ESRDC ship notional baseline Medium Voltage Direct Current (MVDC) architecture thermal simulation and visualization

This work presents a fast visualization and thermal simulation tool developed as part of the Electric Ship Research and Development Consortium (ESRDC) funded by the Office of Naval Research (ONR) that is capable of providing quick responses during early stages of ship design. The tool allows for the visualization of thermal and electrical loads, and equipment locations and other variables of interest in the all-electric ship, proceeding to the computation of the resulting whole ship temperature and relative humidity distribution. For that, a previously developed simplified physical model [1-3] -- which combines principles of classical thermodynamics and heat transfer, resulting in a system of three-dimensional differential equations which are discretized in space using a three-dimensional cell centered finite volume scheme -- is enhanced to include fresh and sea water cooled systems throughout the ship. Therefore, the combination of the proposed simplified physical model with the adopted finite volume scheme for the numerical discretization of the differential equations is called a volume element model (VEM). A 3D simulation is performed in order to determine the temperature distribution inside the ship for the baseline Medium Voltage Direct Current (MVDC) architecture, and representative operating conditions are analyzed. VisIt visualization tool [4] is used to plot the results.United States. Office of Naval Research (Grant N00014-08-1-0080

Temperature based mass flow rate sensor for algae photobioreactors

Paper presented to the 10th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Florida, 14-16 July 2014.Photobioreactors are an alternative to traditional methods for microalgae growth of open ponds and lakes. In spite of their construction cost, photobioreactors exhibit higher productivity and avoid contamination problems. The current work is aimed at improving the use of photobioreactors for continuous growth through the development of minimally invasive mass flow rate sensor that can be used as an alternative to more expensive commercially available sensors (e.g. ultrasonic). A mathematical model that allows for the determination of the system temperature distribution is developed using a Volume Element Model (VEM) approach to assist in the sensor design. The VEM combines principles of classical thermodynamics and heat transfer and discretizes the system in space, resulting in a system of ordinary differential equations with respect to time. The mathematical model is implemented in Fortran and the data acquisition and information processing of the sensors is handled with a microcontroller.cf201

Modelagem, simulação e validação de sistemas de gerenciamento térmico de equipamentos eletrônicos

Orientador : Prof. Dr. José Viriato Coelho VargasCoorientadores : Dr. Wellington Balmant, Dr. Juan Carlos OrdonezDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 15/02/2018Inclui referênciasÁrea de concentração : Fenômenos de Transporte e Mecânica dos SólidosResumo: Os dispositivos eletrônicos geralmente são protegidos por armários, para proteção eletrostática e climática do ambiente em que estão localizados, no entanto, tais equipamentos eletrônicos podem dissipar uma grande quantidade de calor devido ao efeito Joule, que é um fator agravante para a vida útil e eficiência do equipamento. Assim, existe a necessidade de um sistema de dissipação de calor. Uma das maneiras de melhorar a eficiência térmica deste sistema é a modelagem matemática e a simulação por computador, que podem ser usadas para analisar esse problema mesmo nas fases de projeto. Portanto, o objetivo deste trabalho é a modelagem matemática e a simulação de um armário de metal que contenha equipamentos eletrônicos. O modelo matemático consiste no equilíbrio energético transitório do sistema usando a primeira lei da termodinâmica. O sistema foi discretizado usando o Método do Elemento de Volume (MEV), que gera uma malha com um sistema de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem, onde a variável independente é o tempo. As simulações do modelo descreveram os resultados esperados na prática. O objetivo é agregar informações para transformar essa metodologia como ferramenta de simulação e otimização do perfil térmico de sistemas de empacotamento de eletrônicos. Palavras-chave: Método de Elementos de Volume (MEV). Modelagem Matemática. Simulação. Otimização. Gabinetes de Telecomunicação.Abstract: Electronic devices are usually protected by cabinets, for electrostatic and weather protection of the environment in which they are located, however, such electronic equipment can dissipate a great amount of heat due to the Joule effect, which is an aggravating factor for the useful life and efficient equipment. Thus, there is a need for a heat dissipation system. One of the ways to improve the thermal efficiency of this system is mathematical modeling and computer simulation, which can be used to analyze this problem even in the design phases. Therefore, the objective of this work is the mathematical modeling and the simulation of a metal cabinet that holds electronic equipment. The mathematical model consists of the transient energy balance of the system using the first law of thermodynamics. The system was discretized using the Volume Element Method (VEM), which generates a mesh with a system of first order ordinary differential equations, where the independent variable is time. The simulations of the model described the expected results in practice. The objective is to aggregate information to transform this methodology as a tool for simulation and optimization of the thermal profile of electronic packaging systems. Key-words:Volume Element Method (VEM). Mathematical Modeling. Simulation. Optimization. Telecom Enclosure

Index to NASA tech briefs, 1971

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Modelagem e simulação para engenharia de sistemas : acondicionamento de eletrônicos, navios elétricos e fotobiorreatores

Orientador : Prof. Dr. José Viriato Coelho VargasCo-orientadores : Prof. Dr. Juan Carlos Ordonez, Prof. Dr. André Bellin MarianoTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e Processos. Defesa: Curitiba, 26/11/2013Inclui referênciasÁrea de concentração: Engenharia e Ciência de MateriaisResumo: Este trabalho propõe uma formulação matemática simplificada para modelagem e simulação de sistemas de engenharia. A modelagem e simulação a nível de componente é extensamente discutida na literatura. Contudo, a modelagem a nível de sistema, necessária para a otimização global do sistema, ainda é pouco explorada, e representa ainda um desafio a ser vencido. Uma modelagem simplificada em uma malha que impõe uma dependência espacial artificial é utilizada aqui no desenvolvimento de um aplicativo computacional capaz de representar o comportamento de diversos sistemas. O domínio do sistema é dividido em elementos de volume. Para cada elemento de volume, representando um volume de controle da Termodinâmica Clássica, são escritas as equações de conservação de energia e massa. São utilizadas correlações empíricas de transferência de calor e massa. As propriedades dentro de cada elemento são tidas como homogêneas e não dependem do espaço. A dependência espacial é artificial e imposta pela malha. No caso de haver escoamento, este é calculado a priori aproximadamente e depois imposto ao sistema. A representação de todo um sistema por uma malha de elementos de volumes centrados de caráter essencialmente heterogêneo representa um dos aspectos inéditos deste trabalho. Para demonstrar a aplicabilidade da metodologia desenvolvida foram modelados e simulados três diferentes sistemas: i) acondicionamento de eletrônicos de potência tipo PEBB (Power Electronic Building Block), ii) navio inteiramente elétrico e, iii) fotobiorreator para produção de biomassa a ser utilizada na fabricação de biodiesel. O fluxo luminoso incidente nos tubos do sistema fotobiorreator foi avaliado com um algoritmo de ray tracing inovador. Foi realizado um conjunto de experimentos de laboratório com o acondicionamento PEBB. Estes dados ajustaram e validaram o modelo. No caso do navio, na impossibilidade de realizar experimentos, foi feita uma análise transiente do comportamento térmico com uso do modelo validado experimentalmente para o PEBB. Os resultados da simulação do sistema fotobiorreator foram comparados com resultados experimentais levantados nos protótipos que foram construídos no laboratório do NPDEAS/UFPR obtendo boa concordância qualitativa e quantitativa. O modelo proposto foi capaz de prever de forma rápida os perfis de temperatura, umidade relativa e frações mássicas de diferentes espécies em crescimento em fotobiorreator. A altura do fotobiorreator foi otimizada demonstrando as possibilidades de uso prático do modelo, notando que o ótimo encontrado é bastante acentuado, apresentando uma variação de até 400% na produtividade dentro da faixa de valores testados para a altura do fotobiorreator que foi de 1 a 16 metros.Abstract: This paper proposes a simplified mathematical formulation for modeling and simulation of integrated engineering systems. The modeling and simulation at the component level is widely discussed in the literature. However, modeling at the system level, required for system global optimization, is not well explored, and represents the next frontier to be overcome. A simplified modeling in a mesh imposing an artificial spatial dependence is used here to develop a software capable of representing the behavior of many systems. The system domain is divided into volume elements. For each volume element, representing a volume control of Classical Thermodynamics, are written the conservation equations of mass and energy. Empirical correlations are used for heat and mass transfer. The properties within each element are taken as homogeneous and do not depend on space. The spatial dependence is artificial and imposed by the mesh. In case of flow, this is approximately calculated in advance and then imposed on the system. The representation of a whole system by an element mesh volumes centered volume elements of essentially heterogeneous character is one of the innovative aspects of this work. To demonstrate the applicability of the developed methodology, were modeled and simulated three different systems: i) packaging power electronic type PEBB (Power Electronic Building Block), ii) all-electric ship, and iii) photobioreactor for the production of biomass to be used in biodiesel production. The luminous flux incident on the tubes of the photobioreactor system was evaluated with a innovative ray tracing algorithm. It was conducted a series of laboratory experiments with PEBB packaging. These data adjusted and validated the model. In the case of the ship, unable to perform experiments, an analysis of the transient thermal behavior using the experimentally validated model for PEBB was conducted. The results of the photobioreactor system simulation were compared with experimental results raised from the prototypes that were constructed in the laboratory of NPDEAS/UFPR getting good qualitative and quantitative agreement. The proposed model was able to predict quickly the profiles of temperature, relative humidity and mass fractions of different species growing in photobioreactor. The height of the photobioreactor was optimized demonstrating the possibilities of practical use of the model, noting that the optimum found is quite sharp, having a range of up to 400 % in productivity within the range of values tested for the height of the photobioreactor, 1 up to 16 meters

Avances en Ciencias y Técnicas del Frío - 11

Este año 2022 se han cumplido 20 años desde la fundación de la Sociedad Española de Ciencias y Técnicas del Frío (SECYTEF; http://secytef.upct.es/), que tuvo lugar precisamente en la Universidad Politécnica de Cartagena, durante la celebración en esta Universidad del primer congreso CYTEF en 2002. Fue el Primer Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío de esta serie de congresos CYTEF. Posteriormente, los congresos CYTEF han tenido lugar cada 2 años, y de su organización se ha encargado especialmente la SECYTEF, ya que es su principal cometido Los trabajos de investigación presentados en los Congresos CYTEF han sido publicados en los libros de actas correspondientes que constituyen una serie denominada Avances en Ciencias y Técnicas del Frío. Contando con este libro de Actas del CYTEF 2022, ya son 11 números de esta serie de libros los publicados. Representan una valiosa fuente de información científico-técnica para los investigadores, técnicos y profesionales interesados en las Ciencias y Técnicas del Frío, tanto en lo que se refiere a tecnologías de producción de frío, como a las tecnologías de su aplicación en los distintos sectores

Proceedings of the 7th International Conference EEDAL 2013 Energy Efficiency in Domestic Appliances and Lighting

This book contains the papers presented at the seventh international conference on Energy Efficiency in Domestic Appliances and Lighting. EEDAL'2013 was organised in Coimbra, Portugal in September 2013. This major international conference, which was previously been staged in Florence 1997, Naples 2000, Turin 2003, London 2006, B2e0r0l9in, Copenhagen 2011 has been very successful in attracting an international community of stakeholders dealing with residential appliances, equipment, metering liagnhdti ng (including manufacturers, retailers, consumers, governments, international organisations aangde ncies, academia and experts) to discuss the progress achieved in technologies, behavioural aspects and poliacineds , the strategies that need to be implemented to further progress this important work. Potential readers who may benefit from this book include researchers, engineers, policymakers, and all those who can influence the design, selection, application, and operation of electrical appliances and lighting.JRC.F.7-Renewables and Energy Efficienc