闭式生物质成型力学特性及工艺参数研究

发布时间：2020-06-25 15:23

【摘要】：生物质的合理利用不仅可以缓解日益严重的能源危机,还能够解决如今中国农村中因就地焚烧农林废弃物造成的严重环境污染问题。但未经处理的生物质原料往往是比较松散的,而且能量密度低,这限制了生物质能源的运输和存储。通过对生物质原料成型压缩,不但可以解决上述问题,也可以大大提高生物质原料的燃烧特性并扩展生物质的使用范畴。然而如今生物质成型技术中面临着模具磨损严重、成型压力难以预测、能耗高及成型块成型质量不佳等问题,针对这些问题,本文从生物质成型的力学特性及成型工艺参数两方面进行研究。通过对生物质成型过程中的力学特性分析,可以建立准确的力学模型并深入分析成型机理;通过成型工艺参数的研究则可以减小成型过程中所需的能耗和提高成型块的成型品质。本文所做的研究工作如下:首先,根据生物质成型过程中所表现出的黏弹塑性,将生物质的压缩成型具象成一个模拟模型;采用实验数据点拟合的方法,确定了所建立的黏弹塑性本构方程中未知的待定参数,并通过相关系数来反应所建立的本构模型和实际的拟合程度,从而完成对成型过程中应力应变的预测;通过所建立的黏弹塑性模型,探讨了部分成型工艺参数对成型过程影响的实际物理意义。其次,根据生物质颗粒在成型过程中的实际情况选择离散单元法来替代有限单元法,以提高分析的精度和准确度;对离散单元法中的接触模型和参数设置进行了推导和确定;借助于离散单元软件EDEM对生物质压缩成型进行了模拟和仿真;通过离散单元软件EDEM和有限单元ANSYS的共同仿真,将离散单元中物料的受力映射到外部模具上,在ANSYS中获得外部模具应力分布图。最后,选取了最大压缩量、湿度、模具尺寸、加载速度及保型时间这五种对成型能耗和成型密度有一定影响的成型工艺参数,分别进行了单因素实验和正交实验分析。通过单因素实验大致看出各个成型工艺参数对成型的影响,通过正交实验的方差分析得到这五种成型工艺参数对成型的显著性关系;基于显著性因素最大压缩量、成型尺寸和含水率进行细化水平的正交实验,采用了基于遗传算法的最小二乘支持向量机来对成型的比能耗和成型密度进行预测;并采用了遗传算法寻优的方式,获得最利于实际生产的成型工艺参数组合。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6
【图文】：

图 1-1 德国 Fraunhofer 公司制氢装置除了将压缩的生物质固体燃料当做最终产品外，还可以将这些固体行热解气化或者热解液化[10]，做出如液体乙二醇，航天燃料氢气等泛且易于携带的气体或液体燃料。国外的很多公司在这方面已经硕，德国的 Fraunhofer 公司在 2015 年德国汉诺威工业博览会中展示出装置，该装置对已压成型的生物质燃料，通过催化剂作用获得用于电池系统中的乙二醇液体燃料[11]，其装置如图 1-1。

生物质成型块，理论而言生物质的分子密度能达 1500kg/m。图 1-1 德国 Fraunhofer 公司制氢装置了将压缩的生物质固体燃料当做最终产品外，还可以将这些固体生物热解气化或者热解液化[10]，做出如液体乙二醇，航天燃料氢气等适用且易于携带的气体或液体燃料。国外的很多公司在这方面已经硕果累德国的 Fraunhofer 公司在 2015 年德国汉诺威工业博览会中展示出的生置，该装置对已压成型的生物质燃料，通过催化剂作用获得用于飞行池系统中的乙二醇液体燃料[11]，其装置如图 1-1。

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本文编号：2729341