Engineering Mechanics Commons^™

Picking-And-Placing Food With Vacuum Pad And Soft Gripper For Industrial Robot Arm, Wiwat Tulapornpipat

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Human with different conditions such as disease, allergy, gender, ethnicity, or religion need different types of food. Nowadays, people prefer to choose diet based on nutrition value over price such as composition of food or the impact on body, so personalized or customized food could potentially be a big market in few years. With this aspect, the assembly robot becomes a good choice in the food industry to produce the small amount of packed meal with highly adjustable ingredients to match with the requirements. With the automation system, the cooking process is faster, cheaper and safer, yet coming with good …

The Potentials Of Faecal Sludge Treatment Using Local Conditioners In Tanzania: A Review, Doglas Benjamin1

Tanzania Journal of Engineering and Technology (TJET)

Worldwide, every day human beings generate millions of tons of Faecal Sludge (FS), which is rich in water, nutrients, energy, and organic compounds. Yet FS is not being managed in a way that permits us to derive value from its reuse, while at the same time, millions of farmers struggle with depleted soils and lack of water. In most of the developing countries, energy for cooking is mainly derived from cutting of trees, either as wood or charcoal. Resource recovery and reuse from FS can create livelihoods, enhance food security, support green economies, reduce waste and contribute to cost recovery …

Me-Em Enewsbrief, December 2019, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical and Aerospace Engineering eNewsBrief

No abstract provided.

Multi-Resonant Feedback Control Of Multiple Degree-Of-Freedom Wave Energy Converters, Ossama Abdelkhalik, Shangyan Zou, Rush D. Robinett Iii, David G. Wilson, Giorgio Bacelli, Ryan G. Coe, Umesh Korde

Michigan Tech Patents

Multi-resonant control of a 3 degree-of-freedom (heave-pitch-surge) wave energy converter enables energy capture that can be in the order of three times the energy capture of a heave-only wave energy converter. The invention uses a time domain feedback control strategy that is optimal based on the criteria of complex conjugate control. The multi-resonant control can also be used to shift the harvested energy from one of the coupled modes to another, enabling the elimination of one of the actuators otherwise required in a 3 degree-of-freedom wave energy converter. This feedback control strategy does not require wave prediction; it only requires …

Multi-Resonant Feedback Control Of A Single Degree-Of-Freedom Wave Energy Converter, David G. Wilson, Rush D. Robinett Iii, Ossama Abdelkhalik, Jiajun Song, Giorgio Bacelli

Michigan Tech Patents

A multi-resonant wide band controller decomposes the wave energy converter control problem into sub-problems; an independent single-frequency controller is used for each sub-problem. Thus, each sub-problem controller can be optimized independently. The feedback control enables actual time-domain realization of multi-frequency complex conjugate control. The feedback strategy requires only measurements of the buoy position and velocity. No knowledge of excitation force, wave measurements, nor wave prediction is needed. As an example, the feedback signal processing can be carried out using Fast Fourier Transform with Hanning windows and optimization of amplitudes and phases. Given that the output signal is decomposed into individual …

Model Predictive Control Of Parametric Excited Pitch-Surge Modes In Wave Energy Converters, Ossama Abdelkhalik, Rush D. Robinett Iii, Shangyan Zou, David G. Wilson, Giorgio Bacelli, Umesh Korde, Ryan G. Coe

Michigan Tech Patents

A parametric excitation dynamic model is used for a three degrees-of-freedom (3-DOF) wave energy converter. Since the heave motion is uncoupled from the pitch and surge modes, the pitch-surge equations of motion can be treated as a linear time varying system, or a linear system with parametric excitation. In such case the parametric exciting frequency can be tuned to twice the natural frequency of the system for higher energy harvesting. A parametric excited 3-DOF wave energy converter can harvest more power, for both regular and irregular waves, compared to the linear 3-DOF. For example, in a Bretschneider wave, the harvested …

Me-Em Enewsbrief, September 2019, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical and Aerospace Engineering eNewsBrief

No abstract provided.

General Nonlinear-Material Elasticity In Classical One-Dimensional Solid Mechanics, Ronald Joseph Giardina Jr

LSU New Orleans Theses and Dissertations

We will create a class of generalized ellipses and explore their ability to define a distance on a space and generate continuous, periodic functions. Connections between these continuous, periodic functions and the generalizations of trigonometric functions known in the literature shall be established along with connections between these generalized ellipses and some spectrahedral projections onto the plane, more specifically the well-known multifocal ellipses. The superellipse, or Lam\'{e} curve, will be a special case of the generalized ellipse. Applications of these generalized ellipses shall be explored with regards to some one-dimensional systems of classical mechanics. We will adopt the Ramberg-Osgood relation …

Pseudo-Spectral Method To Control Three-Degree-Of-Freedom Wave Energy Converters, Ossama Abdelkhalik, Giorgio Bacelli, Shangyan Zou, Rush D. Robinett Iii, David G. Wilson, Ryan G. Coe

Michigan Tech Patents

The invention provides optimal control of a three-degree-of-freedom wave energy converter using a pseudo-spectral control method. The three modes are the heave, pitch and surge. A dynamic model is characterized by a coupling between the pitch and surge modes, while the heave is decoupled. The heave, however, excites the pitch motion through nonlinear parametric excitation in the pitch mode. The invention can use a Fourier series as basis functions to approximate the states and the control. For the parametric excited case, a sequential quadratic programming approach can be implemented to numerically solve for the optimal control. The numerical results show …

Investigation Of Fundamental Principles Of Rigid Body Impact Mechanics, Khalid Alluhydan

Mechanical Engineering Research Theses and Dissertations

In impact mechanics, the collision between two or more bodies is a common, yet a very challenging problem. Producing analytical solutions that can predict the post-collision motion of the colliding bodies require consistent modeling of the dynamics of the colliding bodies. This dissertation presents a new method for solving the two and multibody impact problems that can be used to predict the post-collision motion of the colliding bodies. Also, we solve the rigid body collision problem of planar kinematic chains with multiple contacts with external surfaces.

In the first part of this dissertation, we study planar collisions of Balls and …

Generating Electrospray From A Ferrofluid, Lyon Bradley King

Michigan Tech Patents

An electrospray device for generating electrospray from a ferrofluid. The electrospray device includes an emitter, an extraction electrode, and a magnet. The emitter is configured to receive a ferrofluidic liquid. The extraction electrode includes an aperture and is positioned a first distance from the emitter. The magnet generates a magnetic field in a first direction toward the emitter. The magnetic field causes Rosensweig instability in the ferrofluidic liquid, and generates a ferrofluidic peak in the ferrofluidic liquid. The magnet is positioned a second distance from the emitter, and the emitter is positioned between the extraction electrode and the magnet. The …

Me-Em Enewsbrief, June 2019, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical and Aerospace Engineering eNewsBrief

No abstract provided.

Agent-Based Microgrid Architecture For Generation Following Protocols, Steven Goldsmith

Michigan Tech Patents

A system for predicting power and loads over a single, relatively short time horizon. More specifically, a system comprising a Storage Agent (S-agent) Cohort within a grid control society, wherein the system expands G and L intra-cohort protocols to allow the S-cohort to participate in power management of the grid by scheduling storage components in source or load roles as determined by the time-varying state of the power imbalance and by the risk-adjusting capacity margin relationship between the G and L cohorts.

Transferring Power Through A Magnetic Couple, Nickolas Cruz Villalobos Jr.

Senior Theses

Properties of several working magnetic coupled rotors have been measured and their performance compared to theoretical models. Axial magnetic couplers allow rotors to work within harsh environments, without the need for seals, proper alignment, or overload protection on a motor. The influence of geometrical parameters, such as distance from the center of the rotors, polarity arrangement, and the number of dipole pairs were experimentally tested. These results can be used to improve rotor designs, to increase strength and efficiency.

Predicting The Mechanical Properties Of Nanocomposites Reinforced With 1-D, 2-D And 3-D Nanomaterials, Scott Edward Muller

Graduate Theses and Dissertations

Materials with features at the nanoscale can provide unique mechanical properties and increased functionality when included as part of a nanocomposite. This dissertation utilizes computational methods at multiple scales, including molecular dynamics (MD) and density functional theory (DFT), and the coupled atomistic and discrete dislocation multiscale method (CADD), to predict the mechanical properties of nanocomposites possessing nanomaterials that are either 1-D (carbyne chains), 2-D (graphene sheets), or 3-D (Al/amorphous-Si core-shell nanorod).

The MD method is used to model Ni-graphene nanocomposites. The strength of a Ni-graphene nanocomposite is found to improve by increasing the gap between the graphene sheet and a …

A Discrete Curvature Estimation Based Low-Distortion Adaptive Savitzky-Golay Filter For Ecg Denoising, Hui Huang, Shiyan Hu, Ye Sun

Department of Mechanical and Aerospace Engineering Publications

Electrocardiogram (ECG) sensing is an important application for the diagnosis of cardiovascular diseases. Recently, driven by the emerging technology of wearable electronics, massive wearable ECG sensors are developed, which however brings additional sources of noise contamination on ECG signals from these wearable ECG sensors. In this paper, we propose a new low-distortion adaptive Savitzky-Golay (LDASG) filtering method for ECG denoising based on discrete curvature estimation, which demonstrates better performance than the state of the art of ECG denoising. The standard Savitzky-Golay (SG) filter has a remarkable performance of data smoothing. However, it lacks adaptability to signal variations and thus often …

A Novel Correlation Model For Horizontal Axis Wind Turbines Operating At High-Interference Flow Regimes, Anurag Rajan, Fernando L. Ponta

Department of Mechanical and Aerospace Engineering Publications

Driven by economics-of-scale factors, wind-turbine rotor sizes have increased formidably in recent years. Larger rotors with lighter blades of increased flexibility will experiment substantially higher levels of deformation. Future turbines will also incorporate advanced control strategies to widen the range of wind velocities over which energy is captured. These factors will extend turbine operational regimes, including flow states with high interference factors. In this paper we derive a new empirical relation to both improve and extend the range of Blade Element Momentum (BEM) models, when applied to high interference-factor regimes. In most BEM models, these flow regimes are modeled using …

Application Of Computational Tools To Spaghetti-Based Truss Bridge Design, Jin Xu, Jiliang Li, Nuri Zeytinoglu, Jinyuan Zhai

ASEE IL-IN Section Conference

Application of Computational Tools to Spaghetti-Based Truss Design

Statics and Strength of Materials are two foundational courses for Mechanical/Civil Engineering. In order to assist students in better understanding and applying concepts to a meaningful design task, SolidWorks and theoretical calculation were used for a spaghetti-bridge design contest with the constraints of given maximum weight and allowable support-material weight. As the first step of this iterative designing process, both extrude feature and structural member were introduced to model planar bridge trusses. Then SolidWorks’ Statics module was used to run FEA analysis of the structural performance in efforts to optimize the …

Me-Em Enewsbrief, March 2019, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical and Aerospace Engineering eNewsBrief

No abstract provided.

A Hamiltonian Surface-Shaping Approach For Control System Analysis And The Design Of Nonlinear Wave Energy Converters, Shadi Darani, Ossama Abdelkhalik, Rush D. Robinett Iii, David Wilson

Department of Mechanical and Aerospace Engineering Publications

The dynamic model of Wave Energy Converters (WECs) may have nonlinearities due to several reasons such as a nonuniform buoy shape and/or nonlinear power takeoff units. This paper presents the Hamiltonian Surface-Shaping (HSS) approach as a tool for the analysis and design of nonlinear control of WECs. The Hamiltonian represents the stored energy in the system and can be constructed as a function of the WEC’s system states, its position, and velocity. The Hamiltonian surface is defined by the energy storage, while the system trajectories are constrained to this surface and determined by the power flows of the applied non-conservative …

Optimal Control Of Wave Energy Converters, Ossama Abdelkhalik, Rush D. Robinett Iii, Shangyan Zou, Giorgio Bacelli, David G. Wilson, Umesh Korde

Michigan Tech Patents

A wave energy converter and method for extracting energy from water waves maximizes the energy extraction per cycle by estimating an excitation force of heave wave motion on the buoy, computing a control force from the estimated excitation force using a dynamic model, and applying the computed control force to the buoy to extract energy from the heave wave motion. Analysis and numerical simulations demonstrate that the optimal control of a heave wave energy converter is, in general, in the form of a bang-singular-bang control; in which the optimal control at a given time can be either in the singular …

Me-Em 2018-19 Annual Report, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical and Aerospace Engineering Annual Reports

Table of Contents

• Faculty Research
• Enrollment & Degrees
• Department News
• Graduates
• Faculty & Staff
• Alumni
• Donors
• Contracts & Grants
• Patents & Publications

Machine Vision Integrated Three-Dimensional Printing System, Chaiwuth Sithiwichankit

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Three-dimensional printing has been a widespread solution of fabricating geometrical customized products. Any 3D printed product is normally fabricated at a position defined with respect to the coordinate system of the corresponding 3D printer. So, the 3D printing cannot be conveniently implemented in some fabricating applications in which fabricating positions are commonly constrained to some physical references, e.g., architecture construction, surface restoration, food decoration, etc. This research aimed to integrate the 3D printing with machine vision, which is vastly used for guiding robotic systems to operate at desirable positions constrained to physical objects. Hence, the 3D printing can be conveniently …

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