Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa lämpötiloissa

Antti Hukka

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Tutkimuksessa luodaan tiedolliset edellytykset puun kuivumisen simuloinnille tavanomaisen lämminilmakuivauksen olosuhteet ylittävissä lämpötiloissa. Kirjallisuudessa esitettyihin huokoisen, hygroskooppisen materiaalin yleisen kuivumisen malleihin perustuen esitetään yleinen teoria puun kuivumisen kuvaamiseksi yksityiskohtaisella matemaattisella mallilla. Malli koostuu kytketyistä kosteuden- ja lämmönsiirron integraaliyhtälöistä, joiden lisäksi kokonaispaineen laskemiseksi tarvitaan oma yhtälö. Yhtälöiden ratkaisemiseksi tarvittavista numeerisista menetelmistä tarkastellaan erityisesti kontrollitilavuusmenetelmää, jonka pohjalta on tehty mikrotietokoneessa toimiva sahatavaran kuivauksen simulointiohjelman prototyyppi. Malliin tarvittavia materiaaliominaisuuksia on tarkasteltu suomalaisen sydänpuuvaltaisen havusahatavaran osalta tämän kanssa rinnakkaisen projektin Sahatavaran koekuivaukset korkeissa lämpötiloissa tuottamien laboratoriomittakaavassa tehtyjen kuivauskokeiden perusteella. Näin on saatu sekä männyn että kuusen sydänpuun diffuusio- ja permeabiliteettikertoimille arvot, jotka tyydyttävällä tarkkuudella kuvaavat kuivumista lämpötila-alueella 45..120 °C. Puun materiaaliominaisuuksia ja niiden muuttumista kuivumisen seurauksena on tarkasteltu sekä teoreettisesti että kokeissa tehtyjen havaintojen pohjalta. Verrattaessa kuivauskokeiden tuloksia simulointiohjelmalla laskettuihin arvoihin huomiota on erityisesti kiinnitetty puun sisäisen kosteusjakauman kehittymiseen kuivauksen aikana. Sen lisäksi, että kosteusgradientti itsessään on olennaisimpia hyvän kuivauslaadun osatekijöitä, sen tunteminen luo perustan kuivumisjännitysten ja siis myös halkeilun laskennalliselle tarkastelulle. Näin täydennettynä tehty simulointiohjelma antaa mahdollisuudet teollisuudessa käytettävien kuumakuivauskaavojen kehittämiseen ja optimointiin. Aikaansaatu kuivumisen yleinen malli luo edellytykset myös muiden uusien kuivausmenetelmien laskennalliselle tarkastelulle. Tällaisia sovelluskohteita voivat olla ali- ja ylipainekuivaus sekä dielektriselllä lämmityksellä tapahtuva kuivaus. Kuivattavana tavarana tulevat sahatavaran lisäksi kyseeseen ainakin hirret, pylväät ja aihiot.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages51
ISBN (Print)951-38-4524-9
Publication statusPublished - 1996
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesVTT Julkaisuja - Publikationer
Number815
ISSN1235-0613

Keywords

  • construction materials
  • wood
  • structures
  • structural timber
  • drying
  • mathematical models
  • models
  • simulation
  • softwoods
  • temperature
  • wooden structures

Cite this

Hukka, A. (1996). Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa lämpötiloissa. VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Julkaisuja - Publikationer, No. 815 http://www.vtt.fi/inf/pdf/julkaisut/1996/J815.pdf