Kinematics of mineral wool fibers in air flow

Doktorsko delo obravnava nastajanje ligamentov, vlaken, tvorjenje večjih skupkov vlaken in končno formiranje primarne plasti mineralne volne. Zaradi tehničnih omejitev spremljanja procesa sta bila v okviru doktorske naloge izvedena dva laboratorijska eksperimenta na modelni centrifugi in modelni zbiralni komori. Merilni metodi pri eksperimentih sta bili vizualizacija procesa s hitro kamero ter računalniška obdelava podatkov. Študija na modelni centrifugi je bila osredotočena na formiranje vlaken iz perforiranega rotorja ter njihovo medsebojno prepletanje v večje strukture. Rezultati študije so prikazani v obliki multiregresijskih modelov. Na modelni zbiralni komori smo razvili vizualizacijsko metodo določanja površinske gostote primarne plasti z metodo presvetlitve oz. absorpcije svetlobe skozi prosojni material. Ugotovili smo povezavo med obratovalnimi parametri in površinsko gostoto primarne plasti ter njeno teksturo. Povezavo smo kvantitativno formulirali v obliki multiregresijskega modela. Metodo presvetlitve primarne plasti za določitev površinske gostote smo nato uporabili v realnem industrijskem okolju, s tem pa omogočili kvantitativno vrednotenje vpliva obratovalnih parametrov na porazdelitev in teksturo formirane primarne plasti. Spoznanja v opravljenih študijah so privedla do oblikovanja nove tehnične rešitve – zbiralne komore, ki je patentno zaščitena.In this thesis formation of ligament and fibers, formation of larger clusters of fibers and their further accumulation and formation of so called primary layer is investigated. Due to difficult measuring techniques in real industrial environment of the process, two laboratory experimental studies were conducted on model spinner and model collecting chamber. Measuring method was performed by means of visualization with high speed camera and computer analysis of the data. Study on model spinner was focused on formation of fibers generated by perforated rotor, their intertwining and formation of typical larger structures. Results were presented in form of multiple regression models. Study on model collecting chamber was conducted to develop measuring method for determining primary layer mass distribution. The principle of this method is absorption of light through fibrous material. Relation between operation parameters and primary layer mass distribution and its texture was found. This relation was quantitatively formulated in form of multiple regression models. Developed method for measuring mass distribution of accumulated fibers was then used in real industrial plant, where it enabled quantitative evaluation of primary layer characteristics and their relation to operating parameters. Better understanding of the process led to the design of new technical solution for the collecting chamber which is patent protected

Vpliv zračnih tokovnih razmer in hitrost zbiralne površine na formiranje primarne plasti kamene volne

In this paper, the industrial process of stone wool primary layer formation has been investigated. The blow-away airflow, collecting chamber suction pressure, and peripheral velocity of collecting member effects on primary layer area density have been investigated. In total, 27 operating points have been measured by means of primary layer visualization. Computer-aided visualization has been carried out by two digital cameras. Each operating point was monitored at two locations: the first one at the beginning of fibre accumulation, forming the primary layer, and the secondary one at the end of the formation zone. The mass attenuation coefficient was calculated for each operating point and then used to calculate the primary layer area density. It was determined that primary layer bulk density distribution and primary layer texture are significantly influenced by accumulation grid peripheral velocity and blow-away airflowhowever, suction pressure has a less pronounced effect on those characteristics. At the highest accumulation grid velocity and blow-away flow rate, the area density was 37 % lower than at the lowest grid velocity and blow-away flow, with a corresponding increase in a standard deviation of 750 %. Multiple regression models suggest very good agreement with the measured data (R[sup]2 = 0.94 to 0.98).Mineralna volna se v večini primerov uporablja kot izolacijski material, ki je tesno povezan s prenosom toplote in s tem nizki rabi energije v gradbeništvu. Transport vlaken v zračnem toku z nastajanjem primarne plasti je proces, ki poteka v proizvodnem procesu izdelave mineralne volne, med katere spadata predvsem kamena in steklena volna. Proizvodnja mineralne volne je zelo kompleksen proces, ki za potrebo učinkovite izrabe surovin in energije, zahteva obvladovanje številnih fizikalnih pojavov na zelo različnih krajevnih in časovnih skalah. Osnovni namen vseh raziskav je tako optimiziranje proizvodnega procesa na način minimalne rabe energije in surovin za proizvodnjo visoko kvalitetnih izdelkov, katerih glavne lastnosti so nizka toplotna prevodnost in želene mehanske lastnosti. Izvedena je bila eksperimentalna študija v industrijskem okolju, katere namen je bila raziskava vpliva glavnih obratovalni parametrov na formiranje primarne plasti v coni formiranja in na končno primarno plasti, ki izstopi iz zbiralne komore. Na formiranje primarne plasti v tej študiji so bili tako obravnavani vplivi treh parametrov, in sicer: hitrost zbiralne površine, sesalni podtlak v zbiralni komori in volumski zračni tok odpiha na centrifugi. Za vsak parameter so bile izbrane tri vrednosti, in sicer minimalna in maksimalna vrednost parametra, ki še omogočata proizvodnjo ter srednja vrednost med njima. Na ta način je bilo izmerjenih 27 obratovalnih točk. Meritve so bile izvedena s pomočjo vizualizacijske metode z dvema hitrima kamerama in svetlobno presvetlitvijo plasti. Slike so bile posnete istočasno v cono formiranja plasti v zbiralni komori in na mestu končne plasti, ki izstopi iz zbiralne komore. Za presvetlitev končne primarne plasti so bili uporabljeni LED reflektorji, za presvetlitev plasti v coni formiranja pa je bila uporabljena svetloba, ki jo oddaja talina med razvlaknjenjem na centrifugi. Na podlagi meritev masnega pretoka končnega izdelka je bil izračunan absorpcijski koeficient svetlobe skozi plast vlaken, s katerim je bilo mogoče izračunati površinsko gostoto plasti v enotah [kg/m 2 ]. Za potrebo kvantitativnega vrednotenja tekstur primarne plasti in medsebojne primerjave med obratovalnimi točkami sta bili kot cenilki izbrani standardna deviacija površinske gostote in entropija sivinske slike. Rezultati so pokazali, da imata hitrost zbiralne površine in volumski zračni tok največji vpliv na porazdelitev površinske gostote in na teksturo primarne plasti. Sesalni podtlak ima manjši, vendar tudi opazen vpliv. Pri največji hitrosti zbiralne površine in največjem volumske zračnem toku odpiha je bila normirana površinska gostota za 37 % manjša kot v obratovalni točki z najmanjšo hitrostjo zbiralne površine in najmanjšem volumskem zračnem toku odpiha. Razlika v standardni deviaciji normirane površinske gostote za ti dve obratovalni točki je bila 750 %, kar nakazuje na signifikantnost obravnavanih parametrov na formiranje primarne plasti. Vrednosti rezultatov z visokim koeficientom ( R[zgoraj]2 = 0.94 do 0.98) determinizma potrjujejo regresijske modele. Vizualizacijska metoda presvetlitve primarne plasti za določevanja masne površinske gostote se je v industrijskem okolju izkazala za zelo primerno, saj omogoča spremljanje procesa neposredno v coni formiranja plasti. V nadaljevanju se nakazuje možnost uporabe te metode predvsem za stalen nadzor kakovosti plasti in v nadaljevanju tudi kot avtomatsko regulacijo procesa, vendar je za ta korak potrebno izvesti še številne študije vpliva ostalih parametrov procesa, ki so bili iz te študije izvzeti (konstanti)