秸秆粉料压缩成型热力耦合研究
发布时间：2022-08-02 15:52
秸秆作为一种生物质资源,在我国储量丰富,发展和利用秸秆生物质成型燃料不仅可以避免农作物就地焚烧带来的环境污染,而且可以替代燃煤在工业供热和民用采暖等发挥重要作用。农作物秸秆中含有木质素,在高温下软化而起到粘结作用促进原料成型。关于生物质致密成型过程中温度的研究大多集中在成型燃料块的宏观分析,但是无法模拟进料初期原料没成型前的松散状态。本文离散元为主要研究方法,与有限元分析相结合,研究了单个秸秆颗粒进料到压缩期间的接触行为以及模具对颗粒的传热行为,以及最后秸秆燃料块挤压出料过程的应力应变规律。主要研究内容如下:首先,引入颗粒材料的接触力学和热学模型,建立颗粒系统的粘弹塑性本构方程,根据颗粒力学的基础知识,分析颗粒与颗粒之间和颗粒与模具之间的接触和传热关系,使用Verlet方法对传热过程秸秆颗粒间的接触力和模具间的接触力进行迭代计算。其次,使用C++语言编写加热线圈对成型模具的传热程序,用EDEM离散元软件对热压成型进料和压缩过程进行了建模仿真。搭建单柱塞生物质成型试验台,采用成型套筒加热的方式,对所建立的离散元颗粒模型进行验证。采用正交实验法分析各因素对秸秆热压成型工艺显著性影响。成型块...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 秸秆成型工艺简介
1.2.1 秸秆细观成型机理
1.2.2 秸秆生物质成型工艺
1.2.3 生物质固化成型设备的研究现状
1.3 生物质热压成型影响参数
1.3.1 原料颗粒度
1.3.2 加热温度
1.3.3 成型压力
1.3.4 原料含水率
1.3.5 挤压频率
1.4 秸秆类生物质热力耦合研究现状
1.5 生物质压缩过程中热力耦合存在的问题
1.6 主要研究内容
2 秸秆生物质热压成型进料过程离散元模型
2.1 引言
2.2 宏观热环境研究
2.3 建立接触模型
2.4 计算接触力
2.5 力学本构模型的建立
2.5.1 秸秆颗粒系统的研究尺度
2.5.2 秸秆颗粒的应力和应变度量
2.5.3 离散元分析改进的Burgers秸秆力学本构模型
2.6 温度场模型建立
2.6.1 秸秆生物质宏观热传导过程
2.6.2 秸秆颗粒与模具间热传导
2.6.3 秸秆颗粒与颗粒间热传导
2.6.4 秸秆颗粒接触热交换模型
2.7 本章小结
3 秸秆生物质进料压缩离散元仿真的实现
3.1 引言
3.2 EDEM软件简介
3.3 建立EDEM离散元迭代程序
3.3.1 确立时间步长
3.3.2 迭代方法
3.4 基于EDEM软件的API二次开发
3.5 材料属性设置
3.6 传热参数设置
3.7 结果与分析
3.7.1 接触数目随时间分布规律
3.7.2 横截面颗粒温度分布随时间的变化
3.7.3 纵截面颗粒温度分布随时间的变化
3.7.4 颗粒平均温度和最大温度随时间的变化
3.7.5 成型块轴向温度云图仿真结果
3.7.6 不同温度下颗粒的压应力随时间的变化规律
3.7.7 秸秆颗粒温度对成型效率的影响
3.8 本章小结
4 秸秆生物质热压成型实验分析
4.1 引言
4.2 实验设备
4.3 实验原料与方法
4.3.1 实验原料准备
4.3.2 采集实验数据
4.4 单因素实验
4.4.1 含水率因素影响实验
4.4.2 温度因素影响实验
4.4.3 加热温度对成型压力的影响
4.5 正交实验方案设计
4.5.1 设定实验方案
4.5.2 设计实验因素水平表
4.6 正交试验结论与分析
4.6.1 秸秆燃料块成型压力结果分析
4.6.2 秸秆燃料块成型密度结果分析
4.7 秸秆物料热压成型温度场实验
4.8 本章小结
5 基于ANSYS的秸秆挤压出模阶段温度场和应力场建模
5.1 引言
5.2 温度场有限元建模
5.2.1 建模类型分析
5.2.2 选取单元类型
5.2.3 定义材料属性
5.2.4 几何模型的建立
5.2.5 网格划分
5.2.6 添加温度载荷
5.2.7 温度场结果及分析
5.3 挤压过程应力场有限元建立
5.3.1 力学模型的建立
5.3.2 选取单元类型
5.3.3 秸秆颗粒成型参数的确定
5.3.4 模型网格划分
5.3.5 接触副单元的建立
5.3.6 施加载荷约束和边界条件。
5.4 应力应变场仿真计算结果
5.4.1 应力分析
5.4.2 应变分析
5.5 本章小结
6 致密成型过程热力耦合特性力学建模
6.1 引言
6.2 物料在模具中的成型机理
6.3 物料热力耦合弹塑性本构方程建模
6.3.1 秸秆颗粒填充的塑性力学模型
6.3.2 粘弹性模型
6.4 生物质致密成型过程温度场模型
6.4.1 颗粒的热传导方程
6.4.2 热应力场基本理论
6.5 秸秆材料粘弹塑性本构模型未知参数的确定
6.5.1 应力应变本构方程未知参数确定
6.6 温度场本构方程未知参数确定
6.7 本章小结
7 讨论
7.1 本文结论
7.2 不足之处与展望
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录
致谢
本文编号：3668810
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 秸秆成型工艺简介
1.2.1 秸秆细观成型机理
1.2.2 秸秆生物质成型工艺
1.2.3 生物质固化成型设备的研究现状
1.3 生物质热压成型影响参数
1.3.1 原料颗粒度
1.3.2 加热温度
1.3.3 成型压力
1.3.4 原料含水率
1.3.5 挤压频率
1.4 秸秆类生物质热力耦合研究现状
1.5 生物质压缩过程中热力耦合存在的问题
1.6 主要研究内容
2 秸秆生物质热压成型进料过程离散元模型
2.1 引言
2.2 宏观热环境研究
2.3 建立接触模型
2.4 计算接触力
2.5 力学本构模型的建立
2.5.1 秸秆颗粒系统的研究尺度
2.5.2 秸秆颗粒的应力和应变度量
2.5.3 离散元分析改进的Burgers秸秆力学本构模型
2.6 温度场模型建立
2.6.1 秸秆生物质宏观热传导过程
2.6.2 秸秆颗粒与模具间热传导
2.6.3 秸秆颗粒与颗粒间热传导
2.6.4 秸秆颗粒接触热交换模型
2.7 本章小结
3 秸秆生物质进料压缩离散元仿真的实现
3.1 引言
3.2 EDEM软件简介
3.3 建立EDEM离散元迭代程序
3.3.1 确立时间步长
3.3.2 迭代方法
3.4 基于EDEM软件的API二次开发
3.5 材料属性设置
3.6 传热参数设置
3.7 结果与分析
3.7.1 接触数目随时间分布规律
3.7.2 横截面颗粒温度分布随时间的变化
3.7.3 纵截面颗粒温度分布随时间的变化
3.7.4 颗粒平均温度和最大温度随时间的变化
3.7.5 成型块轴向温度云图仿真结果
3.7.6 不同温度下颗粒的压应力随时间的变化规律
3.7.7 秸秆颗粒温度对成型效率的影响
3.8 本章小结
4 秸秆生物质热压成型实验分析
4.1 引言
4.2 实验设备
4.3 实验原料与方法
4.3.1 实验原料准备
4.3.2 采集实验数据
4.4 单因素实验
4.4.1 含水率因素影响实验
4.4.2 温度因素影响实验
4.4.3 加热温度对成型压力的影响
4.5 正交实验方案设计
4.5.1 设定实验方案
4.5.2 设计实验因素水平表
4.6 正交试验结论与分析
4.6.1 秸秆燃料块成型压力结果分析
4.6.2 秸秆燃料块成型密度结果分析
4.7 秸秆物料热压成型温度场实验
4.8 本章小结
5 基于ANSYS的秸秆挤压出模阶段温度场和应力场建模
5.1 引言
5.2 温度场有限元建模
5.2.1 建模类型分析
5.2.2 选取单元类型
5.2.3 定义材料属性
5.2.4 几何模型的建立
5.2.5 网格划分
5.2.6 添加温度载荷
5.2.7 温度场结果及分析
5.3 挤压过程应力场有限元建立
5.3.1 力学模型的建立
5.3.2 选取单元类型
5.3.3 秸秆颗粒成型参数的确定
5.3.4 模型网格划分
5.3.5 接触副单元的建立
5.3.6 施加载荷约束和边界条件。
5.4 应力应变场仿真计算结果
5.4.1 应力分析
5.4.2 应变分析
5.5 本章小结
6 致密成型过程热力耦合特性力学建模
6.1 引言
6.2 物料在模具中的成型机理
6.3 物料热力耦合弹塑性本构方程建模
6.3.1 秸秆颗粒填充的塑性力学模型
6.3.2 粘弹性模型
6.4 生物质致密成型过程温度场模型
6.4.1 颗粒的热传导方程
6.4.2 热应力场基本理论
6.5 秸秆材料粘弹塑性本构模型未知参数的确定
6.5.1 应力应变本构方程未知参数确定
6.6 温度场本构方程未知参数确定
6.7 本章小结
7 讨论
7.1 本文结论
7.2 不足之处与展望
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录
致谢
本文编号：3668810
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