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木材乾燥過程における水分分布の可視化およびAI・シミュレーション技術の開発

木材干燥过程中水分分布可视化及AI/模拟技术开发

基本信息

批准号：
22K14926
负责人：
馬特
金额：
$ 3万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

初年度には、ヒノキを実験サンプルとして使用し、合計56個のサンプルを約30×30×30mmの大きさに分割した。サンプルの湿度を制御するために2つの乾燥器を用意した。乾燥器Aは、水によって約95％の高い相対湿度（RH）に調整、乾燥器Bは五酸化二リンによって約10％の低いRHに調整した。28個のサンプルを平衡水分含量に達するまで乾燥器Aに入れた。その後、木材サンプルを乾燥器Bに移し、定期的に取り出して下記の測定を行った。先ず、各サンプルをX線CTで木材の物理構造、内部の割れ、および密度データを取得し、3Dシミュレーション用モデルを構築した。その後、各木材試料を約5mmの間隔で切断しつつ、その断面を近赤外ハイパースペクトラルイメージング(NIR-HSI)カメラで撮影した。含水率(MC)の計算のため、撮影前後の重量および全乾燥重量を測定した。同じ測定は、乾燥器BからAの順にも行った。測定されたMCとNIRスペクトルの間のキャリブレーションモデルは、偏最小二乗（PLS）回帰分析に基づいて構築した。最後に、MCキャリブレーションモデルを分光画像に適用して、測定された木材サンプルの湿度の可視化を実現できた。本実験では、「NIR分光法の利点である非破壊測定」の視点を大きく変えて木材乾燥過程における材内の水の３次元空間分布をあえて破壊的な計測によって把握できた。さらに、NIR-HSIでの水の可視化結果に基づいて、水分分布の時間変化と表面温度による水分移動特性をパラメータ化し、非等温乾燥条件下で3次元シミュレーション乾燥過程のモデル化に成功した。さらなる実証実験により、NIR-HSI法が木材乾燥過程における水移動機構のモデル構築のための有力な分析ツールになることが期待できる。

In the beginning of the year, there were 56 pieces of paper with a size of about 30×30 ×30mm The humidity of the dryer is controlled. Dryer A is adjusted to a high relative humidity (RH) of approximately 95% for water and dryer B is adjusted to a low RH of approximately 10% for acid. The moisture content of the 28-unit dryer reaches the equilibrium level. After the wood is dried, the dryer B is moved, and the periodic removal is recorded. First, the X-ray CT of each component shows the physical structure of wood, the internal cutting, the density and the structure of wood. After the test, each wood sample is cut at an interval of about 5mm, and the cross section is nearly red. Calculation of moisture content (MC), determination of weight before and after extraction and total dry weight The same determination, dryer B A Determination of MC and NIR parameters for the analysis of partial least squares (PLS) Finally, MC can be used to measure the moisture content of wood. This paper describes the viewpoint of "NIR spectroscopy measurement of the advantage point" and "determination of the three-dimensional spatial distribution of water in wood during drying process." In addition, NIR-HSI water visualization results, time variation of moisture distribution and surface temperature, moisture movement characteristics, and three-dimensional drying process under non-isothermal drying conditions were successfully analyzed. NIR-HSI method is used to analyze the structure of water movement mechanism in wood drying process.