Застосування клітинних автоматів для моделювання зовнішнього тепломасообміну у процесі сушіння деревини
Анотація
Проведено моделювання зовнішнього тепломасообміну в камері сушіння деревини. Однією з особливостей цього дослідження є використання клітинних автоматів зі змінними розмірами клітинок, які тісно пов'язані з геометричними параметрами розглядуваних пиломатеріалів. Завдяки цьому підходу можна змоделювати та проаналізувати зміни характеристик пиломатеріалів під час процесу гідротермічного оброблення з урахуванням їх унікальної геометрії. Таке моделювання дає цінну інформацію про те, як різні форми та розміри деревини реагують на різні умови сушіння. Це дослідження має значущі наслідки для галузей, які залежать від сушіння пиломатеріалів, таких як будівництво та виробництво меблів, оскільки пропонує індивідуальний підхід до модернізації процесів сушіння пиломатеріалів різної геометрії. Проведено моделювання, в якому застосовують пиломатеріали, переважно із сосни, стандартизованої товщини 25 мм і з початковим вмістом вологості 30 %. Моделювання виконано за умов помірного сушіння, максимально точно відтворюючи сценарії реального світу. Як досліджуваний матеріал використано сосну, щоб підвищити релевантність результатів. Досліджено вплив різних параметрів агента сушіння деревини. Щоб досягти цього, систематично змінювали три ключові чинники: температуру, відносну вологість та швидкість агента сушіння. Коливання температури становило в діапазоні ±10 °C. Так само відносну вологість регулювали в межах ±10 % від стандартних технологічних параметрів. Нарешті було збільшено швидкість агента сушіння до максимум 6 м/с. У такий спосіб досліджено вплив цих змін на вміст вологи в пиломатеріалах. Отримані результати можна застосувати в промисловому середовищі, зокрема для покращення процесу сушіння деревини. Унаслідок гідротермічного оброблення пиломатеріалів підтверджено важливе значення параметрів агента сушіння деревини в контролі вмісту вологи в пиломатеріалах. Потенційні переваги щодо якості продукції та загальної ефективності виробництва неможливо переоцінити, сподіваємося, що ця робота стане цінним ресурсом для галузей, які залежать від переробляння деревини.
Завантаження
Посилання
Biley, P. V., Sokolovskiy, I. A., & Beznosko, Yu. L. (2006). Patterns of influence of the drying regime on the kinetics of the process. Scientific Bulletin of UNFU, 16(5), 69–74. [In Ukrainian].
Chopard, B., & Droz, M. (2009). Cellular automata modeling of physical systems. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511549755
Hirnyk, L. M., et al. (1992). Automation of wood drying processes in the construction industry, Kyiv: Budivelnyk. [In Ukrainian].
Hirnyk, L. M., et al. (1993). Mathematical modeling of convective drying processes, Kyiv: Budivelnyk. [In Ukrainian].
Ilachinski, A. (2001). Cellular Automata: A Discrete Universe. World Scientific Publishing Company. https://doi.org/10.1142/4702
Mnasri, F., Abahri, K., El, G. M., Bennacer, R., & Gabsi, S. (2017). Numerical analysis of heat, air, and moisture transfers in a wooden building material. Thermal Science, 21(2), 785–795. https://doi.org/10.2298/TSCI160421248M
Ovsiak, O. V., & Dendiuk, M. V. (2023). Mathematical modeling of moisture transfer in wood drying for the two-dimensional case. Science Bulletin of UNFU, 33(4), 59–64. https://doi.org/10.36930/40330408
Plumb, O. A., Spolek, G. A., & Olmstead, B. A. (1985). Heat and mass transfer in wood during drying. International Journal of Heat and Mass Transfer, 28(9), 1669–1678. https://doi.org/10.1016/0017 9310(85)90141 3
Ravshanov, N., Shadmanov, I., Kubyashev, K., & Khikmatullaev, S. (2021). Mathematical modeling and research of heat and moisture transfer processes in porous media. In E3S Web of Conferences, 264. EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126401038
Shubin, G. S. (1990). Drying and heat treatment of wood. Forest industry. [In Russian].
Sokolovskiy, Y. I. (1999). Technological stresses and deformations of wood during the drying process. Scientific Bulletin of UNFU, 9(3), 168–176. [In Ukrainian].
Sokolovskiy, Y. I. (1999). The relationship between the stress-strain state of the dried wood and the parameters of the internal and external processes of heat and mass transfer. Scientific Bulletin of UNFU, 9(6), 64–68. [In Ukrainian].
Sokolovskiy, Y. I., & Dendiuk, M. V. (2006). The influence of the geometric dimensions of lumber on the stress-strain state during their drying. Scientific Bulletin of UNFU, 16(2), 125–133. [In Ukrainian].
Sokolovskyy, Y., & Sinkevych, O. (2017). Calculation of the drying agent in drying chambers. In 2017 14th International Conference The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics (CADSM), 27–31. https://doi.org/10.1109/CADSM.2017.7916077
Sokolovskyy, Y., & Sinkevych, O. (2021). The use of cellular automata in modeling the processes of wood drying in a stack. Ukrainian Journal of Information Technologies, 3(2), 39–44. https://doi.org/10.23939/ujit2021.02.039
Sokolovskyy, Y., Sinkevych, O., Voliansky, R., & Kshyvetskyy, B. (2020). Modeling of Heat Transfer in the Process of Wood Drying Based on the Theory of Cellular Automata. In 2020 15th International Conference on Computer Sciences and Information Technologies (CSIT), 1, 1–5. https://doi.org/10.1109/CSIT49958.2020.9321919
Sychevsky, V. A., Chorny, A. D., & Baranova, T. A. (2016). Optimization of aerodynamic conditions of the chamber drier operation. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 59(3), 260–271. https://doi.org/10.21122/1029 7448 2016 59 3-260 271
Toffoli, T., & Margolus, N. (1987). Cellular automata machines: a new environment for modeling. MIT press. https://doi.org/10.7551/mitpress/1763.001.0001
Vergnaud, J. M. (2012). Drying of polymeric and solid materials: modelling and industrial applications. Springer Science & Business Media. https://doi.org/10.1007/978 1-4471 1954 8
Zhao, J., & Cai, Y. (2017). A comprehensive mathematical model of heat and moisture transfer for wood convective drying. Holzforschung, 71(5), 425–435. https://doi.org/10.1515/hf-2016 0148
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
