齿辊式生物质环模成型机结构与单位能耗研究

发布时间：2020-05-21 02:00

【摘要】：该研究以《“十二五”国家科技支撑计划项目》为支撑,以开发轻便低能耗可移动式燃料成型系统为研究内容,围绕齿辊式成型机的成型机理、结构参数合理选择、楔形空间的流变规律、功率确定、成型比能耗理论计算和试验测试等方面展开研究,具体内容如下：(1)研究生物质压缩过程中物料如何由疏松变得致密且粘结在一起的过程,研究这个过程中各种类化学物质的物理变化以及水分在成型过程的作用机理,研究压缩过程的经典力学行为,与此同时创新性提出成品的片状叠加结构模型。(2)分析齿辊式环模成型机和普通环模成型机区别和相同点,利用旋转阵列法和PRO/E建模仿真,详细说明辊齿和模孔运动不干涉；利用弹性力学的理论推导出环模模孔内圆柱段和圆锥段的压力理论公式,得到圆柱段内的压力呈指数函数变化规律,圆锥段内呈幂函数变化规律,经过分析优化得齿辊式环模模孔的长径比为5.1、锥角为60。。(3)通过对压辊和环模攫取物料的分析,建立物料攫取条件,推导出最大攫取角同环模与物料的摩擦因素、压辊和物料的摩擦因素二者之间关系即普通环模的最大攫取角等于物料与环模的摩擦角和物料与压辊的摩擦角之和、推导出最大压料高度和最大攫取角的函数关系,建立模辊比合理选择的理论依据,得到齿辊式成型机的最大攫取角大于同样结构尺寸的普通环最大攫取角、建立齿辊成型机理论生产率的模型,推导最大产量下转速合理控制的表达式。(4)以张量理论为工具,利用流变学形式的动量方程为基础,以环模和压辊之间物料形成粘弹性层为依据,结合结构尺寸利用沿切线方向分量的N-S动量方程,详细推导在环模和压辊间形成连续粘弹性“准流体”时环模的功率方程。(5)利用塑性力学的Drcuk-Prager-Cap模型作为生物质压缩成型的理论基础,应用ABAQUS作为分析工具,齿辊式成型机在楔形空间内原料挤入模孔的过程进行仿真研究,得到最大应力值87.02MPa和一次压入物料的高度为1.89mm的结论。(6)以最大生产率公式和功率公式为基础,建立成型比能耗理论模型,并做了定性的分析和计算；然后以课题组自己设计的齿辊成型机为试验的机型,依据生物质固体燃料的生产率和能耗测试的相关标准,搭建生产率和比能耗的测试平台,得到所用试验材料齿辊成型机的实际最高生产率为358kg/h和最低比能耗为43.20kW. h/t。本文对广泛使用的造粒机械环模成型机的设计制造、关键参数的选择有重要的意义,对于深入了解推广使用新型齿辊成型机有重要的参考价值,该方面研究还有待于进一步的深入。
【图文】：

示意图,细胞结构,生物质材料,示意图

逦巧邋／邋Ｈ逡逑姆带逡逑图２－２生物质材料纤维素分子结构图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｂｉｏｍａｓｓ邋ｍａｔｅｉｉａｌｓ’ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｍｏｌｅｃｕｌａｒ逡逑仪震均｜似｜！＾角／逦半纤维豪分子结构逡逑ＣＯｊＨ邋？逦＊邋ＮＬ＿＿／逡逑ｍ逡逑图２－３生物质材料半纤维素分子结构图逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｂｉｏｍａｓｓ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅ逡逑１９逡逑

示意图,颗粒流动,示意图,粒子

图２－５颗粒流动示意图逡逑Ｆｉｇ．２－５邋Ｔｈｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓ＇ｆｌｏｗｉｎｇ逡逑从图２－５中可知：当生物质榅粒刚开始运动时，由于作用在其上的压力较小，逡逑粒子缓慢地移动、消除彼此间大的间隙，与此同时开始存在于粒子间隙间的水分逡逑和空气被挤出，腾出的空间被运动的粒子占据，这种状态沿着压缩的方向扩散和逡逑移动，原来杂乱无章的颗粒变得有序。随着颗粒向空间大的方向移动，颗粒内的逡逑架桥效应得到破坏、颗粒间彼此间隙逐步消失、增大接触机会；排除出空气和水逡逑分留下的空间，被移动的小的颗粒不断地填充，此时颗粒间的压力增大，大的颗逡逑粒被压破变成小的粒子，，进一步向着可１＾运动方向空间填补。这时粒子之间发生逡逑２１逡逑
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6

【参考文献】