Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Integration of software components for determination and analysis of properties of agri-food and forest products

Weres J., Olek W., Kujawa S., Siatkowski M.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2014

|

Vol. 59, nr 1

159--163

EN

Knowledge of properties of agri-food and forest products is necessary to understand and predict their behavior in many processing operations like heating, cooling and drying in which heat and water transport affect the final product quality. It is difficult to represent properties of biomaterials in mathematical models to simulate the heat and water transport processes - shape of biomaterials is complex, material structure is non-homogeneous and anisotropic, and properties are functions of temperature and moisture content. Original algorithms and software components developed in earlier papers were modified and integrated to improve accuracy and efficiency of identifying, predicting and analyzing properties of agri-food and forest products. The integrated computer-aided approach was based on image analysis, geometry modeling and finite element analysis for solving coefficient inverse problems of heat and water transport. The approach resulted in more accurate predictions of investigated transport processes in biomaterials, and was more effective.

PL

Znajomość właściwości produktów rolno-żywnościowych i drzewnych jest niezbędna, aby zrozumieć i prognozować ich zachowanie w wielu procesach przetwórczych, takich jak ogrzewanie, chłodzenia czy suszenie, w których transport ciepła i wody kształtuje końcową jakość produktów. Odwzorowywanie właściwości biomateriałów w matematycznych modelach, aby symulować procesy transportu ciepła i wody jest trudne – kształt tych materiałów jest skomplikowany, ich materialna struktura jest niejednorodna i anizotropowa, a ich właściwości są funkcjami temperatury i zawartości wody. W niniejszej pracy zmodyfikowano i zintegrowano oryginalne algorytmy i komponenty oprogramowania zbudowane w ramach wcześniejszych prac, aby poprawić dokładność i efektywność identyfikowania, prognozowania i analizowania właściwości produktów rolno-żywnościowych i drzewnych. Zintegrowane, wspomagane komputerowo podejście zostało oparte na analizie obrazu, modelowaniu geometrii oraz analizie metodą elementów skończonych, zaadaptowanej do rozwiązywania współczynnikowych zagadnień odwrotnych transportu ciepła i wody. Podejście to przyczyniło się do zwiększenia dokładności prognozowania badanych procesów transportowych w biomateriałach i przy tym do podniesienia efektywności analiz.

2

Determination of moisture content changes in kiln-dried scots pine timber during storage

Majka J., Olek W., Kudła-Chwiłowicz Z.

Drewno : prace naukowe, doniesienia, komunikaty

|

2014

|

vol. 57, nr 191

45--54

EN

The sorption isotherms of Scots pine (Pinus sylvestris L.) wood were determined. The experiments were carried out for wood previously dried in industrial batch and progressive kilns according to various drying schedules. The experiments performed made it possible to determine the influence of different drying technologies, as well as parameters, on the sorption characteristics of kiln-dried Scots pine wood. The relationship between the sorption hysteresis and changes in the moisture content of seasoned wood was found. Practical guidelines for equalizing the spread of the final moisture content of individual boards forming a stack were proposed.

PL

Celem pracy było wyznaczenie izoterm sorpcji drewna sosny pospolitej (Pinus sylvestris L.) uprzednio wysuszonego w warunkach produkcyjnych oraz określenie wpływu technologii suszenia na przebieg i zakres zmian wilgotności tarcicy podczas jej klimatyzowania bezpośrednio po suszeniu. W badaniach zostały uwzględnione różne warianty realizacji konwekcyjnego procesu suszenia tarcicy sosnowej. Uwzględniono również warunki odpowiadające założeniom łagodnego (maksymalna temperatura suszenia 55°C) i intensywnego programu suszenia (maksymalna temperatura suszenia 85°C). Ponadto procesy suszenia zostały zrealizowane w suszarkach o odmiennej konstrukcji, tj. suszarce komorowej i tunelowej. Stwierdzono ograniczoną przydatność wartości wilgotności równowagowej drewna opublikowanych w Wood Handbook, powszechnie uznawanych jako referencyjne, do prawidłowego określania zakresu zmian wilgotności tarcicy sosnowej po suszeniu, z uwagi na różnice z uzyskanymi danymi empirycznymi oraz brak możliwości uwzględnienia zjawiska histerezy sorpcji. Stwierdzono również, że realizacja procesu konwekcyjnego suszenia tarcicy sosnowej powoduje tym wyższe obniżenie jej wilgotności równowagowej po suszeniu im wyższa była temperatura powietrza podczas suszenia. Natomiast charakterystyczne dla realizacji procesu suszenia tarcicy w suszarkach komorowych oscylacyjne zmiany parametrów powietrza, wywołane rewersyjnymi zmianami kierunku przepływu powietrza, powodują zmniejszenie zjawiska histerezy sorpcji. Zebrane informacje nt. wilgotności równowagowej i zjawiska histerezy sorpcji wysuszonego drewna sosny można wykorzystać do zwiększenia efektywności klimatyzowania tarcicy sosnowej bezpośrednio po suszeniu.

3

Comparison of optimization algorithms for inverse FEA of heat and mass transport in biomaterials

Weres J., Olek W., Kujawa S.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2009

|

Vol. 47 nr 3

701-716

EN

Inverse analysis has become increasingly important for estimating coefficient values for heat and moisture transport in complex biological materials. With this approach, an improved accuracy of predicting transport processes can be obtained as compared to simulations based on coefficients determined by experimental procedures only. Such improvement is indispensable for successful analyzing, designing and managing most technological processes in the agri-food and forest products industries. In recent years, many optimization algorithms have been developed to solve inverse problems. Performance of the following algorithms was analyzed and compared in this paper: simulated annealing, tabu search, genetic algorithm, variable metric algorithm and trust region algorithm. Results demonstrated that although all the algorithms were able to estimate the coefficients, there were differences in their performance and due to high computational complexity of the problem only the trust region procedure was acceptable.

PL

Znaczenie analizy odwrotnej w oszacowywaniu wartości współczynników transportu ciepła i wody w złożonych materiałach pochodzenia biologicznego stale wzrasta. Dzięki zastosowaniu tej metody można zwiększyć dokładność prognozowania procesów transportowych w porównaniu do symulacji opartych na współczynnikach, których wartości są określane wyłącznie metodą eksperymentów naturalnych. Uzyskiwana poprawa dokładności jest niezmiernie przydatna w analizie, projektowaniu i zarządzaniu większością procesów technologicznych w przemyśle rolno-spożywczym i drzewnym. W ostatnich latach zostało opracowanych wiele algorytmów optymalizacji do rozwiązywania zagadnień odwrotnych. W niniejszej pracy poddano analizie i porównano działanie następujących algorytmów: symulowane wyżarzanie, poszukiwanie z tabu, algorytm genetyczny, algorytm zmiennej metryki oraz algorytm obszarów zaufania. Wyniki wskazały, że chociaż wszystkie algorytmy potrafiły oszacować wartości współczynników, pojawiły się różnice w ich działaniu i ze względu na dużą złożoność obliczeniową rozpatrywanego problemu tylko procedura obszarów zaufania przynosiła satysfakcjonujące wyniki.

4

Texture changes in thermally modified wood

Olek W., Bonarski J. T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 1

207-211

EN

Thermal modification of wood is performed in order to improve properties of the material, e.g. the dimensional stability, mechanical hardness, biological resistance of wood etc. The process is considered as environmentally friendly as it is made without addin g any toxic chemicals. The dimensional stability and biological resistance depend primary on hygroscopic behavior of wood, which is closely related to submicroscopic organization of cellulose. The microfibril an gle (MFA) has been recognized as the most obvious parameter describing the organization. However, the traditional application of wide angle, small angle and ultra small angle X ray scattering methods did not allow to observe distinct changes in the MFA distribution of thermally modified wood. In our previous studies we have successfully applied the Orientation Distribution Function (ODF) for quantifying the crystallographic changes of the ultrastructure caused by air parameter variations. Therefore, the same concept is applied in the present study to describe the changes after heat treatment. The analysis was performed for poplar and beech wood industrially modified at 195°C. The ODF was obtained from X ray diffraction measurements. Sets of selected pole figures of cellulose were registered by the Schulz back reflection technique. The experimental pole figures were the input data for texture analysis. The ADC method was used to calculate the 3D texture function, here the ODF. The rearrangement of the crystalline organization of the thermally modified wood was manifested by a decrease of the maximum values of texture components as well as texture index. The dominating texture components were also changed into (3 -1 1)[1 3 0] and (1 0 0)[0 -I 0] for beech and poplar wood, respectively. The identified changes of the texture are clearly visible in the inverse pole figures of the tan gential and radial anatomical directions.

PL

Modyfikację termiczną drewna prowadzi się w celu poprawy właściwośi tego materiału, np. stbilności wymiarowej, twardości, odporności biologicznej itp. Proces ten uważany jest za przyjazny dla środowiska ze względu na to, że odbywa się on bez konieczności dodawania toksycznych związków chemicznych. Stabilność wymiarowa oraz odporność biologiczna zależą przede wszystkim od właściwości higroskopijnych drewna, które są ściśle związane z submikroskopowym uporządkowaniem celulozy. Średni kąt mikrofibryl został uznany za najbardziej oczywisty parametr opisujący uporzaądkowanie. Jednakże typowe zastosowanie metod szeroko-, nisko- i ultra-nisko-kątowego rozpraszania rentgenowskiego nie pozwala zaobserwować istotnych zmian w wartościach średniego kąta mikrofibryl po modyfikacji termicznej drewna. W naszych poprzednich pracach wykazaliśmy, że Funkcja Rozkładu Orientacji (FRO) może być wykorzystana do opisu ilościowego zmian krystalograficznych ultrastruktury drewna spowodowanej zmianami zmiennymi parametrami powietrza otoczenia. Tym samym ta sama metoda została wykorzystana w obecnej pracy do opisu zmian ultrastruktury po modyfikacji termicznej. Badania prowadzono dla drewna topoli i buka, które modyfikowano w warunkach przemysłowych w temperaturze I95°C. FRO otrzymano po wykonaniu pomiarów dyfrakcyjnych promieniowania X. Zbiór wybranych figur biegunowych celulozy zmierzono wykorzystując metodę odbić wstecznych Schulza. Zarejestrowane figury biegunowe stanowiły dane wejściowe do analizy tekstury. W celu wyznaczenia trójwymiarowej funkcji tekstury (tj. FRO) wykorzystano metodę ADC. Zmiany uporządkowania krystalicznego celulozy po modyfikacji termicznej obserwowano w postaci zmniejszenia się maksymalnych wartości składowych oraz indeksu tekstury. Zmianie uległy również dominujące składowe tekstury na (3 -1 1)[1 3 0] i (1 0 0)[0 -1 0] odpowiednio dla drewna bukowego i topolowego. Zidentyfikowane zmiany tekstury są rawnież jednoznacznie obserwowane na odwrotnych figurach biegunowych dla promieniowego oraz stycznego kierunku anatomicznego.

5

Computer Aided Identification of Transport Properties of Wood and Wood Based Panels

Olek W., Weres J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2005

|

Vol. 50, iss. 1

139-146

EN

The concept of solving inverse heat and mass transfer problems with the use of optimization techniques and adequate mathematical models corresponding to direct problems of transport was applied to identify transport properties of solid wood and wood-based panels. The paper presents examples of the application of the inverse method in the following areas: thermal conductivity of solid wood in the three principal anatomic directions as a function of temperature, the diusion coecient dependency on the bound water content together with the boundary condition estimation, and gas permeability of mats during pressing of wood-based panels.

PL

W celu identyfikacji właściwosci fizycznych drewna i materiałów drewopochodnych zastosowano metodę rozwiązywania zagadnień odwrotnych wymiany ciepła i masy wraz z technikami optymalizacyjnymi jak i modelami matematycznymi odpowiadającymi zagadnieniom prostym. Artykuł przedstawia przykłady zastosowań metody zagadnienia odwrotnego w nastepujących obszarach: określenie wartosci współczynnika przewodzenia ciepła litego drewna jako funkcji temperatury dla trzech głównych kierunków anatomicznych, wyznaczenie zależności współczynnika dyfuzji od zawartości wody związanej w drewnie wraz z identyfikacją współczynnika warunku brzegowego oraz określenie w trakcie procesu prasowania przepuszczalności wobec gazów kobierców służących do wytwarzania materiałów drewopochodnych.