基于ANSYS的秸秆活塞式成型特性及摩擦热分析
发布时间：2020-10-16 06:09
秸秆固化成型技术能使松散的秸秆致密化,提高秸秆能量密度和燃烧特性,使其可作为清洁能源直接替代煤用于生产生活各个领域,同时也能解决秸秆储存、运输困难问题,是实现秸秆综合化、规模化利用的重要技术手段。但是目前该技术尚需在成型过程特性及成型摩擦热方面加深理论研究,揭示秸秆成型粘结机理,为成型制品品质预测和控制、设备优化提供理论依据。 本文通过对秸秆化学组成、物理特性及常温成型机理的分析,得出影响秸秆常温固化成型品质的关键因素是压缩力和成型过程中的摩擦热。基于该结论,根据活塞式成型技术间歇式生产的特点,对活塞一次冲压成型中成型力变化和物料移动进行实验研究,提出适合活塞式成型技术的“半闭式”成型模型,即成型过程未达到推移阶段前,物料相当于在由模具和靠摩擦力作用下保持静止的已成型制品组成的闭式环境中进行压缩。运用弹塑性力学、接触力学、粘弹性和有限元理论对秸秆固化成型主压缩阶段进行限元分析,研究主压缩阶段物料形变规律、应力分布及接触应力情况,为模具设计和成型工艺改进提供方法指导和依据。 基于摩擦学、传热学原理,结合秸秆活塞式常温成型技术的特点,对成型过程中的摩擦热问题进行研究,通过引入平均压力、当量速度等物理量推导成型过程中摩擦热产生方程,将成型过程摩擦热问题转化为第二、三类边界条件的无内热源的非稳态传热问题；建立成型摩擦热有限元分析模型,对摩擦热引起的温度场分布进行研究,并通过实验验证有限元模拟的正确性,得出摩擦热引起的温度场变化规律；通过对实验样机在不同生产率条件下的摩擦热模拟分析,研究表明模具在摩擦热作用下,温度随着时间升高并稳定在一定温度,其增长速度和稳态温度随着生产率的提高而提高。 在摩擦热引起的温度场规律研究基础上,针对目前秸秆类生物质材料的热物性参数欠缺的现状,进行了秸秆物性参数的实验研究,得出秸秆导热系数、比热随含水率、温度和密度的变化规律,为本文研究摩擦热引起的温度场在成型制品的传导提供数据支持的同时,也能为秸秆类材料热相关的技术研究提供依据；建立秸秆成型过程中摩擦热传导模型,分析不同条件下摩擦热在制品内的分布及对木质素粘结作用进行分析,研究表明制品内温度场分布是由模具温度和制品在模具内滞留时间共同决定的；对于本文实验样机,虽然当生产率为60kg/h时,摩擦热引起的温度场能达到220～230℃,生产率为50kg/h时温度场为180～190℃,但是由于制品在模具内滞留时间的影响,生产率为50kg/h,制品中心木质素也能达到软化温度,成型品质较高；该研究能为成型生产工艺改进、提高成型品质和设备设计提供理论依据。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TK6
【部分图文】：
2.1.1基本化学组成秸秆的化学组分主要包括纤维素、半纤维素和木质素等三种高分子化合物，还含有少量灰分和有机物等137.3”]。其组成一般如图2一1所示。厂|褚|、厂Zt主要组分秸秆化学成分少量组分r纤维素(水解单糖一D一葡萄糖)碳水化合似半纤维素(水解单糖一D一葡萄糖、D一半乳糖LD一廿露糖、D一木糖、L一阿拉‘白糖’木质素无机物(灰分)有机物(芳香族、菇烯类、脂肪族化合物)图2一1秸秆化学成分在成型原料的组分当中，纤维素、半纤维素和木质素是构成原料细胞壁和胞间层的物质，在原料中含量约占2/3左右l#0]，共同构成了生物质的骨架，其中纤维素在细胞壁中以微纤丝束状态存在，构成纤维细胞壁的网状骨架，赋予原料机械强度。半纤维素以无定形状态渗透在骨架物质之中，以增加细胞壁的刚性;木质素则填充期间起到“粘结剂”和“填充剂”作用。秸秆类生物质原料典型结构如图2一2所示l“‘·42]，常见的固化成型生物质原料三类主要组分含量如表2一1所示。
颗粒发生破裂现象和机械变形，填补周围较小的空隙;当压力进一步增大，物料颗粒开始发生塑性变形，相邻的粒子靠贴合的方式紧密接触，当发生塑性变形后，不再恢复到原有体积结构。原料颗粒压缩成型过程如图2一3所示。拉子变形粒子的排列改变蒸蒸蒸蒸亡岌〕〕里 里里里次叼叼塑性流动澎一去澎一毋a)大的空隙被填充b)小的空隙被填充图2一3原料颗粒压缩成型过程图解农作物秸秆的木质素和半纤维素含量较高，在常温成型过程中由于摩擦的存在产生摩擦热，在摩擦热、压缩力及原料内水分的条件下，木质素和半纤维素在固体颗粒间发生充填或嵌合的同时发挥粘合剂功能，使秸秆颗粒紧密结合，不易分离，提高成型燃料耐久性和机械强度，其中非自由移动粘合剂所表现出的粘合力是秸秆原料能够成型的重要原因，直接影响生物质成型燃料的质量。2.2秸秆活塞式成型过程分析生物质成型过程可以分为不同的阶段，正确划分生物质固化成型的阶段对研究生物质成型具有重要意义。本课题以液压式生物质冲压成型机为实验样机，物料成型过程中活塞在液压的作用下经过冲程和回程两个阶段
旦旦旦旦旦旦鱼旦旦旦旦旦旦旦旦旦压过程中压缩力的变化规律。图2一5为成型压力测试图，通过测试进入主压缩缸的液体压力，来测试成型压力，木文通过对含水率为15%、粒度为巧mm的玉米秸秆原料进行成型测试，得出活塞一次冲压过程中的压力变化规律如图2一6所示。‘几沙O口.ee乍乏一︶只田翻铸三时}’可(:)7名‘1。图2一5成型压力测试图2一6活塞一次冲压过程压力变化根据图2一6可知，生物质压缩成型过程中的压缩力变化大致分为五个阶段。(l)第一个阶段是AB段，为缓慢上升阶段，经预压缩后的生物质原料，部分空气虽然被排除，密度有所提高，但仍然还存在一定的空隙，该阶段随着主压缩活塞的向前运动，空隙被进一步填充，密度进一步提高。(2)第二阶段是BC段
【引证文献】
本文编号：2842878
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TK6
【部分图文】：
2.1.1基本化学组成秸秆的化学组分主要包括纤维素、半纤维素和木质素等三种高分子化合物，还含有少量灰分和有机物等137.3”]。其组成一般如图2一1所示。厂|褚|、厂Zt主要组分秸秆化学成分少量组分r纤维素(水解单糖一D一葡萄糖)碳水化合似半纤维素(水解单糖一D一葡萄糖、D一半乳糖LD一廿露糖、D一木糖、L一阿拉‘白糖’木质素无机物(灰分)有机物(芳香族、菇烯类、脂肪族化合物)图2一1秸秆化学成分在成型原料的组分当中，纤维素、半纤维素和木质素是构成原料细胞壁和胞间层的物质，在原料中含量约占2/3左右l#0]，共同构成了生物质的骨架，其中纤维素在细胞壁中以微纤丝束状态存在，构成纤维细胞壁的网状骨架，赋予原料机械强度。半纤维素以无定形状态渗透在骨架物质之中，以增加细胞壁的刚性;木质素则填充期间起到“粘结剂”和“填充剂”作用。秸秆类生物质原料典型结构如图2一2所示l“‘·42]，常见的固化成型生物质原料三类主要组分含量如表2一1所示。
颗粒发生破裂现象和机械变形，填补周围较小的空隙;当压力进一步增大，物料颗粒开始发生塑性变形，相邻的粒子靠贴合的方式紧密接触，当发生塑性变形后，不再恢复到原有体积结构。原料颗粒压缩成型过程如图2一3所示。拉子变形粒子的排列改变蒸蒸蒸蒸亡岌〕〕里 里里里次叼叼塑性流动澎一去澎一毋a)大的空隙被填充b)小的空隙被填充图2一3原料颗粒压缩成型过程图解农作物秸秆的木质素和半纤维素含量较高，在常温成型过程中由于摩擦的存在产生摩擦热，在摩擦热、压缩力及原料内水分的条件下，木质素和半纤维素在固体颗粒间发生充填或嵌合的同时发挥粘合剂功能，使秸秆颗粒紧密结合，不易分离，提高成型燃料耐久性和机械强度，其中非自由移动粘合剂所表现出的粘合力是秸秆原料能够成型的重要原因，直接影响生物质成型燃料的质量。2.2秸秆活塞式成型过程分析生物质成型过程可以分为不同的阶段，正确划分生物质固化成型的阶段对研究生物质成型具有重要意义。本课题以液压式生物质冲压成型机为实验样机，物料成型过程中活塞在液压的作用下经过冲程和回程两个阶段
旦旦旦旦旦旦鱼旦旦旦旦旦旦旦旦旦压过程中压缩力的变化规律。图2一5为成型压力测试图，通过测试进入主压缩缸的液体压力，来测试成型压力，木文通过对含水率为15%、粒度为巧mm的玉米秸秆原料进行成型测试，得出活塞一次冲压过程中的压力变化规律如图2一6所示。‘几沙O口.ee乍乏一︶只田翻铸三时}’可(:)7名‘1。图2一5成型压力测试图2一6活塞一次冲压过程压力变化根据图2一6可知，生物质压缩成型过程中的压缩力变化大致分为五个阶段。(l)第一个阶段是AB段，为缓慢上升阶段，经预压缩后的生物质原料，部分空气虽然被排除，密度有所提高，但仍然还存在一定的空隙，该阶段随着主压缩活塞的向前运动，空隙被进一步填充，密度进一步提高。(2)第二阶段是BC段
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 王维振;生物质压块成型影响因素及成型机动态分析[D];山东大学;2012年
本文编号：2842878
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