固体可燃物热解模型参数的实验及理论研究

发布时间：2018-04-17 18:46

本文选题：火灾 + 固体可燃物　；参考：《中国科学技术大学》2017年博士论文

【摘要】：对于固体可燃物来说,热解是其热转化过程中的关键一步,也是第一步。固体可燃物的热解过程高度复杂,涉及到一系列传热传质等物理输运过程和复杂的化学反应动力学过程,以及二者间的相互耦合。固体可燃物的热解行为决定了后续燃烧、火蔓延等火灾发展阶段。归纳总结构建固体可燃物的热解模型,继而求解和分析这些可燃物的热解模型参数,掌握热解行为的规律,是从机理层面分析和认知这些物理化学作用,有利于更深层次的理解火灾动力学机理,有助于开发相关的火灾模型。是整个火灾过程研究的基础。本文围绕固体可燃物的热解模型及参数,主要展开了以下几个方面的研究工作:典型火灾可燃物热解模型参数求解方法研究。对典型的木质纤维素类可燃物油菜秸秆热解进行研究,在通过热重-红外光谱联用技术研究这种多组分可燃物的热解特性及逸出气体规律基础上,基于非等温动力学理论,利用三种无模式函数法求解热解活化能随转化率的变化情况,同时利用主曲线法求解其热解过程的机理函数。随后,考虑多组分热解,利用独立平行反应模型耦合粒子群算法求解模型中的动力学参数和化学计量参数,并通过交叉验证证明了所得到的热解模型参数的合理性和预测性。固体可燃物混合物热解参数的研究。针对火灾中研究较少的混合物的热解过程展开研究,研究了两种常见的固体可燃物—木质纤维素类可燃物油菜秸秆和高分子聚合类可燃物废旧轮胎在多重升温速率下,按不同比例混合的混合物热解的动力学特性。研究发现混合物的热解不同于单材料的热解,可以分为四个阶段。对理论和计算的TG和DTG曲线分析表明混合物热解之间存在着轻微的协同效应。计算得到了固体可燃物共混热解指数,通过这些热解过程中各类参数的分析,能够更加深入的理解火灾中可燃物共同热解的过程,为以后相关火灾模型的开发提供了有价值的参考。耦合敏感性分析理论的固体可燃物热解模型参数研究。提出Box-Behnken实验设计联合Sobol方差分解法对模型参数进行全局敏感性分析。首先在Box-Behnken实验设计理论的指导下展开实验,并在此基础上,选择质量损失和反应热作为模型响应变量,采用非线性回归对热解过程构建模型,利用F检验、失拟分析、残差分析等统计学手段对所得到的相应热解模型展开分析检验,论证了所构建模型的可靠性和准确性。最后基于Sobol法对所得的相关模型展开全局敏感性分析。结论显示,对于质量损失模型,三个输入影响因素的重要性遵循以下顺序:温度混合比升温速率;而对于反应热模型,重要性则为温度升温速率混合比。此外,热解相关模型的一阶、二阶和总敏感度指标的提出,得以从数学上量化了输入参数及各参数之间的相互作用对热解模型的影响程度,对今后热解实验的设计以及数值模拟的开展有着重要的指导意义。
[Abstract]:In this paper , the pyrolysis model of solid combustible materials is studied . The pyrolysis model of solid combustible materials is studied . The pyrolysis behavior of solid combustible materials is studied .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X932

【参考文献】