puidukuivatite simuleerimine
TRANSCRIPT
![Page 1: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/1.jpg)
Arvutisimulatsioonid puidukuivatite
disainis
Vahur ZadinTartu 2016
![Page 2: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/2.jpg)
IMS-i ülevaade
• EAP kunstlihased• Simulatsioonid
• Kompaktne lineaarpõrguti(CERN) • Mikroakud• Polümeer elektrolüüdid• Kunstlihased• Optimaalsed disainid• Vedelikudünaamika
Engineering• SHEE• FITS.ME• Design of large scale equipment
(1MW tuulegeneraatori osad, martäänahjud,..)
Kompuuternägemine:• Pilditöötlus(superresolutioon)• Inimese-arvuti interaktsioonid (emotsioonide mõistmine)• Arvutigraafika(3D kaart) V. Zadin, University of Tartu
![Page 3: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/3.jpg)
SHEE – Self Deployable Habitat for Extreme Environments
V. Zadin, University of Tartu
![Page 4: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/4.jpg)
Arvutisimulatsioonid IMS-is
• Kõik simulatsioonid alates atomistlikest kuni makroskoopilistenid– Alates DFT-st kuni lõplike
elementide meetodini• Võimekus arendada ja rakendada
uusi metoodikaid• Võimekus läbi viia multiskaala
simulatsioone– Mehaanika– Soojuse, massi transport
V. Zadin, University of Tartu
![Page 5: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/5.jpg)
Puidukuivatite simuleerimine
• Odav – tehnilise lahenduse testimiseks ei pea reaalset seadet (kuivatit) ehitama• Paindlik – lahenduse leidmine
spetsiifilistele probleemile
![Page 6: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/6.jpg)
Puidukuivatite modelleerimise põhimõtted
Temperatuur kuivatis ja
puidus
Puidu niiskussisaldus
Õhu niiskussisaldus
Õhu liikumine
Tihedalt pakitud materjali simuleerimine:• Geomeetriline mudel kõigi
detailide jaoks• Keskmistatud materjali
jaotus
Kasutatav metoodika publitseeritud rahvusvahelises eelretsenseeritud teadusajakirjas*
*Zadin, V., Kasemägi, H., Valdna, V., Vigonski, S., Veske, M., & Aabloo, A. (2015). Application of multiphysics and multiscale simulations to optimize industrial wood drying kilns. Applied Mathematics and Computation. V. Zadin, University of Tartu
![Page 7: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/7.jpg)
Puidukuivati disaini optimeerimine
• Halupuidu kuivatamine – odav, lihtsalt ehitatav, samas vajadustele kohandatud kuivati• Lahendatud kuus erinevat juhtumit Eesti väikeettevõtetele• Kõik ettevõtted said EAS-i toetusi
V. Zadin, University of Tartu
![Page 8: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/8.jpg)
Õhu liikumine kuivatis
• Ühtlane õhuvool tagab ühtlase kuivamise!• Õhu voolu jaotus on
optimeerimise lähtepunkt• Lõpptulemus sõltub olulisel
määral nii kasutatavatest ventilaatoritest kui ka võimalikest geomeetrilistest piirangutest• Geomeetria optimeerimine
aitab saavutada ühtlas õhu voolu jaotust kõrgetel vent. kiirustel
vin=8m/s
vin=5m/svin=8m/s
V. Zadin, University of Tartu
![Page 9: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/9.jpg)
Kuivamise dünaamika
vin=5m/s
vin=8m/s
vin=8m/s
V. Zadin, University of Tartu
![Page 10: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/10.jpg)
Väikesemahuline, enrgiatõhus kuivatamine
• Päikeseenergia kasutamine puidu kuivatamiseks• Tisleripuidu kuivatamine
• Aeglane, tsükleeriv ja automaatsel niiskust reguleeriv kuivatussüsteem• Energiakulu kuivatamisel minimaalne• Efektsiivselt rakendatav suvekuudel
![Page 11: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/11.jpg)
Õhu liikumine kuivatis
V. Zadin, University of Tartu
![Page 12: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/12.jpg)
Temperatuuri jaotused kuivatis
• sissepuhe peal, 1h ja 2h peale kütmise alustamist
V. Zadin, University of Tartu
![Page 13: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/13.jpg)
Puidu niiskussisaldus kuivatamistsükli vältel
V. Zadin, University of Tartu
![Page 14: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/14.jpg)
Kokkuvõte
• Puidu kuivamise detailne rekonstrueerimine terve kuivati ulatuses• Õhu liikumise, temperatuuri ja niiskuse jälgimine igas
kuivatuskambri punktis• Võimalus optimeerida kuivatamise protsessi,
kuivatuskambri kuju või kuivatatava materjal jaotust• Võimalus testida uudseid lahendusi enne tegeliku
seadme ehitust!
V. Zadin, University of Tartu
![Page 15: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/15.jpg)
Tänan tähelepanu eest!
![Page 16: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: Puidukuivatite simuleerimine](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070509/58a87cf11a28abb47a8b4ae9/html5/thumbnails/17.jpg)
Coupled mass, heat and moisture transport
• Navier-Stokes eq. or k-e model for air flow• Brinkman equation (NS for porous media) for air flow in wood stacks
𝜕𝜕𝑡 (𝜌𝑌 )+𝛻 ∙(𝜌𝐮𝑌 )=𝛻 ∙ (𝜌 𝐷𝛻𝑌 )+ 𝐽 𝑣𝑜𝑙
𝜌wd𝑤𝑑𝑡 =− 𝐽𝑣𝑜𝑙
𝐽𝑣𝑜𝑙=𝑎𝑠𝑝𝑒𝑐𝛼𝑚(𝑤−𝑤∗)
𝜌𝐶𝑝𝜕𝑇𝜕𝑡 +𝜌𝐶𝑝𝐮 ∙𝛻𝑇=𝛻 ∙ (𝜅𝛻𝑇 )+𝑄
Moisture balance: Heat balance:
𝑄=− 𝜆∙ 𝐽 𝑣𝑜𝑙−𝒏 ∙ (−𝜅 𝛻𝑇 )=h (𝑇 𝑒𝑥𝑡−𝑇 )
Homogenization of drying material:
𝜅𝑒𝑞=𝜃𝑤𝜅𝑤+𝜃𝑎𝑖𝑟 𝜅𝑎𝑖𝑟
¿
𝑎𝑠𝑝𝑒𝑐=3𝜃𝑤/𝑟 𝑒𝑓𝑓Optimization (uniform horizontal flow):
𝐹=1𝑉∫𝑢𝑦2 𝑑𝑉 +
1𝑉 ∫√ (𝑢𝑥−𝑢𝑥)2𝑑𝑉
BOBYQA gradient free method
V. Zadin, University of Tartu