Engineering Science and Materials Commons^™

Disposable Fluidic Self-Propelling Robot For Traversing A Tubular Passage, Carl Nelson, Benjamin Terry, Abolfazl Pourghodrat, Hossein Dehghani, Dmitry Oleynikov, Prithviraj Dasgupta

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

A probe for traversing a tubular passage includes an introducer to be supported at an entrance to the tubular passage. The probe also includes a probe tip to traverse the tubular passage, and a tube with an inflatable tube segment. In some embodiments, the inflatable tube segment is storable in the probe tip. The inflatable tube segment is configured to be inflated to push the probe tip away from the introducer toward an end on the tubular passage. In some embodiments, the probe includes a sealing mechanism, whre the sealing mechanism can be positioned between the inflatable tube segment of …

Mechanical Stresses Associated With Flattening Of Human Femoropopliteal Artery Specimens During Planar Biaxial Testing And Their Effects On The Calculated Physiologic Stress-Stretch State, Majid Jadidi, Anastasia Desyatova, Jason N. Mactaggart, Alexey Kamenskiy

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Planar biaxial testing is commonly used to characterize the mechanical properties of arteries, but stresses associated with specimen flattening during this test are unknown. We quantified flattening effects in human femoropopliteal arteries (FPAs) of different ages, and determined how they affect the calculated arterial physiologic stress-stretch state. Human FPAs from 472 tissue donors (age 12-82 years, mean 53±16 years) were tested using planar biaxial extension, and morphometric and mechanical characteristics were used to assess the flattening effects. Constitutive parameters for the invariant-based model were adjusted to account for specimen flattening, and used to calculate the physiologic stresses, stretches, axial force, …

Correlation Microanalysis Of Localized Molecular Structure And Nano-Mechanical Property Of Pvdf Based Copolymer, Wen Qian, Shuo Sun, Charles Nguyen, Stephen Ducharme, Joesph A. Turner

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Poly (vinylidenefluoride) (PVDF) and its copolymers, are well-recognized electroactive polymers. The PVDF polymer can crystallize in a quasi-hexagonal close-packed “β-phase” structure with the dipoles of all chains aligned with maximum spontaneous polarization [1-3]. Due to the limited availability of quantitative methods for nanoscale molecular structure and mechanical analysis, the polymer organization has not been fully optimized. For such ferroelectric polymers, the influence of nanoscale molecular structure on mechanical response is not well understood. In this paper, we demonstrate nanoscale characterization and measurement techniques, by comprehensive integrating atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD), nano-infrared (nanoIR) spectroscopy, nanoindentation, chemical nanoIR mapping, …

Mechanical Characterizations Of 3d-Printed Plla/Steel Particle Composites, Hozhabr Mozafari, Pengfei Dong, Haitham Hadidi, Michael P. Sealy, Linxia Gu

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

The objective of this study is to characterize the micromechanical properties of poly-L-lactic acid (PLLA) composites reinforced by grade 420 stainless steel (SS) particles with a specific focus on the interphase properties. The specimens were manufactured using 3D printing techniques due to its many benefits, including high accuracy, cost effectiveness and customized geometry. The adopted fused filament fabrication resulted in a thin interphase layer with an average thickness of 3 μm. The mechanical properties of each phase, as well as the interphase, were characterized by nanoindentation tests. The effect of matrix degradation, i.e., imperfect bonding, on the elastic modulus of …

Hemodynamic Interference Of Serial Stenoses And Its Impact On Ffr And Ifr Measurements, Siyeong Ju, Linxia Gu

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

The hemodynamic interference of serial stenoses poses challenges for identifying the functional severity using the fractional flow reserve (FFR) method. The instantaneous wave-free ratio (iFR), i.e., the distal-to-proximal pressure ratio at 75% of diastole, was recently proposed to overcome the disadvantages of the FFR. However, the underlying mechanism remained ambiguous due to the lack of quantitative definition of hemodynamic interference. The objective of this study is to quantitatively define the hemodynamic interference and then examine its role on the FFR and iFR measurements. Pressure distributions, velocity fields, and Q-criterion which identifies vortices, were obtained through the computational fluid dynamics (CFD) …

Hemodynamics And Wall Mechanics After Surgical Repair Of Aortic Arch: Implication For Better Clinical Decisions, Siyeong Ju, Ibrahim Abdullah, Shengmao Lin, Linxia Gu

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Graft repair of aortic coarctation is commonly used to mimic the physiological aortic arch shape and function. Various graft materials and shapes have been adopted for the surgery. The goal of this work is to quantitatively assess the impact of graft materials and shapes in the hemodynamics and wall mechanics of the restored aortic arch and its correlation with clinical outcomes. A three-dimensional aortic arch model was reconstructed from magnetic resonance images. The fluid–structure interaction (FSI) analysis was performed to characterize the hemodynamics and solid wall mechanics of the repaired aortic arch. Two graft shapes (i.e., a half-moon shape and …

Interface Facilitated Reorientation Of Mg Nanolayers In Mg-Nb Nanolaminates, Y. Chen, Mingyu Gong, N. A. Mara, Jian Wang

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

Mg/Nb nanolaminates synthesized through vapor deposition techniques exhibit high flow strength without conventional twinning in Mg. In this work, we investigated the influence of laminated microstructures on deformation mechanisms of Mg nanolayers. Using molecular dynamics simulations, we explored that (0001)-oriented Mg layers transform or re-orient to {10¯10}-oriented Mg layers through nucleation and growth of {10¯12} twins by atomic shuffling, instead of conventional {10¯12} twinning shear. Such a reorientation accommodates in-plane compressive strain and out-of-plane tensile strain when Mg/Nb laminates are subjected to compression parallel to the Mg/Nb interfaces. The nucleation of {10¯12} twins is promoted at the Mg/Nb interface due …

Predictive Peridynamic 3d Models Of Pitting Corrosion In Stainless Steel With Formation Of Lacy Covers, Siavash Jafarzadeh, Florin Bobaru, Ziguang Chen

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

In this work, the peridynamic corrosion model is used for 3D simulation of pitting corrosion in stainless steel. Models for passivation and salt layer formation are employed to predict detailed characteristics of pit growth kinetic in stainless steels, such as lacy cover formation on top of the pit, and the diffusion-controlled regime at the pit bottom. The model is validated against an experimentally grown pit on 316L stainless steel in NaCl solution. Lacy covers in this model are formed autonomously during the simulation process. They are remarkably similar to the covers observed on top of the real pits.

Predictive Peridynamic 3d Models Of Pitting Corrosion In Stainless Steel With Formation Of Lacy Covers, Siavash Jafarzadeh, Florin Bobaru, Ziguang Chen

Department of Mechanical and Materials Engineering: Faculty Publications

In this work, the peridynamic corrosion model is used for 3D simulation of pitting corrosion in stainless steel. Models for passivation and salt layer formation are employed to predict detailed characteristics of pit growth kinetic in stainless steels, such as lacy cover formation on top of the pit, and the diffusion-controlled regime at the pit bottom. The model is validated against an experimentally grown pit on 316L stainless steel in NaCl solution. Lacy covers in this model are formed autonomously during the simulation process. They are remarkably similar to the covers observed on top of the real pits.

Literature Survey Of Wet-Waste And Hydrothermal Carbonization System: A Comparative Evaluation, Ramat Olaide Yusuf

Dissertations and Theses

This thesis describes the process of Hydrothermal carbonization and a comparative assessment on recent work done on the process using different feedstocks such as Raw Apple (RA), Apple chip pomace (ACP), apple juice pomace (AJP), grape pomace (GP), macadamia nut-shell (MNS), Sewage Sludge (SS), Poultry Litter (PL) and Grape Marc (GM). The data obtained from the literature survey was compared with the data obtained by the CCL team on the SWPS gasifier (HTC of poultry litter) to obtain how carbon conversion efficiency, syngas composition, thermal efficiency, char production rate, gas production rate and energy utilization vary with carbonization process conditions, …

The Effect Of Curing And Zirconium Content On The Wettability And Structure Of A Silicate Hybrid Sol-Gel Material, Emma Machugh, Maikki Cullen, Alicja Kaworek, Brendan Duffy, Mohamed Oubaha

Articles

Functional hybrid sol-gel coatings have been developed for numerous applications with a wide range of wettabilities. This study proposes to investigate the relationship between the structure and the wetting properties of a zirconium modified silicate hybrid sol-gel coating. The structures of the coatings were altered by varying the content of zirconium, and the curing process, while keeping the sol-gel preparation conditions identical. The structure of the materials was characterized by FTIR, 29Si NMR and SEM. The thermal properties and the wettability are identified by DSC and contact angle measurements, respectively. By corroborating the structural and wettability analyses, it is shown …

Mechanical Properties And Degradation Of High Capacity Battery Electrodes: Fundamental Understanding And Coping Strategies, Yikai Wang

Theses and Dissertations--Chemical and Materials Engineering

Rechargeable lithium ion and lithium (Li) metal batteries with high energy density and stability are in high demand for the development of electric vehicles and smart grids. Intensive efforts have been devoted to developing high capacity battery electrodes. However, the known high capacity electrode materials experience fast capacity fading and have limited cycle life due to electromechanical degradations, such as fracture of Si-based electrodes and dendrite growth in Li metal electrodes. A fundamental understanding of electromechanical degradation mechanisms of high capacity electrodes will provide insights into strategies for improving their electrochemical performance. Thus, this dissertation focuses on mechanical properties, microstructure …

Landing-Gear Impact Response: A Non-Linear Finite Element Approach, Tuan H. Tran

UNF Graduate Theses and Dissertations

The primary objective of this research is to formulate a methodology of assessing the maximum impact loading condition that will incur onto an aircraft’s landing gear system via Finite Element Analysis (FEA) and appropriately determining its corresponding structural and impact responses to minimize potential design failures during hard landing (abnormal impact) and shock absorption testing. Both static and dynamic loading condition were closely analyzed, compared, and derived through the Federal Aviation Administration’s (FAA) airworthiness regulations and empirical testing data.

In this research, a nonlinear transient dynamic analysis is developed and established via NASTRAN advanced nonlinear finite element model (FEM) to …

A Process, Structure, And Property Study Of Gallium-Based Room Temperature Metallic Alloys, Courtney Lyn Titus

UNF Graduate Theses and Dissertations

Amalgamations are a promising replacement for electronic solders, thermal interface materials, and other conductive joining materials. Amalgams are mechanically alloyed materials of a liquid constituent with a solid powder. Unlike traditional solders, these materials are processed at room temperature or slightly above, and can often operate at temperatures near, or beyond, their processing temperatures. Existing bonding processes require an excessive amount of heat, which may cause thermal stress to the electronic components and delaminate the attachment. Amalgams have promising characteristics for thermal interface materials (TIMs) due to being fully metallic, relatively easy of handling, and possessing metallic strength similar to …

การศึกษาอิงพารามิเตอร์ของการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบในช่องปิดสองช่องที่ติดกันด้วยการจำลองเชิงเลข, เทิดพงศ์ ช่วยแก้ว

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่อการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบในช่องปิดสี่เหลี่ยมจัตุรัสสองช่องที่ติดกันแยกจากกันด้วยผนังร่วม โดยทีแต่ละช่องปิดมีการควบคุมอุณหภูมิด้วยเครื่องทำความร้อนแบบเปิดปิดแยกกันอย่างอิสระ การศึกษาใช้โปรแกรม ANSYS FLUENT 2019 จำลองการถ่ายเทความร้อนแบบการพาความร้อนตามธรรมชาติของอากาศที่มีการไหลแบบราบเรียบในช่องปิดและการนำความร้อนของผนังร่วมเมื่อเรย์เลห์นัมเบอร์มีค่าประมาณ 105 โดยกำหนดให้เครื่องทำความร้อนเปิดเมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยในช่องปิดต่ำกว่า 299 K และปิดเมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยในช่องปิดสูงกว่า 301 K ผลการจำลองแสดงว่าไม่ว่าจะเริ่มการควบคุมอุณหภูมิเมื่อใดก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป คาบของการควบคุมจะเข้าสู่สภาวะคงตัวโดยที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเชิงคาบของทั้งสองช่องจะปรับจนมีค่าสอดคล้องใกล้เคียงกัน นอกจากนี้จากการศึกษาผลของสมบัติของผนังร่วมต่อการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบ 3 ชนิด ได้แก่ ทองแดง อลูมิเนียม และนิกเกิล พบว่าผนังร่วมที่ทำด้วยอลูมิเนียม ซึ่งมีค่า Thermal storage ต่ำที่สุด จะทำให้ของการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบเข้าสู่สภาวะคงตัวและการสอดคล้องของอุณหภูมิของสองช่องได้เร็วที่สุด และในการศึกษาผลของอุณหภูมิภายนอกพบว่าอุณหภูมิภายนอกมีผลต่อคาบของการควบคุมอุณหภูมิเชิงคาบอย่างมาก โดยเมื่ออุณหภูมิภายนอกสูงขึ้นจะทำให้ระยะเวลาเปิดเครื่องทำความร้อนสั้นลงในขณะที่ระยะเวลาปิดยาวขึ้น และใช้เวลาเข้าสู่สภาวะคงตัวของการควบคุมเชิงคาบและการสอดคล้องกันของอุณหภูมิของสองช่องนานขึ้นด้วย ซึ่งส่งผลโดยรวมให้คาบการควบคุมยาวขึ้น เมื่ออุณหภูมิภายนอกสูงเกินกว่า 298.15 K พบว่าอุณหภูมิของช่องปิดทั้งสองช่องไม่มีการปรับตัวเข้าหากัน

ระบบควบคุมแบบปรับตัวได้พร้อมการควบคุมแรงฉุดลากสำหรับหุ่นยนต์ขับเคลื่อนสองล้อ, ไม้ไฑ ดะห์ลัน

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การควบคุมการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์สองล้อเพื่อให้การลื่นไถลที่ล้อให้น้อยที่สุดถือเป็นการเพิ่มความปลอดภัยให้กับหุ่นยนต์ที่ทำงานอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีคน ปกติแล้วการควบคุมแรงฉุดลากนั้นจำเป็นที่จะต้องมีการประมาณค่าพารามิเตอร์ทางพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่เช่น ค่าความเฉื่อยและแรงเสียดทาน รวมถึงการประมาณค่าสัดส่วนของการลื่นไถลที่ล้อกับพื้น ซึ่งมักจะต้องใช้การคำนวณที่มีความสลับซับซ้อน ในงานวิจัยนี้เราจะใช้ตัวควบคุมแรงฉุดลากที่ปรับตัวได้ หรือ Model following control (MFC) โดยจะแปลงในอยู่ในรูปของเวลาแบบไม่ต่อเนื่อง (discrete time model) การทดลองจะใช้หุ่นยนต์แบบสองล้อที่ควบคุมแรงฉุดลากแบบจำลองการไถล เทียบกับการควบคุมโดยใช้ตัวควบคุมแบบพีดี ตามเส้นวิถีการเคลื่อนที่แบบเส้นตรง รวมถึงการทดสอบการประมาณค่าแรงฉุดลากสูงสุดของหุ่นยนต์ และทดสอบการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ขึ้นและลงบนทางลาดชัน

การพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์สำหรับวิเคราะห์สมดุลพลังงานในเตาหลอมอาร์คไฟฟ้า, ณัฐภัทร ปรีชากุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้จัดทำขึ้นเพื่อพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์สำหรับช่วยวิเคราะห์สมดุลพลังงานในเตาหลอมอาร์คไฟฟ้า เพื่อทราบรายละเอียดการใช้พลังงานในเตาหลอมของโรงงาน และนำผลที่ได้ไปวางแผนและพัฒนาการประหยัดพลังงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของโรงงานในลำดับต่อไป โดยการพัฒนาโปรแกรมจะอาศัยข้อมูลจากโรงงานตัวอย่าง จำนวน 4 โรงงาน โดยใช้ข้อมูลของสารตั้งต้น ได้แก่ ปริมาณของ Scrap, ชนิดและปริมาณของเชื้อเพลิงที่ใช้, แก๊สออกซิเจนขาเข้า และสารตั้งต้นอื่น ๆ รวมถึงพลังงานไฟฟ้า สารผลิตภัณฑ์ ได้แก่ น้ำเหล็ก, ไอเสีย, Slag และองค์ประกอบของ Slag พบว่า ไอเสีย สารปรับคุณภาพของเหล็ก และปริมาณอากาศที่ไหลซึมเข้าสู่เตาหลอมระหว่างกระบวนการหลอม เป็นตัวแปรไม่ทราบที่ไม่สามารถตรวจวัดได้ โปรแกรมคำนวนนี้จะแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกคือส่วนวิเคราะห์สมดุลมวลโดยจะใช้การคำนวนย้อนกลับจากสารผลิตภัณฑ์เพื่อวิเคราะห์ตัวแปรไม่ทราบค่า และส่วนที่สอง คือ ส่วนวิเคราะห์สมดุลพลังงาน ซึ่งจะนำผลการวิเคราะห์สมดุลมวลที่ได้จากส่วนแรกมาวิเคราะห์การใช้พลังงานภายในเตาหลอม ผลการวิเคราะห์สมดุลพลังงานของโรงงานตัวอย่างทั้ง 4 โรงงาน พบว่ามีร้อยละของการใช้พลังงานใกล้เคียงกันโดยมีรายละเอียดดังนี้ พลังงานขาเข้าได้แก่ เอนทัลปีของสารขาเข้า 4-6 % พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ 40-55% พลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง 8-15 % พลังงานจากปฏิกิริยา Oxidation ในการเกิด Slag 30-45 % พลังงานขาออกได้แก่ เอนทัลปีขาออกของเหล็ก 35-50% เอนทัลปีของ slag 3-7 % เอนทัลปีขาออกของไอเสีย 15-25 % การสูญเสียความร้อนจากน้ำระบายความร้อน 10-20% การสูญเสียพลังงานอื่น ๆ 10-25 % ผลการวิเคราะห์นี้ สามารถนำไปเป็นค่าอ้างอิงเพื่อคำนวณและประมาณการใช้พลังงานของโรงงานที่ใช้เตาหลอมอาร์คไฟฟ้าอื่น ๆ ในประเทศไทยที่มีตัวแปรไม่ทราบค่าได้

อุปกรณ์ช่วยเดินแบบพาสซีฟสำหรับผู้มีภาวะเท้าตก, ทศวรรษ กิจศิริเจริญชัย

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ภาวะเท้าตก (Foot-drop) คือภาวะที่ไม่สามารถควบคุมบริเวณปลายเท้าและสูญเสียการรับรู้อากัปกิริยา เป็นผลกระทบจากโรคทางระบบประสาทหรืออาจเกิดจากการดำรงชีวิตประจำวัน ภาวะเท้าตกสามารถทำให้เกิดปัญหาทั้งทางด้านร่างกายและจิตใจได้ เช่น การเกิดอุบัติเหตุจากการสะดุดในระหว่างการก้าวเดินและปัญหาด้านบุคลิกภาพ ปัจจุบันมีผู้ประสบภาวะเท้าตกจำนวนมากการรักษาให้หายขาดหรือดีขึ้นจำเป็นต้องใช้ระยะเวลาในการฟื้นตัว ดังนั้นผู้เกิดภาวะเท้าตกแบบใดก็ตามจึงมีความต้องการอุปกรณ์ในการช่วยการเดิน ปัจจุบันมีการใช้กายอุปกรณ์ทั้งแบบล็อกข้อเท้าและแบบให้ข้อเท้าให้ตัวได้ แม้ว่าจะสามารถช่วยการก้าวเดินได้บางส่วน แต่การเดินปกติของมนุษย์จะมีช่วงที่เท้าของคนเราสามารถตกลงมาได้ และเมื่ออุปกรณ์ค้ำขาได้ล็อคข้อเท้าให้อยู่ในตำแหน่งคงที่ตลอดเวลา จึงทำให้ทำท่าการเดินไม่เป็นธรรมชาติเนื่องจากเท้าที่ถูกยึดอยู่ในมุมคงที่ ที่ผ่านมามีงานวิจัยต่าง ๆ ได้นำระบบแอกทีพเช่นการใช้พลังงานไฟฟ้าหรือพลังงานกล อาทิอากาศอัดความดันมาใช้เพื่อให้สามารถควบคุมการทำงานให้สามารถเดินได้เป็นธรรมชาติมากขึ้น รวมถึงสามารถเพิ่มความสามารถในการเคลื่อนไหวมากขึ้น แต่เนื่องจากอุปกรณ์แอกทีพดังกล่าวมีความซับซ้อนและมีขนาดและน้ำหนักมากรวมถึงราคาที่สูง ทำให้ไม่เหมาะกับการนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน งานวิจัยนี้มุ่งพัฒนาการแก้ปัญหาสภาวะเท้าตกด้วยการออกแบบกายอุปกรณ์ที่ใช้กลไกสภาพพาสซีฟที่สามารถช่วยให้ผู้ใช้ที่มีสภาวะเท้าตก โดยมีกลไกล็อคข้อเท้าไม่ให้ตกในตอนที่ยกเท้าและเมื่อส้นเท้ากระทบกับพื้นกลไกทำให้เท้าตบลงมาได้ ทำให้สามารถเดินได้ต่อเนื่อง โดยมีท่าทางการเดินที่เป็นธรรมชาติมากขึ้น

การพัฒนาแบบจำลองการถ่ายเทความร้อนของการระบายความร้อนด้วยการระเหยผ้าเปียกบนแผ่นเรียบเพื่อประยุกต์ใช้กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์, บรรณพงศ์ กลีบประทุม

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัจจุบันการใช้พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มีแนวโน้มสูงขึ้น เนื่องจากเป็นพลังงานหมุนเวียนและ ไม่ปล่อยมลพิษสู่ สิ่งแวดล้อม นักวิจัยพบว่าประสิทธิภาพในการผลิตกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย โดยปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อ ประสิทธิภาพมากที่สุด คือ อุณหภูมิดังนั้นจึงต้องมีการลดอุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อรักษาประสิทธิภาพไว้งานวิจัยนี้จึงนำเสนอ แบบจำลองทางทฤษฎีสำหรับการลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบด้วยวิธีการระเหยผ้าเปียกซึ่งสามารถไปประยุกต์ใช้งานกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อ ทำนายผลการลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบและใช้เป็นเครื่องมือในการออกแบบติดตั้งจริง แบบจำลองแบ่งออกเป็น 3 กรณีได้แก่ กรณีแผ่นเรียบ ทั่วไป กรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลัง และกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังพร้อมกับแหล่งน้ำ สำหรับแบบจำลองกรณีแผ่น เรียบทั่วไปและกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังจะถูกตรวจสอบความถูกต้องจากการทดลองด้วยแผ่นเรียบที่ประดิษฐ์ขึ้นจากแผ่น อลูมิเนียมบางพร้อมกับติดแผ่นทำความร้อนซิลิโคนด้านบน โดยจะทำการทดลองภายในห้องจำลองสภาวะอากาศคงที่ ผลการทดลองพบว่าการ ติดตั้งผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังสามารถลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้24.5 องศาเซลเซียส และแบบจำลองทางทฤษฎีสามารถทำนายผลลัพธ์ได้ ใกล้เคียงกับผลการทดลอง ดังนั้นแบบจำลองนี้มีความเป็นไปได้ที่จะนำไปใช้เป็นเครื่องมือในการออกแบบติดตั้งผ้าเพื่อลดอุณหภูมิเซลล์ แสงอาทิตย์จริงได้แต่ข้อจำกัดของการติดตั้งเฉพาะผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลัง คือ ผ้าไม่สามารถลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้ตลอดเวลา เนื่องจากเมื่อ ผ้าระเหยน้ำออกไปหมดแล้วจะทำให้อุณหภูมิของแผ่นเรียบเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพลดลงอีกครั้ง สำหรับการแก้ไขปัญหานี้ทำได้โดยการเลือกใช้ ผ้าที่หนาขึ้นหรือมีความพรุนมากเพื่อยืดระยะเวลาในการลดอุณหภูมิส่วนกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหหลังพร้อมกับแหล่งน้ำ เป็นการ ติดตั้งแหล่งน้ำเพิ่มเติมเพื่อให้ผ้าสามารถดูดน้ำจากแหล่งน้ำขึ้นมาลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้ตลอดเวลา ซึ่งวิธีนี้จะต้องคำนึงถึงระยะความสูง ของผ้าจากแหล่งน้ำถึงขอบบนของแผ่นเรียบที่เหมาะสมที่จะสามารถลดอุณหภูมิได้ตลอดและเกิดการสูญเสียน้ำน้อยที่สุด สำหรับกรณีนี้จะเป็น การศึกษาจากการคำนวณจากแบบจำลองเพียงอย่างเดียว ผลการจำลองพบว่าระยะติดตั้งผ้าที่เหมาะสมที่สุดมีค่าเท่ากับ 11.9 เซนติเมตร นอกจากนี้พบว่าสภาวะอากาศภายนอกส่งผลต่อความสามารถในการลดอุณหภูมิด้วย หากอุณหภูมิอากาศสูงขึ้นหรือความชื้นสัมพัทธ์ต่ำลงจะ ส่งผลให้ผ้าสามารถระเหยน้ำได้ดีและลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้มากขึ้น สุดท้ายงานวิจัยนี้ได้ทำการพัฒนาแบบจำลองที่สร้างขึ้นเพื่อนำไป ประยุกต์ใช้กับการจำลองเซลล์แสงอาทิตย์จริง ซึ่งจะทำการจำลองภายใต้สภาวะอากาศที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเป็นระยะเวลา 1 ปีโดยทำการ เปลี่ยนแปลงระยะติดตั้งผ้าและความหนาผ้าต่าง ๆ เพื่อประมาณค่าพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ปริมาณน้ำที่ใช้และปริมาณน้ำที่สูญเสียใน 1 ปีแล้ว นำผลที่ได้มาวิเคราะห์หาระยะความสูงในการติดตั้งผ้าและความหนาผ้าที่เหมาะสมที่สุด ผลการจำลองพบว่าการเลือกติดตั้งผ้าความหนา 3 เท่า ที่ระยะความสูง 10 เซนติเมตร หรือติดตั้งผ้าความหนา 4 เท่า ที่ระยะความสูง 12.5 เซนติเมตร เป็นการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด เพราะ สามารถเพิ่มการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้สูง และปริมาณน้ำที่สูญเสียไม่ถึงร้อยละ 10 เมื่อเทียบกับปริมาณน้ำที่ใช้ต่อปี

การจำลองพลังงานของระบบปรับอากาศแบบปรับน้ำยาแปรผันและแบบเครื่องทำน้ำเย็นที่ระบายความร้อนด้วยน้ำของอาคารเฉลิมราชกุมารี 60 พรรษา, อุกฤษฏ์ ใจงาม

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

กรุงเทพมหานครเป็นเมืองที่มีความหนาแน่นสูง ดังนั้นความต้องการในการใช้พลังงานอาคารจึงสูงเช่นกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับสภาพอากาศที่ร้อนชื้น ดังนั้นการเลือกระบบปรับอากาศที่เหมาะสมกับอาคารจึงเป็นสิ่งที่สำคัญในเรื่องการจัดการการใช้พลังงานของอาคาร งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายในการวิเคราะห์การใช้พลังงานระบบปรับอากาศในอาคารสูงที่อยู่ในสภาพอากาศร้อนชื้น โดยการเปรียบเทียบการใช้พลังงานระหว่างระบบปรับอากาศ VRF และระบบปรับอากาศ Water cooled chiller system ซึ่งเป็นระบบปรับอากาศที่พบบ่อยบนอาคารสูง ในการคำนวณการทำงานของระบบปรับอากาศทั้งปีนั้นจะใช้โปรแกรม EnergyPlus และโปรแกรม Openstudio โดยจะทำการจำลองพลังงานระบบปรับอากาศของอาคารเฉลิมพระเกียรติ 60 พรรษา อาคารแห่งนี้มีทั้งหมด 20 ชั้นติดตั้งระบบปรับอากาศ VRF ที่มีการใช้งานจริงและอีกทั้งอาคารแห่งนี้ตั้งอยู่ในกรุงเทพมหานคร ในการสร้างโมเดลอาคารจำลองแห่งนี้จะทำการอ้างอิงมาจากแบบพิมพ์เขียวทางการของอาคารและสร้างโดยโปรแกรม SketchUp อีกทั้งในส่วนของข้อมูลสภาพอากาศที่ใช้สำหรับการจำลองพลังงานจะใช้ข้อมูลจากกรมอุตุนิยมวิทยา สำหรับวัตถุประสงค์ในการเปรียบเทียบ ระบบปรับอากาศ VRF จะใช้ข้อมูลแผ่นข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์ที่อยู่ในระบบปรับอากาศที่มีการติดตั้งและใช้งานจริง ในขณะที่ระบบปรับอากาศ Water cooled chiller system จะเลือกแผ่นข้อมูลจำเพาะจากบริษัท Trane ประเทศไทย โดยอ้างอิงขนาดของระบบปรับอากาศ VRF ที่มีการใช้งานอยู่แล้ว ผลการเปรียบเทียบพบว่าระบบปรับอากาศ Water cooled chiller system ใช้พลังงานรวมทั้งปีแตกต่างจากระบบปรับอากาศ VRF ได้ตั้งแต่ -7.20% ถึง +19.33% ขึ้นกับลักษณะการทำงาน โดยระบบปรับอากาศ Water cooled chiller system ที่ทำงานแบบ Optimal และใช้ปั๊มแบบ variable flow จะใช้พลังงานน้อยที่สุดและน้อยกว่าระบบปรับอากาศ VRF แต่เมื่อเปิดใช้งานเพียงบางชั้นให้พื้นที่ปรับอากาศน้อยกว่า 8,870.04 ตารางเมตร ระบบปรับอากาศแบบ VRF จะใช้พลังงานน้อยกว่า จากการศึกษาการประหยัดพลังงานด้วยการปิดใช้ระหว่างวันพบว่าหากปิดการใช้งานเพียงแค่ 30 นาทีระบบปรับอากาศ VRF จะประหยัดพลังงานสูงสุดที่ 5.63% แต่เมื่อมีการปิดการใช้งานระหว่างวันตั้งแต่ 1 ชั่วโมงถึง 3 ชั่วโมง ระบบปรับอากาศ Water cooled chiller system ที่ทำงานแบบ Uniform load และใช้ปั๊มแบบ Constant flow จะประหยัดพลังงานคิดเป็นร้อยละมากกว่าที่ 10.10% ถึง 25.43%

การจำลองแบบเชิงตัวเลขสำหรับการแจกแจงอุณหภูมิในเหล็กแท่งในระหว่างการลำเลียง, ปวร สุภชัยพานิชพงศ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

เนื่องจากการตรวจสอบอุณหภูมิเหล็กแท่งในอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้าในระหว่างการลำเลียงเป็นสิ่งที่มีความสำคัญต่อกระบวนผลิตแต่สามารถทำได้ยาก ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีวัตุประสงค์เพื่อสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขที่สามารถทำนายการแจกแจงอุณหภูมิของเหล็กแท่งในระหว่างการลำเลียงได้ รวมถึงการตรวจสอบผลที่ได้จากแบบจำลองกับผลที่ได้จากการวัดอุณหภูมิเหล็กแท่งจริงด้วยกล้องถ่ายภาพความร้อน ในงานวิจัยนี้เลือกใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์ดิฟเฟอเรนซ์แบบสองมิติในการแก้ปัญหาการนำความร้อนภายในเหล็กแท่ง เพื่อคำนวณการแจกแจงอุณหภูมิของเหล็กแท่งภายใต้สภาวะที่ไม่มีฉนวนกันความร้อนและมีฉนวนกันความร้อนที่ความหนาต่าง ๆ ในระหว่างการลำเลียง ซึ่งเหล็กแท่งในแบบจำลองจะถูกพิจารณาว่ามีการสูญเสียความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมผ่านการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนเท่านั้น นอกจากนี้ยังมีการนำผลการแจกแจงอุณหภูมิของเหล็กแท่งที่ได้จากแบบจำลองมาคำนวณความร้อนที่สูญเสียสู่สิ่งแวดล้อมต่อเวลารวมถึงปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการอุ่นเหล็กแท่งที่ถูกลำเลียงมาเป็นเวลาต่าง ๆไปที่อุณหภูมิ 1250 องศาเซลเซียส ผลงานวิจัยแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของเหล็กแท่งที่ได้จากแบบจำลองนั้นมีค่าแตกต่างจากค่าที่ได้จากการวัดจริงด้วยกล้องถ่ายภาพความร้อนอยู่ที่ร้อยละ 9.827 เมื่อเทียบกับค่าที่ได้จากการตรวจวัดและความหนาของฉนวนกันความร้อนเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออุณหภูมิของเหล็กแท่งในระหว่างการลำเลียง ซึ่งงานวิจัยนี้อาจเป็นประโยชน์ในการพัฒนาระบบตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิรวมถึงการสูญเสียพลังงานความร้อนของเหล็กแท่งในกระบวนการผลิตเหล็กได้ในอนาคต

Path Following And Obstacle Avoidance For Autonomous Vehicle Based On Gnss Localization, Kanin Kiataramgul

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Nowadays, many systems, formerly operated by human beings, are now developed to minimize user control effort. One outstanding system that receives close attention is the autonomous driving system. However, several autonomous driving systems that are currently developed utilize expensive sensing devices, e.g., camera and laser scanner. Moreover, these devices cannot be solely employed but a high-performance processing unit is also required. These pricey components result in an expensive system that does not worth to be used in some practical applications. Therefore, this research intends to utilize other low-cost sensing devices so that the final price of the developed system can …

Engineering Of Earth-Abundant Electrochemical Catalysts, Dylan D. Rodene

Theses and Dissertations

Alternative energy research into hydrogen production via water electrolysis addresses environmental and sustainability concerns associated with fossil fuel use. Renewable-powered electrolyzers are foreseen to produce hydrogen if energy and cost requirements are achieved. Electrocatalysts reduce the energy requirements of operating electrolyzers by lowering the reaction kinetics at the electrodes. Platinum group metals (PGMs) tend to be utilized as electrocatalysts but are not readily available and are expensive. Ni_1-xMo_x alloys, as low-cost and earth-abundant transition metal nanoparticles (NPs), are emerging as promising electrocatalyst candidates to replace expensive PGM catalysts in alkaline media. Pure-phase cubic and hexagonal Ni_{1-x …}

Costs And Benefits Of Flood Mitigation In Louisiana, Arash Taghi Nezhad Bilandi

LSU Doctoral Dissertations

Assessing the costs and benefits of hazard mitigation efforts is an essential component of disaster management, planning, and resilience assessment. These calculations are particularly important in locations vulnerable to multiple hazards with high frequencies, such as coastal Louisiana. This study aims to provide an improved understanding of the costs and benefits of flood mitigation efforts in Louisiana funded by federal government grants between 2005 and 2015. Project data provided by the Governor’s Office of Homeland Security and Emergency Preparedness (GOHSEP) were summarized and missing values were imputed using robust statistical approaches. Elevation project cost was investigated for prediction by statistical …

Stabilization Strategies Of Pt Catalysts Forproton Exchange Membrane Fuel Cells, Da-Ping He, Shi-Chun Mu

Journal of Electrochemistry

The low service lifetime of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) is the main bottleneck for their commercial applications. One of the main factors is that the expensive metal Pt catalyst is easy to degradation under the harsh working environment of PEMFC (such as variable voltage, strong acidity, gas-liquid two-phase flow), which leads to the inevitable decay of the catalytic performance, thus, seriously restricting the lifetime of PEMFC. Therefore, the electrochemical stability of Pt-based electrocatalysts has become an important and hot topic to improve the PEMFC lifetime. In this paper, we review the recent development in enhancing the stability of …

The Pilot Application Of Electrochemical Impedance Spectroscopy On Dynamic Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Jian-Wei Guo, Jian-Long Wang

Journal of Electrochemistry

By analyzing Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) in applications of dynamic proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), bottlenecks which restrict EIS tool development have been pointed out in this paper. Though the high-frequency resistance in EIS is largely accepted as cell inner-resistance, this can only be applied for cell with low current. The low-frequency resistance is difficult to be realized due to its relation with mass transfer. Furthermore, the improved Randles equivalent circuits are built up preliminarily, thus, penetrating into studies for mass transfer reaction, cell operation/degeneration, and high temperature fuel cell. Inspiringly, EIS is becoming an analyzing tool for stack …

Caging Porous Co-N-C Nanocomposites In 3d Graphene As Active And Aggregation-Resistant Electrocatalyst For Oxygen Reduction Reaction, Lu-Yang Xiu, Meng-Zhou Yu, Peng-Ju Yang, Zhi-Yu Wang, Jie-Shan Qiu

Journal of Electrochemistry

Oxygen reduction reaction (ORR) is the cornerstone reaction of many renewable energy technologies such as fuel cells and rechargeable metal-air batteries. The Pt-based electrocatalysts exhibit the highest activity toward ORR, but their large implementation is greatly prohibiting by unaffordable cost and inferior durability. During electrode manufacturing and electrochemical reaction, severe aggregation of catalyst nanoparticles induced by size effect further limits the operational performance of electrocatalysts. We report a new strategy for fabrication of active and aggregation-resistant ORR electrocatalyst by caging metal-organic frameworks derived Co-N-C nanocomposites in permeable and porous 3D graphene cages via sprayed drying the mixed colloids of ZIF-67 …

Research Progress In Hydrogen Evolution Low Noble/Non-Precious Metal Catalysts Of Water Electrolysis, Yang Li, Zhao-Yan Luo, Jun-Jie Ge, Chang-Peng Liu, Wei Xing

Journal of Electrochemistry

Hydrogen energy technology with hydrogen as an energy carrier is gaining more and more attention due to its cleanliness and high energy density. Hydrogen fuel cell vehicles have been listed as one of the ultimate energy technologies in the 21st century. Among them, sustainable hydrogen production technology is a necessary prerequisite for the future development of hydrogen energy economy. Electrolyzed water technology driven by renewable resources represents an important way to support the sustainable development of hydrogen energy economy. The development and utilization of high activity, low cost hydrogen evolution catalysts is a key factor in improving the efficiency and …

A Review Of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Catalyst Layer By Electrospinning, Yong Liu, Han Ding, De-Chun Si, Jie Peng, Jian-Bo Zhang

Journal of Electrochemistry

The limitation of catalyst layer for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) in cost, durability and performance constitutes the bottleneck for the commercialization of fuel cell vehicles. Electrospun catalyst layer, with high catalyst utilization, increased triple phase boundary (TPB) and triple phase channel (TPC), has been developed by many researchers. This paper reviews the research progress in the electrospun catalyst layer for PEMFC, combined with the author’s work. Firstly, the development progress of catalyst layer is summarized, and the catalyst layer is classified and analyzed based on its fabrication method and structure character. Next, the fabrication process, physical property characterization, …

Fuel Cell Performance Curve After Mea Optimization Structural Optimization Of Low Pt Membrane Electrode Assembly, Yan Rao, Shang Li, Fen Zhou, Tian Tian, Qing Zhong, Zhao-Hui Wan, Jin-Ting Tan, Mu Pan

Journal of Electrochemistry

Membrane electrode assemblies (MEAs) are the key component of proton exchange membrane fuel cell. For a long time, much attention has been paid to develop MEA technology. At present, the research, development and industrialization of fuel cell has entered a new era. More strict requirements for MEA, especially for the reduction of Pt loading with a challenging target of 0.125 mg·W^-1 have to be met. In this paper, the performance losses under low Pt loading are analyzed in terms of activation polarization, ohm polarization and mass-transfer polarization. It is proposed that research should be focused on the activity of …