Nanofluids and Computational Applications in Medicine and Biology

The chapter comprises of two sections: the first concerns with the nanofluids, and the second is about the computational applications in medicine and biology. Nanotechnology is a novel logical methodology that includes materials and gear equipped for controlling the physical just as chemical properties of a substance at subatomic dimensions. This innovation can possibly expel the evident limits between biology, physics, and chemistry to some degree and shape up our present thoughts and comprehension. Consequently, numerous new difficulties and bearings may likewise emerge in education, research, and diagnostics in parallel by the extensive use of nanobiotechnology with the progression of time. Blood flow modeling in various arteries is an important topic of CFD biomechanics. Regardless of these endeavors and advances, there are as yet confounded inquiries around, for example, the interaction between blood flow and various artery diseases

A Detailed Hydrodynamic Study of the Split-Plate Airlift Reactor by using Non-Invasive Gamma-Ray Techniques

This study focused on detailed investigations of selected local hydrodynamics in split airlift reactor by using an unconventional measurements facility: computed tomography (CT) and radioactive particle tracking (RPT). The local distribution in a cross-sectional manner with its radial\u27s profiles for gas holdup, liquid velocity flow field, shear stresses, and turbulent kinetic energy were studied under various gas velocity 1, 2 and 3 cm/s with various six axial level z = 12, 20, 40, 60, 90 and 112 cm. The distribution in gas–liquid phases in the whole split reactor column, the riser and downcomer sides, including their behavior at the top and bottom sections of the split plate was also described. The outcomes of this study displayed an exemplary gas–liquid phases dispersion approximately in all reactor\u27s zones and had large magnitude over the ring of the sparger as well as upper the split plate. Furthermore, the outcomes pointed out that the distribution of this flow may significantly impacts the performance of the split reactor, which may have essential influence on its performance particularly for microorganisms culturing applications. These outcomes are dependable as benchmark information to validate computational fluid dynamics (CFD) simulations and other models

Enhancing Heat Transfer Performance In Simulated Fischer–Tropsch Fluidized Bed Reactor Through Tubes Ends Modifications

Fluidized bed reactors are essential in a wide range of industrial applications, encompassing processes such as Fischer–Tropsch synthesis and catalytic cracking. The optimization of performance and reduction in energy consumption in these reactors necessitate the use of efficient heat transfer mechanisms. The present work examines the considerable impact of tube end geometries, superficial gas velocity, and radial position on heat transfer coefficients within fluidized bed reactors. It was found that the tapered tube end configurations have been empirically proven to improve energy efficiency in fluidized bed reactors significantly. For example, at a superficial gas velocity of 0.4 m/s, the tapered end form\u27s local heat transfer coefficient (LHTC) demonstrated a significant 20% enhancement compared to the flat end shape. The results and findings of this work make a valuable contribution to the advancement of complex models, enhance the efficiency of fluidized bed reactor processes, and encourage further investigation into novel tube geometries

A Detailed Hydrodynamic Study of the Split-Plate Airlift Reactor by using Non-Invasive Gamma-Ray Techniques

This study focused on detailed investigations of selected local hydrodynamics in split airlift reactor by using an unconventional measurements facility: computed tomography (CT) and radioactive particle tracking (RPT). The local distribution in a cross-sectional manner with its radial\u27s profiles for gas holdup, liquid velocity flow field, shear stresses, and turbulent kinetic energy were studied under various gas velocity 1, 2 and 3 cm/s with various six axial level z = 12, 20, 40, 60, 90 and 112 cm. The distribution in gas-liquid phases in the whole split reactor column, the riser and downcomer sides, including their behavior at the top and bottom sections of the split plate was also described. The outcomes of this study displayed an exemplary gas-liquid phases dispersion approximately in all reactor\u27s zones and had large magnitude over the ring of the sparger as well as upper the split plate. Furthermore, the outcomes pointed out that the distribution of this flow may significantly impacts the performance of the split reactor, which may have essential influence on its performance particularly for microorganisms culturing applications. These outcomes are dependable as benchmark information to validate computational fluid dynamics (CFD) simulations and other models

Techniques of Musculoskeletal System Imaging

Musculoskeletal models endow an opportunity to study the movement of the upper limb in vivo. The solid foundation of musculoskeletal model design is inherited from musculoskeletal parameters. Some of these parameters are tendon and muscle fiber length, pennation angle, and muscle volume. It is possible to extract these parameters based on cadaver. However, it is time-consuming and gives a generic statement about the function of the musculoskeletal system, but this is not enough to get accurate data and timely for each patient. Medical imaging has revolutionized visualization of the internal structure of the body in real time and in vivo. It is worth using medical imaging because it is impossible to imagine in real time what is inside the body unless surgery is performed; it is possible to see internal structure through cadaver dissection, but not in vivo. There are several kinds of medical imaging tools, which have been used in musculoskeletal system analysis such as Ultrasonography (US), Magnetic Resonance Imaging (MRI), Diffusion Tensor Imaging (DTI) and Computer Tomography (CT) scans. The work proposed aims to present principle, development and challenges of different medical imaging tools of musculoskeletal system methods. The results of this study show that the choice of imaging device for the musculoskeletal system depends mainly on the motivation, target and the strong points that present in the medical imaging devices

Моделювання теплових розподілів шляхом аналізу теплостійкості шарніра схопу промислового робота під дією нагрітої електроніки

There are several applications in the aerospace, automotive and energy industries, for example, that often require high fidelity modeling or problems involving structural mechanics, heat transfer, or electromagnetic. Finite element analysis (FEA) is a popular method for solving the underlying partial differential equations (PDE) for these problems. 3D finite element analysis or 3D-FEA accurately captures the physics of these problems. The relevance of this study is to show how to set up finite element analysis (FEA) simulations and leverage the model of the environment to solve problems typically encountered by engineers and scientists in a variety of fields such as aerospace, automotive and energy. This study analyzes the behavior of mechanical components under different physical effects and shows a thermal analysis of a commercial KUKA YouBot robotic arm component by finding temperature distributions, figures, code, and test results for multiple materials. The developed model allows understanding and assessing the responsive component under loading, vibration or heat and determining deformation stresses among many things to select the best material and even prevent failure or undesired resonance as an example. These systems are typically modeled using partial differential equations or PDEs that capture the underlying physics of the problem and FEA is just one of the most common methodologies to solve this type of equation. The linear regression model can be a good predictive model that represents the relationship between thermal conductivity and max temperature to avoid undesired performance of the robotic arm.В ряде случаев, к примеру, в аэрокосмической, автомобильной и энергетической промышленности, часто необходимо высокоточное моделирование или решение задач, связанных со строительной механикой, теплопередачей или электромагнитными воздействиями. Для этих задач, распространенным методом решения основных дифференциальных уравнений в частных производных (PDE) является анализ методом конечных элементов (FEA). Физику этих задач точно отражает трехмерный анализ методом конечных элементов или 3D-FEA. Актуальность данного исследования заключается в том, чтобы показать, как настроить моделирование методом конечных элементов (FEA) и использовать модель окружающей среды для решения задач, с которыми обычно сталкиваются инженеры и ученые в различных областях, таких как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и энергетика. В исследовании анализируются характеристики механических компонентов при различных физических воздействиях, а также показан термический анализ компонента промышленного робота-манипулятора KUKA YouBot путем определения распределения температур, значения, код и результаты испытаний для нескольких материалов. Разработанная модель позволяет определить и оценить чувствительный компонент при нагрузке, вибрации или нагреве, а также определить деформационные напряжения, среди прочего, для выбора наилучшего материала и даже предотвращения разрушения или нежелательного резонанса. Эти системы обычно моделируются с использованием дифференциальных уравнений в частных производных или PDE, которые отражают основную физику задачи, и FEA является лишь одним из наиболее распространенных методов решения уравнений такого типа. Модель линейной регрессии может служить хорошей прогнозной моделью, представляющей взаимосвязь между теплопроводностью и максимальной температурой для избежания неудовлетворительной производительности манипулятора.У ряді випадків, наприклад, в аерокосмічній, автомобільній та енергетичній промисловості, часто необхідне високоточне моделювання або рішення задач, пов’язаних з будівельною механікою, теплопередачею або електромагнітними впливами. Для цих задач, поширеним методом розв’язання основних диференціальних рівнянь в частинних похідних (PDE) є аналіз методом скінченних елементів (FEA). Фізику цих задач точно відображає тривимірний аналіз методом скінченних елементів або 3D-FEA. Актуальність даного дослідження полягає в тому, щоб показати, як налаштувати моделювання методом скінченних елементів (FEA) та використовувати модель навколишнього середовища для вирішення задач, з якими зазвичай стикаються інженери та вчені в різних областях, таких як аерокосмічна промисловість, автомобілебудування та енергетика. У дослідженні аналізуються характеристики механічних компонентів за різних фізичних впливів, а також показаний термічний аналіз компонента промислового робота-маніпулятора KUKA YouBot шляхом визначення розподілу температур, значення, код та результати випробувань для декількох матеріалів. Розроблена модель дозволяє визначити і оцінити чутливий компонент при навантаженні, вібрації або нагріванні, а також визначити деформаційні напруги, серед іншого, для вибору найкращого матеріалу і навіть запобігання руйнування або небажаного резонансу. Ці системи зазвичай моделюються за допомогою диференціальних рівнянь в частинних похідних або PDE, які відображають основну фізику завдання, і FEA є лише одним з найбільш поширених методів вирішення рівнянь такого типу. Модель лінійної регресії може служити хорошою прогнозною моделлю, що представляє взаємозв’язок між теплопровідністю та максимальною температурою для уникнення незадовільної продуктивності маніпулятора

Аналіз діагностики несправностей двигунів постійного струму за допомогою розпізнавання образів споживаної потужності

Early detection of faults in DC motors extends their life and lowers their power usage. There are a variety of traditional and soft computing techniques for detecting faults in DC motors. Many diagnostic techniques have been developed in the past to detect such fault-related patterns. These methods for detecting the aforementioned potential failures of motors can be utilized in a variety of scientific and technological domains. Motor Power Pattern Analysis (MPPA) is a technology that analyzes the current and voltage provided to an electric motor using particular patterns and protocols to assess the operational status of the motors without disrupting production. Engineers and researchers, particularly in industries, face a difficult challenge in monitoring spinning types of equipment. In this work, we are going to explain how to use the motor power pattern/signature analysis (MPPA) of a power signal driving a servo to find mechanical defects in a gear train. A hardware setup is used to simplify the demonstration of obtaining spectral metrics from the power consumption signals. A DC motor, a set of metal or nylon drive gears, and a control circuit are employed. The speed control circuit was eliminated to allow direct monitoring of the DC motor's current profiles. Infrared (IR) photo-interrupters with a 35 mm diameter, eight-holed, standard servo wheel were employed to gather the tachometer signal at the servo's output. The mean value of the measurements was 318 V for the healthy profile, while it was 330 V for the faulty gears power data. The proposed power consumption profile analysis approach succeeds to recognize the mechanical faults in the gear-box of a DC servomotor via examining the mean level of the power consumption pattern as well as the extraction of the Power Spectral Density (PSD) through comparing faulty and healthy profilesРаннее обнаружение неисправностей в двигателях постоянного тока продлевает срок их службы и снижает энергопотребление. Существует множество традиционных и методов мягких вычислений для обнаружения неисправностей в двигателях постоянного тока. Ранее было разработано большое количество методов диагностики для выявления образов, связанніх с неисправностями. Эти методы обнаружения вышеупомянутых потенциальных отказов двигателей могут использоваться в различных областях науки и техники. Анализ структуры мощности двигателя (АСМД) – это технология, которая анализирует ток и напряжение, подаваемые на электродвигатель, с использованием определенных схем и протоколов для оценки рабочего состояния двигателей без прерывания производства. Инженеры и исследователи, особенно в промышленности, сталкиваются со сложной задачей мониторинга вращающихся типов оборудования. В данной работе мы собираемся объяснить, как использовать анализ структуры/характеристик мощности двигателя (АСМД) сигнала мощности, приводящего в действие сервопривод, для поиска механических дефектов в зубчатой передаче. Для упрощения демонстрации получения спектральных показателей сигналов потребляемой мощности используется аппаратная установка. Используется двигатель постоянного тока, набор металлических или нейлоновых приводных механизмов и цепь управления. Цепь регулирования скорости была исключена для обеспечения возможности прямого управления профилями тока двигателя постоянного тока. Для получения сигнала тахометра на выходе сервопривода использовались инфракрасные (ИК) фотопрерыватели диаметром 35 мм со стандартным серво-колесом с восемью отверстиями. Среднее значение измерений составило 318 В для исправного профиля, в то время как по данным мощности неисправных передач оно составляло 330 В. Предлагаемый метод анализа профиля потребляемой мощности позволяет выявить механические неисправности в коробке передач серводвигателя постоянного тока путем изучения среднего уровня структуры потребляемой мощности, а также извлечения спектральной плотности мощности (СПМ) путем сравнения неисправных и исправных профилейРаннє виявлення несправностей в двигунах постійного струму продовжує термін їхньої служби і знижує енергоспоживання. Існує безліч традиційних і методів м'яких обчислень для виявлення несправностей в двигунах постійного струму. Раніше було розроблено велику кількість методів діагностики для виявлення образів, пов'язаних з несправностями.. Ці методи виявлення вищезгаданих потенційних відмов двигунів можуть використовуватися в різних галузях науки і техніки. Аналіз структури потужності двигуна (АСПД) – це технологія, яка аналізує струм і напругу, що подаються на електродвигун, з використанням певних схем і протоколів для оцінки робочого стану двигунів без переривання виробництва. Інженери та дослідники, особливо в промисловості, стикаються зі складним завданням моніторингу обертових типів обладнання. У даній роботі ми збираємося пояснити, як використовувати аналіз структури/характеристик потужності двигуна (АСПД) сигналу потужності, що приводить в дію сервопривід, для пошуку механічних дефектів в зубчастій передачі. Для спрощення демонстрації отримання спектральних показників сигналів споживаної потужності використовується апаратна установка. Використовується двигун постійного струму, набір металевих або нейлонових приводних механізмів і ланцюг управління. Ланцюг регулювання швидкості було виключено для забезпечення можливості прямого управління профілями струму двигуна постійного струму. Для отримання сигналу тахометра на виході сервоприводу використовувалися інфрачервоні (ІЧ) фотопереривачі діаметром 35 мм зі стандартним серво-колесом з вісьмома отворами. Середнє значення вимірювань склало 318 В для справного профілю, в той час як за даними потужності несправних передач воно становило 330 В. Запропонований метод аналізу профілю споживаної потужності дозволяє виявити механічні несправності в коробці передач серводвигуна постійного струму шляхом вивчення середнього рівня структури споживаної потужності, а також вилучення спектральної щільності потужності (СЩП) шляхом порівняння несправних і справних профілі

Study of Gas Holdup Distribution in Cylindrical Split Airlift Reactor by Using Gamma-Ray Densitometry (GRD)

The local gas holdup details and behaviors in the cylindrical split airlift column by using an unconventional gamma-ray densitometry (GRD) measurement in non-invasive manner technique was investigated for the first time in this work for such kind of airlift column. With different gas velocities, 1, 2, and 3 cm/s, at three various axial planes (different levels) in z = 3, 60, and 110 cm were studied for local distribution in radial gas holdup profiles. The distribution in gas–liquid phases (air-water system) in the entire split reactor column, in the rising and descending sides, including their behavior in the upper and lower zones of the split plate, were investigated as well. The results of this study showed that approximately all reactor zones had exemplary gas–liquid phases and that there was a large magnitude over both the dividing ring and the top sections. The results further indicated that the distribution of which flow variable in the implementation of the cylindrical split reactor can have an important impact on its behavior, especially for cultivating applications of microorganisms. These data can be used as benchmarks results for CFD simulations and validation

Study of Gas Holdup Distribution in Cylindrical Split Airlift Reactor by using Gamma-Ray Densitometry (GRD)

The local gas holdup details and behaviors in the cylindrical split airlift column by using an unconventional gamma-ray densitometry (GRD) measurement in non-invasive manner technique was investigated for the first time in this work for such kind of airlift column. With different gas velocities, 1, 2, and 3 cm/s, at three various axial planes (different levels) in z = 3, 60, and 110 cm were studied for local distribution in radial gas holdup profiles. The distribution in gas-liquid phases (air-water system) in the entire split reactor column, in the rising and descending sides, including their behavior in the upper and lower zones of the split plate, were investigated as well. The results of this study showed that approximately all reactor zones had exemplary gas-liquid phases and that there was a large magnitude over both the dividing ring and the top sections. The results further indicated that the distribution of which flow variable in the implementation of the cylindrical split reactor can have an important impact on its behavior, especially for cultivating applications of microorganisms. These data can be used as benchmarks results for CFD simulations and validation

A Detailed Hydrodynamic Study of the Split-Plate Airlift Reactor by Using Non-Invasive Gamma-Ray Techniques

This study focused on detailed investigations of selected local hydrodynamics in split airlift reactor by using an unconventional measurements facility: computed tomography (CT) and radioactive particle tracking (RPT). The local distribution in a cross-sectional manner with its radial’s profiles for gas holdup, liquid velocity flow field, shear stresses, and turbulent kinetic energy were studied under various gas velocity 1, 2 and 3 cm/s with various six axial level z = 12, 20, 40, 60, 90 and 112 cm. The distribution in gas–liquid phases in the whole split reactor column, the riser and downcomer sides, including their behavior at the top and bottom sections of the split plate was also described. The outcomes of this study displayed an exemplary gas–liquid phases dispersion approximately in all reactor’s zones and had large magnitude over the ring of the sparger as well as upper the split plate. Furthermore, the outcomes pointed out that the distribution of this flow may significantly impacts the performance of the split reactor, which may have essential influence on its performance particularly for microorganisms culturing applications. These outcomes are dependable as benchmark information to validate computational fluid dynamics (CFD) simulations and other models