【摘要】：化學(xué)火用可以衡量燃料的品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)性,還可以衡量其環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)影響。在對(duì)燃料的能量品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境效應(yīng)、生態(tài)影響、反應(yīng)裝置、轉(zhuǎn)化過(guò)程和利用系統(tǒng)做火用分析和評(píng)價(jià)時(shí),化學(xué)火用的確定是前提,也是第一步。而確定燃料化學(xué)火用的方法大致有兩種:基于熱力學(xué)模型的理論推算法、基于反應(yīng)熱的經(jīng)驗(yàn)修正法。第一類方法主要基于單過(guò)程熱力學(xué)模型,重點(diǎn)考察燃料理論燃燒過(guò)程的反應(yīng)火用,或者需要知道燃料的具體的分子結(jié)構(gòu),通常忽略灰分物理擴(kuò)散過(guò)程的擴(kuò)散火用;第二類方法通常在反應(yīng)熱(高位熱值或低位熱值)前乘以一個(gè)由元素成分確定的修正因子,通常也忽略燃料的灰分影響,對(duì)于灰分含量高的燃料,誤差較大。本文針對(duì)生物質(zhì)的多過(guò)程火用特性,首先建立基于氧彈量熱儀的三個(gè)熱力學(xué)過(guò)程即分離火用、反應(yīng)火用、擴(kuò)散火用組成的化學(xué)火用模型,然后利用微機(jī)全自動(dòng)量熱儀測(cè)定檢驗(yàn)物質(zhì)石墨、苯甲酸的熱值,當(dāng)氧彈中壓力在2~2.5MPa時(shí),熱值誤差分別可以控制在-1.01%~-0.15%、-0.18%~0.09%以內(nèi),因此利用微機(jī)全自動(dòng)量熱儀測(cè)定熱值是合理且準(zhǔn)確的;在此基礎(chǔ)上,代入構(gòu)建的化學(xué)火用模型,驗(yàn)證檢驗(yàn)物質(zhì)石墨、苯甲酸的化學(xué)火用,當(dāng)氧彈中壓力在2~2.5MPa時(shí),化學(xué)火用誤差分別可以控制在-1.04%~-0.22%、-0.15%~0.12%以內(nèi),因此利用此化學(xué)火用模型計(jì)算生物質(zhì)化學(xué)火用是可行的,對(duì)于檢驗(yàn)物質(zhì)的多過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程,以氧彈內(nèi)壓力為2MPa為例,反應(yīng)火用占比分別達(dá)96.09%、96.64%,其余兩個(gè)過(guò)程的和占比分別為3.91%、3.36%。在128種生物質(zhì)(64種木質(zhì)生物質(zhì)、28種稻殼生物質(zhì)、24種稻草生物質(zhì)、12種麥秸稈生物質(zhì))數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用構(gòu)建的化學(xué)火用模型,計(jì)算這128種生物質(zhì)的分離火用、反應(yīng)火用、擴(kuò)散火用及化學(xué)火用,并分析三個(gè)過(guò)程中每個(gè)部分所占的比例,揭示化學(xué)火用多過(guò)程熱力學(xué)模型,其中化學(xué)火用組成占比中:反應(yīng)火用擴(kuò)散火用分離火用,且反應(yīng)火用占比在95%左右,且反應(yīng)火用中,熱值占比較大,擴(kuò)散火用在4%左右,而分離火用在1%左右,可見(jiàn)化學(xué)火用組成中,反應(yīng)火用占比最大;而對(duì)于各個(gè)過(guò)程而言,麥秸稈各過(guò)程占比更加集中,木質(zhì)生物質(zhì)占比相對(duì)分散;最后與Szargut經(jīng)驗(yàn)公式做比較,誤差區(qū)間分別為-2.83%~3.57%、-3.24%~1.51%、-2.07%~1.94%、-1.81%~-0.29%,可見(jiàn)模型能可靠的計(jì)算生物質(zhì)燃料的化學(xué)火用。由于上述構(gòu)建的化學(xué)火用模型首先需要知道組成生物質(zhì)的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),還要知道灰分的具體組成及含量,準(zhǔn)確的確定生物質(zhì)化學(xué)火用顯得尤為復(fù)雜,因此在128種生物質(zhì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)四大類生物質(zhì)(木質(zhì)、稻殼、稻草、麥秸稈)的多過(guò)程火用特性進(jìn)行分析,并利用線性回歸思想,得出四大類經(jīng)驗(yàn)公式,大大簡(jiǎn)化了化學(xué)火用計(jì)算公式,其中單一的簡(jiǎn)化灰分項(xiàng)后的誤差最低,分別為-0.77%~2.02%、-0.20%~0.30%、-0.66%~0.90%、-0.24%~0.17%;其次是利用單一變量生物質(zhì)高位熱值估算化學(xué)火用,誤差分別為-1.96%~3.12%、-1.14%~1.47%、-1.69%~1.79%、-0.52%~0.71%;利用高位熱值、水分、灰分簡(jiǎn)化化學(xué)火用計(jì)算公式,誤差分別為-1.78%~1.56%、-2.57%~1.37%、-3.99%~1.51%、-0.66%~0.45%;利用單一變量低位熱值估算化學(xué)用,誤差分別為-4.88%~4.49%、-3.39%~1.79%、-2.68%~1.77%、-0.33%~0.24%;誤差最大的是考慮了生物質(zhì)組成的所有變量,誤差分布較為分散,控制在5%以內(nèi)的部分分別占87.5%、78.6%、83.3%、100%。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 燃料化學(xué) 的多過(guò)程熱力學(xué)模型建模和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法可以為化學(xué) 的確定提供依據(jù)，本章首先嚴(yán)的定義，建立基于氧彈量熱儀的多過(guò)程熱力學(xué)模型，并表征三個(gè)熱后對(duì)模型進(jìn)行修正，為后期的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。過(guò)程熱力學(xué)模型的構(gòu)建約束性寂態(tài)（T0、p0）的碳?xì)淙剂希c環(huán)境并未達(dá)到完全平衡，環(huán)境氧氣、氮?dú)�、二氧化碳、水蒸氣及其它的一些物質(zhì)，，但并不包含碳從化學(xué) 的定義出發(fā)，構(gòu)建燃料化學(xué) 的氧氣可逆分離-燃料可逆基可逆擴(kuò)散多過(guò)程熱力學(xué)模型，整體研究方案如圖 2-1 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文才能達(dá)到可逆基準(zhǔn)反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)后的環(huán)境生成物也必須以環(huán)境基準(zhǔn)壓力p0和溫度T0離開(kāi)反應(yīng)容器。第三過(guò)程，也叫作環(huán)境生成產(chǎn)物（包括反應(yīng)產(chǎn)物和灰分）的可逆擴(kuò)散過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的目的是環(huán)境生成物仍然具有做功能力，只有環(huán)境生成物中的成分和濃度與基準(zhǔn)環(huán)境完全平衡時(shí)，才不具備做功能力，這些環(huán)境生成物在p0和T0下擴(kuò)散至基準(zhǔn)環(huán)境。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK16

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本文編號(hào)：2622539