Engineering Mechanics Commons^™

การตรวจจับความแปลกใหม่เพื่อการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ของคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบด้วยตัวเข้ารหัสอัตโนมัติประเภทหน่วยความจำระยะสั้นแบบยาว, สุนิธิ อัศวเลิศพลากร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ความท้าทายหลักในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์คือปัญหาการขาดแคลนข้อมูลความผิดปกติของเครื่องจักรสำหรับใช้ในการฝึกสอนแบบจำลอง และความซับซ้อนของระบบโรงงานซึ่งมีสภาพการทำงานของเครื่องจักรที่ไม่แน่นอน ทำให้เกณฑ์ตรวจจับความผิดปกติที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าอาจเปลี่ยนแปลงได้ การตรวจจับความแปลกใหม่ (novelty detection) แก้ปัญหาดังกล่าวโดยการตรวจจับความผิดปกติผ่านการเรียนรู้เฉพาะข้อมูลปกติเท่านั้น วิทยานิพนธ์นี้ใช้วิธีการตรวจจับความแปลกใหม่เพื่อตรวจจับสัญญาณเริ่มต้นของความเสียหายในคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบโดยใช้ตัวเข้ารหัสอัตโนมัติประเภทหน่วยความจำระยะสั้นแบบยาว ตัวเข้ารหัสอัตโนมัติประเภทหน่วยความจำระยะสั้นแบบยาวเป็นขั้นตอนวิธีการเรียนรู้เชิงลึกที่รวมตัวเข้ารหัสอัตโนมัติและเครือข่ายหน่วยความจำระยะสั้นแบบยาวเข้าด้วยกัน เพื่อสร้างข้อมูลปกติขึ้นมาใหม่เพื่อเรียนรู้ความสัมพันธ์ของข้อมูลที่ไม่เป็นเชิงเส้นและความสัมพันธ์เชิงเวลา คุณลักษณะทางกายภาพเพิ่มเติมของเครื่องจักรถูกคำนวณจากสมการอุณหพลศาสตร์เพื่อช่วยในการระบุความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรแต่ละตัว ชั้นดรอปเอาท์ (dropout layer) ถูกใช้เพื่อสร้างแบบจำลองร่วมตัดสินใจของโครงข่ายประสาทเทียม แบบจำลองนี้ได้รับการฝึกสอนด้วยข้อมูลเซ็นเซอร์อนุกรมเวลาแบบหลายตัวแปรที่ถูกรวบรวมมาจากช่วงเวลาที่เครื่องจักรทำงานเป็นปกติโดยบริษัท ระยองวิศวกรรมและซ่อมบำรุง จำกัด แผนงานวิจัยได้รับการทดสอบกับรูปแบบความเสียหายที่ถูกจำลองขึ้นของคอมเพรสเซอร์ ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าตัวเข้ารหัสอัตโนมัติประเภทหน่วยความจำระยะสั้นแบบยาวสามารถแยกความแตกต่างระหว่างรูปแบบความปกติและรูปแบบความเสียหายของคอมเพรสเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความเที่ยงตรงสูงสุด 90% และความถูกต้อง 100% สุดท้ายจึงสร้างสัญญาณเตือนเพื่อจำแนกความเสียหายที่ตรวจจับได้ออกเป็น 3 ระดับตามความรุนแรง

การพัฒนาระบบเปลี่ยนผ่านระหว่างยานยนต์ขับขี่อัตโนมัติและระบบควบคุมระยะไกลผ่านเครือข่าย 5g, กฤษฎิ์ ต.ศิริวัฒนา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัจจุบันยานยนต์อัตโนมัติกำลังได้รับความนิยม มีการแข่งขันสูงจากผู้ผลิตทั้งภาครัฐและเอกชนในการพัฒนาขีดความสามารถหรือระดับขั้นของความเป็นอัตโนมัติที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยระดับสูงสุด (ระดับ 5) เป็นระดับที่ไม่ต้องการการควบคุมใด ๆ จากผู้ขับขี่เลย ส่วนระดับที่ต่ำลงมายังคงต้องถูกควบคุมโดยผู้ขับขี่บางสถานการณ์ที่ระบบเกิดความผิดปกติ หรือพ้นช่วงสภาพแวดล้อมที่ระบบจำกัด งานวิจัยนี้พัฒนาต้นแบบยานยนต์อัตโนมัติที่สามารถควบคุมจากระยะไกลได้ ส่วนของยานยนต์ต้นแบบ ชุดควบคุมในระดับต่ำและระดับสูง โมดูลสั่งงานจากระยะไกล และสถานีควบคุม ถูกออกแบบและพัฒนาภายใต้วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้ด้วย รวมถึงระบบเปลี่ยนผ่านการควบคุมซึ่งถูกออกแบบเพื่อให้ยานยนต์ต้นแบบนี้สามารถสลับระบบควบคุมได้ทุกช่วง หากเกิดความผิดปกติขึ้นระหว่างการใช้งาน เช่น มีความหน่วงเวลาสูงเกิดขึ้น หรือมีวัตถุกีดขวางเส้นทางบริเวณด้านหน้า ระบบเฝ้าระวังความผิดปกติจะตัดการทำงานเข้าสู่โหมดฉุกเฉินทันทีที่ระบบตรวจพบสถานการณ์ดังกล่าว พร้อมกับแจ้งเตือนสถานการณ์ที่เกิดขึ้นไปยังผู้ควบคุม ณ สถานี ให้ทำการสลับระบบควบคุมไปยังระบบอื่นเพื่อแก้ไขสถานการณ์ ผลการทดสอบการใช้งานระบบอัตโนมัติและระบบควบคุมระยะไกลทั้ง 4 ช่วง รอบจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย พบว่าระบบสามารถใช้งานได้ดี ส่วนเบี่ยงเบนเชิงเส้นเฉลี่ยระหว่างเส้นทางอ้างอิงและเส้นทางที่ถูกบันทึกขณะทดสอบระบบควบคุมไกลทั้งสองช่วงมีค่า 0.25 และ 0.19 เมตร ค่าสูงสุดอยู่ที่ 0.41 และ 0.58 เมตร ส่วนเบี่ยงเบนเชิงเส้นเฉลี่ยขณะใช้งานระบบอัตโนมัติทั้งสองช่วงมีค่า 0.25 และ 0.33 เมตร ค่าสูงสุดอยู่ที่ 0.55 และ 0.83 เมตร ค่าความหน่วงเวลาเฉลี่ยและสูงสุดขณะทดสอบอยู่ที่ 109.7 และ 316.6 มิลลิวินาที ตามลำดับ ผู้ควบคุมไม่รู้สึกถึงความยากในการควบคุมหรือการเปลี่ยนโหมดระบบควบคุม จากการสังเกตภาพวิดีโอบนหน้าจอมอนิเตอร์ขณะมีความหน่วงเวลาสูงสุดดังกล่าวพบว่ามีอาการกระตุกบ้างเล็กน้อย ระบบเฝ้าระวังความผิดปกติสามารถตรวจพบปัญหาขณะใช้งานทั้ง 4 จุด ที่ทำการออกแบบไว้ และสามารถหยุดรถเพื่อเข้าสู่โหมดฉุกเฉินได้ การศึกษาระยะเบรกฉับพลันจากการที่ผู้ขับขี่ทำการเบรกปกติบนรถทดสอบ และผลกระทบของความหน่วงเวลาต่อระยะเบรกหากผู้ควบคุมกดปุ่มหยุดรถฉุกเฉินจากระยะไกลขณะมีอัตราเร็ว 3 เมตรต่อวินาที (อัตราเร็วสูงสุดที่ใช้ในการทดสอบ) พบว่าการมีความหน่วงเวลาเฉลี่ยและสูงสุดดังกล่าวเกิดขึ้น ส่งผลให้ระยะเบรกเพิ่มขึ้นจากระยะเบรกปกติของรถ 1.42 เมตร เพิ่มขึ้นเป็น 1.75 และ 2.37 เมตรตามลำดับ หากมีอุปสรรคกีดขวางหน้ารถอย่างกะทันหันภายในระยะดังกล่าว รถทดสอบจะไม่สามารถเบรกได้ทัน ผู้ควบคุมมีความจำเป็นต้องเข้าควบคุมระบบบังคับเลี้ยวจากระยะไกลเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางที่เกิดขึ้นด้วย กรณีมีความหน่วงเวลาเกิดขึ้นมากกว่า 500 มิลลิวินาทีขึ้นไป ณ อัตราเร็วสูงสุดขณะทดสอบ รถทดสอบอาจชนกับอุปสรรคที่กีดขวางกะทันหันในช่วงระยะเบรกปกติของรถก่อนที่ผู้ควบคุมจะเห็นภาพอุปสรรคดังกล่าวจากภาพหน้าจอมอนิเตอร์

การศึกษาตัวจำแนกประเภทการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อทำนายโรคหลอดเลือดสมอง, ฐิติพร อ้ายดี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โรคหลอดเลือดสมองเป็นโรคที่มีอัตราการเสียชีวิตสูงและยังเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการพิการ การทำวิทยานิพนธ์นี้มีจุดประสงค์ศึกษาตัวจำแนกประเภทในการเรียนรู้ของเครื่องที่มีประสิทธิภาพกับการทำนายโรคหลอดเลือดสมอง โดยใช้ตัวจำแนกประเภทกับข้อมูลที่ได้จากบันทึกของศูนย์โรคหลอดเลือดสมองแบบครบวงจรโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ พิจารณากับปัจจัยเฉพาะและทำการทดลองเพื่อความแม่นยำในการทำนายผล การศึกษาตัวจำแนกประเภทมีทั้ง K-Nearest Neighbors, Support Vector Machine, Random Forest และ Adaboost ปรับจูนพารามิเตอร์ที่เหมาะสมกับข้อมูลทางการแพทย์ที่มีอยู่ ตัวจำแนกประเภทแบบ Random Forest ให้ผลลัพธ์ค่าเฉลี่ยความแม่นยำ 78% ในข้อมูลโรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ รวมถึงวิเคราะห์ปัจจัยเสี่ยงที่ทำให้เกิดโรคหลอดเลือดสมองด้วยวิธีการเรียนรู้ของเครื่องจากข้อมูลชุดที่ทำการศึกษา โดยใช้ TreeExplainer ประมาณค่าของ shapley value เพื่อแสดงผลความสำคัญของปัจจัยเฉพาะ ทั้งนี้เพื่อต่อยอดแนวทางในการปรับใช้ข้อมูลที่จะเก็บเพิ่มขึ้นได้ในอนาคต

หุ่นยนต์สวมใส่แบบโครงร่างเพื่อฟื้นฟูการเดิน, ณัฐภัทร คิ้ววงศ์งาม

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

หุ่นยนต์กายภาพบำบัดแบบสวมใส่ที่ข้อเข่าเพื่อฟื้นฟูการเดินได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการรักษาผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองและโรคใกล้เคียง เพื่อลดภาระการทำงานของบุคคลากรและค่าใช้จ่ายที่ผู้ป่วยต้องแบกรับ รวมถึงยังเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษา แต่ด้วยหุ่นยนต์ดังกล่าวในปัจจุบัน มีขนาดใหญ่ ยากต่อการพกพาและดูแล อีกทั้งยังมีราคาสูง ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์เพื่อที่จะศึกษา ออกแบบ และจัดสร้าง หุ่นยนต์กายภาพบำบัดแบบสวมใส่ที่ข้อเข่า เพื่อฟื้นฟูการเดิน อันประกอบไปด้วย กลไกการส่งกำลังแบบหนึ่งข้อต่อและระบบควบคุมหุ่นยนต์อัตโนมัติ โดยมุ่งเน้นให้หุ่นยนต์มีน้ำหนักเบา สามารถพกพาได้ง่าย และมีราคาถูก โดยในขั้นตอนการออกแบบ ได้จัดทำการวิเคราะห์รูปแบบการส่งกำลัง และศึกษาสมการจลศาสตร์ของกลไก จากนั้นทำการจัดสร้างระบบกลไกส่งกำลังพัฒนาระบบควบคุม งานวิจัยนี้ได้ศึกษาและพัฒนาระบบควบคุมแบบ Impedance control ในสองรูปแบบคือ ระบบแบบออกแรงช่วยและระบบแบบออกแรงต้าน ซึ่งจะทำให้หุ่นยนต์สามารถช่วยเหลือผู้ป่วยในการฝึกฝนการเคลื่อนที่ที่มีความหลากหลาย งานวิจัยนี้ได้ทำเสนอการทดลองทั้งหมด 4 การทดลอง อันประกอบด้วย การทดลองที่ 1 การทดลองหาสภาพการขับย้อนกลับและแรงเสียดทานในระบบส่งกำลัง โดยพบว่าหุ่นยนต์ต้องการแรงขับกลับเพียง 0.457 นิวตันเมตร ซึ่งแสดงถึงความสามารถในการขับกลับที่สูงและแรงเสียดทานในระบบที่ต่ำ การทดลองที่ 2 ศึกษาประสิทธิภาพของระบบควบคุมแบบช่วยเหลือการเคลื่อนที่ในท่านั่ง การทดลองที่ 3 ศึกษาประสิทธิภาพของระบบต้านการเคลื่อนที่ในท่านั่ง โดยในการทดลองที่ 2 และ 3 หุ่นยนต์สามารถปรับแรงช่วยและแรงต้านสูงสุดให้เหมาะสมกับแต่ละผู้ใช้งานได้ในช่วงไม่เกิน 8 นิวตันเมตร และการทดลองสุดท้าย ศึกษาประสิทธิภาพในการช่วยเหลือการเดิน โดยพบว่าหุ่นยนต์สามารถช่วยส่งกำลังได้เพียงพอที่จะพาผู้ใช้งานให้เดินไปตามเส้นทางที่บันทึกไว้ได้ และในทุกการทดลองไม่พบผลกระทบอื่นใดในการใช้งานหุ่นยนต์

การพัฒนาและการศึกษาอิงพารามิเตอร์ของแบบจำลองทางเธอร์โมไดนามิกส์และการถ่ายเทความร้อนสำหรับโรงไฟฟ้าระบบโคเจนเนเรชั่นขนาดเล็ก, ณัฐณิชา มูสิกะสังข์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

โคเจนเนเรชั่นเป็นเทคโนโลยีประสิทธิภาพสูงและประกอบด้วยกังหันก๊าซ กังหันไอน้ำ และเครื่องผลิตไอน้ำจากไอเสีย ในการศึกษาวิทยานิพนธ์ฉบับนี้เป็นการพัฒนาและศึกษาแบบจำลองโรงไฟฟ้าระบบโคเจนเนชั่นขนาดเล็กภายในประเทศไทยและใช้ระเบียบวิธีคำนวณเชิงตัวเลขด้วยโปรแกรมแมทแลป นอกจากนี้พารามิเตอร์ที่ส่งผลต่อการใช้พลังงานและประสิทธิภาพได้แก่ ประสิทธิภาพไอเซนโทรปิกของคอมเพรสเซอร์ ประสิทธิภาพไอเซนโทรปิกของกังหันก๊าซ อัตราส่วนความดัน อุณหภูมิอากาศทางเข้าคอมเพรสเซอร์ อัตราความร้อนเชื้อเพลิง ประสิทธิภาพไอเซนโทรปิกของกังหันไอน้ำ และการปรับความดันวาล์วทางออกกังหันไอน้ำความดันสูง ผลลัพธ์จากการจำลองพบว่าในกรณีฐานประสิทธิภาพโคเจนเนเรชั่นมีค่าร้อยละ 56.96 ความสามารถในการใช้พลังงานปฐมภูมิในกระบวนการผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนมีค่าร้อยละ 16.72 และอัตราส่วนของค่าความร้อน 7001 กิโลจูลต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง ในส่วนของการปรับพารามิเตอร์จะพบว่าการเพิ่มขึ้นประสิทธิภาพไอเซนโทรปิกของคอมเพรสเซอร์ ประสิทธิภาพไอเซนโทรปิกของกังหันก๊าซ อัตราส่วนความดัน อุณหภูมิอากาศทางเข้าคอมเพรสเซอร์ อัตราความร้อนเชื้อเพลิง และประสิทธิภาพไอเซนโทรปิกของกังหันไอน้ำ ส่งผลให้ประสิทธิภาพระบบโคเจนเนเรชั่นและความสามารถในการใช้พลังงานปฐมภูมิในกระบวนการผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้น แต่อัตราส่วนของค่าความร้อนลดลง ในทางกลับกันการเพิ่มความดันวาล์วทางออกกังหันไอน้ำความดันสูงส่งผลให้ประสิทธิภาพระบบโคเจนเนเรชั่นมีค่าเกือบคงที่ ความสามารถในการใช้พลังงานปฐมภูมิในกระบวนการผลิตพลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนลดลง และอัตราส่วนของค่าความร้อนเพิ่มขึ้น

การประเมินศักยภาพระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในอ่างเก็บน้ำที่ผลิตไฟฟ้าพลังน้ำของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.), พร้อมศักดิ์ ทรัพย์ธนากร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

แนวทางการแก้ไขปัญหาวิกฤตพลังงานในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การส่งเสริมพลังงานทางเลือก รวมถึงพลังงานแสงอาทิตย์ ตามแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย พ.ศ. 2561-2580 ฉบับปรับปรุงครั้งที่ 1 ระบุนโยบายส่งเสริมผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน โดยกำหนดให้มีการใช้เซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในเขื่อนผลิตกระแสไฟฟ้าของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.)ทั้งหมด 2,725 เมกะวัตต์ วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือการศึกษาศักยภาพของระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในอ่างเก็บน้ำที่ผลิตไฟฟ้าของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) โดยแบ่งการศึกษาเป็น 2 ส่วน ส่วนที่ 1 เป็นการศึกษาและเปรียบเทียบศักยภาพในจากการใช้ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำเต็มพื้นที่อ่างเก็บน้ำที่ผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแต่ละแห่งในประเทศไทย อันได้แก่ เขื่อนสิรินธร เขื่อนภูมิพล เขื่อนสิริกิติ์ เขื่อนศรีนครินทร์ เขื่อนท่าทุ่งนา เขื่อนวชิราลงกรณ์ เขื่อนอุบลรัตน์ เขื่อนน้ำพุง เขื่อนห้วยกุ่ม เขื่อนจุฬาภรณ์ เขื่อนรัชชประภา และเขื่อนบางลาง โดยมีเงื่อนไขการพิจารณาคือเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำที่ติดตั้งเต็มพื้นที่ต้องไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำที่มีอยู่เดิม และพิจารณาศักยภาพ 4 หัวข้อ ได้แก่ ปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้ต่อปี ซึ่งคำนวณด้วยวิธีของ Perez 1990 ปริมาณการลดการระเหยของน้ำ ซึ่งคำนวณด้วยวิธีของ Shuttleworth 1993 ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ และปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ลดลงจากการผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ผลการศึกษาพบว่า เมื่อติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในเขื่อนศรีนครินทร์จะผลิตไฟฟ้าและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้สูงที่สุด เมื่อติดตั้งในเขื่อนอุบลราชธานีจะลดการระเหยน้ำได้มากที่สุด และเมื่อติดตั้งในเขื่อนสิริกิติ์จะถึงจุดคุ้มทุนเร็วที่สุด ส่วนที่ 2 ที่ทำการศึกษา เป็นการศึกษาศักยภาพในการใช้ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำร่วมกับการผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำของเขื่อนเพื่อผลิตไฟฟ้าคงที่ตลอดเวลา โดยการศึกษาในส่วนนี้ ใช้ข้อมูลจริงของเขื่อนศรีนครินทร์ใน พ.ศ. 2560-2564 เป็นตัวอย่างในการทำแบบจำลองเพื่อแสดงศักยภาพในการใช้ระบบผลิตไฟฟ้าผสมเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้ารวมคงที่สูงสุดที่เป็นไปได้ของแต่ละขนาดการติดตั้งของเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในเขื่อนศรีนครินทร์ ผลลัพธ์ของการจำลองแสดงให้เห็นว่าระบบผสมสามารถผลิตกำลังไฟฟ้ารวมคงที่ได้ระหว่าง 137.14 ถึง 246.76 เมกะวัตต์ และมีรูปแบบการเดินเครื่องได้ 3 รูปแบบ คือ รูปแบบการเดินเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังน้ำเพียงอย่างเดียวคงที่ตลอดเวลา สำหรับกรณีที่ไม่มีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำ รูปแบบการเดินเครื่องผลิตไฟฟ้าผสมแบบไม่มีการสูบน้ำกลับ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำไม่เกิน 0.3391% ของพื้นที่ที่ติดตั้งได้ หรือ 170.4 เมกะวัตต์ และรูปแบบการเดินเครื่องผลิตไฟฟ้าผสมแบบมีการสูบน้ำกลับ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำระหว่าง 0.3391% ถึง 1.20% ของพื้นที่ที่ติดตั้งได้ หรือระหว่าง 170.4 ถึง 603.03 เมกะวัตต์ หากมีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำเกินกว่านี้จะไม่สามารถผลิตไฟฟ้ารวมแบบคงที่ได้ เนื่องจากข้อจำกัดของกำลังการสูบน้ำกลับของเครื่องผลิตไฟฟ้าที่ติดตั้งที่เขื่อนศรีนครินทร์ ข้อดีของรูปแบบการเดินเครื่องที่มีการสูบน้ำกลับร่วมด้วย คือสามารถมีช่วงกำลังการผลิตไฟฟ้าที่กว้าง แต่เนื่องจากการสูบน้ำกลับมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าน้อยกว่าการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ จะทำให้มีการสูญเสียพลังงานจากการสูบน้ำกลับไปบางส่วน แต่การลดลงนี้มีผลน้อยมากเมื่อนำมาประเมินความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์

An Improved Foam Modeling Technique And Its Application To Petroleum Drilling And Production Practice, Yanfang Wang

LSU Doctoral Dissertations

Foam is one of the most common used multiphase fluid in Underbalanced Drilling (UBD) and Managed Pressure Drilling (MPD). Because of its low density, high capacity of lifting and carrying cuttings, low cost and compatibility with formations, foam has become more superior than the conventional drilling mud when depleted reservoir pressure, severe lost circulation, or unstable borehole are encountered. In general, the success of foam applications rely on the understanding of the fundamentals of foam rheology in downhole conditions.

Foam rheology has been studied for decades. Conventional foam rheological models such as Power Law, Bingham Plastic, Herschel-Bulkley to explain foam …

An Investigation Into The Effects Of Fly Ash On Freeze-Thaw Durability Prediction, Yancy Schrader

Graduate Theses and Dissertations

Air is purposefully entrained into concrete primarily to improve resistance to freeze-thaw deterioration while saturated with water. Air entraining admixtures (AEAs) are chemical admixtures designed to entrain air into the concrete to provide adequate resistance to the effects of freezing and thawing. One of the challenges associated with air entrainment in concrete is the interaction of an AEA with supplementary cementitious materials present in the concrete, particularly fly ash. Fly ash is a by-product of the coal fired electrical generation industry, and often contains residual unburned carbon and other components that can increase the AEA demand of a particular concrete …

Leveraging Biomimicry And Additive Manufacturing To Improve Load Transfer In Brittle Materials, Ana Paula Bernardo

Graduate Theses and Dissertations

With the emergence of Additive Manufacturing (i.e., 3D printing) in construction, new strategically designed shapes can be created to improve load transfer through structural members and foundations. Cross-sections can be optimized to carry load using less material, or even using weaker constituent materials, like soils, which are cheap and abundant. The goal of this research is to investigate the benefits of using cellular patterns which leverage biomimicry in civil engineering applications, since nature has perfectly engineered materials and patterns which carry loads with the least amount of material possible. Most of the periodic cellular work to date has focused on …

Me-Em Enewsbrief, October-December 2020, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical and Aerospace Engineering eNewsBrief

No abstract provided.

Nonlinear Controller For Nonlinear Wave Energy Converters, David G. Wilson, Giorgio Bacelli, Rush D. Robinett Iii, Ossama Abdelkhalik

Michigan Tech Patents

The present invention is directed to a nonlinear controller for nonlinear wave energy converters (WECs). As an example of the invention, a nonlinear dynamic model is developed for a geometrically right-circular cylinder WEC design for the heave-only motion, or a single degree-of-freedom (DOF). The linear stiffness term is replaced by a nonlinear cubic hardening spring term to demonstrate the performance of a nonlinear WEC as compared to an optimized linear WEC. By exploiting the nonlinear physics in the nonlinear controller, equivalent power and energy capture, as well as simplified operational performance is observed for the nonlinear cubic hardening spring controller …

Advances In The Application Of Biomimetic Surface Engineering In The Oil And Gas Industry, Yanbao Guo, Zheng Zhang, Siwei Zhang

Friction

Friction is widespread in almost every field in the oil and gas industry, and it is accompanied by huge energy losses and potential safety hazards. To deal with a series of questions in this regard, biomimetic surfaces have been developed over the past decades to significantly reduce economic losses. Presently, biomimetic surface engineering on different scales has been successfully introduced into related fields of the oil and gas industry, such as drill bits and the inner surfaces of pipes. In this review, we focused on the most recent and promising efforts reported toward the application of a biomimetic surface in …

Rubber Plunger Surface Texturing For Friction Reduction In Medical Syringes, Haytam Kasem, Harel Shriki, Lihi Ganon, Michael Mizrahi, Kareem Abd-Rbo, Abraham J. Domb

Friction

Friction is a genuine issue in the use of many medical devices involving rubbery materials such as plungers in medical syringes. This paper presents a new direction for the reduction of friction in medical syringes based on surface texturing of the rubber plunger. The specimens were prepared by casting poly(vinylsiloxane) (PVS) rubber into a pre-fabricated negative template obtained by 3D printing. Friction tests were performed on a home-made test-rig. It was clearly shown that friction resistance can be considerably manipulated when using textured plungers.

Erosive Wear Properties Of Za-27 Alloy-Based Nanocomposites: Influence Of Type, Amount, And Size Of Nanoparticle Reinforcements, Aleksandar Vencl, Ilija Bobić, Biljana Bobić, Kristina Jakimovska, Petr Svoboda, Mara Kandeva

Friction

Metal matrix nanocomposites (MMnCs) comprise a metal matrix filled with nanosized reinforcements with physical and mechanical properties that are very different from those of the matrix. In ZA-27 alloy-based nanocomposites, the metal matrix provides ductility and toughness, while usually used ceramic reinforcements give high strength and hardness. Tested ZA-27 alloy-based nanocomposites, reinforced with different types (SiC and Al2O3), amounts (0.2 wt.%, 0.3 wt.%, and 0.5 wt.%) and sizes (25 nm, 50 nm, and 100 nm) of nanoparticles were produced through the compocasting process with mechanical alloying pre-processing (ball milling). It was previously shown that the presence of nanoparticles in ZA-27 …

Friction And Wear Behaviors Of Mos2-Multi-Walled-Carbon-Nanotube Hybrid Reinforced Polyurethane Composite Coating, Zhaozhu Zhang, Mingming Yang, Junya Yuan, Fang Guo, Xuehu Men

Friction

MoS2-multi-walled-carbon-nanotube (MWCNT) hybrids containing two-dimensional MoS2 and one-dimensional MWCNTs were synthesized through a one-step hydrothermal reaction. X-ray-diffraction and transmission-electron-microscopy results demonstrated that MoS2 nanosheets were successfully synthesized, and uniformly anchored on the MWCNTs' surfaces. Furthermore, the effects of the MoS2-MWCNT hybrids on the tribological performances of polyurethane composite coatings were investigated using a UMT-2MT tribo-tester. Friction and wear test results revealed that the friction coefficient and wear rate of a 3 wt% MoS2-MWCNT-1 filled polyurethane composite coating were reduced by 25.6% and 65.5%, respectively. The outstanding tribological performance of the MoS2-MWCNT-1 reinforced polyurethane composite coating was attributed to the excellent …

Sliding Friction Of Shale Rock On Dry Quartz Sand Particles, Huijie Zhang, Shuhai Liu, Huaping Xiao

Friction

The sliding friction of rock, involving all kinds of particles at the contact surface, is relevant to many problems, ranging from those in artificial engineering to earthquake dynamics. In this work, the frictional performance of the shale rock-dry quartz sand contact was investigated using a self-developed testing device. The study showed that the coefficient of friction of the contact increases with nominal stress and that the corresponding friction force increases approximately linearly with nominal stress, which is directly related to the contact stress between each single sand particle and rock shale. An overall dynamic coefficient, γ, reflecting the response of …

Friction Predication On Pin-To-Plate Interface Of Ptfe Material And Steel, Zhuming Bi, Donald W. Mueller

Friction

In this paper, the friction behavior at a pin-to-plate interface is investigated. The pin and plate are made of Polytetrafluoroethylene (PTFE) and steel, respectively, and there is a reciprocating motion at the interface. Governing mathematical models for the relations of design variables and frictions are investigated, and a general procedure is proposed to solve the developed models and predict the friction forces at the interface subjected to given test conditions. Novel models have been developed to represent intrigued friction behaviors affected by various factors such as pin geometrics and finishes, lubrication conditions, and reciprocating speed. The test data from experiments …

Significant Friction Reduction Of High-Intensity Pulsed Ion Beam Irradiated Wc-Ni Against Graphite Under Water Lubrication, Gaolong Zhang, Yuechang Wang, Ying Liu, Xiangfeng Liu, Yuming Wang

Friction

Two types of commercial WC-Ni samples were irradiated with the High-intensity pulsed ion beam (HIPIB). Both the surface characteristics and tribo-characteristics of the non-irradiated and irradiated WC-Ni samples, sliding against graphite under water lubrication, were compared. Quite low steady friction coefficients (approximately of 0.02) of the irradiated WC-Ni were observed. The surface topographies and components were investigated. The quite low friction of the irradiated WC-Ni samples was ascribed to the higher fluid retention capability of the latter and the tribofilm formed during sliding.

Metal-Containing Nanomaterials As Lubricant Additives: State-Of-The-Art And Future Development, Igor E. Uflyand, Vladimir A. Zhinzhilo, Victoria E. Burlakova

Friction

This review focuses on the effect of metal-containing nanomaterials on tribological performance in oil lubrication. The basic data on nanolubricants based on nanoparticles of metals, metal oxides, metal sulfides, nanocomposities, and rare-earth compounds are generalized. The influence of nanoparticle size, morphology, surface functionalization, and concentration on friction and wear is analyzed. The lubrication mechanisms of nanolubricants are discussed. The problems and prospects for the development of metal-containing nanomaterials as lubricant additives are considered. The bibliography includes articles published during the last five years.

Experimental Study On The Tribo-Chemical Smoothening Process Between Self-Mated Silicon Carbide In A Water-Lubricated Surface-Contact Reciprocating Test, Le Jin, Herbert Scheerer, Georg Andersohn, Matthias Oechsner, Dieter Hellmann

Friction

Silicon carbide (SiC) can be tribo-chemically smoothened during a self-mated sliding procedure in the aqueous environment. As well reported in the point-contact tests, this smoothening process works well due to the abundant water as oxidant. After this smoothening process, the tribo-surface is well polished, a closely mated tribo-gap naturally forms, and an ultra-low friction state is built. However, water in the tribo-gap could be insufficient in industrial applications, e.g., the seal gap in mechanical seals. In this study, the tribo-chemical smoothening behavior in such environment was researched. A surface-contact reciprocating test was used to simulate the aqueous environment where water …

Water-Based Superlubricity In Vacuum, Chen Xiao, Jinjin Li, Lei Chen, Chenhui Zhang, Ningning Zhou, Tao Qing, Linmao Qian, Jiyang Zhang, Jianbin Luo

Friction

This study achieved water-based superlubricity with the lubrication of H3PO4 solution in vacuum (highest vacuum degree <10-4 torr) for the first time by performing a pre-running process in air before running in vacuum. The stable water-based superlubricity was sustainable in vacuum (0.02 torr) for 14 h until the test was stopped by the user for non-experimental factor. A further analysis suggested that the superlubricity may be attributed to the phosphoric acid-water network formed in air, which can efficiently lock water molecules in the liquid lubricating film even in vacuum owing to the strong hydrogen bond interaction. Such capability to lock water is strongly affected by the strength of hydrogen bond and environmental conditions. The realization of water-based superlubricity with H3PO4 solution in vacuum can lead to its application in space environment.

Tribological Performance Of Novel Nickel-Based Composite Coatings With Lubricant Particles, Ignacio Tudela, Andrew J. Cobley, Yi Zhang

Friction

The present study is focused on the evaluation of the tribological performance of novel Ni/hBN and Ni/WS2 composite coatings electrodeposited from an additive-free Watts bath with the assistance of ultrasound. Lubricated and non-lubricated scratch tests were performed on both novel composite coatings and on standard Ni deposits used as a benchmark coating to have an initial idea of the effect of the presence of particles within the Ni matrix. Under lubricated conditions, the performance of the Ni/hBN composite coating was very similar to the benchmark Ni coating, whereas the Ni/WS2 behaved quite differently, as the latter did not only show …

Numerical Analysis Of Time-Varying Wear With Elastic Deformation In Line Contact, Wanglong Zhan, Ping Huang

Friction

Wear is an important factor for failures of mechanical components. Current research on wear is mainly focused on experiments while the numerical simulation of wear is hardly used owing to the complexities of the wear process. Explaining the effect of friction on the wear process is important, as it will lead to a deeper understanding of the evolution of wear. This study proposed a numerical method to expound the wear process in the contact between an elastic cylinder and a half-space simulating the ring-block tester. There are two difficulties during the calculation; one is that the contact shapes vary with …

Theoretical Studies Of Spinning Line Parameters Of Ring Spinning Machines, Nurilla Dadaxanov

Acta of Turin Polytechnic University in Tashkent

The article studies the angle of discharge of exhaust devices and obtaining of analytical dependencies for calculating the angle of flow around the sliver of the exhaust cylinder on the spinning line of ring spinning machines.

The Concept Of The Mathematical Description Of The Multi-Coordinate Mechatronic Module Of The Robot, Temurbek Omonboyevich Rakhimov

Acta of Turin Polytechnic University in Tashkent

The article deals with the concept of mathematical de- scription of multi-coordinate mahatronic modules of robots. The main results of the work are a generalized structure of a multi- coordinate mechatronic module of motion, a kinematic diagram of an electromagnetic multi-coordinate mechatronic module with three independent coordinate linear and angular movements is proposed, consisting of four electromagnets, controlled couplings designed to transmit the reciprocating motion of the moving parts of electro- magnets to the output rods and a cable, which are associated with the links of work and bringing them into linear and angular mo- tion. A simulation model of …

Me-Em 2019-20 Annual Report, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical and Aerospace Engineering Annual Reports

Table of Contents

• Element 1
• Element 2
• Element 3
• Element 4
• Enrollment & Degrees
• Graduates
• Department
• Alumni
• Donors

Me-Em Enewsbrief, September 2020, Department Of Mechanical Engineering-Engineering Mechanics, Michigan Technological University

Department of Mechanical and Aerospace Engineering eNewsBrief

No abstract provided.

Development Of High-Density Propulsion System Technologies For Interplanetary Small Satellites And Cubesats, Morgan Andrew Roddy

Graduate Theses and Dissertations

The goal of this research was to support the development of a novel propulsion system for small satellites (<180 kg) and CubeSats. This was pursued by conducting a collection of studies that were designed to provide engineering data that would be critical in designing a functional prototype. The novel propulsion system was conceived by the author to provide best-in-class performance for the small satellite and CubeSat families of spacecraft. This context presents specific design requirements that the presented technology attempts to satisfy. The most critical among these is high density; the propellant was designed to be stored with high density and the thruster was designed to be as compact as possible. The propulsion system is composed of two primary elements, a propellant generator and a thruster. The propellant generator works by sublimating a solid crystal into vapor and then using this vapor to etch a dense metal. The resulting gaseous byproducts of this reaction are the propellant. This dissertation used xenon difluoride (XeF2) vapor to etch tungsten (W) which react to form xenon gas (Xe) and tungsten hexafluoride (WF6). This approach gave a theoretical propellant storage density 5.40 g/cm3; and 5.17 g/cm3 was demonstrated. The sublimation dynamics of the XeF2 were studied as a function of surface area and temperature and it was found to be suitable for the intended application due to its high effluence rate; that is, it sublimates fast enough to be useful. The sublimation rates are on the order of 10’s of µg/s. The etch rate of XeF2 on W was also studied and found to be suitably fast to provide useful amounts of reactants for use as a propellant, again on the order of 1’s of µg/s. The thruster is an electrostatic radio frequency (RF) ion thruster design and is manufactured with Low Temperature Co-Fired Ceramic (LTCC) materials system and manufacturing technology. Manufacturing samples of the thruster were built at the University of Arkansas in July 2015 and tested at NASA’s Marshall Space Flight Center in May 2018. Testing validated the viability of the LTCC thruster and provided valuable information on how to improve the thruster’s design.

Open-Source Digitally Replicable Lab-Grade Scales, Benjamin R. Hubbard, Joshua M. Pearce

Michigan Tech Publications, Part 1

This study provides designs for a low-cost, easily replicable open-source lab-grade digital scale that can be used as a precision balance. The design is such that it can be manufactured for use in most labs throughout the world with open-source RepRap-class material extrusion-based 3-D printers for the mechanical components and readily available open-source electronics including the Arduino Nano. Several versions of the design were fabricated and tested for precision and accuracy for a range of load cells. The results showed the open-source scale was found to be repeatable within 0.05 g with multiple load cells, with even better precision (0.005 …

Mechani-Kits Senior Design Project, Jake Utley, Sophie Carson, Vincent Seguin

Mechanical Engineering

Studies suggest that when designed and executed well, hands-on activities can enhance student understanding of key mechanics concepts. Current products are expensive and typically not designed to meet a variety of learning objectives. Through the Mechanics of Inclusion and Inclusivity in Mechanics grant, the Cal Poly Physics and Engineering Departments are seeking to incorporate new hands-on activities into their courses. Our team has designed three inexpensive ”MechaniKits” to be used in physics, statics and dynamics courses [1]. This Final Design Review outlines our findings, objectives, and final designs for this project. It also explains our manufacturing and design verification plans. …