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

Fingerprint

wood drying
mathematical models
temperature
Olla

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. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Julkaisuja - Publikationer, No. 815
Hukka, Antti. / Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa lämpötiloissa. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1996. 51 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 815).
@book{29bfc30819014b2ab637db5e8391864a,
title = "Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa l{\"a}mp{\"o}tiloissa",
abstract = "Tutkimuksessa luodaan tiedolliset edellytykset puun kuivumisen simuloinnille tavanomaisen l{\"a}mminilmakuivauksen olosuhteet ylitt{\"a}viss{\"a} l{\"a}mp{\"o}tiloissa. Kirjallisuudessa esitettyihin huokoisen, hygroskooppisen materiaalin yleisen kuivumisen malleihin perustuen esitet{\"a}{\"a}n yleinen teoria puun kuivumisen kuvaamiseksi yksityiskohtaisella matemaattisella mallilla. Malli koostuu kytketyist{\"a} kosteuden- ja l{\"a}mm{\"o}nsiirron integraaliyht{\"a}l{\"o}ist{\"a}, joiden lis{\"a}ksi kokonaispaineen laskemiseksi tarvitaan oma yht{\"a}l{\"o}. Yht{\"a}l{\"o}iden ratkaisemiseksi tarvittavista numeerisista menetelmist{\"a} tarkastellaan erityisesti kontrollitilavuusmenetelm{\"a}{\"a}, jonka pohjalta on tehty mikrotietokoneessa toimiva sahatavaran kuivauksen simulointiohjelman prototyyppi. Malliin tarvittavia materiaaliominaisuuksia on tarkasteltu suomalaisen syd{\"a}npuuvaltaisen havusahatavaran osalta t{\"a}m{\"a}n kanssa rinnakkaisen projektin Sahatavaran koekuivaukset korkeissa l{\"a}mp{\"o}tiloissa tuottamien laboratoriomittakaavassa tehtyjen kuivauskokeiden perusteella. N{\"a}in on saatu sek{\"a} m{\"a}nnyn ett{\"a} kuusen syd{\"a}npuun diffuusio- ja permeabiliteettikertoimille arvot, jotka tyydytt{\"a}v{\"a}ll{\"a} tarkkuudella kuvaavat kuivumista l{\"a}mp{\"o}tila-alueella 45..120 °C. Puun materiaaliominaisuuksia ja niiden muuttumista kuivumisen seurauksena on tarkasteltu sek{\"a} teoreettisesti ett{\"a} kokeissa tehtyjen havaintojen pohjalta. Verrattaessa kuivauskokeiden tuloksia simulointiohjelmalla laskettuihin arvoihin huomiota on erityisesti kiinnitetty puun sis{\"a}isen kosteusjakauman kehittymiseen kuivauksen aikana. Sen lis{\"a}ksi, ett{\"a} kosteusgradientti itsess{\"a}{\"a}n on olennaisimpia hyv{\"a}n kuivauslaadun osatekij{\"o}it{\"a}, sen tunteminen luo perustan kuivumisj{\"a}nnitysten ja siis my{\"o}s halkeilun laskennalliselle tarkastelulle. N{\"a}in t{\"a}ydennettyn{\"a} tehty simulointiohjelma antaa mahdollisuudet teollisuudessa k{\"a}ytett{\"a}vien kuumakuivauskaavojen kehitt{\"a}miseen ja optimointiin. Aikaansaatu kuivumisen yleinen malli luo edellytykset my{\"o}s muiden uusien kuivausmenetelmien laskennalliselle tarkastelulle. T{\"a}llaisia sovelluskohteita voivat olla ali- ja ylipainekuivaus sek{\"a} dielektriselll{\"a} l{\"a}mmityksell{\"a} tapahtuva kuivaus. Kuivattavana tavarana tulevat sahatavaran lis{\"a}ksi kyseeseen ainakin hirret, pylv{\"a}{\"a}t ja aihiot.",
keywords = "construction materials, wood, structures, structural timber, drying, mathematical models, models, simulation, softwoods, temperature, wooden structures",
author = "Antti Hukka",
year = "1996",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-4524-9",
series = "VTT Julkaisuja - Publikationer",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "815",
address = "Finland",

}

Hukka, A 1996, Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa lämpötiloissa. VTT Julkaisuja - Publikationer, no. 815, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa lämpötiloissa. / Hukka, Antti.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1996. 51 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 815).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa lämpötiloissa

AU - Hukka, Antti

PY - 1996

Y1 - 1996

N2 - 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.

AB - 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.

KW - construction materials

KW - wood

KW - structures

KW - structural timber

KW - drying

KW - mathematical models

KW - models

KW - simulation

KW - softwoods

KW - temperature

KW - wooden structures

M3 - Report

SN - 951-38-4524-9

T3 - VTT Julkaisuja - Publikationer

BT - Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa lämpötiloissa

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Hukka A. Puun kuivumisen matemaattinen mallintaminen korkeissa lämpötiloissa. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1996. 51 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 815).