Simulering av papperstillverkning

​Gustav Kettils doktorandarbete går ut på att utveckla papperstillverkning med datorsimulering istället för vanliga experiment. Det sparar både tid och resurser för papperstillverkarna, och kan hjälpa till att ta fram nya pappersmaterial.

PapperssimuleringPapper är en viktig produkt för Sverige och det är också ett avancerat material, uppbyggt av fibrer som är ganska små och dessutom slumpmässigt sammanfogade. Gustav har därför utvecklat matematiska metoder som kan hantera dessa svårigheter, och koncentrerat sig på två steg i processen: hur pappret formas, och hur man undersöker papprets egenskaper. Dessa hänger ihop, eftersom papprets egenskaper påverkas av hur fibrerna lägger sig.

Gustav är anställd på FCC (Fraunhofer Chalmers Research Centre for Industrial Mathematics) och antagen till forskarutbildning vid Matematiska vetenskaper. FCC startade pappersprojektet redan 2009 i samarbete med företagen Stora Enso och Albany International, men det har skalats upp de sista tre åren med mål att få fram en fungerande programvara.

Ny metod redan i bruk

Det största bidraget till pappersindustrin är en ny metod för att beräkna hur kemiska krafter löser upp interaktionerna mellan fibrerna. Dessa är mycket finskaliga och verkar på några få nanometer, och med vanliga metoder tar beräkningarna alldeles för lång tid. Den nya metoden används redan idag, i nuläget gör FCC simuleringarna och ger resultaten till pappersföretagen, men om ungefär ett år är det tänkt att programvaran ska finnas ute på företagen så deras utvecklingsingenjörer kan använda den.

Den andra delen av Gustavs avhandling simulerar pappers egenskaper och använder en metod som utvecklats av hans handledare Axel Målqvist. Den kallas LOD (Localised Ortonogal Decomposition) och används vanligen för partiella differentialekvationer, men har nu gjorts om för att tillämpas på diskreta nätverksmodeller. I just det här fallet handlar det alltså om fibernätverk, men metoden kan användas på alla nätverksmodeller, som trafikmodeller, värmeflöden eller flöden i porösa medier.

Gustav Kettil– Det här är väldigt nytt och det ska bli spännande att se vart det tar vägen! Det finns en viss press i att leverera när man jobbar för industrin, det är inte precis som inom akademin då även ett negativt resultat är ett resultat. Men jag gillar ju det teoretiska också, så det har varit roligt att få arbeta med LOD-metoden.

Fortsätter forskningen

Gustav hamnade på FCC när han läste mastersprogrammet Engineering Mathematics och fick detta projekt som examensarbete, sedan gick han vidare med licentiatprogrammet AEM (Advanced Engineering in Mathematics) och därefter alltså hela vägen till disputation, vilket innebär att han sysslat med papperssimulering sedan 2013. Han kommer att fortsätta på FCC framöver så det blir ingen större skillnad, utom att tidspressen inte blir lika stor.

– Doktorandåren har varit roliga. Jag kommer nog att sakna undervisningen – jag har undervisat på Maskin och följt dem under flera år, mot slutet var jag huvudföreläsare i Flervariabelanalys. Men det känns som om jag lärt mig hur man ska forska och nu kan jag verkligen sätta igång, ända från grundutbildningen har det handlat om hur man löser ett problem, inte att lära sig saker utantill.

Gustav Kettil disputerar med avhandlingen ”Multiscale methods for simulation of paper making” måndag den 3 juni kl 13.15 i sal Euler, Skeppsgränd 3. Handledare är Axel Målqvist, MV, och Andreas Mark, FCC.

Text och foto: Setta Aspström
Bild: Gustav Kettil. Papper formeras när fibrer (mörkgrå) flödar ner på en vävd vira (ljusgrå) som ger stöd åt arket samtidigt som vätska kan passera.


Sidansvarig Publicerad: må 27 maj 2019.