Upload
tsenter
View
421
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Arvutisimulatsioonid puidukuivatite
disainis
Vahur ZadinTartu 2016
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
SHEE – Self Deployable Habitat for Extreme Environments
V. Zadin, University of Tartu
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
Puidukuivatite simuleerimine
• Odav – tehnilise lahenduse testimiseks ei pea reaalset seadet (kuivatit) ehitama• Paindlik – lahenduse leidmine
spetsiifilistele probleemile
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
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
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
Kuivamise dünaamika
vin=5m/s
vin=8m/s
vin=8m/s
V. Zadin, University of Tartu
Väikesemahuline, enrgiatõhus kuivatamine
• Päikeseenergia kasutamine puidu kuivatamiseks• Tisleripuidu kuivatamine
• Aeglane, tsükleeriv ja automaatsel niiskust reguleeriv kuivatussüsteem• Energiakulu kuivatamisel minimaalne• Efektsiivselt rakendatav suvekuudel
Õhu liikumine kuivatis
V. Zadin, University of Tartu
Temperatuuri jaotused kuivatis
• sissepuhe peal, 1h ja 2h peale kütmise alustamist
V. Zadin, University of Tartu
Puidu niiskussisaldus kuivatamistsükli vältel
V. Zadin, University of Tartu
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
Tänan tähelepanu eest!
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