Mechanical Engineering Commons^™

A Review Of Latest Developments, Progress, And Applications Of Heat Pipe Solar Collectors, Abdellah Sharifian, Mehdi Khiadani, Ataollah Nosrati

Research outputs 2014 to 2021

Among all the available solutions to the current high energy demand and consequent economic and environmental problems, solar energy, without any doubt, is one of the most promising and widespread solutions. However, conventional solar systems face some intractable challenges affecting their technical performance and economic feasibility. To overcome these challenges, increasing attention has been drawn towards the utilization of heat pipes, as an efficient heat transfer technology, in conventional solar systems. To the authors’ knowledge, despite many valuable studies on heat pipe solar collectors (mainly during the last decade), a comprehensive review which surveys and summarizes those studies and identifies …

The Effect Of Friction Stir Processing On The Microstructure And Tensile Behavior Of Aluminum Alloys, Nelson Gomes Affonseca Netto

UNF Graduate Theses and Dissertations

Friction Stir Processing (FSP) is a promising thermomechanical technique that is used to modify the microstructure of metals locally, and thereby locally improve mechanical properties of the material. FSP uses a simple and inexpensive tool, and has been shown to eliminate pores and also reduce the sizes of intermetallics in aluminum alloys. This is of great interest for research on solidification, production and performance of aluminum alloy castings because FSP can enhance the structural quality of aluminum casting significantly by minimizing the effect of those structural defects.

In the literature, there is evidence that the effectiveness of FSP can change …

High Speed, Micron Precision Scanning Technology For 3d Printing Applications, Nicholas Emord

UNF Graduate Theses and Dissertations

Modern 3D printing technology is becoming a more viable option for use in industrial manufacturing. As the speed and precision of rapid prototyping technology improves, so too must the 3D scanning and verification technology. Current 3D scanning technology (such as CT Scanners) produce the resolution needed for micron precision inspection. However, the method lacks in speed. Some scans can be multiple gigabytes in size taking several minutes to acquire and process. Especially in high volume manufacturing of 3D printed parts, such delays prohibit the widespread adaptation of 3D scanning technology for quality control. The limiting factors of current technology boil …

Potential Replacement Of The Us Navy's Rapid Penetration Test With The Method Of Multichannel Analysis Of Surface Waves, William Fletcher

UNF Graduate Theses and Dissertations

The United States Navy (USN) currently utilizes a Rapid Penetration Test (RPT) on both land and in water as the means to determine whether sufficient soil bearing capacity exists for piles in axial compression, prior to construction of the Elevated Causeway System (Modular) [ELCAS(M)] pile-supported pier system. The USN desires a replacement for the RPT because of issues with the method incorrectly classifying soils as well as the need to have a less labor-and-equipment-intensive method for geotechnical investigation.

The Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) method is selected herein as the potential replacement for the RPT. The MASW method is …

An Integrated Closed Convergent System For Optimal Extraction Of Head-Driven Tidal Energy, Michelle Ann Vieira

UNF Graduate Theses and Dissertations

As the demands for energy increased with the global increase in population, there is a need to create and invest in more clean and renewable energy sources. Energy derived from the movement of the tides is an ancient concept that is currently being harnessed in a handful of large tidal range locations. However, the need to move from fossil fuel driven energy sources to those that are clean and non-polluting is a priority for a sustainable future. Globally, hydropower potential is estimated to be more than 16,400-Terawatt hours annually. Given that the electricity consumption worldwide was at 15,068-Terawatt hours in …

The Microstructural Annealing Response Of Cold Gas Dynamically Sprayed Al 6061, Clayton Andrew Cushway

UNF Graduate Theses and Dissertations

The Cold-Gas Dynamic-Spray process also known as Cold Spray (CS) has been researched for three decades. The CS process is a solid-state deposition technique via supersonic velocity of powder particles at a temperature significantly below the melting point of the spray material. This thesis presents background on the overall CS process parameters, and additional information on the microstructural and mechanical properties of typical Cold Sprayed materials.This Thesis primarily presents a study on the microstructural annealing response of CS Al 6061. It should be noted that for this study, the term “annealing” is used in the sense of the classical metallurgical …

Computational Modeling Of Transcatheter Aortic Valves, Mostafa Abbasi

Electronic Theses and Dissertations

Transcatheter aortic valve replacement (TAVR) is an established therapy alternative to surgical valve replacement in high-risk and intermediate-risk patients with severe aortic stenosis. Currently, although TAVR is an alternative and less-invasive treatment for high-risk and intermediate-risk patients, surgical aortic valves replacement (SAVR) was still considered as the gold standard for low-risk patients. TAVR could potentially be applied to lower-risk younger patients if the indications can be safely expanded to the patients and transcatheter aortic valve (TAV) long-term durability can match with that of surgical bioprostheses. In contrast to surgical aortic valves (SAVs), there have been limited clinical data on the …

System Optimization And Material Development Of Solid Oxide Cells For Energy Conversion And Storage, Libin Lei

Theses and Dissertations

Solid oxide cells (SOCs) can convert chemical energy to electricity in the fuel cell mode and store electricity to chemicals in the electrolysis mode. However, there are still critical barriers, such as energy efficiency and durability, for the development and commercialization of SOCs. The objective of this dissertation is to apply system optimization and materials design to address the critical barriers for solid oxide cells in energy conversion and energy storage applications. One major focus of the dissertation is related to improve energy efficiency, enhance the cell performance and achieve multifunctionality in solid oxide electrolysis cells (SOECs). In addition, development …

Enhance Flow Boiling In Microchannels By Regulating Two-Phase Transport Patterns, Wenming Li

Theses and Dissertations

Flow boiling in microchannels is one of the most promising cooling techniques for microelectronics. Using latent heat by vaporization can significantly improve heat dissipation of high power density electronic devices. Most of the failure of electronic devices is induced by the occurrence of critical heat flux (CHF), which defines the maximum operating conditions. However, the vigorous rapid generation of vapor through phase change leads to chaotic two-phase flows in microchannels, resulting in flowinstability in terms of severe flow, temperature and pressure drop fluctuations. Particularly, the very well-known bubble confinement exacerbates the two-phase flow instabilities and greatly deteriorates heat transfer performance …

Multiscale Deformation And Failure Behavior Of Polymer Bonded Explosives Subjected To High Rate Loading, Suraj Muthiramalil Ravindran

Theses and Dissertations

Polymer bonded explosives (PBX) are heterogeneous granular composites with a high-volume fraction of solid. Typically, they contain 80-95% explosive crystals and 5- 20% soft polymer binder. These materials are subjected to different loading conditions during their service life. The main function of the soft binder is to reduce shock sensitivity to prevent an accidental explosion. However, there have been inadvertent detonations in these materials during transportation and handling. The reason for such unintentional explosion is not well understood. It is commonly accepted that the formation of local hightemperature regions, called ‘hot spots’, is the primary cause. Hotspot formation is associated …

High Temperature Compression Creep Of U3si2, Emil Angelo Cahanap Mercado

Theses and Dissertations

As a result of the Fukushima Daiichi Nuclear Disaster in 2011, a push for increasing the safety of nuclear power plants was made through research grants funded through the United States Department of Energy via the Accident Tolerant Fuels (ATF) campaign. One of the focuses of the campaign is improving the accident tolerance of nuclear fuel during a loss of coolant accident.

A promising set of being researched from the ATF is Silicon Carbide (SiC) composite cladding and Uranium Silicide (U3Si2) fuel pellets. Under high temperatures, stresses, and times the creep deformation can play an important factor in pellet to …

Physics-Based Approaches For Structural Health Monitoring And Nondestructive Evaluation With Ultrasonic Guided Waves, Md Yeasin Bhuiyan

Theses and Dissertations

The engineering infrastructures have a growing demand for damage monitoring systems to avoid any potential risk of failure. Proper damage monitoring solutions are of a great interest to this growing demand. The structural health monitoring (SHM) and nondestructive evaluation (NDE) offer appropriate online and offline damage monitoring solutions for a variety of mechanical and civil infrastructures that includes unmanned aerial vehicles (UAV), spaceships, commercial aircraft, ground transportation, wind turbines, nuclear spent fuel storage tanks, bridges, naval ships, and submarines. The fundamentals of the ultrasonic SHM and NDE consist of multi-disciplinary fields. The dissertation addresses SHM and NDE using ultrasonic guided …

Fundamentals Of Srcoo3 Based Oxygen-Deficient Perovskites As Cathodes For Solid Oxide Fuel Cells, Tianrang Yang

Theses and Dissertations

The local structure and oxygen stoichiometry in oxide systems have a profound impact on oxygen electrocatalysis encountered in metal-air batteries and solid oxide fuel cells (SOFCs). However, this knowledge is often obtained under conditions different from the real working conditions of the material, resulting in misinterpretation and misunderstanding. This PhD dissertation aims to obtain the structure and oxygen stoichiometry information of a class of perovskite oxides under their real working conditions in solid oxide fuel cells. Several perovskite oxides were selected for the study: Sr0.9Y0.1CoO3- (SYC10), Sr0.9Y0.3CoO3- (SYC30), SrCo0.9Nb0.1O3- (SCN10) and SrCo0.9Ta0.1O3- (SCT10). The local crystal structure and oxygen stoichiometry …

Manufacturing Feature Recognition With 2d Convolutional Neural Networks, Yang Shi

Theses and Dissertations

Feature recognition is a critical sub-discipline of CAD/CAM that focuses on the design and implementation of algorithms for automated identification of manufacturing features. The development of feature recognition methods has been active for more than two decades for academic research. However, in this domain, there are still many drawbacks that hinder its practical applications, such as lack of robustness, inability to learn, limited domain of features, and computational complexity. The most critical one is the difficulty of recognizing interacting features, which arises from the fact that feature interactions change the boundaries that are indispensable for characterizing a feature. This research …

Analysis Of Pellet-Cladding Mechanical Interaction On U3si2 Fuel With A Multi-Layer Sic Cladding Using Bison, Ray A. Freeman

Theses and Dissertations

U3Si2 is currently being considered as a possible replacement for the current light water reactor fuel, UO2. U3Si2’s high melting temperature, high uranium density, and high thermal conductivity are favorable in accident conditions, such as a loss of coolant accident. Improved accident performance is further expected when paired with a SiC/SiC cladding, since it provides relatively high strength and a high oxidation resistance.

Modeling of U3Si2 and SiC/SiC in reactor is currently very important since much of their behavior is still unknown. By implementing models that describe the properties of U3Si2 and SiC/SiC into INL’s fuel performance code BISON, performance …

Effect Of Weak Adhesion Interface On Mechanical And Dielectric Properties Of Composite Materials, Prashant Katiyar

Theses and Dissertations

Interfaces are often the most critical part of the heterogeneous materials and their structures. Such interfaces appear a multiple length scales and significantly affect bulk properties in different material systems. Fiber reinforced composite materials are one such example of heterogeneous materials with interfaces at constituent scale (fiber-matrix interface and interphase) to laminate scale (secondary adhesive joints). Manufacturing induced defects and subsequent in-service damage at these interfaces can severely affect the durability of fiber reinforced laminated composite materials and their joints. In addition to lamination process, defects can also form during secondary joining process (e.g., adhesive bonding and repair) which can …

Combustion Behavior Of Sub-Millimeter Sized Oxygenated And N-Alkane Fuel Droplets, Mohammad Fahd Ebna Alam

Theses and Dissertations

The primary scientific explorations of this thesis work are to better understand (a) microgravity fire-suppression of untested extinguisher, (b) combustion kinetic model refinement of renewable fuel butanol (C4H9OH) isomers, and (c) directly induced cool flame dynamics of higher n-alkane fuels from an isolated small droplet combustion perspective employing computational fluid dynamics with comprehensive chemical kinetics. The chronological development of the research direction shifts from a relatively small fuel like methanol (CH3OH) to heavier straight paraffinic fuel n-decane (n-C10H22). The first installment of the thesis is directed towards answering the feasibility of thennewly considered fire suppressant xenon (Xe) for microgravity space …

Effect Of Material Orientation On The Impact Response Of Graded Cellular Materials, Abigail Wohlford

Theses and Dissertations

In this study, the effect of layer stacking on the energy absorption characteristics of density-graded cellular polymers subjected to high velocity impact is investigated experimentally. The focus in the present work is to characterize the constitutive response and deformation mechanisms of these Functionally Graded Foam Materials (FGFM) using full-field measurements. Uniform foam Quasi-static and dynamic testing of uniform foam specimens are completed for each nominal density used in the layered foam samples. The low strain-rate experiments are performed in order to determine the mechanical properties of foam specimens. The high-rate experiments for homogenous foam specimens were completed to further characterize …

Characterization Of Evaporation/Condensation During Pool Boiling And Flow Boiling, Mostafa Mobli

Theses and Dissertations

Present dissertation has investigated pool and flow boiling and their characteristics via numerical means. A code was developed to investigate and enhance heat transfer performance during different modes of phase change phenomena. Multiphase heat transfer has proven to be one of the most effective means of heat transfer in different industries, therefore, there have been numerous experimental and numerical studies on the subject of phase change phenomena in a wide range of conditions and setups; yet there are complex bubble dynamics and heat transfer characteristics that remain unresolved. To have a more detailed look at and a better understanding of …

Acousto-Ultrasonic Shm/Nde Methods Toward Field Application, Stephen Harris Howden

Theses and Dissertations

Acousto-ultrasonic nondestructive evaluation (NDE) and structural health monitoring (SHM) methods offers solutions in damage detection, material properties evaluation and more. These ultrasonic waves can propagate through solids and interact with structural features and discontinuities. In this thesis use of several acousto-ultrasonics NDE/SHM methods were explored to evaluate their sensing and detection capabilities toward damage detection field applications in nuclear and aerospace industries.

For nuclear applications, passive sensing using piezoelectric sensors and acoustic emission (AE) techniques were explored on the spent fuel dry storage casks. Dry storage casks are used in the nuclear industry to transport or store spent nuclear fuel …

The Mechanical Properties And Deformation Behavior Of Heat Treated Versus As-Received Inconel X-750, Christopher Marsh

Theses and Dissertations

X-750 is a nickel-chromium based super alloy of usefulness in a wide variety of applications such as gas turbines, rocket engines, nuclear reactors, pressure vessels, tooling, and aircraft structures. Its good mechanical properties are due to the strengthening from precipitation of γ′ particles upon prior ageing heat treatment. In this work, the effect of such heat treatment on the mechanical properties, tensile behavior, and fracture mechanisms of X-750 was studied at various temperatures by comparing it with a non-aged, solution annealed X-750. Tensile tests were conducted from room temperatures up to 900 °C at three separate strain rates (10-3, 10-4, …

Structural Health Monitoring Using Ultrasonic Guided Waves And Piezoelectric Wafer Active Sensors, Faisal Haider Mohammad

Theses and Dissertations

This dissertation is organized in three major parts covering ardent and challenging research topics in structural health monitoring (SHM). Part I focuses on the theoretical and numerical analysis of acoustic emission (AE) guided waves in both Cartesian coordinates (2D) and cylindrical coordinates (3D) system using energy approach, which, to the best of our knowledge, has not been yet reported elsewhere. AE guided waves appear due to sudden energy release during incremental crack propagation in a plate. The Helmholtz decomposition approach is applied to the inhomogeneous elastodynamic Navier-Lame equation for both the displacement field and body forces. For the displacement field, …

Monitoring The Progress Of Damage In A Sicf-Sicm Composite Nuclear Fuel Cladding Under Internal Pressure Using Acoustic Emission, Luis H. Alva

Theses and Dissertations

The relation between the progress of damage and the acoustic emission (AE) activity of a nuclear grade Sif-SiCm composite tubing under internal pressure was studied. The nuclear grade Sif-SiCm composite tubing is manufactured by the company General Atomics (GA) and made of nuclear grade HI Nicalon type S fiber preforms following a chemical vapor infiltration (CVI) technique. Sif-SiCm composites are good candidates to replace current nuclear fuel cladding materials because of the good chemical stability and strength at high temperatures. In this work, a Sif-SiCm composite tubing was tested under internal pressure at room temperature (RT) to study the damage …

Development Of Advanced Mixed Electronic And Carbonate Ion Conducting Membranes And Reactors For Combined Co2 Capture And Conversion, Jie Fang

Theses and Dissertations

Global warming and climate change resulted from CO2 emissions have been increasingly observed to impact our daily life and damage our economy in recent human history. To deal with this grand challenge, carbon capture and storage (CCS) has been established as a key technology to curb CO2 emission from fossil-fueled power plants. The core of the CCS technology is to capture CO2 at emission sources and geologically bury it for permanent storage or enhanced oil recovery (OER). As the first step of CCS, carbon capture technologies are currently being developed for three power-generation related combustion processes that are responsible for …

A Numerical Investigation Of Augmented Heat Transfer In Rectangular Ducts With Ribs, Warissara Tangyotkhajorn

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The application of roughness structure of ribs inside a smooth channel is one effective way of heat transfer augmentation, but the accompanied pressure drop could be high. A novel V-rib design with branches was introduced and numerical simulations on the thermo-fluid impact of heat transfer and pressure drop were investigated. The parameters of investigation include the branching number and the pitch ratio of the V-ribs. It appears that increasing the relative pitch ratio serves to improve the overall performance of a roughened channel. The effect of the branching number is only experienced at low pitch ratio. At high pitch ratio, …

สมการเชิงประจักษ์สำหรับความแข็งเกร็งของคู่เฟืองตรงด้วยผลจากระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์, ทิวา นันตะภักดิ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ความแข็งเกร็งของเฟืองตรงเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้ในการศึกษาการสั่นสะเทือนของเฟือง หากทราบค่าที่แม่นยำจะสามารถนำไปใช้ในแบบจำลองเพื่อทำนายลักษณะการสั่นสะเทือนของเฟืองตรงได้อย่างถูกต้อง การหาความแข็งเกร็งของเฟืองตรงโดยส่วนใหญ่มักใช้วิธีการวิเคราะห์ หรือใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ ถึงแม้ว่าวิธีเหล่านี้จะสามารถใช้หาค่าความแข็งเกร็งได้ แต่เนื่องจากการคำนวณโดยวิธีการวิเคราะห์มีความซับซ้อน ส่วนการคำนวณด้วยโปรแกรมไฟไนต์เอลิเมนต์มีความยากลำบากในการจัดการสัมผัสของฟันเฟืองและใช้เวลาคำนวณมาก วิธีทั้งสองจึงยังไม่สะดวกในการนำไปใช้งานจริง ในวิทยานิพนธ์นี้จึงมีเป้าหมายที่จะสร้างสมการอย่างง่ายเพื่อคำนวณค่าความแข็งเกร็งของเฟืองตรง สมการที่สร้างขึ้นแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ 1) สมการคำนวณความแข็งเกร็งส่วนทรงกระบอกเฟือง ซึ่งสร้างโดยใช้สมการพื้นฐานกลศาสตร์ของแข็ง และ 2) สมการคำนวณความแข็งเกร็งของคู่ฟันเฟือง ซึ่งสร้างโดยใช้ผลการคำนวณพื้นฐานจากระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ การสร้างสมการในส่วนที่ 2 ทำโดยเลือกพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับความแข็งเกร็งของฟันเฟือง และจัดรูปแบบสมการให้เหมาะสม ต่อจากนั้นหาความสัมพันธ์ของความแข็งเกร็งของฟันเฟืองที่มีพารามิเตอร์รูปร่างต่างๆ กับตำแหน่งการขบด้วยวิธีการถดถอยแบบพหุนาม โดยใช้ข้อมูลผลการคำนวณด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ของชุดเฟืองจำนวน 8 ชุดที่มีพารามิเตอร์แตกต่างกัน และมีภาระกระทำต่างๆ กัน ความแข็งเกร็งของคู่เฟืองหาได้โดยรวมความแข็งเกร็งทั้งสองส่วนเข้าด้วยกันแบบอนุกรม การตรวจสอบความแม่นยำของสมการที่สร้างขึ้นทำโดยเปรียบเทียบความแข็งเกร็งที่คำนวณได้กับผลจากระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยเปรียบเทียบทั้งกรณีความแข็งเกร็งของชุดเฟืองตั้งต้นที่ใช้สร้างสมการ และชุดเฟืองอื่นที่มีค่าพารามิเตอร์ต่างจากชุดเฟืองตั้งต้น รวมทั้งตรวจสอบผลกับงานวิจัยอื่นด้วย ผลที่ได้พบว่าค่าความแข็งเกร็งที่ได้มีค่าใกล้เคียงกัน และมีความคลาดเคลื่อนสูงสุดไม่เกิน 10% ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสมการที่สร้างขึ้นสามารถทำนายค่าความแข็งเกร็งได้อย่างถูกต้องและสามารถนำไปใช้กับคู่เฟืองอื่นๆ ได้

การพัฒนาอุปกรณ์ถ่ายภาพอัตโนมัติและระเบียบวิธีการนับพลาคของไวรัส, ปัณณวิชญ์ เปรมสัตย์ธรรม

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

เครื่องมือวิเคราะห์แบบอัตโนมัติสำหรับการวิจัยทางการแพทย์ สำหรับประเมินจำนวน ไวรัส Dengue ใน 96-well plate แบบอัตโนมัติเป็นหนึ่งในหัวข้อที่สำคัญและน่าสนใจ เนื่องจาก เครื่องมือนี้สามารถช่วยลดภาระงานของนักวิจัยได้ ดังนั้นการถ่ายรูปและระเบียบวิธีการนับพลาค ของไวรัสแบบอัตโมมัติจึงถูกพัฒนาขึ้น โดยงานวิจัยนี้กำหนดให้การถ่ายรูปอัตโนมัติประกอบด้วย โครงสร้าง xy-table ซึ่งมีพื้นที่ทำงาน 220 x 220 ตารางมิลลิมตร ความผันเที่ยงตรง (Accuracy) เท่ากับ 0.04 มิลลิเมตร และค่าความสามารถในการวัดซ้ำ (Repeatability) เท่ากับ 0.03 มิลลิเมตร และมีแกน z สำหรับจับกล้องเพื่อปรับระยะโฟกัสภาพ เพื่อขยับถ่ายรูปหลุมแต่ละหลุมของ 96 well plate ต่อมาเป็นการใช้กระบวนการต่างๆ เพื่อนับพลาคแบบอัตโนมัติ กระบวนการต่างๆ ดังกล่าวนี้ถูกพัฒนาด้วยโปรแกรม MVTec HALCON ซึ่งผลการทดลองของงานวิจัยนี้แสดงให้เห็น ว่าการนับพลาคด้วยกระบวนการดังกล่าวถูกต้อง 88% อีกทั้งระบบการทำงานนี้ไม่ต้องใช้สารทึบ แสงเพื่อเพิ่มความคมชัดของภาพในขั้นตอนการถ่ายภาพ ดังนั้นระบบการทำงานนี้ช่วยลดขั้นตอน การทำงานของนักวิจัยระหว่างเตรียมการวิเคราะห์หาปริมาณไวรัสโดยการนับจำนวนพลาคได้

ระบบของไหลจุลภาคเพื่อดักจับเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ติดเชื้อมาลาเรียด้วยแรงแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำโดยโครงสร้างนิกเกิล, พชร หนูสวัสดิ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้นำเสนอวิธีการคัดแยกเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ติดเชื้อมาลาเรียโดยอาศัยแม่เหล็กถาวรพร้อมกับการใช้โครงสร้างเสานิกเกิลขนาดเล็กซึ่งเป็นวัสดุเฟอโรแมกนีติก เพื่อเพิ่มเกรเดียนของสนามแม่เหล็กโดยมีการศึกษาผลของรูปร่างโครงสร้างเสาขนาดเล็กต่อขนาดของแรงแมกนีโตเฟอรีติกและแรงต้านการไหลที่เปลี่ยนแปลงไป เมื่อมีโครงสร้างวัสดุเฟอโรแมกนีติกมาขวางในสนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดเกรเดียนของสนามแม่เหล็กขึ้นและขนาดของเกรเดียนจะเปลี่ยนแปลงไปขึ้นกับรูปร่างของโครงสร้างเสาขนาดเล็ก โดยแรงแมกนีโตเฟอรีติกจะมีค่ามากขึ้นเมื่อเกรเดียนของสนามแม่เหล็กสูงขึ้น ในการศึกษานี้ได้ศึกษารูปร่างเสาขนาดเล็กสามรูปร่างคือสี่เหลี่ยม รูปวี และรูปดับเบิ้ลยูผ่านโปรแกรมจำลองทางคอมพิวเตอร์ COMSOL Multiphysics® เมื่อเปรียบเทียบระหว่างรูปร่างของเสาทั้งสามแบบพบว่าเสาสี่เหลี่ยมจะทำให้เกิดแรงแมกนีโตเฟอรีติกผลักให้อนุภาคไม่ติดกับโครงสร้างทางด้านหน้าแต่ในเสาวีและดับเบิ้ลยูจะมีแรงแมกนีโตเฟอรีติกที่ดึงดูดอนุภาคได้ ซึ่งจะเป็นข้อดีที่อาจจะทำให้เสาทั้งสองมีการดักจับอนุภาคได้ดีขึ้น หลังจากนั้นระบบของไหลจุลภาคที่มีโครงสร้างทั้งสามแบบได้ออกแบบและสร้างขึ้น โดยโครงสร้างเสานิกเกิลมีขนาด 200x200 ไมโครเมตร มีความสูง 30 ไมโครเมตร สำหรับโครงสร้างตัววีและดับเบิ้ลยูจะมีส่วนเว้าลึกเข้าไปในโครงสร้างประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวเสาและทำทดลองกับอนุภาคพาราแมกนีติกที่มีขนาด 5 และ 10 ไมโครเมตรและเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ติดเชื้อมาลาเรียเพื่อประเมินความสามารถของระบบ ในการทดลองได้ใช้อัตราการไหลที่ 0.04 มิลลิลิตรต่อนาที และเพิ่มอัตราการไหลขึ้นไปเป็น 0.4 และ 0.8 มิลลิลิตรต่อนาที ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเสาวีและเสาดับเบิ้ลยูมีความสามารถในการดักจับอนุภาคพาราแมกนีติกและเซลล์ที่ติดเชื้อมาลาเรียได้มากกว่ารูปร่างสี่เหลี่ยม ซึ่งอนุภาคพาราแมกนีติกและเซลล์ที่ติดเชื้อมาลาเรียจะเคลื่อนที่เข้าไปติดในบริเวณส่วนเว้าของรูปร่างวีและรูปร่างดับเบิ้ลยู เนื่องจากในบริเวณส่วนเว้าของเสาวีและดับเบิ้ลยูมีขนาดแรงต้านการไหลต่ำแต่มีแรงแมกนีโตเฟอรีติกที่สามารถดึงดูดอนุภาคได้

การใช้เชื้อเพลิงดีเซลสังเคราะห์จากขยะพลาสติกในเครื่องยนต์ Ci ชนิด Direct Injection, ยุทธนา ชาญณรงค์ชัย

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้จัดทำขึ้นเพื่อศึกษาผลของการใช้เชื้อเพลิงดีเซลสังเคราะห์จากขยะพลาสติกที่มีต่อสมรรถนะ ปรากฏการณ์การเผาไหม้รวมถึงค่าควันดำของเครื่องยนต์ ซึ่งในงานวิจัยนี้จะทดสอบกับเครื่องยนต์ Kubota รุ่น RT 140 DI โดยสามารถแบ่งการทดสอบออกได้เป็น 3 ส่วน โดยส่วนที่หนึ่งเป็นการทดสอบเพื่อดูค่าสมรรถนะที่สภาวะคงตัว ความเร็วรอบคงที่ ตั้งแต่ 1000 - 2400 รอบ/นาที ทั้งที่สภาวะภาระสูงสุดและภาระบางส่วนของเครื่องยนต์ พบว่า ที่ภาระสูงสุดของเครื่องยนต์เมื่อใช้เชื้อเพลิงดีเซลสังเคราะห์จากขยะพลาสติกสามารถสร้างค่าแรงบิดเบรกและกำลังเบรกได้น้อยกว่าเชื้อเพลิงดีเซลเนื่องจากมีอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงน้อยกว่าซึ่งเป็นผลมาจากความหนาแน่นของเชื้อเพลิงที่น้อยกว่า แม้จะมีค่าความร้อนของเชื้อเพลิงที่สูงกว่าจึงมีค่าอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะเบรกและค่าประสิทธิภาพการเปลี่ยนพลังงานเชื้อเพลิงเบรกดีกว่า และที่สภาวะภาระบางส่วนของเครื่องยนต์เมื่อใช้เชื้อเพลิงดีเซลสังเคราะห์จากขยะพลาสติกจะมีอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะเบรก ค่าประสิทธิภาพการเปลี่ยนพลังงานเชื้อเพลิงเบรกดีกว่าการใช้เชื้อเพลิงดีเซลสอดคล้องกับผลที่ภาระสูงสุด ส่วนที่สองเป็นการทดสอบค่าสมรรถนะของเครื่องยนต์และค่าควันดำที่จุดทดสอบตามมาตรฐาน ESC test cycle พบว่า เครื่องยนต์เมื่อใช้เชื้อเพลิงดีเซลสังเคราะห์จากขยะพลาสติกมีค่าสมรรถนะที่ดีกว่า ส่วนควันดำมีค่าเคียงกับเชื้อเพลิงดีเซล ส่วนที่สามเป็นผลการวิเคราะห์การเผาไหม้ของเครื่องยนต์เมื่อใช้เชื้อเพลิงดีเซลสังเคราะห์จากขยะพลาสติก ในการทดสอบจะทำการวัดความดันในห้องเผาไหม้ ความดันเชื้อเพลิงที่ทางเข้าหัวฉีดและองศาเพลาข้อเหวี่ยง โดยบันทึกข้อมูลทุก ๆ 2 องศาเพลาข้อเหวี่ยง จำนวน 200 วัฏจักรต่อจุดทดสอบ ที่จุดทดสอบตามมาตรฐาน ESC test cycle พบว่า จุดเริ่มต้นการฉีดเชื้อเพลิงจะเข้าใกล้ศูนย์ตายบนเมื่อความเร็วรอบมากขึ้น ความดันในห้องเผาไหม้สูงสุดมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อภาระการทดสอบมากขึ้น ส่วนอัตราการปลดปล่อยความร้อนสูงสุดและการปล่อยความร้อนสุทธิมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อภาระการทดสอบมากขึ้น โดยมีค่าสัดส่วนมวลเชื้อเพลิงที่เผาไหม้อยู่ในช่วง 0.732 - 0.866 ซึ่งไม่ต่างจากเชื้อเพลิงดีเซล จากผลการทดสอบสามารถสรุปได้ว่าเชื้อเพลิงดีเซลสังเคราะห์จากขยะพลาสติกสามารถนำไปให้ในเครื่องยนต์ CI ชนิด Direct Injection ได้โดยไม่ต้องมีการปรับแต่งเครื่องยนต์ โดยมีค่าประสิทธิภาพต่าง ๆ ที่ดีกว่าและค่าควันดำใกล้เคียงกับการใช้เชื้อเพลิงดีเซล

การศึกษากลไกการดักจับอนุภาคภายในหลุมจุลภาครูปทรงสามเหลี่ยม, ภาคภูมิ ยิ่งประทานพร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การศึกษาแบ่งออกเป็นสองวัตถุประสงค์หลัก อย่างแรกเป็นการศึกษากลไกการดักจับอนุภาคโดยอาศัยหลักการหมุนวนที่เกิดขึ้นภายในหลุมสามเหลี่ยมคือ สามเหลี่ยมมุมเท่า สามเหลี่ยมมุมแหลม และสามเหลี่ยมมุมป้าน ผลจากการจำลองการไหลพบว่าของไหลที่บริเวณหลุมรูปทรงสามเหลี่ยมจะเกิดการไหลแบบหมุนวนสำคัญ 2 รูปแบบคือ การหมุนวนภายในหลุมโดยแกนการหมุนตั้งฉากกับทิศทางการไหล และการหมุนวนที่ขอบด้านหน้าหลุมโดยมีแกนการหมุนในทิศทางเดียวกับการไหล โดยการหมุนแบบแรกเป็นการดักจับอนุภาคลงสู่หลุม ทั้งนี้การหมุนวนภายในหลุมและการหมุนวนที่ขอบด้านหน้าหลุมจะเกิดการปฏิสัมพันธ์ของการหมุนวนจนทำให้เกิดการหมุนวนอีกกลุ่มหนึ่งภายในหลุมเรียกว่าการหมุนวนทุติยภูมิ การหมุนวนนี้อาจช่วยประคองอนุภาคที่ถูกดักจับให้อยู่กลางหลุมแต่หากมีขนาดการหมุนวนที่มากเกินไปอาจส่งผลให้อนุภาคหลุดออกจากหลุมได้ โดยสามเหลี่ยมมุมป้านจะมีขนาดการหมุนวนทุติยภูมิสูงที่สุด ดังนั้นหากมีอนุภาคถูกดักจับภายในหลุมมีความเป็นไปได้สูงที่อนุภาคจะถูกแรงหมุนวนดันออกจากหลุมสำหรับกรณีสามเหลี่ยมมุมป้านรองลงมาถือสามเหลี่ยมมุมเท่าและสามเหลี่ยมมุมแหลมตามลำดับ วัตถุประสงค์ที่สองคือการนำเสนอรูปแบบการดักจับอนุภาคโดยอาศัยการทดลองประกอบ รูปแบบการดักจับใหม่นี้เริ่มจากการดักจับอนุภาคให้เต็มหลุมที่อัตราการไหลต่ำก่อนจากนั้นเพิ่มอัตราการไหลเพื่อเพิ่มขนาดของการไหลหมุนวนทุติยภูมิส่งผลให้อนุภาคออกจากหลุมมากขึ้น โดยอุปกรณ์การไหลประกอบไปด้วยช่องการไหลที่พื้นมีการเรียงตัวของหลุมจุลภาครูปทรงสามเหลี่ยม สำหรับการทดลองเริ่มจากการนำอนุภาคพลาสติกผสมเข้ากับสารละลาย PBS และฉีดเข้าสู่อุปกรณ์การไหลที่อัตราการไหลประมาณ 10 มิลลิลิตรต่อชั่วโมงเพื่อดักจับอนุภาคให้เต็มหลุมจากนั้นปรับอัตราการไหลสูงเพื่อดันอนุภาคออกจากหลุมจนกระทั่งเหลือเพียงอนุภาคเดี่ยว โดยที่อัตราการไหล 500 มิลลิลิตรต่อชั่วโมงเป็นเวลา 2 นาที พบว่าสามเหลี่ยมมุมเท่า สามเหลี่ยมมุมแหลม และสามเหลี่ยมมุมป้านสามารถดักจับอนุภาคเดี่ยวได้ 83.6% 31.5% และ 16.7% ตามลำดับ ซึ่งสามเหลี่ยมมุมแหลมจะกักเก็บอนุภาคไว้ภายในหลุมได้มากเนื่องจากมีขนาดการหมุนวนทุติยภูมิในหลุมที่ต่ำแต่สามเหลี่ยมมุมป้านมีขนาดการหมุนวนทุติยภูมิสูงสุดส่งผลให้อนุภาคส่วนใหญ่ถูกดันออกจากหลุมจนหมด