دبی جرمی خروجی و سرعت خروجی افزایش می یابند ولی کاملا از روابط سیالاتی تبعیت نمی کنند. در مجموع نتایج شبیه سازی نشان داده که این شبیه سازی می تواند جزییاتی از جریان مواد گرانولی را به نمایش بگذارد که روش های معمول آزمایشگاهی قادر به ارایه آن ها نیستند.
کلید واژگان: روش المان گسسته، مخزن، میوه زیتون تلخ، شبیه سازی، جریان خروجDiscrete element method has been identified as a suitable method for studying the flow of granular materials. In this research, the motion of Persian lilac fruit was initially investigated experimentally in a slopped hopper and then it was simulated using discrete element method. The experiments were carried out on the basis of factorial design with two factors of height and discharge area, each at four levels. The ANOVA tests indicated that the height of the fruits in the hopper and the surface area of the discharge and their interaction had a significant effect on the outflow of the fruits. The developed regression equation between the mass flow rate and discharge area and the interaction of discharge area and height was linear (R2 = 0.99), however, height of the fruits in the hopper had a negative impact on the discharge rate. The simulation results indicated that and the outlet size, the discharge flow and the output velocity increase, but they did not exactly follow the fluid flow relationships. The effect of fruits friction showed that the discharge rate increased with decreasing internal friction. In general, comparing the simulation results with laboratory tests showed that the discrete element method was well able to simulate the flow of particles within and through the hopper.
Keywords: Discrete element method, hopper, Persian lilac fruit, simulation, output flow -
مجله پژوهش های مکانیک ماشین های کشاورزی، سال نهم شماره 2 (پیاپی 17، پاییز و زمستان 1399)، صص 133 -139
برای کنترل آلودگی صدا روشهای متعددی وجود دارد، با توجه به گسترش علم آکوستیک، استفاده از لوله امپدانس و به کارگیری جاذبهای صوتی از اهمیت ویژهای برخوردار است. شبیهسازی چندین نمونه از جاذبها در این مقاله مورد بررسی قرار داده شد. جاذبهای پارچهای ریز سوراخ، جاذبهای پوششی حفرهدار و... نمونههایی از این جاذبها هستند. عوامل مختلفی همچون جنس، گام و بسامد بر روی این جاذب تاثیرگذار هستند. در این پژوهش تغییرات تراز صدا تحت عاملهای جنس، گام و بسامد شبیهسازی و تحلیل شدند. عمدتا شبیهسازی برای انواع جاذبها این امکان را فراهم میکند تا مقایسه بهتری صورت گیرد و بهترین جاذب برای کنترل سروصدا انتخاب گردد. کمترین تغییرات تراز فشار صوت در جنس ام دی اف رخ داده است. این مقدار برای روش آزمایشگاهی 3/70 دسی بل و برای شبیهسازی 5/76 دسیبل گزارش شده است. کمترین تغییرات تراز صدا در آزمایشگاه و شبیه سازی در بسامد 128 هرتز گزارش شده است. تغییرات تراز صدا برای هر دو روش به کار رفته در این پژوهش از گام یک به گام دو افزایش یافته است. در روش آزمایشگاهی در گام یک تغییرات تراز فشار صوت 4/74 دسیبل و در روش شبیه-سازی این تغییرات 4/80 دسیبل گزارش شده است. در گام دو در دو روش آزمایشگاهی و شبیهسازی به ترتیب 6/76و 4/82 دسیبل تغییرات تراز فشار صوت مشاهده میشود. در مقایسه میانگین تغییرات تراز صدا برای دو جنس یونولیت و پشم معدنی مشاهده میشود که در یونولیت از گام یک به دو میزان این تغییرات از 9/25 دسیبل به 8/27 دسیبل افزایش پیدا کرده است در حالیکه در پشم معدنی این تغییرات در هر دو گام مقدار ثابت 4/22 دسیبل بدست آمد. لذا میتوان جنس یونولیت را به لحاظ ثبات تغییرات تراز صدا در محدوده گستردهتر به عنوان جاذب بهینه معرفی کرد.
کلید واژگان: آکوستیک، فرکتال، جاذب صوت، شبیه سازیThere are several ways to control noise pollution. Due to the spread of acoustic science, the use of impedance tubes and the use of sound absorbers are of particular importance. The simulation of several adsorbents is discussed in this paper. Fabric absorbers with small holes, Cavity-coated absorbers and… There are examples of these absorbers. Various factors such as material, step and frequency affect this absorber. In this study, the changes of sound level under material, step and frequency factors were studied, analyzed and compared in two experimental and simulation methods. Mainly simulation for different types of absorbers allows for better comparison and selection of the best absorber for sound control. In both experimental and simulation methods, the least changes in sound pressure level in MDF were observed. This value is reported for the experimental method of 70.3 dB and for the simulation of 76.5 dB. The smallest changes in sound level were reported in both methods at 128 Hz. The sound level changes for both methods were the same and from step one to step two sound pressure level changes increased. In laboratory method, one step of sound pressure level changes is 74.4 dB and in simulation method these changes are reported 80.4 dB. In step two, in both laboratory and simulation methods, the sound pressure level changes were 76.6 and 82.4 dB, respectively. Comparing the mean sound level changes for both ionolite and mineral wool, it is observed that in ionolite, the rate of these changes has increased from 25.9 dB to 27.8 dBfrom one to two steps, while in Mineral wool these changes have been reported in both steps with a constant value of 22.4 dB. therefore, the ionolite material can be introduced as the optimal absorber in terms of sound level changes in a wider range.
Keywords: Acoustic, Fractal, Sound Absorber, Simulation -
دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای مطالعه جریان هوا و توزیع دما در سردخانه و یافتن ترازهای دمایی استفاده شد. قندکل [1]، قند احی ا[2] و ساکارز [3] غده های سیب زمینی رقم سانته ذخیره شده در 5 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 80٪ استخراج شد. نتایج نشان داد اختلاف معنی داری بین قند کل، قند احیا و ساکارز به دلیل ناهمگنی توزیع دما که منجر به اختلاف 2 درجه سلسیوس بین گرم ترین و سردترین نقاط درون توده محصول شد، وجود دارد. تغییرات در محتوای قندها با ترازهای دمایی شبیه سازی شده مطابقت داشت. نرخ افزایش قندهای محلول به یک درجه سلسیوس کاهش دما، به ترتیب برای قند کل، ساکارز و قند احیا 07/4، 15/3 ,67/0 میلی گرم بر گرم ماده خشک پیش بینی شد. دینامیک سیالات محاسباتی [4] با بررسی جریان سیال و توزیع دما و نمایش مناطق بحرانی، باعث بهبود روش های بسته بندی و چیدمان محصول و هدایت بهتر جریان هوا می شود.
کلید واژگان: بسته بندی پلاستیک، دینامیک سیالات محاسباتی، سیب زمینی، شبیه سازی، قندComputational Fluid Dynamics (CFD) was used to study airflow and temperature distribution in cold storage and finding temperature levels. Total sugar, reducing sugar and sucrose of potato tubers cv Sante stored at 5 °C and relative humidity of 80%, were extracted. The results showed that there was a significant difference between the concentration of total sugars, reducing sugar and sucrose due to temperature distribution heterogeneity.It led to a 2 °C difference between the warmest and coldest points in product mass. Changes in the content of sugars were matched with simulated temperature contours. The rate of increase in soluble sugars was predicted by reducing 1 °C air temperature. Total sugars, sucrose, and reducing sugar were 4.27, 3.15 and 0.67 mg/g dry matter, respectively. Computational fluid dynamics, by analyzing fluid flow and distributing temperature and detected critical areas, leads to improving packaging and product placement, and improve airflow in the stack.
Keywords: Computational Fluid Dynamics, Plastic Packaging, potato, simulation, Sugar -
سازه گلخانه یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار در کشت های گلخانه ای است که افزایش استحکام و کاهش قیمت آن همیشه مورد توجه گلخانه سازان بوده است. در این پژوهش، یک گلخانه هشت وجهی طراحی و شبیه سازی و با پروفیل مقاوم در برابر بارهای استاندارد ساخته شده است. طراحی و بهینه سازی اجزای سازه این گلخانه شامل انتخاب ضخامت حداقل پروفیل ها و ستون ها و چیدمان خرپاها بر اساس استانداردهای سازه ای در شرایط مختلف آب و هوایی کشور بوده است. ابتدا با استفاده از محاسبات دینامیک سیالاتی، اثر نیروهای ناشی از بار باد بر ستون های سازه به دست آمد. پس از آن، با توجه به بارهای ذکر شده در استاندارد سازه های گلخانه ای شامل بار ناشی از باد، برف و آویز، چارچوب اصلی سازه و ستون ها، تیرهای افقی و خرپاها طراحی شدند.بر اساس نتایج به دست آمده، ارتفاع نهایی و ارتفاع ستون گلخانه هشت وجهی به ترتیب 6 و 4 متر و وزن واحد سطح 8/5 کیلوگرم به دست آمد که نسبت به گلخانه های رایج موجود در کشور، با حجم مشابه و با وزنی در حدود 10 کیلوگرم در واحد سطح، بسیار مطلوب است. نتیجه مقاومت خوب این سازه گلخانه در برابر بارهای وارده به صورت مجزا و ترکیبی، با شکل هایی به نمایش گذاشته شده است.کلید واژگان: بار باد، مدل سازی، شبیه سازی، تحلیل تنش، دینامیک سیال محاسباتیGreenhouse structure is one of the most important factors in the greenhouse industry; enhancing its strength and decreasing the cost of its manufacturing have always been among manufacturers consideration. The aims of this study were to design an octagonal greenhouse with square cross-sectional components with enough resistance to standard loads applied by structure stress analysis methods. Design and optimization of this greenhouse involved selecting the minimum thickness of the profiles and columns. In addition, the layout of the trusses is led to minimum weight of structures per square meter. This greenhouse was designed to have nessecary structure standards and could be used in different climate conditions of Iran. In design process, initially the effects of wind load with 120 km/h were determined by using fluid dynamics calculations. Afterward, the main frame of the structure including columns, horizontal beams and trusses, were designed according to wind, snow and pendant loads. The results showed that the wieght of metal to be used to build the structure of greenhouse was less than 8.5 Kg/m2 , very lower than that in similar stuctures (20 kg/m2).Keywords: Wind Load, modeling, simulation, Stress Analisys, Computational fluid dynamics
-
در این پژوهش، نیروهای وارد بر گاوآهن برگرداندار، به دلیل اهمیت و تاثیرگذاری در برخی موارد همچون انتخاب تراکتور و به دست آوردن مدلی دقیق برای پیش بینی این نیروها، مورد بررسی قرار گرفتند. اثرات عمق خا ک ورزی در پنج سطح (5، 10، 15، 20 و 25 سانتی متر) و نیز سرعت پیشروی در پنج سطح (1، 5/1، 2، 5/2 و 3 متر بر ثانیه) بر نیروهای وارد بر گاوآهن برگرداندار (کششی، عمودی و جانبی) به صورت شبیه سازی شده به روش المان محدود به دست آمده و مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. دو روش سطح پاسخ و شبکه عصبی مصنوعی برای مدل سازی و پیش بینی نیروها به کار گرفته شدند. نتایج مقایسه این دو روش نشان داد که این دو روش به خوبی می توانند نیروهای مورد نظر را پیش بینی کنند، اما روش شبکه عصبی مصنوعی عملکرد بهتری نسبت به روش دیگر برای پیش بینی نیروها داشت. نتایج داده های به دست آمده حاکی از آن است که افزایش عمق خاک ورزی از 5 تا 25 سانتی متر و سرعت پیشروی از 1 تا 3 متر بر ثانیه، منجر به افزایش غیر خطی نیروهای کششی، عمودی و جانبی به ترتیب به میزان 55/66%، 47/68% و 76/64% می شود. با استفاده ازمدل هایی که توسط شبکه عصبی مصنوعی به دست آمده که دقت نسبتا خوبی دارند، می توان قبل از ورود به مزرعه با توجه به عمق خاک ورزی و سرعت پیشروی مد نظر با توجه به بازه های تعریف شده برای هر کدام در این پژوهش، مقادیر نیروهای وارد بر گاوآهن برگرداندار را بررسی و به دست آورد. سپس با استفاده از این نیروها می توان به طور مثال تراکتوری را انتخاب نمود که توان کشش این گاوآهن را در شرایط تعریف شده (عمق خاک ورزی و سرعت پیشروی) مورد نظر داشته باشد. به همین خاطر توصیه می گردد که از مدل شبکه عصبی توسعه داده شده در این پژوهش، استفاده گردد.
کلید واژگان: سطح پاسخ، شبکه عصبی مصنوعی، شبیه سازی، گاوآهن برگرداندار، مدل سازیIntroductionTillage is a very important operation that influences the growth and productivity of agricultural products. It is necessary to introduce some conditions to improve soil physical properties, aeration, permeability and root development in tillage operations. However, in primary tillage, especially when moldboard ploughs are used, this may be time consuming and costly for researchers to use it in their research. Some researchers use physical experiments to perform the work, which the accuracy of the results is dependent on the measuring instruments precision. However, some other researchers use simulation and mathematical modeling to reduce the time and costs and increase the relative accuracy of the research results. Many studies have also shown that modeling the forces involved in tillage is a good way to estimate the performance of different tillage tools and improve their geometry. However, the key to success in numerical simulation of tillage operations is to simulate the exact instrumentation, based on the correct assumptions as well as the proper methods. The prediction of the forces involved in tillage tools has an important role in their design. Collecting data on the forces involved in tillage tool under different farm conditions is a time consuming and costly task. Therefore, the prediction of a tillage tool forces is very important for the designer and the user in order to achieve better performance of the tool.
Materials and MethodsIn this study, a cylindrical moldboard made by Alpler Company in Turkey was used to simulate the moldboard. A measuring device was designed and constructed to measure the various points of the desired moldboard. Then, the spatial points obtained by the measuring device were presented to the SolidWorks 2016 software and the desired moldboard was modeled. The finite element method by Abacus 2016 was then used to simulate the interaction between soil and moldboard. Treatments used in simulated tillage operations included tillage depths (5, 10, 15, 20 and 25 cm) and forward speed (1, 1.5, 2, 2.5 and 3 millimeters per second). The independent variables were considered as tensile, vertical and lateral forces (Kilo newton). After simulating the tillage operations, tensile, vertical and lateral forces were obtained. These forces were modeled using response surface and artificial neural networks techniques. Then, the obtained models were compared using R2, RMSE and MRDM statistical indices and the best model was selected.
Results and DiscussionWhen using the response surface method, the quadratic model was selected by using the maximum value of the statistical indices R2, R2a and R2p, among the linear, two-factor and quadratic models. Then, the significance of model variables was evaluated by using variance analysis. The forces were also modeled by using the neural network method. According to the fitting curves and statistical indices of R2, RMSE and MRDM for the tensile, vertical and lateral forces, it is revealed that both methods could well predict the forces but artificial neural network was more suitable than the response surface method. Moreover, by investigating the interactions of tillage treatments and forward speed on the forces in this research, it was observed that by increasing the depth of tillage and velocity, tensile, vertical and lateral forces were increased nonlinearly by 66.55%, 68.47%, and 64.76%, respectively.
ConclusionsRegarding all the results obtained from this study, it can be concluded that the developed models using the artificial neural network in this research was a good and powerful tool for predicting the forces involved in moldboard ploughs both in the field operations and in related studies. It is also recommended that the developed models in this study can be used to manage the tillage operations, such as selecting the proper tractor. However, it is also suggested that other affecting factors, such as moldboard angles, should be included in future models to increase the ability of the model to predict the forces involved in moldboard plows.
Keywords: Artificial neural network, Modeling, Moldboard plough, Response surface, Simulation -
امروزه رشد فناوری وسائل نقلیه درون-جاده ای و برون-جاده ای چشمگیر بوده و لزوم توسعه زیرساخت های مرتبط با آن برای بهره گیری حداکثر از ظرفیت آنها هم از لحاظ حمل و نقل زمینی، دریایی و هوایی، ضروری و غیر قابل اجتناب است. پایش و نمایش محیط اطرف برای یک عملیات ایمن، در شرایط آبی، خاکی و هوایی، بدون استفاده از ربات ها، عملیاتی وقت گیر و هزینه بر است. با پایش اتوماتیک می توان عملیات را با کمترین خطا و در طی 24 ساعت شبانه روز به انجام رساند. بنابراین هدف از این پژوهش توسعه و ارزیابی یک الگوریتم مرکب برای ناوبری خودران یک وسیله نقلیه برون جاده ای (شناور سطحی) و مقایسه آن با نتایج به دست آمده از شبیه سازی های کامپیوتری است تا دقت و صحت این الگوریتم مورد بررسی قرار گیرد. این قایق ربات که برای هیدروگرافی طراحی و ساخته شده است، می تواند به صورت کاملا خودران و بدون نظارت، ناوبری کرده و عملیات هیدروگرافی را به صورت شبانه روزی به انجام برساند. مقایسه بین نتایج تجربی و نتایج شبیه سازی نشان داد، الگوریتم شبیه سازی شده دقت قابل قبولی داشته و می تواند ناوبری را به صورت عملی و تجربی انجام دهد. مقدار انحراف از استاندارد (SD) برای آزمون عملی تقریبا برابر m 5/0 به دست آمد.کلید واژگان: ناوبری، فیلتر کالمن، شبیه سازی، ربات خودران، کنترلNowadays, the growth of in-vehicle and off-road vehicle technology is significant and the need to develop its related infrastructure to maximize their capacity for land, sea and air transportation is essential and unavoidable. It is time consuming and costly to monitoring the environment in water, earth and air conditions for a safe operation, without the use of robots. With automatic monitoring, operations can be performed with the least error and 24 hours a day. So the purpose of this research is to develop and evaluate a composite algorithm for navigating an off-road vehicle (Surface Vehicle) and compare it with the results obtained from computer simulations, to check the accuracy of this algorithm. This robot boat is designed and developed for hydrographic construction could navigate and perform hydrographic operations around the clock and fully autonomous without any supervision. Comparison between experimental and simulation results showed that the simulated algorithm had acceptable accuracy and could navigate experimentally. The Standard Deviation (SD) for practical test was below 0.5 m.Keywords: Navigation, Kalman Filter, Simulation, Autonomous Robot, control
-
امواج مایکرو با برخورد به مولکول های آب، ایجاد گرما در جسم می نمایند. به کمک نرم افزار کامسول و تعیین برخی پارامترهای فیزیکی و مغناطیسی چوب تنه درخت خرما، در آزمایشگاه مواد، دما در نقاط مختلف چوب تنه به دست آمد. در این تحقیق، سه نقطه در مسیر یکی از قطرهای مکعب چوبی در نظر گرفته شد و نمودار درجه حرارت - زمان شبیه سازی گردید. سپس یک نمونه از قطعه چوبی با همان ابعاد، در داخل محفظه مایکروویو با فرکانس GHz 45/2 تحت امواج مایکرو قرار گرفت و به کمک یک ترمومتر دیجیتالی، دما در نقاط و زمان های مشابه ثبت شد. داده های تجربی و شبیه سازی به کمک نرم افزار SPSS مقایسه شدند. نتایج تحلیل آماری نشان داد که در نقطه 1 (مرکز مکعب)، تفاوت در سطح 5 درصد معنی دار بوده ولی در نقاط 2 (بالا سمت راست مکعب) و 3 (پایین سمت چپ مکعب)، تفاوت معنی داری در سطح 5 درصد وجود ندارد . همچنین با مقایسه میانگین ها و تحلیل واریانس مشخص شد که اختلاف دما بین نقطه 2 با نقاط 1 و 3 در شبیه سازی و نتایج تجربی وجود دارد. این نتیجه نشان می دهد مدل شبیه سازی به خوبی دما را در نقاط مختلف قطعه چوبی پیش بینی می کند. این تحقیق با هدف مبارزه با آفت سوسک سرخرطومی خرما به کمک مایکروویو و حذف سموم کشاورزی انجام شده است.کلید واژگان: امواج مایکروویو، پیش بینی درجه حرارت، شبیه سازی، نرم افزار کامسولIntroductionIn recent decays, the microwave heating treatment is one of the best ways for the pest control. It is difficult to determine temperature in different parts of materials by Thermometer, but we can solve this problem by Comsol Multiphysics Software. In a research, results of a farm test were consistent with laboratory data and high temperature area was belonged to the outer part of wooden piece (Massa et al., 2015). The numerical simulation of Microwave heating was successfully done for fruits and compared with experimental measurement in two cylindrically and spherically states by Zhao et al (2011). The results indicated that, the temperature prediction in a wooden piece under heating of a Microwave system was in conformity with experimental infra-red rays data (Rattanadecho, 2006). The outer part of the piece was impressed by inspired heating and the inner part by transmission of heating (Massa et al., 2011). A high frequency structure simulator software, a radiant trumpet shaped antenna with 2.45GHz frequencies, 100 watt electric power were the tools that were used to predict the temperature at a Date Palm Wooden piece at 10, 12, 14 and 16 centimeters (Al Shwear and Remili, 2016). Microwave pretreatment was studied with two factors of Microwave radiation (170, 450, and 850 W) and Microwave duration (2, 6, and 10 min). It can be concluded that the Ozonolysis is the most effective pretreatment regarding to saccharification percentage of sugarcane bagasse (Eqra et al,2015). This study has been done with the aim of fighting with Rhynchophorus ferrugineus blight by microwave and removing toxins in crops.Materials And MethodsSamples features such as physical, mechanical and magnetic once were established in both Tehrans Material and Energy lab and Polymer and Petrochemical Research Center, Then it was simulated by Time_ Temperature profile software. For simulating research by Comsol Multiphysics software, at first sample and chamber sizes were determined and the type of material, meshing, 2.45GHz frequencies and the time duration of heating were measured, respectively. Finally the research was analyzed and Time¬_Temperature profile which was one of the outcomes of Multiphysics software was determined. A cubic piece of wood (103×86×78 mm) (Fig. 1), a Digital Thermometer and a Microwave are the tools which the researcher used in this sample. The temperature was measured at three different parts of cub diagonal by Thermometer. At first, the wooden sample was divided in two equal parts and a sensor was placed in the middle of it and then it was placed in the Microwave. The primary temperature of sample and Microwaves was 27°C. We turn the Microwave on for a period of 10 minutes, after that we check the wooden piece temperature by Thermometer at 20 seconds intervals.Results And DiscussionT-test was used to compare statistical results achieved by simulated and experimental temperature of cubic diagonal. According to T mark at 5 percent level, we can say that there is a significant difference between simulated and experimental temperature at point1, however, there is no such a significant difference at 2 and 3 points. In the following phase, the temperature was compared at two simulated and experimental states by variance analysis test. There was significant difference at 1, 2 and 3 points according to data are shown at figure 4. Moreover, Duncan Post hoc test is shown at figures 5 and 7 that experimental temperature shows no difference at 1 and 3 points but it makes difference at 1, 2 and 2, 3 points.ConclusionsResults show that the simulation model can predict the temperature in different parts of a wooden sample. The temperature will be higher as much as the points will be closer to the wave producer resource. In order to control pests in the trunk of a tree, we should use several wave generator systems, instead of ones. It is recommended that cylindrical microwave should be simulated and designed instead cubic ones, because it is better adjusted with tree stock and the wave generator system is placed on this surface so that the temperature will be distributed symmetrically along the diagonal.Keywords: Comsol multiphysics software, Microwave, Simulation, Temperature profile prediction
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.