Puidukuivatite simuleerimine

Puidukuivatite simuleerimine

• 1.
  Arvutisimulatsioonid puidukuivatite disainis Vahur Zadin Tartu2016
• 2.
  IMS-i ülevaade • EAPkunstlihased • 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
• 3.
  SHEE – SelfDeployable Habitat for Extreme Environments V. Zadin, University of Tartu
• 4.
  Arvutisimulatsioonid IMS-is • Kõiksimulatsioonid 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
• 5.
  Puidukuivatite simuleerimine • Odav– tehnilise lahenduse testimiseks ei pea reaalset seadet (kuivatit) ehitama • Paindlik – lahenduse leidmine spetsiifilistele probleemile
• 6.
  Puidukuivatite modelleerimise põhimõtted Temperatuur kuivatis ja puidus Puidu niiskussisaldus Õhu niiskussisaldus Õhu liikumine Tihedaltpakitud 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
• 7.
  Puidukuivati disaini optimeerimine • Halupuidukuivatamine – odav, lihtsalt ehitatav, samas vajadustele kohandatud kuivati • Lahendatud kuus erinevat juhtumit Eesti väikeettevõtetele • Kõik ettevõtted said EAS-i toetusi V. Zadin, University of Tartu
• 8.
  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
• 9.
  Kuivamise dünaamika vin=5m/s vin=8m/s vin=8m/s V. Zadin,University of Tartu
• 10.
  Väikesemahuline, enrgiatõhus kuivatamine • Päikeseenergiakasutamine puidu kuivatamiseks • Tisleripuidu kuivatamine • Aeglane, tsükleeriv ja automaatsel niiskust reguleeriv kuivatussüsteem • Energiakulu kuivatamisel minimaalne • Efektsiivselt rakendatav suvekuudel
• 11.
  Õhu liikumine kuivatis V.Zadin, University of Tartu
• 12.
  Temperatuuri jaotused kuivatis • sissepuhepeal, 1h ja 2h peale kütmise alustamist V. Zadin, University of Tartu
• 13.
  Puidu niiskussisaldus kuivatamistsükli vältel V.Zadin, University of Tartu
• 14.
  Kokkuvõte • Puidu kuivamisedetailne 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
• 15.
  Tänan tähelepanu eest!
• 17.
  Coupled mass, heatand 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) = 𝛻 ∙ 𝜌𝐷𝛻𝑌 + 𝐽𝑣𝑜𝑙 𝜌w d𝑤 𝑑𝑡 = −𝐽𝑣𝑜𝑙 𝐽𝑣𝑜𝑙 = 𝑎 𝑠𝑝𝑒𝑐 𝛼 𝑚(𝑤 − 𝑤∗ ) 𝜌𝐶 𝑝 𝜕𝑇 𝜕𝑡 + 𝜌𝐶 𝑝 𝐮 ∙ 𝛻𝑇 = 𝛻 ∙ 𝜅𝛻𝑇 + 𝑄 Moisture balance: Heat balance: 𝑄 = −𝜆 ∙ 𝐽𝑣𝑜𝑙 −𝒏 ∙ −𝜅𝛻𝑇 = ℎ(𝑇𝑒𝑥𝑡 − 𝑇) Homogenization of drying material: 𝜅 𝑒𝑞 = 𝜃 𝑤 𝜅 𝑤 + 𝜃 𝑎𝑖𝑟 𝜅 𝑎𝑖𝑟 (𝜌𝐶) 𝑒𝑞 = 𝜃 𝑤 𝜌 𝑤 𝐶 𝑤 + 𝜃 𝑎𝑖𝑟 𝜌 𝑎𝑖𝑟 𝐶 𝑎𝑖𝑟 𝑎 𝑠𝑝𝑒𝑐 = 3𝜃 𝑤 𝑟𝑒𝑓𝑓 Optimization (uniform horizontal flow): 𝐹 = 1 𝑉 𝑢 𝑦 2 𝑑𝑉 + 1 𝑉 𝑢 𝑥 − 𝑢 𝑥 2 𝑑𝑉 BOBYQA gradient free method V. Zadin, University of Tartu