РОЗРОБЛЕННЯ МОДЕЛІ КЛІТИНОГО АВТОМАТА ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СУШІННЯ КАПІЛЯРНО-ПОРИСТИХ МАТЕРІАЛІВ У КАМЕРАХ ПЕРІОДИЧНОЇ ДІЇ

https://doi.org/10.23939/cds2023.01.057
Надіслано: Вересень 19, 2023
Переглянуто: Жовтень 03, 2023
Прийнято: Жовтень 23, 2023
1
Національний університет Львівська політехніка
2
Національний лісотехнічний університет України

В даній роботі основний акцент приділяється створенню моделі клітинного автомата для моделювання процесу сушіння капілярно-пористих матеріалів. Розглядається можливість створення клітино-автоматного поля для досліджуваної 3D моделі камери сушіння періодичної дії. Розробляються відповідні алгоритми та здійснюється їхня програмна реалізація, оскільки модель клітино-автоматного поля є однією із ключових вимог для використання методу клітинних автоматів. Ще однією ключовою вимогою є наявність адекватних правил переходів. Для їх розроблення проводиться аналіз математичних моделей процесів тепло та вологоперенесення у камерах сушіння періодичної дії. Розробляються правила переходів, які дають змогу визначити зміни температури та вологовмісту матеріалу, а також зміни основних параметрів агенту сушіння, до яких відноситься температура та відносна вологість. В роботі також проводиться моделювання процесу сушіння капілярно-пористих матеріалів на основі розробленої моделі клітинного автомата, що включає клітино-автоматне поле і правила переходів. Вхідні дані для моделювання, взято з параметрів технологічних умов, які застосовуються в реальних камерах сушіння. В якості досліджуваного капілярно-пористого матеріалу вибрано сосну товщиною 45 мм. з початковим вологовмістом 65%. В результаті проведеного моделювання отримано графічні залежності шуканих параметрів матеріалу та агенту сушіння відносно часу. Верифікація отриманих результатів проводиться шляхом їх порівняння із даними, зібраними датчиками у реальній камері сушіння. Для проведення порівняння визначається відносна похибка, середні значення якої не перевищують 10%. Такий результат дозволяє підтвердити адекватність розробленої моделі клітинних автоматів.

1. Kadem, S., Lachemet, A., Younsi, R., & Kocaefe, D. (2011). 3d-Transient modeling of heat and mass transfer during heat treatment of wood. International Communications in Heat and Mass Transfer, 38(6), 717-722. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2011.03.026

2. 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

3. Ghiaus, A. G., Istrate, M. A., & Georgescu, A. M. (2010). Air Flow Characteristics inside an Industrial Wood Pallet Drying Kiln. In Comsol Conference, Paris.

4. Ovsiak O.V., & Dendiuk M.V. (2023). Mathematical modeling of moisture transfer in wood drying for the twodimensional case. Science Bulletin of UNFU, 33(4), 59-64. https://doi.org/10.36930/40330408

5. Шумиляк, Л., Жихаревич, В., & Остапов, С. (2018). Дослідження методу асинхронних клітинних автоматів при застосуванні в задачах теплопровідності. Системи обробки інформації, 1(152), 74-79. https://doi.org/10.30748/soi.2018.152.11

6. Boichot, R., Luo, L., & Fan, Y. (2009). Tree-network structure generation for heat conduction by cellular automaton. Energy Conversion and Management, 50(2), 376-386. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2008.09.003

7. Sokolovskyy, Y., & Sinkevych, O. (2016). Software for automatic calculation and construction of chamber drying wood and its components. In XII International Conference on Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH), 209-213. https://doi.org/10.1109/MEMSTECH.2016.7507544

8. Wolfram, S. (1983). Statistical mechanics of cellular automata. Reviews of modern physics, 55(3), 601. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.55.601

9. 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

10. Zhang, J., Miao, P., Zhong, D., & Liu, L. (2014). Mathematical modeling of drying of Masson pine lumber and its asymmetrical moisture content profile. Holzforschung, 68(3), 313-321. https://doi.org/10.1515/hf-2013-0077

11. 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 (Vol. 264, p. 01038). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126401038

12. 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

13. 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

14. 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

15. Hirnyk L.M., et al. (1993). Mathematical modeling of convective drying processes, Budivelnyk.

16. Lykov A.V. (1968). Theory of Drying, Energy.

17. Sokolovskyy Y., & Sinkevych O. (2021). The use of cellular automata in modeling the processes of wood drying in a stack. Ukrainian Journal of IT, 3(2), 39-44. https://doi.org/10.23939/ujit2021.02.039

18. Ilachinski, A. (2001). Cellular automata: a discrete universe. World Scientific Publishing Company. https://doi.org/10.1142/4702

19. Sokolovskyy, Y., & Sinkevych, O. (2021). Study of Heat and Mass Transfer into Biomaterials by Using Asynchronous Cellular Automata. In 16th International Conference on Computer Sciences and Information Technologies (CSIT), 274-277. https://doi.org/10.1109/CSIT52700.2021.9648826

20. Sokolovskyy, Y., & Sinkevych, O. (2017). Calculation of the drying agent in drying chambers. In 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