Tiedotusvälineille 12.12.2007
VÄITÖS: Rakeisen materiaalin virtauksen analysointi teollisissa sovelluksissa edistyneiden törmäysmallien avulla
Väittelijä: Master of Philosophy (Science) Jun Huang
Yhteystiedot: Jun Huang, etunimi.sukunimi@lut.fi Lappeenrannan teknillinen yliopisto teknillinen tiedekunta, energia- ja ympäristötekniikan osasto
Väitöstilaisuuden aika ja paikka: Keskiviikko 19.12.2007 klo 12, sali 1383 Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Skinnarilankatu 34
Väitöskirjan aihe: Analysis of Industrial Granular Flow Applications by Using Advanced Collision Models (Rakeisen materiaalin virtauksen analysointi teollisissa sovelluksissa edistyneiden törmäysmallien avulla)
Rakeinen materiaali on jauheena, partikkeleina tai pieninä osasina olevaa ainetta, kuten hiiltä, hiekkaa tai jauhoa. Kokeista, tietokonesimulaatioista ja teoreettisesta tutkimuksesta koostuva synerginen lähestymistapa loi pohjan rakeisen materiaalin virtauksen tutkimiselle. Mallin avulla simuloitiin teollisuuden sovelluksia, kuten rakeisen materiaalin virtausta esteen yli ja rakeisella materiaalilla täytettyä tärisevää säiliötä. Kokeiden ja simulaatioiden yhtäpitävyys viittaa siihen, että mallia voisi käyttää myös tiheän rakeisen materiaalin virtauksen ennustamiseen teollisuudessa. Menetelmä sopisi käytettäväksi paitsi teollisuudessa, myös tutkittaessa muiden alojen ilmiöitä, kuten Saturnuksen renkaiden kehittymistä, kaivosonnettomuuksia ja lumivyöryjä, jotka aiheutuvat miljardien pienten partikkeleiden liikkeistä.
Väitöskirja kuuluu virtaustekniikan ja fysiikan alaan ja se on tehty teknillisen tiedekunnan energia- ja ympäristötekniikan osastolle. Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis –tutkimussarjassa, numero 290.
Vastaväittäjä: Professori Reijo Karvinen (Tampereen teknillinen yliopisto)
Väitöstilaisuuden valvoja: Professori Timo Hyppänen (Lappeenrannan teknillinen yliopisto)
Ohessa on väittelijän antama tiivistelmä väitöskirjatutkimuksesta sekä häntä koskevat muut tiedot.
Väitöskirjan ”Analysis of Industrial Granular Flow Applications by Using Advanced Collision Models” tiivistelmä
Rakeinen materiaali on jauheena, partikkeleina tai pieninä osasina olevaa ainetta, kuten hiiltä, hiekkaa tai jauhoa. Rakeista materiaalia käytetään laajalti nykyteollisuudessa. Sen kulkeutumisessa paikasta toiseen arviolta puolet energiasta menee hukkaan. Kokonaisuudessaan rakeisen materiaalin kulkeutumisketjua voitaisiin ajatella suurena määränä partikkelien tai partikkelin ja rajapinnan välisiä yhteentörmäyksiä. Suurin osa partikkelien liike-energiasta häviää näiden yhteentörmäyksien aikana. Tämän tutkimuksen tarkoitus on ollut selvittää rakeisen materiaalin kulkeutumisominaisuuksia teollisuudessa.
Rakeinen materiaali on todellisuudessa aina viskoelastista, mikä on yksi syy energiahukkaan. Viskoelastisuus tarkoittaa, että materiaalilla on kumin kaltaisia ominaisuuksia. Törmäyksen jälkeinen suhteellinen nopeus partikkelien välillä on aina alhaisempi kuin törmäystä edeltävä nopeus. Tutkimus osoittaa, että kineettinen energiahukka ja nopeuden muutos törmäyksissä riippuu partikkelien massasta, materiaalin ominaisuuksista ja törmäystä edeltävästä suhteellisesta nopeudesta. Tutkimuksessa esitellään teoria, joka kuvaa törmäyksen jälkeistä tilaa ensisijaisesti näiden törmäystä edeltävien muuttujien avulla.
Partikkelien välisen vuorovaikutuksen lisäksi myös ilma ja vesi partikkelien ympärillä vaikuttavat kulkeutumiseen, mikä tekee ongelmasta monimutkaisemman. Edellä mainittujen partikkelien tai partikkelin ja rajapinnan välisen vuorovaikutuksen lisäksi tutkimuksessa keskitytään menetelmään, jonka avulla tätä käyttäytymistä voisi ennustaa.
Simuloitaessa teollisia sovelluksia havaittiin, että rumpuerottimissa kasautuminen aiheuttaa aina paikallaan pysyvän kolmiomaisen alueen rakeisen materiaalin virrassa. Lisäksi havaittiin hienompia rakenteita, jotka aiheutuvat vuorovaikutuksesta rakeisen materiaalin ja väliaineen välillä astiassa, jota tärisytettiin. Uuden teorian ja menetelmän oikeellisuuden todistamiseksi näitä ongelmia simuloitiin. Simulaatioissa nämä ilmiöt voitiin toistaa, minkä ansiosta tätä teoriaa ja menetelmää pystytään hyödyntämään rakeisten materiaalien virtausta sisältävien laitteiden tutkimuksessa ja kehittämisessä.
Väittelijän henkilö-, koulutus- ja uratiedot
• 9.12.1977, Shanghai, Kiina
Koulutus
• Hong-Kou Senior High School –lukio 1996, Kiina
• Bachelor of Engineering 2001, Harbin Institute of Technology
• Master of Philosophy (Science) 2005, The Hong Kong Polytechnic University
Työsuhteet
• Tutkijakoulutettava 2005 -, Lappeenrannan teknillinen yliopisto
• Tutkimusapulainen, maalisk. 2005-syysk. 2005, The Hong Kong Polytechnic University
• Tutkimusapulainen, jouluk. 2001-heinäk. 2002, The Hong Kong Polytechnic University
Väitöskirjan rahoitus
• Laskennallisen virtausdynamiikan tutkijakoulu